焦点尺寸和位置的测量装置、方法和测量模组与流程

1.本技术涉及射线源技术领域，特别是涉及一种焦点尺寸和位置的测量装置、方法和探测器。


背景技术：

2.微焦点射线源是射线检测系统中的重要部件，微焦点射线源中焦点的尺寸和位置变化是影响成像质量的关键因素。因此，需要对焦点的尺寸和位置变化进行检测。
3.传统技术中，采用小孔成像法可以测量射线球管的焦点，该方法可以测量焦点的尺寸和深度，但是无法测量射线球管的焦点的位置变化。


技术实现要素：

4.基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种焦点尺寸和位置的测量装置、方法和探测器。
5.第一方面，本技术一个实施例提供一种焦点尺寸和位置的测量装置，包括：微焦点射线源、测试模组、探测器和测量模组，测试模组包括测试模体，微焦点射线源的中心、测试模体的中心和探测器的中心位于同一直线上；
6.微焦点射线源，用于向测试模体发射射线；
7.测试模体，用于接收射线，并基于射线在探测器上产生投影图像；
8.测量模组，用于获取投影图像，并对投影图像进行分析计算，确定微焦点射线源中的焦点的尺寸和焦点的位置变化。
9.在其中一个实施例中，测试模组还包括扫描载体，测试模体内嵌于扫描载体；
10.扫描载体，用于承载待扫描对象。
11.在其中一个实施例中，测量模组，具体用于对投影图像进行分析计算，确定测试模体、探测器和微焦点射线源之间的距离关系，并根据距离关系以及投影图像中模糊区域的尺寸，确定焦点的尺寸。
12.在其中一个实施例中，测量模组，还用于根据多个投影图像的质心坐标的位置变化，确定焦点的位置变化。
13.在其中一个实施例中，扫描载体采用碳纤维材料，测试模体采用钨材料。
14.在其中一个实施例中，测试模体安装于微焦点射线源上靠近发射射线的一端。
15.第二方面，本技术一个实施例提供一种应用如上实施例提供的焦点尺寸和位置的测量装置对焦点尺寸和位置进行测量的方法，包括：
16.测量模组获取测试模体的投影图像，投影图像是由微焦点射线源发射的射线通过测试模体在探测器上产生的图像；
17.测量模组根据投影图像确定微焦点射线源中的焦点的尺寸和焦点的位置变化。
18.在其中一个实施例中，测量模组根据投影图像确定微焦点射线源中的焦点的尺寸和焦点的位置变化，包括：
19.测量模组根据投影图像中模糊区域的尺寸，以及微焦点射线源、测试模体和探测器之间的距离关系，确定焦点的尺寸；
20.测量模组根据多个投影图像的质心坐标的位置变化，确定焦点的位置变化。
21.在其中一个实施例中，测量模组根据投影图像中模糊区域的尺寸，以及微焦点射线源、测试模体和探测器之间的距离关系，确定焦点的尺寸，包括：
22.测量模组根据测试模体的尺寸，以及投影图像中测试模体的尺寸，确定微焦点射线源、测试模体和探测器之间的距离关系；
23.测量模组根据距离关系和投影图像中模糊区域的尺寸，确定焦点的尺寸。
24.第三方面，本技术一个实施例还提供一种测量模组，包括：
25.获取模块，用于获取测试模体的投影图像，投影图像是由微焦点射线源发射的射线通过测试模体在探测器上产生的图像；
26.确定模块，用于根据投影图像确定微焦点射线源中的焦点的尺寸和焦点的位置变化。
27.本技术实施例提供一种焦点尺寸和位置的测量装置、方法和测量模组。该测量装置包括微焦点射线源、测试模组、探测器和测量模组。测试模组包括测试模体，微焦点射线源的中心、测试模体的中心和探测器的中心位于同一直线上。微焦点射线源用于向测试模体发射射线；测试模体用于接收射线，并基于射线在探测器上产生投影图像；测量模组用于获取投影图像，并对投影图像进行分析计算，确定微焦点射线源中的焦点的尺寸和焦点的位置变化。本技术实施例提供的焦点尺寸和位置的测量装置不仅可以测量微焦点射线源中的焦点的尺寸，还可以测量焦点的位置变化，具有较强的实用性。
附图说明
28.为了更清楚地说明本技术实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实施例或传统技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域不同技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
29.图1为本技术一个实施例提供的焦点尺寸和位置的测量装置的结构示意图；
30.图2为本技术一个实施例提供的焦点尺寸和位置的测量装置的结构示意图；
31.图3为本技术一个实施例提供的焦点尺寸和位置的测量装置的结构示意图；
32.图4为本技术一个实施例提供的焦点尺寸和位置的测量方法的步骤流程示意图；
33.图5为本技术一个实施例提供的焦点尺寸和位置的测量方法的步骤流程示意图；
34.图6为本技术一个实施例提供的焦点尺寸和位置的测量方法的步骤流程示意图；
35.图7为本技术一个实施例提供的投影图像的灰度值的示意图；
36.图8为本技术一个实施例提供的测量模组的结构示意图。
37.附图标记说明：
38.10、焦点尺寸和位置的测量装置；100、微焦点射线源；110、铍窗保护盖200、测试模组；210、测试模体；220、扫描载体；300、探测器；400、测量模组。
具体实施方式
39.为使本技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本技术的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本技术。但是本技术能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本技术内涵的情况下做类似改进，因此本技术不受下面公开的具体实施例的限制。
40.本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本技术所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。在本技术的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
41.在本技术中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
42.首先，在具体介绍本公开实施例的技术方案之前，先对本公开实施例基于的技术背景或者技术演进脉络进行介绍。微焦点射线源是射线检测系统中的重要部件，微焦点射线源中焦点的尺寸和位置变化是影响成像质量的关键因素。因此，需要对焦点的尺寸和位置变化进行检测。传统技术中，采用小孔成像的方法测量微焦点射线源的焦点的尺寸和深度，而无法测量微焦点射线源的焦点的相对位置的变化。对此，本技术提供一种焦点尺寸和位置的测量装置。
43.下面以具体的实施例对本技术的技术方案以及本技术的技术方案如何解决技术问题进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例中不再赘述。下面将结合附图，对本技术的实施例进行描述。
44.请参见图1，本技术一个实施例提供一种焦点尺寸和位置的测量装置10，该装置包括微焦点射线源100、测试模组200、探测器300和测量模组400。测试模组200设置于微焦点射线源100和探测器300之间，测试模组200包括测试模体210，微焦点射线源100的中心、测试模体210的中心和探测器300的中心位于同一直线上。测试模体210的结构可以是正方体，也可以是球体或者其他不规则形状的立体结构。本实施例对测试模组200的结构和使用的材料等不作限制，只要能够实现其功能即可。
45.微焦点射线源100用于向测试模体210发射射线。测试模体210用于接收射线，并基于射线在探测器300上产生投影图像。通常情况下微焦点射线源100发射的为x射线。本实施例对微焦点射线源100的种类和结构等不作限制。微焦点射线源100的中心、测试模体210的中心和探测器300的中心位于同一直线上，微焦点射线源100发生的射线会经过测试模体210，使得测试模体210在探测器300上产生投影图像。探测器300可以接收到该投影图像，并将该投影图像发送至测量模组400。本实施例对探测器300的种类和结构等不作限制，只要能够实现其功能即可。
46.测量模组400用于获取投影图像，并对投影图像进行分析计算，确定微焦点射线源100中的焦点的尺寸和焦点的位置变化。测量模组400在接收到探测器300发送的投影图像后，对该投影图像进行分析计算，确定微焦点射线源100的焦点的尺寸和焦点的位置变化。换句话说，探测器300上的投影图像是微焦点射线源100通过焦点发射的射线经过测试模体210形成的，则测量模组400通过对测试模体210的投影图像进行分析就可以确定焦点的尺寸和焦点的位置变化。测量模组400可以是图像处理装置，图像处理装置可以是计算机设备、微处理芯片或其他设备，计算机设备可以但不限于是工业计算机、笔记本电脑、智能手机、平板电脑和便携式可穿戴设备等。本实施例对测量模组400的种类不作限制，只要能够实现其功能即可。
47.本技术实施例提供的焦点尺寸和位置的测量装置10包括微焦点射线源100、测试模组200、探测器300和测量模组400。测试模组200包括测试模体210，微焦点射线源100的中心、测试模体210的中心和探测器300的中心位于同一直线上。微焦点射线源100用于向测试模体210发射射线，测试模体210用于接收射线，并基于射线在探测器300上产生投影图像；测量模组400用于获取投影图像，并对投影图像进行分析计算，确定微焦点射线源100中的焦点的尺寸和焦点的位置变化。本技术实施例提供的焦点尺寸和位置的测量装置10通过将微焦点射线源100的中心、测试模体210的中心和探测器300的中心设置于同一直线上，使得测量模组400可以通过探测器300上的投影图像确定微焦点射线源100的焦点的尺寸和焦点的位置变化。并且，测量模组400根据投影图像不仅可以确定焦点的尺寸，还可以确定焦点的位置变化，使得本实施例提供的焦点尺寸和位置的测量方法具有较强的实用性。另外，使用本实施例确定的焦点的尺寸和焦点的位置变化对微焦点射线源100性能的评估，以及使用微焦点射线源100得到的图像的校正起到关键作用。
48.请参见图2，在一个实施例中，测试模组200还包括扫描载体220，测试模体210内嵌于扫描载体220，扫描载体220用于承载待扫描对象。也就是说，测试模体210可以设置于在使用过程中用于承载待扫描对象的扫描载体220上。这样在对待扫描对象进行扫描过程中，可以随时通过测试模体210实现对微焦点射线源100中的焦点的尺寸和焦点的位置变化进行测量，以便及时了解微焦点射线源100是否需要更换，以保证微焦点射线源100的性能能够满足用户需求，避免微焦点射线源100性能的下降对成像图像质量带来的负面影响，从而能够提高焦点尺寸和位置的测量装置10的实用性。
49.在一个可选的实施例中，扫描载体220为动物仓，测试模体210内嵌于扫描载体220上远离承载待扫描对象的一端。在本实施例中，测试模体210直接设置在扫描载体220上，在对扫描载体220上承载的待扫描对象进行扫描前，可以通过测试模体210对微焦点射线源100中的焦点的尺寸和焦点的位置变化进行测量。测试模体210设置在实际使用的动物仓(扫描载体)上，在对微焦点射线源100中焦点的尺寸和焦点的位置变化进行测量时无需安装另外的测量设备，具有较高的实用性。
50.在一个实施例中，测量模组400具体用于对投影图像进行分析计算，确定测试模体210、探测器300和微焦点射线源100之间的距离关系，并根据距离关系以及投影图像中模糊区域的尺寸，确定焦点的尺寸。
51.测量模组400对获取到的投影图像进行分析，测试模体210在探测器300上的投影图像的边缘存在模糊区域，该模糊区域正是由于微焦点射线源100的焦点具有一定的尺寸
形成的。投影图像是微焦点射线源100通过焦点发射的射线通过测试模体210在探测器300上形成的，则投影图像中模糊区域的尺寸与焦点尺寸存在一定的比例关系，该比例关系与测试模体210、探测器300和微焦点射线源100之间的距离关系相关。测量模组400通过对投影图像进行分析确定的测试模体210、探测器300和微焦点射线源100之间的距离关系，以及投影图像中模糊区域的尺寸可以确定焦点的尺寸。本实施例对确定距离关系和投影图像中模糊区域的尺寸的方法，以及根据距离关系和投影图像中模糊区域的尺寸确定焦点的尺寸的具体方法不作限制，只要能够实现其功能即可。
52.在一个可选的实施例中，测试模体210、探测器300和微焦点射线源100之间的距离关系可以是在焦点尺寸和位置的测量装置10设置好后，工作人员通过实际测量得到的测试模体210与探测器300之间的距离，以及测试模体210与微焦点射线源100之间的距离确定并输入测量模组400内的。
53.在一个实施例中，测量模组400还用于根据多个投影图像的质心坐标的位置变化，确定焦点的位置变化。
54.微焦点射线源100通过焦点发射射线可以使得测试模体210在探测器300上投影图像，测量模组400可以按照预设时间间隔获取探测器300上的多个投影图像。测量模组400通过对每个投影图像进行分析，确定每个投影图像的质心坐标。预设时间间隔可以是由工作人员根据扫描协议进行设置。投影图像的质心坐标的位置变化是由焦点的位置变化引起的，则测量模组400通过多个投影图像的质心坐标的位置变化可以确定焦点的位置变化。本实施例对具体根据多个投影图像中质心坐标的位置变化，确定焦点的位置变化的具体方法不作限制，只要能够实现其功能即可。
55.在一个可选的实施例中，测量模组400可以将确定焦点的位置变化以曲线图的方式表示出来，以便于工作人员更加清楚的得到焦点的位置变化情况。
56.在一个实施例中，扫描载体220采用碳纤维材料。测试模体210采用钨材料。碳纤维材料能够有效的减少对微焦点射线源100发射的射线的吸收，以使射线全部通过扫描载体220。钨材料对微焦点射线源100发射的射线的系吸收系数较高，使得射线不会通过测试模体210。这样在探测器300上可以在探测器300上更加明确清楚的显示测试模体210的投影图像，从而使得测量模组400根据投影图像可以更加准确的确定焦点的尺寸和焦点的位置变化。
57.在一个可选的实施例中，测试模体210的形状为球体，则探测器300上的投影图像的形状为圆形，这样测量模组400在对投影图像进行分析时，更加便于确定投影图像中的模糊区域的尺寸，以及确定投影图像的质心坐标，从而能够提高。
58.请参见图3，在一个实施例中，测试模体210安装于微焦点射线源100上靠近发射射线的一端。也就是说，测试模体210与微焦点射线源100的距离较近，这样可以使得在探测器300上测试模体210的投影图像的尺寸更大，对于探测器300的分辨率要求较低，具有较高的实用性。
59.在一个可选的示例中，微焦点射线源100靠近发射射线的一端具有自带的定位孔，通过该定位孔可以安装铍窗保护盖110，测试模体210内嵌于铍窗保护盖110中。
60.请参见图4，本技术一个实施例提供一种应用如上述实施例提供的焦点尺寸和位置的测量装置对焦点尺寸和位置进行测量的方法。本实施例以焦点尺寸和位置的测量装置
中的测量模组为执行主体对该方法进行详细的描述，步骤包括：
61.步骤400、测量模组获取测试模体的投影图像，投影图像是由微焦点射线源发射的射线通过测试模体在探测器上产生的图像。
62.投影图像可以是探测器实时发送给测量模组，测量模组将其存储在测量模组对应的存储器中的，也可以是探测器将产生的投影图像存储于探测器对应的存储器中，测量模组在需要时直接在探测器对应的存储器中获取即可。本实施例对测量模组获取测试模体的投影图像的具体方法不作限制，只要能够实现其功能即可。
63.步骤410、测量模组根据投影图像确定微焦点射线源中的焦点的尺寸和焦点的位置变化。
64.测量模组在获得测试模体对应的投影图像后，对该投影图像进行分析计算，可以确定微焦点射线源中的焦点的尺寸和焦点的位置变化。本实施例对根据投影图像确定焦点的尺寸和焦点的位置变化的具体过程不作限制，只要能够实现其功能即可。
65.本技术实施例提供的对焦点尺寸和位置进行测量的方法通过测量模组获取测试模体的投影图像；并根据投影图像确定微焦点射线源中的焦点的尺寸和焦点的位置变化。本实施例提供的方法是基于上述实施例提供的焦点尺寸和位置的测量装置实现的，则本实施例提供的方法具有焦点尺寸的位置的测量装置的所有有益效果，在此不再赘述。
66.请参见图5，在一个实施例中，涉及测量模组根据投影图像确定微焦点射线源中的焦点的尺寸和焦点的位置变化的一种可能的实现方式，步骤包括：
67.步骤500、测量模组根据投影图像中模糊区域的尺寸，以及微焦点射线源、测试模体和探测器之间的距离关系，确定焦点的尺寸。
68.测试模体在探测器上的投影图像的边缘存在模糊区域，该模糊区域正是由于焦点存在一定的尺寸形成的。投影图像是微焦点射线源通过焦点发射的射线通过测试模体在探测器上形成的，则投影图像中模糊区域的尺寸与焦点尺寸存在一定的比例关系，该比例关系与测试模体、探测器和微焦点射线源之间的距离关系相关。测量模组对投影图像进行分析，可以确定模糊区域的尺寸，将模糊区域的尺寸按照比例关系进行几何转换，可以得到焦点的尺寸。
69.步骤510、测量模组根据多个投影图像的质心坐标的位置变化，确定焦点的位置变化。
70.测量模组通过对多个投影图像进行分析计算，确定每个投影图像的质心坐标，根据投影图像的质心坐标的位置变化确定焦点的位置变化。
71.在一个可选的实施例中，测量模组可以根据距离关系和质心坐标的位置变化确定焦点的位置变化。换句话说，测量模组将质心坐标的位置变化按照距离关系对应的比例关系进行几何转换，可以得到焦点的位置变化。
72.请参见图6，在一个实施例中，涉及测量模组根据投影图像中模糊区域的尺寸，以及微焦点射线源、测试模体和探测器之间的距离关系，确定焦点的尺寸的一种可能的实现方式，步骤包括：
73.步骤600、测量模组根据测试模体的尺寸，以及投影图像中测试模体的尺寸，确定微焦点射线源、测试模体和探测器之间的距离关系。
74.测试模体的尺寸是指测试模体的实际尺寸，可以是由工作人员输入至测量模组，
并存储在测量模组对应的存储器中的。测量模组在需要确定距离关系时，直接从测量模组对应的存储器中获取即可。测试模体在探测器上的投影图像的边缘存在模糊区域，测量模组可以根据投影图像确定投影图像中测试模体的尺寸。测量模组根据得到的测试模体的实际尺寸和投影图像中测试模体的尺寸，确定距离关系。换句话说，测量模组通过计算投影图像中测试模体的尺寸与测试模体的实际尺寸的比值，可以得到距离关系，即测试模体与探测器之间的距离与测试模体与微焦点射线源之间的距离的比值。
75.在一个可选的实施例中，测量模组选择投影图像中模糊区域的灰度值50％处的衰减强度作为投影图像中测试模体的尺寸。投影图像的灰度值表示如图7所示，其中，b点和e点之间的距离(x)为投影图像中测试模体的尺寸。
76.步骤610、测量模组根据距离关系和投影图像中模糊区域的尺寸，确定焦点的尺寸。
77.测量模组在得到距离关系后，根据该距离关系和投影图像中模糊区域的尺寸，确定焦点的尺寸。换句话说，测量模组通过计算模糊区域的尺寸与距离关系的比值，可以得到焦点的尺寸。假设模糊区域的尺寸为u，测试模体与探测器之间的距离与测试模体与微焦点射线源之间的距离的比值(距离关系)为m，则焦点的尺寸fs可以表示为fs＝u/m。
78.在一个可选的实施例中，测量模组可以选择投影图像中模糊区域的灰度值40％-60％处的衰减强度来计算模糊区域的尺寸。如图7所示，ul和ur为40％-60％处的衰减强度，测量模组通过计算ul和ur确定模糊区域的尺寸。模糊区域的尺寸u可以表示为u＝5(ul ur)/2，其中，(ul ur)/2为40％-60％处的衰减强度的模糊区域的平均值，在本实施例中ul和ur选取的是模糊区域40％-60％处的衰减强度的部分，假设模糊区域是线性的，40％-60％处的衰减强度相当于选取了全部模糊区域的1/5，需要选取全部的模糊区域，即模糊区域的尺寸，则需要将40％-60％处的衰减强度的模糊区域的平均值乘以5。焦点的尺寸可以表示为fs＝5(ul ur)/2m＝5(ul ur)/2(x/d)＝5d(ul ur)/2x，其中，d为测试模体的实际尺寸。
79.应该理解的是，虽然图4-图6流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图4-图6至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行。
80.请参见图8，本技术一个实施例提供一种测量模组20，该测量模组20包括获取模块21和确定模块22。其中，
81.获取模块21用于获取测试模体的投影图像，所述投影图像是由微焦点射线源发射的射线通过所述测试模体在探测器上产生的图像。
82.确定模块22用于根据所述投影图像确定所述微焦点射线源中的焦点的尺寸和所述焦点的位置变化。
83.在一个实施例中，确定模块22包括第一确定单元和第二确定单元。第一确定单元用于根据投影图像中模糊区域的尺寸，以及微焦点射线源、测试模体和探测器之间的距离关系，确定焦点的尺寸。第二确定单元用于根据投影图像的质心坐标的位置变化，确定焦点
的位置变化。
84.在一个实施例中，第一确定单元具体用于根据测试模体的尺寸，以及投影图像中测试模体的尺寸，确定微焦点射线源、测试模体和探测器之间的距离关系；根据距离关系和投影图像中模糊区域的尺寸，确定焦点的尺寸。
85.关于测量模组20的具体限定可以参见上文中对焦点尺寸和位置进行测量的方法限定，在此不再赘述。上述测量模组20中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。
86.以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
87.以上所述实施例仅表达了本技术的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本技术专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。因此，本技术专利的保护范围应以所附权利要求为准。