木材CT断层成像系统旋转中心校正方法

作者：葛浙东; 戚玉涵; 罗瑞; 陈龙现; 王艳伟; 周玉成^*

来源：林业科学, 2018, 54(11): 164-171.

• X射线
• CT
• 木材
• 正弦图
• 旋转中心

【目的】构建一套等距扇形X射线束木材CT断层成像系统,提出一种基于正弦图的系统旋转中心校正方法,实现对木材高质量断层成像,为准确获取木材内部结构信息、研究木材结构形态提供技术支持。【方法】首先,分析CT断层成像系统成像原理,验证穿过扫描断层内任意一点的投影地址与旋角度存在一定函数关系,投影地址轨迹在扫描过程中是一条与旋转角度相关的正弦曲线;其次,计算投影地址对称中心与探测器中点的差值,在图像重建过程中,对旋转中心偏移量进行补偿,获得任意一点正确的投影位置;再次,选择直径205 mm、高度400 mm的杉木作为试验对象,分别校正旋转中心偏移量为8、9、10、11、12个探测点,对断层1进行扫描,获得5幅断层图像,并对试验结果进行定量分析;最后,对断层2进行扫描,重建旋转中心校正前后断层图像,并对2幅图像进行评价与分析。【结果】断层1的5幅重建图像均可反映木材内部结构特征,校正数值逐渐接近旋转中心偏移量,峰值信噪比和结构相似度均有所提高,而相对误差均有所减小,图像愈加近似于原始图像,旋转中心校正数值与偏移量相等情况下重建图像效果最好。断层2的2幅重建图像质量差异性较大,校正前图像环形伪影干扰严重,生长轮肉眼难以区分,图像边缘有向周边扩散现象,相近裂纹结构产生假象,而校正后图像无环形伪影干扰,心材生长轮清晰可见,图像边缘无向周边扩散现象,成像质量良好。旋转中心校正后的图像质量远远优于校正前,基于正弦图的系统旋转中心校正方法在木材CT断层成像系统中具有良好的应用效果。【结论】基于正弦图的系统旋转中心校正方法可有效解决木材CT成像系统旋转中心随机偏移问题,抑制环形伪影缺陷,明显提升木材CT断层图像的重建效果。木材CT断层成像系统旋转中心经校正后,重建的木材断层图像可清晰反映裂纹、生长轮、心边材等结构特征,能满足科研、高校、检测检验等机构对木材内部结构的检测与分析要求。

• 单位
  中国林业科学研究院木材工业研究所; 山东建筑大学