KR20000007400A

KR20000007400A - 단층사진 촬영 시스템의 영상 획득방법

Info

Publication number: KR20000007400A
Application number: KR1019980026712A
Authority: KR
Inventors: 김형철; 김진영
Original assignee: 윤종용; 삼성전자 주식회사
Priority date: 1998-07-03
Filing date: 1998-07-03
Publication date: 2000-02-07
Also published as: JP2000035405A

Abstract

본 발명은 피측정물에 대한 하나의 단층면 영상을 획득한 후, 이 기준 단층면의 영상을 가지고 특정 구간내의 임의의 높이에 있는 단층면 영상을 더 이상의 X선 조사나 피측정물의 이동없이 계산으로 구하여 얻는 단층사진 촬영 시스템의 영상 획득방법에 관한 것이다. 이러한 본 발명은 피측정물에 대한 한 단층면의 높이를 시스템의 초점 평면에 맞추는 단계; X선 조사기로부터 발생된 X선을 X선 조사기 원주상의 적어도 2개소 이상의 위치에서 상기 피측정물에 대하여 조사하는 단계; 상기 피측정물을 투과하여 영상 증배관의 일정 위치에 맺히는 가시 광선 형태의 적어도 2개 이상의 투과 영상을 그 중심점이 겹치도록 합성한 후 평균하여 기준 단층면에 대한 단층 영상을 획득하는 단계; 상기 기준 단층면 상,하의 임의의 높이에 있는 단층면에 해당하는 가상의 투과 영상을 작도로써 구한 후, 이 작도로부터 얻어진 투과 영상의 중심점(D)을 계산에 의해 구하는 단계; 및 상기 단계의 투과 영상을 그 중심점(D)이 겹치도록 합성한 후 평균하여 임의의 높이에 있는 단층면에 대한 단층 영상을 획득하는 단계를 포함한다. 이와 같은 본 발명은 비파괴 검사 영역, 예컨대 병원에서의 인체 CT 촬영, 인쇄회로기판, 전자 부품 및 기계 부품 검사에서 동일 피측정물에 대한 서로 다른 높이의 단층 형상을 신속히 얻을 수 있다.

Description

단층사진 촬영 시스템의 영상 획득방법

본 발명은 비파괴 검사, 예컨대 인쇄회로기판이나 전자 부품 및 기계 부품의 검사에 널리 이용되는 단층사진 촬영 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 피측정물에 대한 하나의 단층면 영상을 획득한 후, 이 기준 단층면의 영상을 가지고 특정 구간내의 임의의 높이에 있는 단층면 영상을 더 이상의 X선 조사나 피측정물의 이동없이 계산으로 구하여 얻는 단층사진 촬영 시스템의 영상 획득방법에 관한 것이다.

단층사진 촬영 시스템은, 비파괴 검사 영역에서 매우 효율적으로 이용되고 있다. 예를 들어, 각종의 전자 부품이 실장되어 있는 인쇄회로기판(PCB)상의 납땜 부위는, 경우에 따라 그 상태(납땜 불량 여부 등)를 직접 육안으로 확인 할 수 없는 경우가 있다. 이와 같은 경우에는 피측정물의 단층 영상을 이용하여 검사할 수 있다.

피측정물에 대한 단층 영상을 얻을 수 있는 단층사진 촬영 시스템이 도 1에 도시되어 있는 바, 이를 간단히 살펴보면 다음과 같다.

도시된 바와 같이, 단층사진 촬영 시스템은 피측정물(1)이 탑재되는 XYZ 테이블(10), 이 XYZ 테이블(10)에 탑재된 피측정물(1)에 대하여 X선을 조사하는 X선 조사기(Scanning X-ray Tube)(20), 피측정물(1)을 투과한 X선을 육안으로 확인할 수 있는 가시 광선으로 변환시키는 영상 증배관(Image Intensifier)(30), 이 영상 증배관(30)에 투영된 영상 중에 필요한 부분만 선택하여 보내는 뷰 셀렉터(View Selestor)(40) 및 상기 뷰 셀렉터(40)에서 받은 영상을 전기 신호로 바꾸어 주는 카메라(50)를 포함하고 있다.

또한, 도시하지는 않았으나, 단층사진 촬영 시스템은 상기한 XYZ 테이블(10)을 이동시키기 위한 구동부, X선 조사기(20)에서 발생되는 X선을 편향시키는 편향코일을 제어하기 위한 제어부 및 상기 카메라(50)에 컴퓨터를 매개로 연결되는 모니터 등을 더 포함하고 있다.

상기와 같이 이루어지는 단층사진 촬영 시스템을 이용한 검사방법은 다음과 같다.

우선, 검사하고자 하는 피측정물(1)을 XYZ 테이블(10)상에 고정한 후, XYZ 테이블(10)을 상하 및 좌우로 이동시키면서 필요한 단층면의 높이를 시스템의 초점 평면에 맞춘다.

그런 다음, X선 조사기(20)로부터 발생된 X선을 XYZ 테이블(10)의 피측정물(1)에 조사시킨다. 이 때 X선 점 광원이 조사기 끝단에서 피측정물과 평행하도록 원주를 따라 회전하면서 조사된다.

상기와 같이 조사되는 X선은 피측정물(1)을 투과하여 영상 증배관(30)에서 가시 광선의 투과 영상으로 맺히고, 이 투과 영상은 뷰 셀렉터(40)에 의해 필요한 부분만이 선택되어 카메라(50)로 보내지며, 카메라(50)에 입력된 영상은 모니터로 보내져 출력된다.

상기와 같은 방법으로 진행되는 검사 과정에서 피측정물의 필요한 단층 영상을 얻는 방법을 첨부한 도 2를 참조하여 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.

도 2는 도 1에 나타낸 시스템으로부터 단층 영상을 획득하는 기본적인 원리를 설명하기 위한 도면으로써, 시스템의 중심축에 대한 단면을 나타내고 있다. 또 실제 시스템에서는 X선이 빔 회전면(2-1)을 회전하지만 도면에서는 중심축(C)에 대한 단면을 나타내고 양끝의 두 위치에 대해서만 도식화하고 있다. 따라서 X선이 빔 회전면(2-1)의 Rs에 있을 때, 단층면(2-2)에 있는 피측정물의 투과 영상은 대각선 방향에 영상 Rs(2-4)와 같이 나타난다. 같은 방식으로 X선이 빔 회전면(2-1)의 -Rs에 있을 때, 피측정물의 투과 영상은 대각선 방향에 영상 -Rs(2-5)와 같이 나타난다.

상기와 같이 투과 영상면(2-3)에 맺히는 영상 Rs(2-4)와, 영상 -Rs(2-5)를 단층면(2-2)상의 물체의 중심을 기준으로 이 중심점(O)이 겹치도록 합성하고, 이를 평균(합성한 것을 2로 나눈다)하는 방법으로 우리가 원하는 단층면(2-2)을 대표하는 단층 영상(사진)을 얻을 수 있다.

한편, 빔 회전면(2-1)에서의 X선 조사 위치(Rs와 -Rs)를 도시예에서와 같이, 180도로 배치하지 않고, 이 각을 더욱 세분화하여 여러 사진을 중첩후 평균하는 방법으로 보다 선명한 단층 영상을 얻을 수 있다. 이 사진의 특징은 단층면(2-2)상의 물체는 뚜렷하게 보이나 그 위나 아랫면은 흐리게 보인다는 것이다.

따라서, 원하는 단층면의 선명한 단층 영상을 얻기 위해서는, 피측정물에서의 필요한 단층면의 높이를 시스템의 단층면에 정확히 맞추어야 하고, 다시 방사선을 조사하여야 한다. 예를 들면, 인쇄회로기판의 상,하면에 각종 전자 제품이 실장되어 있는 경우, 단층면의 높이를 맞추고 방사선을 조사하여 일측 전자 제품의 납땜부에 대한 단층 영상을 촬영한 후, 타측 전자 제품의 남땜부에 대한 단층 영상을 촬영하기 위하여, 이 부분의 단층면 높이를 맞추는 작업을 하고 다시 방사선을 조사하여 촬영해야 한다.

상기에서 살펴본 바와 같이, 종래의 방법은 원하는 단층면의 선명한 단층 영상을 얻기 위해서 피측정물을 상,하로 이동시키면서 필요한 단층면의 높이를 시스템의 단층 초점에 맞추는 작업을 하여야 하므로, 작업이 번거로울 뿐만 아니라 촬영 시간이 길어지고, 또 각 높이마다 방사선을 조사하여 단층 사진을 얻으므로 불필요한 방사선을 조사해야 하는 단점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 단점을 해소하기 위하여 안출한 것으로, 한 단층 사진을 획득하면 특정 범위내에서는 피측정물의 상,하 이동 및 추가의 방사선 조사 없이 필요한 높이의 단층 영상을 계산으로 구하여 얻는 단층사진 촬영 시스템의 영상 획득방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 일반적인 단층 사진 촬영 시스템의 구성을 보인 사시도.

도 2는 도 1에 나타낸 시스템으로부터 단층 영상을 획득하는 기본적인 원리를 설명하기 위한 도면.

도 3은 본 발명에 의한 단층 영상 획득방법의 원리를 설명하기 위한 도면.

도 4는 본 발명의 방법에 의해 얻을 수 있는 최대 단층 영상의 한계를 설명하기 위한 도면.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

1;피측정물 10;XYZ 테이블

20;X선 조사기 30;영상 증배관

40;뷰 셀렉터 50;카메라

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 단층사진 촬영 시스템의 영상 획득방법은, 피측정물에 대한 한 단층면의 높이를 시스템의 초점 평면에 맞추는 단계; X선 조사기로부터 발생된 X선을 X선 조사기 원주상의 적어도 2개소 이상의 위치에서 상기 피측정물에 대하여 조사하는 단계; 상기 피측정물을 투과하여 영상 증배관의 일정 위치에 맺히는 가시 광선 형태의 적어도 2개 이상의 투과 영상을 그 중심점이 겹치도록 합성하고 평균하여 기준 단층면에 대한 단층 영상을 획득하는 단계; 상기 기준 단층면 상,하의 임의의 높이에 있는 단층면에 해당하는 가상의 투과 영상을 작도로써 구하고, 이 작도로부터 얻어진 투과 영상의 중심점(D)을 구하는 단계; 및 상기 단계의 투과 영상을 그 중심점(D)이 겹치도록 합성하고 평균하여 임의의 높이에 있는 단층면에 대한 새로운 단층 영상을 획득하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 중심점 D는 기준 단층면에 해당하는 투과 영상의 중심거리(Ri)로부터 단층면의 높이 변화에 대응하여 커진 투과 영상의 거리(dRi)의 합, 즉 Ri+dRi로 구할 수 있다. 상기 Ri는 -Rs * Hi / Ho의 식으로, 또 dRi는 -Rs(Hi+dH) / (Ho-dH)-Ri의 식으로 구할 수 있다.

위 식에서 Rs, Ho, Hi는 시스템 광학계 입력값으로, Rs는 빔 회전면에서의 빔 조사 위치, Ho는 빔 회전면으로부터 단층면까지의 거리, Hi는 단층면으로부터 투과 영상면까지의 거리이다. 또한 dH는 사용자가 의도한 기준 단층면으로부터의 높이이다.

또한, 본 발명은 임의의 높이의 단층면에 대한 단층 영상을 획득한 후, 이 단층 영상의 크기(R₂)를 기준 단층면 영상의 크기와 동일한 크기로 조정하는 배율 조정 단계를 더 포함할 수 있다. 여기서 상기 R₂는 R₁* (Ho - dH) / Ho의 식에 의해 구할 수 있다.

이하, 본 발명의 일 실시예에 의한 단층 영상 획득방법에 대한 원리를 도 3 및 도 4를 참조하여 설명한다.

앞에서도 설명한 바와 같이, 피측정물에 대한 단층 영상을 얻기 위해서는, 단층면의 영상 중심을 찾은 후, 이 점을 중심으로 2개 영상(이는, X선을 빔 회전면의 2개소 위치에서 조사하는 경우이며, 보다 세분화가 가능하다)을 합성하여 평균을 구하면 된다.

상기와 같은 단층 영상을 얻는 기본적인 원리를 이용하여, 이미 획득한 단층 영상으로부터 상하의 임의의 높이에 있는 단층 영상을 피측정물의 이동이나 추가의 방사선 조사없이 도 3에 나타낸 바와 같은 작도로써 가상의 투과 영상을 구한 후, 이 투과 영상의 새로운 중심점(D)을 찾아, 원하고자 하는 피측정물의 임의의 높이에 있는 단층 영상을 얻을 수 있다.

이를 도 3에 나타낸 작도를 참조로 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

빔 회전면(2-1)에서 'Ho'만큼 떨어진 단층면(2-2)의 영상 중심은 작도에서 보인 바와 같이, 빔 회전면(2-1)의 중심에서 'Ri'만큼 떨어진 점 "E"이다. 같은 작도에 의해 빔 회전면(2-1)에서 'Ho-dH'만큼 떨어진 곳, 즉 우리가 새로이 계산에 의해 알고자 하는 단층면(2-2)의 영상 중심은 빔 회전면(2-1)의 중심에서 'Ri+dRi'만큼 떨어진 점 "D"이다. 따라서 투과 영상면(2-3)의 영상을 빔 회전면의 중심에서 'Ri+dRi'만큼 떨어진 점 "D"를 기준으로 좌우 영상을 더해 평균을 구하면, 우리가 의도한 곳의 단층 영상을 구할 수 있다.

여기서, 새로운 중심점 "D"를 찾는 방법을 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.

도 3의 작도에서 Ho ; Hi = -Rs : Ri의 식으로 나타낼 수 있다.……식 ⓛ

상기의 식 ①에서 m = Hi/Ho라 높으면, △ABO와 △OCD는 닮은꼴이므로,

(Ho-dH) : (Hi+dH) = -Rs : (Ri+dRi)가 된다.

이를 dRi에 대하여 정리하면, dRi = -Rs(Hi+dH)/(Ho-dH)-Ri로 되고, 이는 다시 dRi = -Rs{(Hi+dH)/(Ho-dH)-m}로 나타낼 수 있다.………식 ②

여기서, 새로운 중심점 "D"의 거리는 Ri + dRi 이므로,

Ri는 상기 식 ①에 의해 알 수 있고, dRi는 식 ②에 의해 다음 네 값을 대입하여 구할 수 있다.

상기 식에서 Rs, Ho 및 Hi는 시스템 광학계 입력값으로써, Rs는 빔 회전면에서(2-1)의 빔 조사 위치, Ho는 빔 회전면(2-1)으로부터 기준 단층면(2-2)까지의 거리, Hi는 기준 단층면(2-2)으로부터 투과 영상면(2-3)까지의 거리이다. 또한 dH는 사용자가 의도한 기준 단층면(2-2)으로부터의 높이이다. 그리고, Ri는 기준 단층면에 해당하는 투과 영상의 중심거리 이고, dRi는 단층면의 높이 변화에 대응하여 커진 투과 영상의 거리이다.

상기의 식에 의해 투과 영상의 중심점 "D"를 구한 후, 이 중심점을 기준으로 좌우 양측의 투과 영상을 합성하고 평균하는 방법으로 우리가 의도하는 곳, 즉 기준 단층면으로부터 임의의 높이에 있는 새로운 단층면에 대한 단층 영상을 얻을 수 있다.

그리고, 도 3에서 알 수 있는 바와 같이, 기준 단층면에서의 영상 배율은 (Hi+Ho)/Ho인 반면에, dH만큼 떨어진 평면상의 물체는 투과 영상면에 다음의 배율로 투사된다.

dH에서의 배율 = (Hi+Ho)/(Ho-dH)

즉, dH>0 이어서 윗면인 경우, 투사된 이미지의 배율은 기준 단층면의 배율보다 더 커져있게 마련이다. 따라서 다음 식에 의해 기준 단층면상의 배율과 같게 해줄 수 있다.

R₂= R₁* (Ho - dH) / Ho ………………식 ③

위 식에서 R₁은 기준 단층면의 영상 크기, Ho는 빔 회전면으로부터 단층면까지의 거리, dH는 사용자가 의도한 기준 단층면으로부터의 높이이다.

상기한 바와 같은 배율 조정을 행하여, 우리가 원하는 곳의 단층 영상을 기준 단층면의 배율과 같게 함으로써, 두 단층면을 보다 효과적으로 비교할 수 있다.

한편, 상기와 같은 본 발명에 의한 단층 영상 획득방법은 피측정물의 모든 높이의 단층 사진을 구할 수 있는 것은 아니다. 즉 기준 단층면에서 계측에 의해 얻은 단층 사진으로부터 위/아래면의 단층 사진을 계산할 때, 그 상,하 단층의 범위 한계가 있다. 이를 보면 다음과 같다.

상기 식 ②을 dH에 관해서 풀면,

dH*(-Rs)+Hi*(-Rs) = Ho(Ri+dRi) - dH(Ri+dRi)

dH(-Rs+Ri+dRi) = Ho(Ri+dRi) - Hi*(-Rs)

dH = {Ho(Ri+dRi) - Hi* -Rs}/(-Rs+Ri+dRi) 이다.

상기 식으로부터 알 수 있는 바와 같이, dH가 윗방향(+)에서 최대인 경우는 도 4의 작도에서 보는 바와 같이, dRi가 카메라의 필드 오프 뷰(Field Of View)의 1/2인 경우로 양수이다. 한편, dH가 아랫방향(-)에서 최대인 경우는, dRi가 카메라의 필드 오프 뷰(Field Of View)의 1/2인 경우로 음수이다. 이와 같은 방법에 의해 합성에 의한 영상의 복원 한계를 미리 할 수 있으므로 시행 착오를 줄일 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 의한 단층 영상 획득방법은, 피측정물의 기준 단층면에 대한 영상을 통상의 방법대로 획득하면, 이 단층 영상을 기준으로 이로부터 특정 범위내에 있는 임의의 높이에 대한 단층 영상을 별도의 방사선 조사나 피측정물의 이동없이 계산에 의해 정확하면서도 신속하게 얻을 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 특정 구간내의 단층을 한 번 촬영한 영상을 가지고, 더 이상의 방사선 조사나 피측정물의 이동없이 그 상,하의 임의의 높이의 단층 영상을 계산에 의해 구할 수 있으므로 피측정물의 검사 작업을 편리하면서도 빠르게 할 수 있다. 또 방사선 조사를 절제할 수 있으므로 방사선 피폭 피해를 줄일 수 있다.

이상에서는 본 발명에 의한 단층사진 촬영 시스템의 영상 획득방법을 실시하기 위한 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 또한 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능할 것이다.

Claims

피측정물에 대한 한 단층면의 높이를 시스템의 초점 평면에 맞추는 단계;

X선 조사기로부터 발생된 X선을 X선 조사기 원주상의 적어도 2개소 이상의 위치에서 상기 피측정물에 대하여 조사하는 단계;

상기 피측정물을 투과하여 영상 증배관의 일정 위치에 맺히는 가시 광선 형태의 적어도 2개 이상의 투과 영상을 그 중심점이 겹치도록 합성하고 평균하여 기준 단층면에 대한 단층 영상을 획득하는 단계;

상기 기준 단층면 상,하의 임의의 높이에 있는 단층면에 해당하는 가상의 투과 영상을 작도로써 구하고, 이 작도로부터 얻어진 투과 영상의 중심점(D)을 하기의 식 ①, ② 및 ③에 의해 구하는 단계; 및

상기 단계의 투과 영상을 그 중심점(D)이 겹치도록 합성하고 평균하여 임의의 높이에 있는 단층면에 대한 새로운 단층 영상을 획득하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 단층사진 촬영 시스템의 영상 획득방법.

Ri = -Rs * Hi / Ho …………………………①

dRi = -Rs(Hi+dH) / (Ho-dH)-Ri …………②

D = Ri + dRi ………………………… ③

위 식에서 Rs는 빔 회전면에서의 빔 조사 위치, Ho는 빔 회전면으로부터 기준 단층면까지의 거리, Hi는 기준 단층면으로부터 투과 영상면까지의 거리 이고, dH는 사용자가 의도한 기준 단층면으로부터의 높이 이며, 또한 Ri는 기준 단층면에 해당하는 투과 영상의 중심거리 이고, dRi는 단층면의 높이 변화에 대응하여 커진 투과 영상의 거리이다.
제 1 항에 있어서, 임의의 높이의 단층면에 대한 단층 영상을 획득한 후, 이 단층 영상의 크기(R₂)를 하기의 식 ④에 의해 기준 단층면 영상의 크기와 동일한 크기로 조정하는 배율 조정 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 단층사진 촬영 시스템의 영상 획득방법.

R₂= R₁* (Ho - dH) / Ho ……………… ④

위 식에서 R₁은 기준 단층면의 영상 크기, Ho는 빔 회전면으로부터 단층면까지의 거리, dH는 사용자가 의도한 기준 단층면으로부터의 높이이다.