工業(yè)CT掃描文物的偽影與校正

丁忠明，張立凱

(1. 上海博物館，上海 200003； 2. 上海恩迪檢測控制技術(shù)有限公司，上海 201204)

0 引 言

在傳統(tǒng)的X射線二維成像檢測中，有時由于影像重疊導制的圖像模糊和深度信息損失，樣品的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和材料信息無法得到直觀準確的判斷[1]。工業(yè)計算機斷層成像(computed tomography，CT)是一種用于可視化樣品切片圖像的射線照相掃描技術(shù)，這些橫截面圖像描述了樣品在切片圖像中射線線性衰減系數(shù)(μ)的空間分布，從而揭示了樣品的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，進而可以無損獲得被檢器物的結(jié)構(gòu)組成、材質(zhì)分布和密度變化等內(nèi)部信息，且不存在影像重疊。因此，工業(yè)CT是文物結(jié)構(gòu)特征和材質(zhì)分布無損分析的最佳方法之一。

目前，不少國外文博機構(gòu)(如日本的東京國立博物館和九州國立博物館等各大國立博物館、大英博物館、韓國中央國立博物館等)已將CT技術(shù)廣泛運用于文物研究，并發(fā)表了大量的研究成果，其中有的還被翻譯成了中文書籍[2]，為中國學者提供了很好的學習機會。近幾年，國內(nèi)文博行業(yè)對CT技術(shù)的應用越來越重視，如故宮博物院、上海博物館等均已配備工業(yè)CT，并將CT技術(shù)運用于各類材質(zhì)文物的研究。同時，相關(guān)高校、研究所等也充分認識到CT技術(shù)在文物研究中的應用前景，都有不少應用及成果發(fā)表。

上海博物館多年來運用CT技術(shù)分析了青銅器、佛像、漆器和瓷器等器物的工藝結(jié)構(gòu)、保存狀況、修復痕跡等內(nèi)部信息，CT掃描文物案例如圖1所示：(a)山西渾源出土的交龍紋鼎，可知其短足內(nèi)設泥盲芯，并自帶楔形芯撐等工藝信息；(b)子仲姜盤中圓雕動物內(nèi)有兩種旋轉(zhuǎn)軸結(jié)構(gòu)等[3]；(c)北魏銅佛像身上對稱分布10枚墊片；(d)上海青龍鎮(zhèn)出土密封鐵函內(nèi)包含的各類器物；(e)南宋剔紅雙龍紋圓盤內(nèi)的圈疊胎細部結(jié)構(gòu)等[4]；(f)康熙青花果樹紋油醋瓶工藝結(jié)構(gòu)及胎體氣孔分布特點。但在各類材質(zhì)文物的檢測中，也遇到了不一而足的各類偽影，對后續(xù)的數(shù)據(jù)分析造成了一定困擾。

圖1 工業(yè)CT掃描文物案例Fig.1 Examples of the application of industrial CT to cultural relics

偽影是指CT重建圖像中的CT灰度值與樣品的真實線衰減系數(shù)之間的系統(tǒng)性差異。采用工業(yè)CT掃描樣品時，射線不是理想的單色光、角度采樣頻率的限制、探測器探元響應的不一致性、樣品的擺放方式、樣品內(nèi)部成分的多樣性、錐束CT采集數(shù)據(jù)的不完備性以及CT算法與理論模型的偏差等諸多因素都會導致CT圖像中偽影的出現(xiàn)并表現(xiàn)為條狀偽影、對比度損失、環(huán)狀偽影、形狀扭曲等[5]。

根據(jù)CT成像偽影的產(chǎn)生因素，針對文物樣品，本文從物理因素、樣品因素和CT算法因素3個方面進行探討研究，分析了產(chǎn)生偽影的根本原因，并提供了可行的偽影減少或者校正的方法，以期為今后CT檢測文物提供一定的借鑒作用。

1 基本原理

由于光電效應、散射、電子對效應等，射線穿透樣品后會發(fā)生一定的衰減。根據(jù)Beer-Lambert理論[6]，原始X射線束的強度I0、終端X射線束的強度I、材料厚度d和材料線衰減系數(shù)μ之間的關(guān)系為：

I=I0e-μd

(1)

式中，e為自然對數(shù)，線衰減系數(shù)μ與被穿透樣品的種類、密度以及射線能量有關(guān)。如果獲得線衰減系數(shù)μ的三維分布，即可獲得樣品的內(nèi)部材料和結(jié)構(gòu)信息。

工業(yè)CT是利用X射線束對被檢測樣品的整體或局部進行照射，數(shù)字探測器接收經(jīng)過透照該樣品的衰減后X射線強度，將其轉(zhuǎn)換為光電信號，再經(jīng)模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的實時灰度圖像，得到顯示內(nèi)部結(jié)構(gòu)的投影圖像，待測試件旋轉(zhuǎn)360°得到一系列投影圖像數(shù)據(jù)，傳輸至計算機，由CT軟件進行數(shù)據(jù)的三維CT重建，進而得到待測樣品的三維結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，即樣品內(nèi)部每個位置線衰減系數(shù)μ的分布圖[7]。最后用專業(yè)的可視化軟件對試件的CT三維數(shù)據(jù)進行任意方向的斷層截面觀測和分析。

根據(jù)所使用射線束的形狀和探測器的不同，目前工業(yè)CT掃描文物的方式主要有錐束CT掃描(圖2a)與扇束CT掃描(圖2b)。

圖2 工業(yè)CT掃描方式Fig.2 Scanning methods of industrial CT

由于文物的材料種類繁多、厚度不一、器形復雜，其工業(yè)CT掃描結(jié)果會伴隨一定的偽影——偽影會嚴重降低工業(yè)CT的圖像質(zhì)量，甚至導致無法準確判斷文物的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

2 物理因素導致的偽影

物理因素導致的偽影和CT投影數(shù)據(jù)采集過程有關(guān)，如射線類型、射線管電壓、射線管電流、探測器響應情況和投影采集數(shù)量等。

2.1 射束硬化偽影

X射線衰減與能量有關(guān)。對于多色X射線，當射線束穿透樣品時，低能(軟)X射線比高能(硬)X射線衰減得更快，射線束中的低能光子優(yōu)先衰減，射線束的等效能量增加，射線光子與樣品相互作用的概率降低，即射線束變得更不容易被樣品吸收，更具穿透力，看起來變得“更硬”。但Beer-Lambert理論與基于Radon反變換的CT重建基本算法假定射線為單色光，射線穿透樣品時不存在硬化的過程，射線衰減強度的自然對數(shù)和所穿透的材料厚度為線性關(guān)系。實際CT檢測中，射束硬化的物理過程導致多色射線衰減是材料厚度的非線性函數(shù)，與基礎(chǔ)理論模型有偏差。因此，多色射線衰減和基于Radon反變換的CT重建算法會導致生成的CT圖像中出現(xiàn)射束硬化偽影[8]。根據(jù)偽影的形狀和灰度特征，射束硬化偽影可分為杯狀偽影和條紋偽影。

2.1.1杯狀偽影 多色射線穿過均質(zhì)樣品時，穿過物體中間的X射線比穿過邊緣的X射線穿過了更多的材料，因此更容易發(fā)生硬化現(xiàn)象。隨著中間部分的射線束變得更硬，它的衰減率會降低，因此當射線束到達探測器時，它會比邊緣部分和其余未硬化時的預期射線強度更高，低估了樣品中間部分的線衰減系數(shù)。因此，在CT切片圖像中，表現(xiàn)為樣品中間部分的灰度值低于邊緣部分的灰度值，即中間部分的線衰減系數(shù)低于邊緣部分的線衰減系數(shù)。如圖3所示：在銅佛像未經(jīng)射束硬化校正的CT切片圖像中，佛頭呈現(xiàn)明顯的邊緣亮中間暗，這是典型的射束硬化杯狀偽影(圖3a)；當采用軟件將射束硬化作為中等強度加型噪聲從投影數(shù)據(jù)減除后，中間發(fā)暗的情況得到了明顯改善(圖3b)。這類偽影容易被誤判為由表面處理工藝(如鎏金等)形成。

圖3 銅佛像CT掃描射束硬化校正對比Fig.3 CT images of a bronze Buddha statue before and after beam hardening reduction

2.1.2條紋偽影 條紋偽影表現(xiàn)為位于兩個致密物體之間的多個深色條紋帶。對圖4a所示的青銅鼎進行CT掃描，并對圖4b所示鼎耳和鼎足位置的切片圖像進行對比分析。圖4c和圖4f為青銅鼎采用450 kV工業(yè)CT掃描的切片圖像結(jié)果，圖中可以清晰看到鼎耳及鼎足之間出現(xiàn)條紋帶，此即為射束硬化條紋偽影。

圖4 青銅鼎CT掃描射束硬化校正對比Fig.4 CT images of a bronze Ding (tripod) before and after beam hardening reduction

條紋偽影也可以表現(xiàn)為沿著單個高衰減對象的長軸方向，例如青銅方鼎的長邊方向。條紋偽影同樣是多色X射線在穿透不同厚度時的“硬化”造成的結(jié)果。如圖5所示的皿方罍CT切片圖像中，除了高密度特征之間相互形成的射束硬化條紋偽影，在長邊方向和扉棱外圍出現(xiàn)的條紋偽影同樣也是由射束硬化所致。

圖5 皿方罍CT切片射束硬化偽影Fig.5 CT slice image with beam hardening artifacts of a Lei (wine jar)

2.1.3射束硬化校正 常用的射束硬化校正方法有濾波片預過濾[9]、提高射線管電壓、多項式擬合線性校正[10-11]和軟件校正[12]等。

濾波片預過濾。通過將特定厚度、特定材料(鋁、鐵、銅、錫等)的金屬片固定在工業(yè)CT的射線出口處，使射線束在穿透樣品前首先穿透這些金屬濾波片，利用金屬濾波片減少射線能譜中的低能部分，預硬化射線，使射線束更接近于單色光，然后以過濾后的等效高能射線通過物體，進而減少射束硬化偽影。該方法的校正效果取決于濾波片的材料、厚度和CT圖像的信噪比。

提高射線管電壓。條紋偽影的出現(xiàn)在多數(shù)情況下是由射線穿透效果不佳造成的，因此通過增加管電壓(更好地穿透高密度物體)進行改善。圖4e和圖4h為青銅鼎采用9 MV工業(yè)CT掃描的結(jié)果，射線能量幾乎為450 kV射線的20倍，鼎耳和鼎足部位的射束硬化偽影都得到了明顯的改善。

多項式擬合線性校正。通過射線投影檢測已知密度和已知厚度的階梯形標塊，建立射線衰減量與材料厚度的關(guān)系式，然后將該關(guān)系式修正為類似單色射線的線性關(guān)系，如圖6所示，將多色射線投影映射為單色射線投影，進而校正射束硬化偽影。采用的階梯形標塊應盡量采用和待檢測樣品密度一樣的材料，其厚度變化范圍也盡可能涵蓋待檢測樣品的厚度變化范圍。該方法也可以通過軟件模擬的方法實現(xiàn)，通過對待掃描樣品的模型(如CAD設計模型)或者CT數(shù)據(jù)二值化分割后進行模擬射線投影，建立投影灰度值與材料厚度的線性關(guān)系，但對預重建數(shù)據(jù)的二值化分割精度嚴重限制了該方法的校正精度。該方法主要適用于被測樣品密度相對均一的情況，對于多密度材料或者密度漸變材料，多項式擬合的復雜性會大幅提高。

圖6 投影灰度與穿透材料厚度的關(guān)系圖Fig.6 Variation trend of projection log value relative penetrating length

軟件校正。可以采用CT迭代法進行重建、基于投影數(shù)據(jù)角度對稱進行修正、把射束硬化理解為加型噪聲進行加權(quán)減影修正等，其中把射束硬化理解為加型噪聲進行加權(quán)減影修正的方法計算簡單，特別對于多密度材料的校正效果比較好。圖4d和圖4g為青銅鼎采用450 kV工業(yè)CT掃描結(jié)果經(jīng)射束硬化軟件校正后的切片圖像，射束硬化校正偽影有一定的改善，但由于青銅器密度較大，射束硬化偽影較為嚴重，所以軟件校正對該樣品的校正效果有限。

2.2 采樣不足

用于重建CT圖像的投影數(shù)量是圖像質(zhì)量的決定因素之一。投影數(shù)量過少，或者投影之間的角度間隔過大(欠采樣)會導致計算機對與尖銳邊緣和小物體相關(guān)的信息CT重建不準確。這會導致視圖混疊的效果，其中細條紋似乎從密集結(jié)構(gòu)的邊緣輻射出來，但與密集結(jié)構(gòu)有一定距離[13]。在精細細節(jié)的分辨率很重要的情況下，需要盡可能避免采樣不足偽影。

通過在樣品360°旋轉(zhuǎn)過程中采集盡可能多的投影，減小投影之間的角度間隔，可以有效減少采樣不足導致的視圖混疊偽影，同時可以極大減少量子噪聲。對圖7a所示青銅鼎進行CT掃描，并對圖7b所示位置的切片圖像進行對比分析。圖7c～圖7f分別為采用360°掃描范圍內(nèi)400張投影、800張投影、1 600張投影和3 200張投影進行CT重建的切片圖像，可以看出在圖7c中有明顯的輻射狀采樣不足偽影，但隨著投影數(shù)量的增加，采樣不足偽影逐步減少，并且切片圖像的噪聲也逐步減少。

但是在實際CT檢測文物時，對于投影數(shù)量的選擇也要考慮時間成本，并非投影越多越好，因為投影數(shù)量達到一定數(shù)值后其優(yōu)化的效果并不明顯。如圖7f與圖7e相比，其實際效果并不明顯，但檢測時間要翻倍。

圖7 青銅鼎CT掃描采樣不足校正對比Fig.7 Influence of projection numbers on CT images of a bronze Ding (tripod)

2.3 環(huán)狀偽影

環(huán)狀偽影是CT圖像中常見的偽影之一，在CT投影正弦圖上表現(xiàn)為豎直方向上或明或暗的直線，在CT圖像上表現(xiàn)為以重建中心為圓心的同心圓環(huán)或者圓弧，這些特征圓環(huán)，亮度變化或明或暗或明暗交替，寬度變化或?qū)捇蛘璠14]。環(huán)狀偽影主要是由于探測器探元損壞或者探元對射線響應不理想引起的。導致探元響應不理想的原因有探測器探元有物理缺陷或者損壞、探測器探元對射線強度響應的非線性、探測器探元之間對射線強度響應的不一致、探測器探元對射線能譜響應的非線性、探測器暗場和亮場特性的不穩(wěn)定性等。環(huán)狀偽影降低了CT圖像質(zhì)量，影響圖像后續(xù)處理和量化分析，對文物內(nèi)部的特征提取造成了很大的干擾和不便。

對于線陣探測器探元物理損壞導致的環(huán)狀偽影，可以通過更換探元進行改善。如果是面陣探測器，主要使用軟件方法在時域或者頻域進行校正，通過將壞像素或者響應不一致像素對應的灰度值用臨近像素灰度值的平均值、中值進行替換，消除或者減弱壞像素或者響應不一致像素的影響，進而減弱環(huán)狀偽影。

對于探測器探元響應欠靈敏而導致的環(huán)狀偽影，可以通過提高射線管電壓進行改善。此種情況在CT掃描青銅器文物時尤為常見。

如圖8所示：在皿方罍線陣CT掃描環(huán)狀偽影校正前，可以看到圖像中除了射束硬化導致的條狀偽影，還有明暗不一的同心圓，此即為環(huán)狀偽影，是由于探測器響應不一致所致(圖8a)；采用軟件自動搜索投影圖像中響應異常的壞像素，然后將壞像素用其相鄰8個像素的灰度值均值替代，實現(xiàn)對環(huán)狀偽影的校正，環(huán)狀偽影得到了明顯抑制(圖8b)。

圖8 皿方罍CT切片環(huán)狀偽影校正對比Fig.8 CT images of a Lei (wine jar) before and after ring artifacts reduction

2.4 階梯偽影

當使用線陣探測器進行CT掃描時，該方法是對樣品逐層、步進式掃描。如果步長過大，會導致相鄰兩層圖像之間有信息缺失或者信息過渡不流暢，表現(xiàn)為階梯式過渡，特征表面出現(xiàn)階梯式或者鋸齒式偽影。

對于必須采用線陣探測器掃描的情況，可以通過縮小掃描步長或者用基于面陣探測器的多行CT掃描方式改善該偽影。對于線陣和面陣探測器均可以掃描的情況，可以改用面陣探測器進行掃描，該偽影可以去除。如圖9所示：對皿方罍蓋采用線陣探測器進行掃描，在采用1 mm步長掃描的切片圖像(圖9a)和3D渲染圖(圖9b)中，可以看到明顯的階梯狀偽影，表面紋飾模糊；而在采用0.5 mm步長掃描的切片圖像(圖9c)和3D渲染圖(圖9d)中，表面紋飾和內(nèi)部結(jié)構(gòu)顯得連貫、清晰，階梯狀偽影得到了有效改善。

圖9 皿方罍蓋階梯偽影Fig.9 CT images of the lid of a Lei (wine jar) before and after step artifacts reduction

2.5 散射偽影

X射線穿透樣品時，康普頓散射導致X射線光子改變方向(和能量)，從而進入探測器非對應光學路徑上的探元。當散射光子最終進入一個本來只有很少光子的探測器探元時，會產(chǎn)生最大的誤差[15]。該情況對于密度比較大(如青銅器)或者結(jié)構(gòu)比較復雜的樣品采用面陣探測器掃描時尤為嚴重，這些散射噪聲像一層霧籠罩在圖像上，降低了圖像的對比度。

為了減少散射噪聲，可采用增加硬件設施(如準直器)，但該方法會增加CT掃描時間[16]。對于面陣探測器錐束CT掃描，可以采用散射校正板進行兩次掃描校正，在一定程度上可以減少散射噪聲，但該方法需要增加額外的散射校正板，并且需要相應的軟件去識別特征點和建立散射模型，可能會進一步引入誤差。

通過軟件方法校正散射[17]。根據(jù)投影數(shù)據(jù)角對稱原理，或者模擬樣品的材質(zhì)分布和形狀結(jié)構(gòu)，或者采用深度學習的方法，建立散射模型，然后將其以加型或者乘型噪聲從投影數(shù)據(jù)中去除，進而改善CT圖像質(zhì)量。如圖10所示：對青銅印章進行CT掃描，在散射校正前的切片圖像中，可見散射噪聲如“霧”籠罩在圖像上，嚴重降低圖像的對比度，導致一些細節(jié)模糊(圖10a)；采用軟件方法將散射噪聲以加型噪聲的形式從投影數(shù)據(jù)中去除，在散射校正后，散射偽影得到了抑制(圖10b)。

圖10 青銅印章散射校正對比Fig.10 CT images of a bronze seal before and after scattering artifacts reduction

在實際工作中，最簡單實用的方法是提高射線管電壓，進而提高射線強度，減少射線發(fā)生散射的概率，這樣可以有效減少散射偽影，提高圖像的對比度。如圖11所示：對青銅鼎(圖4a)進行CT掃描，并對其縱截面切片圖像作對比分析，在青銅鼎采用450 kV工業(yè)CT掃描的縱截面切片圖像結(jié)果中，顯然青銅鼎內(nèi)部及整個圖像有一層“霧”籠罩著，導致器物邊界不清晰，即便是空白區(qū)域也明顯發(fā)白，而不是暗黑色，此即為散射偽影(圖11a)；而在采用9 MV工業(yè)CT掃描的縱截面切片圖像結(jié)果中則無明顯霧狀偽影，散射偽影得到明顯抑制(圖11b)。

圖11 青銅鼎通過管電壓校正散射偽影Fig.11 CT images of a bronze Ding (tripod) before and after scattering artifacts reduction by voltage

3 樣品因素導致的偽影

樣品因素導致的偽影和樣品的擺放、結(jié)構(gòu)和材料有關(guān)。

3.1 金屬偽影

文物樣品中所含更高密度的物質(zhì)(如青銅器中出現(xiàn)的大顆粒鉛、漆木器中的金屬等)常常使入射的X射線束顯著衰減，探測器接收到射線信號很弱，誤判為線衰減系數(shù)極大。這個極大的線衰減系數(shù)并沒有準確表達樣品的真實衰減情況，高密度物質(zhì)周圍物質(zhì)的線衰減系數(shù)被嚴重低估，導致在重建圖像中引入金屬偽影[18]。金屬偽影在重建的CT圖像中通常以暗條或亮條的形式出現(xiàn)。金屬偽影不僅會通過降低圖像的對比度而降低圖像質(zhì)量，而且還會阻礙高密度物質(zhì)周圍結(jié)構(gòu)的準確判斷。

在設定工業(yè)CT掃描參數(shù)時，采用較高的射線管電壓可以有效減弱金屬偽影。

采用軟件校正金屬偽影時，通過閾值分割和再投影，確定高密度物質(zhì)的位置和范圍，然后使用插值技術(shù)來替代衰減曲線中的超范圍值。金屬偽影軟件校正的效果有時會受到限制，因為盡管遠離高密度物質(zhì)的條紋偽影被移除，但高密度物質(zhì)界面周圍的細節(jié)仍然可能會丟失。如圖12所示：對漆器進行CT掃描，在校正前的切片圖像中可以看到，高密度材料周圍有明顯的暗條和亮條，此即為金屬偽影(圖12a)；當采用軟件閾值分割和再投影及插值方法校正后，金屬偽影得到了一定的抑制(圖12b)。

圖12 金屬偽影校正對比Fig.12 CT images of a lacquerware before and after metal artifacts reduction

3.2 樣品晃動

在掃描時，如果文物樣品沒有被牢固地固定在CT設備的轉(zhuǎn)臺上，在轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)掃描過程中會發(fā)生輕微的晃動，導致CT重建錯誤，在CT重建圖像中顯示為陰影或條紋。

盡管有些軟件算法可以對該偽影進行校正，但真正簡單易行的辦法就是將樣品盡量固定在CT設備的轉(zhuǎn)臺上。如圖13所示：對漆器進行工業(yè)CT掃描并比較切片圖像，圖13a中的樣品由于固定不穩(wěn)定，在掃描過程中發(fā)生了晃動，CT圖像邊界明顯模糊；圖13b中的樣品未晃動，在其掃描結(jié)果中可以清晰看到漆器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

圖13 樣品晃動偽影校正對比Fig.13 CT images of a lacquerware before and after shake artifacts reduction

3.3 投影截斷

如果文物樣品的回轉(zhuǎn)直徑比較大，在CT掃描旋轉(zhuǎn)過程中，樣品的一部分超出了工業(yè)CT設備的有效掃描范圍，導致CT投影圖像超出探測器的有效檢測范圍，即投影橫向截斷。在樣品旋轉(zhuǎn)過程中，超出探測器檢測范圍的部分有時位于掃描范圍之外，因此它們不會出現(xiàn)在圖像中，但在有些角度下它們會出現(xiàn)在掃描的視圖范圍內(nèi)，進而導致CT重建圖像中靠近檢測范圍的邊緣出現(xiàn)明亮的圓環(huán)或者圓弧狀偽影，甚至在靠近超出部分的位置CT圖像發(fā)暗[19]。

針對投影橫向截斷產(chǎn)生的偽影，可以通過在CT重建過程中采用感興趣區(qū)域濾波改善圖像質(zhì)量，減少偽影，也可以通過轉(zhuǎn)臺偏心掃描、探測器水平擴展等CT掃描方式擴大CT有效檢測范圍，進而避免投影橫向截斷的情況發(fā)生。如圖14所示：對漆器進行局部掃描時，漆器的一部分超出了CT的掃描范圍，會在圖像邊緣出現(xiàn)高亮圓環(huán)，即投影截斷偽影(圖14a)；而在采用軟件校正后的切片圖像中，投影截斷偽影得到了校正(圖14b)。

圖14 投影截斷偽影校正對比Fig.14 CT images of a lacquerware before and after projection truncation artifacts reduction

4 CT算法導致的偽影

CT算法偽影與CT的掃描方式、對應的軟件和重建算法有關(guān)。

與基于線陣探測器的扇束CT數(shù)據(jù)相比，基于面陣探測器的錐束CT通常掃描速度更快，檢測范圍也更大。工業(yè)CT常用的錐束掃描方式為基于單圓軌道的掃描，對應的常用CT重建算法為Feldkamp-Davis-Kress(FDK)濾波反投影重建方法。對于中心切片位置，在重建過程中，因為整個線積分集，即X射線衰減軌跡，中心平面位置與它們用于重建的平面平行，因此可以獲得準確的CT結(jié)果。但由于數(shù)據(jù)的不完備性，對于非中心切片位置，重建平面與用于重建它的線積分之間的角度隨著與中心平面距離的增加而增加，造成錐束偽影[20]，表現(xiàn)為文物樣品的變形和灰度值偏小。距離中心平面位置越遠，錐束偽影越嚴重。

盡管采用一些算法，比如Radon殼插值的方法可以改善該偽影，但最簡單易行的方法是合理擺放樣品的角度，這樣能有效避免錐束偽影導致的變形。如圖15所示：對青銅熏爐蓋進行CT掃描，在熏爐蓋水平擺放掃描的切片圖像中，蓋頂部與射線束方向基本水平，導致蓋頂部不僅出現(xiàn)了交叉狀的暗條和亮條偽影，而且頂部的水平結(jié)構(gòu)也發(fā)生了形狀扭曲，此即為錐束偽影(圖15a)；當熏爐蓋傾斜擺放后重新掃描，頂部不僅消除了暗條和亮條偽影，而且形狀規(guī)則，與樣品的實際形狀相一致(圖15b)。由此表明，CT檢測時器物的擺放角度十分關(guān)鍵，需因物而異調(diào)整到最易穿透的角度，同時還需考慮其他各類偽影的產(chǎn)生。

圖15 熏爐蓋錐束偽影校正對比Fig.15 CT images of the lid of a Xunlu (incense burner) before and after cone beam artifacts reduction

5 結(jié) 論

偽影來源于多種復雜因素，通常多種偽影相伴而生，會在不同程度上降低CT圖像的質(zhì)量。現(xiàn)代工業(yè)CT掃描設備中包含了一些校正方法和功能，用于最大限度地減少某些類型的偽影。在CT掃描過程中，應綜合考慮文物樣品的特殊性，盡可能通過改善CT掃描參數(shù)、選擇合理的樣品擺放方式、利用適當?shù)臑V波片和標塊等輔助設施，從根源上減少和消除偽影以獲得最佳的CT圖像質(zhì)量，為通過CT數(shù)據(jù)后期分析文物內(nèi)部結(jié)構(gòu)、缺陷、病害等信息提供清晰、有效的科學依據(jù)。