增加校准通用代码

2026-04-23 19:38:44 +08:00
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+# XP.Calibration
+
+平面 CT 系统几何校准库，基于 .NET 8 + Emgu.CV，从 C++ OpenCV 实现移植而来。
+
+## 功能
+
+提供两种校准方法：
+
+- **中心校准 (CenterCalibration)** — 从投影序列检测球心轨迹，椭圆拟合后反算倾斜角和焦点投影偏移，适用于快速估算
+- **完整几何校准 (FullCalibration)** — 基于 TIGRE 投影模型（角点法），使用 Levenberg-Marquardt 优化器同时优化 5~9 个几何参数
+
+## 项目结构
+
+```
+XP.Calibration/
+├── Models/
+│   ├── CalibrationModels.cs        # EllipseResult, GeoParams, CenterCalibrationResult
+│   ├── FullCalibrationResult.cs    # 完整校准输出 (各参数 + RMS)
+│   └── FullCalibrationOptions.cs   # 优化模式选项
+├── Core/
+│   ├── RawReader.cs                # RAW float32 投影数据读取
+│   ├── BallDetector.cs             # 球心检测 (自适应阈值+亚像素质心 / Canny+椭圆拟合)
+│   └── TigreProjection.cs          # TIGRE 投影模型 (rollPitchYaw + eulerZYZ)
+├── CenterCalibration.cs            # 中心校准
+└── FullCalibration.cs              # 完整几何校准 (LM 优化)
+```
+
+## 校准参数
+
+完整几何校准支持三种模式：
+
+| 模式 | 参数数 | 优化参数 |
+|------|--------|----------|
+| 基础 | 5 | ay, det_y, det_x, det_z, R |
+| +探测器偏移 | 7 | 基础 + offDetecU, offDetecV |
+| +距离 | 9 | 基础 + offDetecU, offDetecV + DSO, DSD |
+
+参数含义：
+
+| 参数 | 说明 | TIGRE 对应 |
+|------|------|-----------|
+| ay | 旋转轴倾斜角 | angles[:,1] |
+| det_x | 探测器 dYaw (Rx) | rotDetector[:,0] |
+| det_y | 探测器 dPitch (Ry) | rotDetector[:,1] |
+| det_z | 探测器 dRoll (Rz) | rotDetector[:,2] |
+| R | 物体偏移半径 | offOrigin[:,2] = -R |
+| offDetecU/V | 探测器平移偏移 | offDetector[:,0]/[:,1] |
+| DSO | 焦点到旋转中心距离 | geo.DSO |
+| DSD | 焦点到探测器距离 | geo.DSD |
+
+## 使用示例
+
+### 中心校准
+
+```csharp
+var geo = new GeoParams
+{
+    DSO = 200, DSD = 500, PixelSize = 0.6,
+    NDetecU = 512, NDetecV = 512
+};
+
+var calib = new CenterCalibration();
+var result = calib.CalibrateFromRaw("projections.raw", 512, 512, 360, geo);
+
+Console.WriteLine($"倾斜角: {result.AlphaDeg:F2}°");
+Console.WriteLine($"R: {result.R_mm:F2} mm");
+Console.WriteLine($"焦点投影: ({result.FocalU:F2}, {result.FocalV:F2})");
+```
+
+### 完整几何校准 (5 参数)
+
+```csharp
+var geo = new GeoParams
+{
+    DSO = 250, DSD = 450, PixelSize = 0.6,
+    NDetecU = 512, NDetecV = 512
+};
+
+var full = new FullCalibration();
+var result = full.CalibrateFromRaw("projections.raw", 512, 512, 360, geo);
+
+Console.WriteLine($"ay: {result.AyDeg:F4}°");
+Console.WriteLine($"det_z: {result.DetZDeg:F4}°");
+Console.WriteLine($"R: {result.R_mm:F4} mm");
+Console.WriteLine($"RMS: {result.RmsPx:F6} px");
+```
+
+### 完整几何校准 (9 参数)
+
+```csharp
+var options = new FullCalibrationOptions
+{
+    OptimizeDetectorOffset = true,  // +offDetecU/V
+    OptimizeDistances = true,       // +DSO/DSD
+    MaxIterations = 5000,
+    Tolerance = 1e-16
+};
+
+var full = new FullCalibration();
+// 可选: 监听优化进度
+full.OnProgress = (iter, rms, p) =>
+    Console.WriteLine($"Iter {iter}: RMS={rms:F6} px");
+
+var result = full.CalibrateFromRaw("projections.raw", 512, 512, 360, geo, options);
+```
+
+### 直接传入 Mat 列表
+
+如果投影数据已经在内存中（比如从相机采集），可以直接传 `List<Mat>`：
+
+```csharp
+List<Mat> projections = ...; // 已有的 CV_32F Mat 列表
+var result = new FullCalibration().Calibrate(projections, geo, options);
+```
+
+### 切换球心检测方法
+
+默认使用自适应阈值 + 亚像素质心法。如需使用 Canny + 椭圆拟合法：
+
+```csharp
+// 关闭亚像素质心，改用矩心
+BallDetector.EnableSubPixel = false;
+
+// 或直接调用椭圆拟合检测
+BallDetector.DetectCenterByEllipse(mat, out var center);
+```
+
+## 算法说明
+
+### 球心检测流程
+
+1. 归一化 float32 → 8bit
+2. 高斯模糊 (3×3, σ=0.8)
+3. 自适应阈值二值化 (blockSize=31, C=-5)
+4. 查找最大轮廓
+5. 亚像素质心 (强度加权) 或矩心
+
+### TIGRE 投影模型
+
+完全按照 TIGRE `computeDeltas_Siddon` 流程实现：
+
+1. 初始化探测器角点 (P, Pu0, Pv0) 和射线源 S
+2. `rollPitchYaw` — 探测器自身旋转 (det_x, det_y, det_z)
+3. 探测器偏移 (offDetecU/V)
+4. `eulerZYZ` — 扫描旋转 (scanAngle, ay)
+5. 物体偏移 (offOrigX = -R)
+6. 射线-平面交点 → 像素坐标
+
+### LM 优化器
+
+- 数值差分雅可比矩阵 (中心差分, ε=1e-7)
+- Cholesky 分解求解法方程
+- 自适应阻尼因子 (成功 ×0.3, 失败 ×10)
+- 参数边界约束 (clamp)
+
+## 依赖
+
+- .NET 8.0-windows
+- Emgu.CV 4.10.0.5680