Enhancing dimensional accuracy in x-ray computed tomography: a study on edge detection and subpixel precision

X-ray computed tomography (XCT) is a non-destructive scanning technique. Its importance has steadily increased over the years, particularly in additive manufacturing. X-ray computed tomography (XCT) technology produces insight that traditional measurement instruments. XCT could acquire precise data of complexly shaped objects, based on the thesis document provided, analysis plots, and statistical evaluations. The research on Accurate Edge Detection and Subpixel Precision in X-ray Computed Tomography (XCT) highlights significant findings in the measurement of diameters and cylindricity using XCT-based techniques. The primary conclusion drawn from the study indicates that while both Gaussian and Taylor interpolation methods are viable for XCT-based dimensional measurements, the Taylor method demonstrates marginal improvements in accuracy. The main effects and interaction plots for error diameter suggest that increasing the number of scans significantly reduces measurement error. The statistical ANOVA analysis corroborates this, showing that the number of scans has a statistically significant effect on measurement accuracy, whereas the choice of interpolation method does not yield a statistically significant difference in error reduction. For cylindricity measurements, the findings are consistent with diameter analysis. The main effects and interaction plots illustrate that while the scan factor impacts measurement precision, the Taylor interpolation method still outperforms Gaussian interpolation, albeit by a small margin. The ANOVA analysis reveals a statistically significant effect of scan number on measurement precision, reinforcing the need for multiple scans to enhance XCT measurement accuracy. From a methodological standpoint, the integration of Python and MATLAB-based XCT processing pipelines proved instrumental in extracting and analyzing the dataset. The use of subpixel precision techniques, including Gaussian interpolation with Laplacian enhancement, contributed to refining the edge detection process. This aligns with the broader thesis objective, which emphasizes the importance of computational enhancements in XCT segmentation and dimensional metrology. In summary, this research establishes that increasing scan numbers plays a more crucial role in reducing measurement error than the choice of interpolation method. While Taylor interpolation presents a slight advantage over Gaussian methods, its effect is not statistically significant with the current dataset. The findings suggest that future improvements in XCT-based metrology should focus on optimizing scan repetition and developing real-time calibration models to further enhance precision. This research contributes to the field of XCT-based dimensional metrology by validating the effectiveness of subpixel interpolation techniques and emphasizing the role of scan optimization in improving measurement accuracy.

La tomografia computerizzata a raggi X (XCT) è una tecnica di scansione non distruttiva la cui importanza è aumentata costantemente nel corso degli anni, in particolare nella manifattura additiva. La tecnologia XCT fornisce informazioni che gli strumenti di misura tradizionali non possono ottenere. L'XCT è in grado di acquisire dati precisi su oggetti di forma complessa, basandosi sul documento della tesi fornito, sulle analisi grafiche e sulle valutazioni statistiche. La ricerca sulla rilevazione accurata dei bordi e sulla precisione subpixel nella tomografia computerizzata a raggi X (XCT) evidenzia risultati significativi nella misurazione dei diametri e della cilindricità utilizzando tecniche basate su XCT. La principale conclusione dello studio indica che, sebbene entrambi i metodi di interpolazione, Gaussiana e Taylor, siano validi per le misurazioni dimensionali basate su XCT, il metodo di Taylor mostra miglioramenti marginali in termini di accuratezza. Gli effetti principali e i grafici di interazione per l'errore del diametro suggeriscono che un aumento del numero di scansioni riduce significativamente l'errore di misurazione. L'analisi statistica ANOVA conferma questo risultato, dimostrando che il numero di scansioni ha un effetto statisticamente significativo sulla precisione della misurazione, mentre la scelta del metodo di interpolazione non comporta una differenza statisticamente rilevante nella riduzione dell'errore. Per quanto riguarda le misurazioni della cilindricità, i risultati sono coerenti con l'analisi dei diametri. Gli effetti principali e i grafici di interazione mostrano che, sebbene il fattore di scansione influenzi la precisione della misurazione, il metodo di interpolazione di Taylor continua a superare quello Gaussiano, sebbene con un margine ridotto. L'analisi ANOVA conferma che il numero di scansioni ha un effetto statisticamente significativo sulla precisione della misurazione, rafforzando la necessità di eseguire scansioni multiple per migliorare l'accuratezza della XCT. Dal punto di vista metodologico, l'integrazione di pipeline di elaborazione XCT basate su Python e MATLAB si è rivelata fondamentale per l'estrazione e l'analisi del dataset. L'uso di tecniche di precisione subpixel, tra cui l'interpolazione Gaussiana con miglioramento Laplaciano, ha contribuito a perfezionare il processo di rilevamento dei bordi. Ciò si allinea con l'obiettivo generale della tesi, che enfatizza l'importanza dei miglioramenti computazionali nella segmentazione XCT e nella metrologia dimensionale. In sintesi, questa ricerca stabilisce che l'aumento del numero di scansioni svolge un ruolo più cruciale nella riduzione dell'errore di misurazione rispetto alla scelta del metodo di interpolazione. Sebbene l'interpolazione di Taylor presenti un leggero vantaggio rispetto ai metodi Gaussiani, il suo effetto non è statisticamente significativo con il dataset attuale. I risultati suggeriscono che i futuri miglioramenti nella metrologia basata su XCT dovrebbero concentrarsi sull'ottimizzazione della ripetizione delle scansioni e sullo sviluppo di modelli di calibrazione in tempo reale per migliorare ulteriormente la precisione. Questa ricerca contribuisce al campo della metrologia dimensionale basata su XCT validando l'efficacia delle tecniche di interpolazione subpixel e sottolineando il ruolo dell'ottimizzazione delle scansioni nel migliorare l'accuratezza delle misurazioni.