Весной 2022 о заморозке своей деятельности на территории РФ заявили основные мировые производители программного обеспечения для компьютерной томографии (КТ). От "хорошей" жизни нам пришлось запустить проект разработки собственного КТ‑реконструктора совместно с командой Unicore Solutions.
Кратко - mission completed, получилось интересно и сейчас идёт активный этап отладки и сбора обратной связи. Статья посвящена одному из пользовательских кейсов для томографической реконструкции - реверс инжинирингу печатных плат.
Жми под кат, дабы погрузиться в суровый мир микротомографии и узреть красивые картинки реверс инжиниринга.
![](https://habrastorage.org/getpro/habr/upload_files/2af/4de/927/2af4de927876a985ca1d006c9286b43a.jpg)
Мы разрабатываем и производим системы рентгеновской визуализации, в том числе настольные микротомографы. Подробно про метод рассказывал тут. Захват сырых данных мы делаем на своем железе через свое же ПО proDIS, но для реконструкции и рендера трехмерной модели использовали покупной софт (Siemens CERA, Volume Graphics VGSStudio). Минутка ностальгии с красивыми картинками – здесь.
Да, небольшой комментарий, основной текст статьи написал Артём Авакян, наш исследователь и "дока" в микротомографии. Мои 5 копеек больше в области редактуры и марафета.
Отлаживать новый программный продукт идеально на прикладных задачах. На выставке ExpoElectronica 2022 на наш стенд подошел представитель компании‑производителя плат по технологии LTCC – низкотемпературная совместно отжигаемая керамика. Люди в повседневной работе используют рентген‑телевизионную систему Nikon XTV160 для реверс инжиниринга импортных керамических многослойных плат и для контроля топологии собственных плат.
Насущная проблема реверса методом КТ – изображения соседних слоев накладываются друг на друга, теряется полезная информация. Заказчик достиг необходимого разрешения слоев на промышленном томографе Nikon XT H 320, однако его стоимость далеко за пределами бюджета, плюс под вопросом сама возможность поставки и обслуживания в РФ.
Кризис – время возможностей, и мы получили шанс помериться силами с мировыми грандами в области как железа, так и софта для томографии.
Пациент номер 1
Заказчик передал платы (микромодули) малого форм‑фактора 3.2×1.6 мм. На рисунках показаны их рентгеновские проекции. На боковой проекции видны 9 внутренних слоев металлизации, запечатанные между слоями керамики толщиной около 100 мкм и соединенные сквозными переходными отверстиями. Сложную пространственную топологию платы невозможно разделить на проекционных изображениях, требуются методы послойного анализа. Ламинография (томосинтез aka планарная томография) показала совсем неудовлетворительный результат (и на Nikon, и у нас), поэтому используем полноценную взрослую томографию.
![](https://habrastorage.org/getpro/habr/upload_files/94e/247/08a/94e24708a4cb3097f7b51b727dbf78ce.jpg)
Сбор датасета мы проводили на собственном настольном томографе ПРОДИС.Компакт (напряжение до 110 кВ, размер фокуса – 2 мкм, детектор 6,7 МП, пиксель – 50 мкм). Реконструкция проекций в собственном ПО, визуализация программах со свободным доступом ImageJ и TomViz.
![Томография на Nikon XTV160 Томография на Nikon XTV160](https://habrastorage.org/getpro/habr/upload_files/079/541/d1b/079541d1b904cde4b0e2786e6481511e.jpg)
![Наше Наше](https://habrastorage.org/getpro/habr/upload_files/948/2ac/73f/9482ac73f3fbb2680777eb4d28d7f53d.jpg)
Оказалось, что слои металлизации имеют сложную пространственную конфигурацию, поэтому при 2D‑отображении неизбежно возникает наложение топологии. Ниже примеры срезов томограммы на Nikon и нашем томографе. На момент исследования в июне‑июле реконструктор еще был сыроват, поэтому на изображениях заметны артефакты. Сейчас мы научились их компенсировать автоматизированной калибровкой геометрии, но ради исторической правды показываем оригиналы.
![Nikon, VGStudio MAX Nikon, VGStudio MAX](https://habrastorage.org/getpro/habr/upload_files/f95/ce7/38c/f95ce738c0476ea15d8b8d8fcc05cfeb.jpg)
![Наше Наше](https://habrastorage.org/getpro/habr/upload_files/24b/9a5/de8/24b9a5de87020ea7984cf7ee0cff5a68.jpg)
Несмотря на заметные артефакты реконструкции, полученное пространственное разрешение и разделение слоев металлизации оказались достаточными для восстановления топологии. Заказчик остался доволен и приехал в гости, чтобы передать более сложные образцы.
Пациент номер 2 — тяжелый случай
На втором этапе заказчик предоставил для оценки внутренней структуры импортный смеситель частот с габаритными размерами 7,62х6,35х0,9 мм, на основе многослойной керамической платы, изготовленной по технологии LTCC. На Nikon ранее была визуально оценена внутренняя структура и основные геометрические размеры: 8 керамических слоев толщиной ≈ 110 мкм, ширина проводника ≈ 100 мкм, диаметр межслойных переходов ≈ 140 мкм.
![](https://habrastorage.org/getpro/habr/upload_files/f8a/412/967/f8a412967896a069155a011d33c28ecb.jpg)
На следующем этапе заказчику было необходимо рассмотреть послойную структуру платы. Для этого была проведена съемка на томографе ПРОДИС.Компакт, получена томограмма и проведена реконструкция в нашем ПО proDIS с дальнейшей визуализацией в ПО ImageJ. Качество полученных срезов томограммы многослойной керамической платы позволило заказчику разделить структуру платы на отдельные слои, которые представлены на рисунке:
![8 слоев красоты 8 слоев красоты](https://habrastorage.org/getpro/habr/upload_files/3b1/15e/1c1/3b115e1c16de62ae8d218fe15f5a2833.png)
Из набора 2D-срезов построена трехмерная модель керамической платы. Красотища!
![](https://habrastorage.org/getpro/habr/upload_files/39b/02a/450/39b02a4506d4402d923954134b8912dd.jpg)
Профит производителя — уменьшен срок разработки аналога с учетом собственных технологических возможностей, все довольны.
Данных получилось много, шустрый рендер такого массива — уже следующий челлендж. Мы же не хотим, чтобы заказчики встретили пенсию, смотря в экран. 2D-срезы обрабатывать одно удовольствие, а вот когда до визуализации дело дойдет — придется попотеть.
В общем — каждому производству по томографу! Наличие томографии и полноценная аналитика внутренней структуры объекта, может помочь как с изделиями «сторонних производителей», так и в задачах контроля различных этапов технологического цикла изготовления собственных продуктов.
Заключение
Проект реконструктора активно развивается. По сути, в данной статье описаны результаты debuga в ходе черновой работы с MVP, спасибо заказчику за возможность такой отладки. Сейчас реконструктор имеет уже сносный вид с первой версией UI. Быстродействию позавидуют даже многие иностранные бренды, за это особое спасибо @titovmaxim
Да, кстати, для ВУЗов мы планируем академическую лицензию. Поддержим отечественную науку, чем сможем.
Надеюсь, вам было интересно; пишите - возможно еще что-нибудь интересное отреверсируем;)