一種基于針孔陣列的x射線光場成像及標(biāo)定方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于針孔陣列的X射線光場成像及標(biāo)定方法，包括步驟1：建立基于針孔陣列的X射線光場成像模型，包括X射線光源陣列、針孔陣列和X射線圖像傳感器；步驟2：建立線性曝光映射圖，實(shí)現(xiàn)X射線光場影像的曝光歸一化；步驟3：標(biāo)定X射線光場影像的針孔中心，以提取每個針孔影像的中心位置；步驟4：根據(jù)步驟3中獲得的針孔影像中心，提取每個X射線光源影像；步驟5：根據(jù)步驟4提取每個X射線光源影像，提取每個針孔影像中相同位置處的像素，重組為一幀X射線光源影像；步驟6：將所提取的X射線光源影像轉(zhuǎn)換為正交排列的X射線光源影像。本發(fā)明將可見光的光場成像理論拓展到X射線成像中，滿足了臨床診療中對X射線影像的成像質(zhì)量的要求。
【專利說明】一種基于針孔陣列的X射線光場成像及標(biāo)定方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
本發(fā)明涉及X射線醫(yī)學(xué)影像領(lǐng)域中的光場成像技術(shù)，特別是指一種基于針孔陣列的X射線光場成像及標(biāo)定方法。
【背景技術(shù)】
光場成像是在傳統(tǒng)成像設(shè)備的基礎(chǔ)上，通過相機(jī)陣列、編碼孔徑或微透鏡陣列來實(shí)現(xiàn)光場采集。在基于相機(jī)陣列的光場成像方面，美國斯坦福大學(xué)M.Levoy在1996年構(gòu)建了由128個相機(jī)組成的4維光場采集平臺 [1]。美國南加州大學(xué)P.Debevec在2000年首次實(shí)現(xiàn)了用于人臉采集的4維靜態(tài)變光照采集系統(tǒng)[2]，國內(nèi)清華大學(xué)戴瓊海教授搭建了國內(nèi)首個直徑6米，包含40臺相機(jī)和310個LED光源的變光照動態(tài)光場采集系統(tǒng)[3]。2012年項(xiàng)目組與清華大學(xué)在杭州電子科技大學(xué)共同搭建了目前亞洲最大的直徑10米、高7米的七維動態(tài)光場采集系統(tǒng)[4]。
A.Levinta和A.Veeraraghavan[6]等人提出了基于編碼孔徑的光場捕獲技術(shù)。它是在傳統(tǒng)相機(jī)的鏡頭光圈處插入模式遮光片，利用透鏡模型推導(dǎo)出目標(biāo)到焦平面的距離與散焦模糊間的關(guān)系，并結(jié)合概率模型恢復(fù)深度信息和全焦點(diǎn)圖像。但該方法需要較長的曝光時間且圖像信噪比較低。
美國麻省理工E.Adelson在1992年首次提出了光場相機(jī)m的概念，2005年美國斯坦福大學(xué)R.Ng[8]進(jìn)一步完善。該方法在傳統(tǒng)相機(jī)的成像平面處插入微透鏡陣列，用以記錄入射光的輻射角分布，并通過一個中繼透鏡傳遞到光電傳感器上實(shí)現(xiàn)4維靜態(tài)光場成像。其核心思想是以微透鏡陣列取代相機(jī)陣列，以犧牲成像空間分辨率換取輻射角分辨率，不可避免地存在空間分辨率低的缺陷。近期A.Lumsdaine和T.Georgiev等人提出了會聚式光場相機(jī)Plen0ptic2.0[9a°]，結(jié)合超分辨率重建技術(shù)可重構(gòu)出較高空間分辨率的視圖。相對于相機(jī)陣列和編碼孔徑方法，基于微透鏡陣列的光場成像技術(shù)更趨于成熟，2012年美國硅谷的創(chuàng)業(yè)公司LytiO推出了全球首款消費(fèi)級的便攜式光場相機(jī)，可實(shí)現(xiàn)先拍照后對焦功能。德國Raytrix公司也推出了科研和工業(yè)應(yīng)用級的光場相機(jī)。
光場成像技術(shù)突破了傳統(tǒng)成像模型的局限，這為醫(yī)學(xué)影像成像和計算也提供了新思路和新方法。然而現(xiàn)已提出的光場成像技術(shù)都是基于可見光反射成像原理，而在醫(yī)學(xué)影像中通常是透射衰減成像，在成像機(jī)理上存在本質(zhì)上的差異，兩者影像亮度所代表的物理含義也不相同。近年來國內(nèi)外研究人員一直致力于將光場成像技術(shù)與醫(yī)學(xué)影像相結(jié)合，M.Levoy提出了基于可見光透射成像的光場顯微鏡[11];國內(nèi)胡家升等人提出了基于編碼孔徑的X射線成像及其高精度圖像重構(gòu)[12];王小龍等人提出了采用LytiO相機(jī)的X射線成像閃爍體成像方法[13]。然而上述方法目前都無法滿足臨床診療中對X射線影像的成像質(zhì)量。

【發(fā)明內(nèi)容】

本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，將可見光的光場成像理論拓展到X射線成像中，以解決臨床診療中X射線影像丟失深度信息，造成不同深度影像重疊且難以區(qū)分的問題，而提出一種無深度信息丟失，無影像重疊、具有低劑量、快速成像、滿足臨床診療中對X射線影像的成像質(zhì)量要求的基于針孔陣列的X射線光場成像及標(biāo)定方法。
本發(fā)明實(shí)現(xiàn)其技術(shù)目的所采用的技術(shù)方案是:一種基于針孔陣列的X射線光場成像及標(biāo)定方法，包括以下步驟:
步驟1:建立基于針孔陣列的X射線光場成像模型，包括X射線光源陣列、針孔陣列和X射線圖像傳感器，所述的X射線光源陣列是由多個X射線光源組成MXN正交排列的二維平面陣列，所述的針孔陣列是由一組設(shè)置在X射線掩模板上呈PXQ六邊形排列的針孔組成，所述的X射線圖像傳感器為一組X射線可直接成像的數(shù)字圖像傳感器；
步驟2:建立線性曝光映射圖，實(shí)現(xiàn)X射線光場影像的曝光歸一化，具體為:
在X光源陣列中所有X光源關(guān)閉的情況下獲取一幀光場影像作為噪聲影像In ；
在X光源陣列中所有X光源打開，X射線圖像傳感器電子快門時間設(shè)置為最短的情況下，獲取一幀光場影像作為低曝光影像I1 ；
在X光源陣列中所有X光源打開，X射線圖像傳感器電子快門時間設(shè)置為最長的情況下，獲取一幀光場影像作為高曝光影像Ih ；
建立線性曝光映射圖M:
【權(quán)利要求】
1.一種基于針孔陣列的X射線光場成像及標(biāo)定方法，其特征在于:包括以下步驟:步驟1:建立基于針孔陣列的X射線光場成像模型，包括X射線光源陣列、針孔陣列和X射線圖像傳感器，所述的X射線光源陣列是由多個X射線光源組成MXN正交排列的二維平面陣列，所述的針孔陣列是由一組設(shè)置在X射線掩模板上呈PXQ六邊形排列的針孔組成，所述的X射線圖像傳感器為一個X射線可直接成像的數(shù)字圖像傳感器； 步驟2:建立線性曝光映射圖，實(shí)現(xiàn)X射線光場影像的曝光歸一化，具體為: 在X射線光源陣列中所有X射線光源關(guān)閉的情況下獲取一幀X射線光場影像作為噪聲影像In ; 在X射線光源陣列中所有X射線光源打開，X射線圖像傳感器電子快門時間設(shè)置為最短的情況下，獲取一幀X射線光場影像作為低曝光影像I1 ； 在X射線光源陣列中所有X射線光源打開，X射線圖像傳感器電子快門時間設(shè)置為最長的情況下，獲取一幀X射線光場影像作為高曝光影像Ih ； 建立線性曝光映射圖M:
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于針孔陣列的X射線光場成像及標(biāo)定方法，其特征在于:所述的X射線光源陣列中相鄰兩X射線光源的間距u滿足:
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于針孔陣列的X射線光場成像及標(biāo)定方法，其特征在于:針孔陣列中每個針孔形成的針孔影像空間分辨率為wXw像素，其中w取M和N的最大值；針孔陣列中相鄰針孔間距P為X.w ; 針孔直徑d滿足:
【文檔編號】A61B6/00GK104013417SQ201410172371
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年4月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月25日
【發(fā)明者】林麗莉, 周文暉, 王秀萍 申請人:浙江工商大學(xué)