專利名稱：一種x射線成像裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及x射線成像技術(shù)，特別涉及一種變劑量x射線成像裝置和 方法。
背景技術(shù)：
在數(shù)字x射線成像系統(tǒng)中，動(dòng)態(tài)范圍是指掃描得到的透射圖像的最大
灰度與最小灰度的比值，由數(shù)字成像器件的動(dòng)態(tài)范圍決定。而數(shù)字成像器件
的動(dòng)態(tài)范圍由其自身的數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換(A/D)位數(shù)決定，比如，對(duì)于采用 12位A/D的數(shù)字成像器件，其動(dòng)態(tài)范圍最大不會(huì)超過(guò)4094/1。
當(dāng)利用上述數(shù)字X射線成像系統(tǒng)進(jìn)行X射線檢測(cè)時(shí)，如果在X射線透 射方向上待檢測(cè)物體有效厚度變化較大，那么則很可能會(huì)得到質(zhì)量很差的透 射圖像。這是因?yàn)楫?dāng)待檢測(cè)物體在X射線的透射方向上有效厚度變化較 大時(shí)，會(huì)相應(yīng)地導(dǎo)致X射線的衰減程度差異較大，進(jìn)而導(dǎo)致到達(dá)數(shù)字成像 器件的光子數(shù)也存在較大差異，從而造成某些探元接收到的光子數(shù)超過(guò)其容 限，使得透射圖像的灰度信息在某些區(qū)域由于吸收光子數(shù)過(guò)飽和而產(chǎn)生"開 花"現(xiàn)象，相反，某些探元可能會(huì)由于吸收光子數(shù)太少而使得透射圖像的灰 度信息在某些區(qū)域上無(wú)可用信息。也就是說(shuō)，將無(wú)法獲取整個(gè)待檢測(cè)物體的 全部結(jié)構(gòu)信息，/人而無(wú)法完成4企測(cè)。
針對(duì)這一問(wèn)題，現(xiàn)有技術(shù)中通常采用以下處理方式
(1)采用高動(dòng)態(tài)范圍的數(shù)字成像器件
這種方式雖然對(duì)提升透射圖像的質(zhì)量有一定的幫助，但是，高動(dòng)態(tài)范圍的 數(shù)字成像器件的價(jià)格十分昂貴，所以增加了實(shí)驗(yàn)成本，同時(shí)也限制了數(shù)字X射 線成像系統(tǒng)的應(yīng)用范圍。
(2) 加準(zhǔn)直局部透照 獲取待檢測(cè)物體不同區(qū)域?qū)?yīng)的透射圖像，得到一透射圖像序列，然后對(duì)
該透射圖像序列進(jìn)行綜合分析，以得到待檢測(cè)物體的全部結(jié)構(gòu)信息。但是該方 式需要反復(fù)實(shí)驗(yàn)，即反復(fù)改變準(zhǔn)直位置，造成檢測(cè)耗時(shí)過(guò)長(zhǎng)，而且具有較大的 實(shí)驗(yàn)難度，且效果一般，局限性大。
(3) 雙能或多能透照
即利用多個(gè)X射線源分別從不同的角度獲取關(guān)于待檢測(cè)物體的透射圖像， 然后對(duì)得到的多幀透射圖像進(jìn)行綜合分析，以得到待;險(xiǎn)測(cè)物體的全部結(jié)構(gòu)信息。 該方式雖然能夠較好地解決待檢測(cè)物體有效厚度變化較大的問(wèn)題，但由于需要 幾個(gè)射線源同時(shí)工作，所以增加了實(shí)驗(yàn)i殳備負(fù)擔(dān)和實(shí)驗(yàn)成本。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種X射線成像方法，該方法 適用于任意復(fù)雜結(jié)構(gòu)的待檢測(cè)物體，不受X射線透射方向上待檢測(cè)物體有 效厚度變化的影響。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種X射線成像裝置，該裝置適用于任意 復(fù)雜結(jié)構(gòu)的待檢測(cè)物體，不受X射線透射方向上待檢測(cè)物體有效厚度變化 的影響。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的 一種X射線成像裝置，該裝置包括
變劑量成像模塊，用于根據(jù)掃描過(guò)程中X射線透射方向上待檢測(cè)物體 有效厚度的變化，實(shí)時(shí)調(diào)整X射線源管電壓，并按照調(diào)整后的X射線源管 電壓對(duì)所述待檢測(cè)物體進(jìn)行掃描，將掃描得到的透射圖像發(fā)送給圖像處理模
塊；
所述圖像處理模塊，用于對(duì)接收到的各透射圖像進(jìn)行動(dòng)態(tài)范圍提升以及 圖像融合，得到最終所需透射圖像。
一種X射線成像方法，該方法包括
A、 根據(jù)掃描過(guò)程中X射線透射方向上待檢測(cè)物體有效厚度的變化，實(shí) 時(shí)調(diào)整X射線源管電壓，并按照調(diào)整后的X射線源管電壓對(duì)所述待檢測(cè)物 體進(jìn)行掃描；
B、 對(duì)掃描得到的各透射圖像進(jìn)行動(dòng)態(tài)范圍提升以及圖像融合，得到最 終所需透射圖像。
可見，采用本發(fā)明的技術(shù)方案，根據(jù)X射線的性質(zhì)，即X射線的穿透 能力取決于X射線源管電壓，X射線源管電壓越大，X射線的穿透能力越強(qiáng)， 相應(yīng)地它所穿過(guò)的有效厚度越大；對(duì)于在X射線的透射方向上有效厚度變 化率較大的待檢測(cè)物體，根據(jù)掃描過(guò)程中待檢測(cè)物體有效厚度的變化，實(shí)時(shí) 調(diào)整X射線源管電壓，并按照調(diào)整后的X射線源管電壓對(duì)待檢測(cè)物體進(jìn)行 掃描，并且，對(duì)掃描得到的各透射圖像進(jìn)行動(dòng)態(tài)范圍提升以及圖像融合等處 理，從而得到最終所需的質(zhì)量較好的透射圖像。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所 述方案適用于任意復(fù)雜結(jié)構(gòu)的待檢測(cè)物體，且不受X射線透射方向上待檢 測(cè)物體有效厚度變化的影響。


圖1為本發(fā)明裝置實(shí)施例的組成結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2為本發(fā)明裝置較佳實(shí)施例的組成結(jié)構(gòu)示意圖。 圖3為本發(fā)明實(shí)施例中的灰度加權(quán)方式示意圖。 圖4為本發(fā)明方法實(shí)施例的流程圖。
圖5為本發(fā)明實(shí)施例中的透射圖像數(shù)據(jù)子集提取方式示意圖。
具體實(shí)施例方式
為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下參照附圖并舉實(shí) 施例，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步地詳細(xì)說(shuō)明。
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本發(fā)明中提出一種新的X射線成像方案。 根據(jù)X射線的性質(zhì)，即X射線的穿透能力取決于X射線源管電壓，X射線
源管電壓越大，x射線的穿透能力越強(qiáng)，相應(yīng)地它所穿過(guò)的有效厚度越大。
那么，對(duì)于在X射線的透射方向上有效厚度變化率較大的待檢測(cè)物體，則 可通過(guò)改變X射線源管電壓，即利用變劑量(本發(fā)明中可將劑量等同理解
為x射線源管電壓)成像技術(shù)來(lái)完成對(duì)待檢測(cè)物體的x射線檢測(cè)。
圖1為本發(fā)明裝置實(shí)施例的組成結(jié)構(gòu)示意圖。如圖l所示，該裝置包括 變劑量成像模塊和圖像處理模塊。
其中，變劑量成像模塊，用于根據(jù)掃描過(guò)程中X射線透射方向上待檢 測(cè)物體有效厚度的變化，實(shí)時(shí)調(diào)整X射線源管電壓，并按照調(diào)整后的X射 線源管電壓對(duì)待檢測(cè)物體進(jìn)行掃描，將掃描得到的各透射圖像發(fā)送給圖像處 理模塊；圖像處理模塊，用于對(duì)接收到的各透射圖像進(jìn)行動(dòng)態(tài)范圍提升以及 圖像融合，得到最終所需透射圖像。
在實(shí)際應(yīng)用中，變劑量成像模塊實(shí)時(shí)調(diào)整X射線源管電壓的方式可以 是根據(jù)人為設(shè)置調(diào)整，因?yàn)閽呙璧玫降耐干鋱D像是可以實(shí)時(shí)顯示出來(lái)的，那 么，裝置操作人員可以通過(guò)觀察所顯示出來(lái)的透射圖像質(zhì)量，判斷出是否需 要改變X射線源管電壓，以及是需要增大還是減小。或者，也可以釆用自 動(dòng)控制的方式來(lái)調(diào)整X射線源管電壓。對(duì)于這種情況，圖1所示裝置中還 需要進(jìn)一步包括以下模塊
變劑量預(yù)成像模塊，用于在預(yù)先設(shè)定的角度上，按照X射線源管電壓 由小到大的預(yù)定順序，掃描得到預(yù)定數(shù)量的透射圖像，并輸出給電壓模型構(gòu) 建模塊和預(yù)測(cè)模塊；
電壓模型構(gòu)建模塊，用于接收來(lái)自變劑量預(yù)掃描模塊的各透射圖像，獲 取各透射圖像中的有效區(qū)域灰度均值，并根據(jù)各透射圖像有效區(qū)域灰度均值 以及各透射圖像對(duì)應(yīng)的X射線源管電壓，構(gòu)建有效區(qū)域灰度均值與X射線 源管電壓之間的數(shù)學(xué)模型；
預(yù)測(cè)模塊，用于提取接收到的各透射圖像的有效區(qū)域位置和計(jì)算有效區(qū) 域灰度均值，并根據(jù)各透射圖像的有效區(qū)域位置以及有效區(qū)域灰度均值信 息，預(yù)測(cè)下一幀透射圖像的有效區(qū)域位置及有效區(qū)域灰度均值，并將預(yù)測(cè)結(jié)
果輸出給電壓調(diào)節(jié)模塊；
電壓調(diào)節(jié)模塊，用于接收預(yù)測(cè)模塊預(yù)測(cè)出的下一幀透射圖像的有效區(qū)域 位置信息及有效區(qū)域灰度均值，通過(guò)與電壓模型構(gòu)建模塊進(jìn)行交互，依據(jù)電 壓模型構(gòu)建模塊構(gòu)建出的有效區(qū)域灰度均值與X射線源管電壓之間的數(shù)學(xué) 模型，計(jì)算與預(yù)測(cè)出的有效區(qū)域灰度均值相對(duì)應(yīng)的X射線源管電壓，并輸 出給變劑量成像模塊。
另外，變劑量成像模塊還可進(jìn)一步用于，提取根據(jù)計(jì)算出的X射線源 管電壓掃描得到的透射圖像的有效區(qū)域位置，并將提取出的有效區(qū)域位置輸 出給電壓調(diào)節(jié)模塊；電壓調(diào)節(jié)模塊進(jìn)一步用于，將接收自變劑量成像模塊的 有效區(qū)域位置與接收自預(yù)測(cè)模塊的有效區(qū)域位置進(jìn)行比較，確定兩者是否一 致，如果不一致，則根據(jù)具體差別情況對(duì)X射線源管電壓進(jìn)行微調(diào)，并輸 出給變劑量成像模塊；變劑量成像模塊按照微調(diào)后的X射線管電壓重新進(jìn) 行掃描。
本發(fā)明所述方案中，變劑量成像模塊可掃描得到多幀透射圖像(具體為 多少幀可根據(jù)實(shí)際需要而定)，從而得到一透射圖像序列，而針對(duì)同一待檢 測(cè)物體，最終所需的透射圖像通常僅為一幀，所以，需要由圖像處理模塊對(duì) 這多幀透射圖像進(jìn)行灰度加權(quán)以及圖像融合等處理，以得到最終所需的透射 圖像。具體實(shí)現(xiàn)包括提取掃描得到的各透射圖像的數(shù)據(jù)子集，并記錄各透 射圖像的有效區(qū)域位置及邊緣信息；對(duì)各透射圖像的數(shù)據(jù)子集進(jìn)行灰度加 權(quán)；根據(jù)各透射圖像的有效區(qū)域位置及邊緣信息，對(duì)進(jìn)行灰度加權(quán)處理后的 各透射圖像的數(shù)據(jù)子集進(jìn)行圖像融合，得到最終所需的信息完全且動(dòng)態(tài)范圍 較大的透射圖像。
下面通過(guò)較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明所迷方案作進(jìn) 一 步地詳細(xì)說(shuō)明 圖2為本發(fā)明裝置較佳實(shí)施例的組成結(jié)構(gòu)示意圖。如圖2所示，該裝置 包括變劑量預(yù)成像模塊、電壓模型構(gòu)建模塊、預(yù)測(cè)模塊、電壓調(diào)節(jié)模塊、 變劑量成像模塊，以及圖像處理模塊；其中，圖像處理模塊中可具體包括 數(shù)據(jù)子集提取子模塊、灰度加權(quán)子模塊以及圖像融合子模塊。各模塊/子模
塊的功能詳細(xì)介紹如下
(1) 變劑量預(yù)成像模塊
該模塊是本發(fā)明所述方案的實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)，通過(guò)預(yù)成像，得到不同X射線 源管電壓下對(duì)應(yīng)的透射圖像，從而為后面的電壓模型構(gòu)建模塊以及預(yù)測(cè)模塊 提供所需的先驗(yàn)信息，并可得到待檢測(cè)物體所需最低和最高X射線源管電 壓，從而為后面的變劑量成像提供合理的電壓范圍。
本實(shí)施例中，利用變劑量預(yù)成像模塊，在預(yù)先設(shè)定的角度上，根據(jù)X 射線源管電壓由小到大的順序，按照現(xiàn)有掃描方式得到一定數(shù)量的透射圖 像；透射圖像的具體數(shù)量以及每次掃描時(shí)所對(duì)應(yīng)的X射線源管電壓大小可 根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行設(shè)置；比如，可以按照X射線源管電壓分別為5V、 IOV、 15V，......遞增的方式，掃描得到20幅透射圖像。
(2) 電壓模型構(gòu)建模塊
由于不同的X射線源管電壓對(duì)應(yīng)著不同能量的X射線，而不同能量的 X射線能夠穿過(guò)的待檢測(cè)物體的有效厚度又不同，在透射圖像中表現(xiàn)為圖像 灰度不同，所以可利用數(shù)學(xué)的方法建立X射線源管電壓與透射圖像的灰度 之間的數(shù)學(xué)模型；并通過(guò)所建立的數(shù)學(xué)模型來(lái)實(shí)現(xiàn)X射線源管電壓的控制。
連續(xù)X射線譜的強(qiáng)度分布與X射線源的激發(fā)條件的關(guān)系可用下式表示
其中，c為常數(shù)，z為x射線源的把原子序數(shù)，；i為x射線的波長(zhǎng)， Amin=l^， r為X射線源管電壓，i為X射線源管電流。從公式(l)可以看
出，當(dāng)X射線源管電流i不變時(shí)，改變X射線源管電壓V， X射線的強(qiáng)度I也 會(huì)相應(yīng)地發(fā)生變化；X射線源管電壓V越大，X射線的強(qiáng)度I也越大。
令￡ = te/;i，代入公式(l)，可得到X射線強(qiáng)度I關(guān)于射線能量的函數(shù):
<formula>formula see original document page 12</formula>
其中，A為普朗克常數(shù)，c為光子速度，S為某一X射線管電壓下連續(xù)X射
線的能量。
在不同X射線管電壓下的連續(xù)X射線語(yǔ)中，某種材料的衰減系數(shù)不再是一 個(gè)常數(shù)，而是隨著電壓和相應(yīng)電壓下的射線能量的不同而不同，即材料的衰減 系數(shù)是一個(gè)關(guān)于材料的原子序數(shù)、電壓以及相應(yīng)電壓下的射線能量的函數(shù) P(Z，五，r)。這樣，可得到不同X射線源管電壓下的連續(xù)X射線的衰減規(guī)律如下
<formula>formula see original document page 12</formula>(3)
其中，/。為初始強(qiáng)度，/為衰減后的強(qiáng)度，通常等效為探測(cè)器采集到的透射 圖像灰度y (單點(diǎn)像素灰度)，/為X射線在待檢測(cè)物體中所穿過(guò)的長(zhǎng)度，
為某一X射線源管電壓V下X射線的最大能量。由公式(2)和(3)可得 <formula>formula see original document page 12</formula>從公式(4)可以看出，X射線源的把原子序數(shù)、X射線源管電壓V和透射 圖像灰度y之間存在一定的函數(shù)關(guān)系，即
<formula>formula see original document page 12</formula>(5)
所以，可根據(jù)預(yù)成像得到的透射圖像，即前面所述的20幅透射圖像的有效 區(qū)域灰度均值以及各自對(duì)應(yīng)的X射線源管電壓之間的關(guān)系，利用最小二乘逼近 等方法構(gòu)建有效區(qū)域灰度均值與X射線源管電壓之間的數(shù)學(xué)模型。當(dāng)然，也可 以不采用全部20幅透射圖像，而是只選取其中的部分圖像對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)學(xué) 模型構(gòu)建。最小二乘逼近方法的具體實(shí)現(xiàn)為本領(lǐng)域公知，不再贅述。
(3) 預(yù)測(cè)模塊
依據(jù)之前介紹的X射線的衰減規(guī)律可知，X射線衰減后的強(qiáng)度函數(shù)是一個(gè) 連續(xù)函數(shù)，在透射圖像中表現(xiàn)為 一方面，隨著X射線劑量的變化，透射圖像 灰度的變化是一個(gè)連續(xù)變化的過(guò)程；另一方面，X射線劑量不同，所穿過(guò)的待 檢測(cè)物體有效厚度不同，即隨著X射線劑量從小到大的變化，對(duì)應(yīng)得到的透射 圖像的有效區(qū)域位置也不同。這樣，就可以根據(jù)已知的前幾幀透射圖像的有效 區(qū)域位置以及有效區(qū)域灰度均值信息對(duì)下一幀透射圖像的灰度變化以及有效區(qū) 域位置變化做出合理的預(yù)測(cè)，進(jìn)而自動(dòng)控制X射線源管電壓的變化。該模塊可 以減少改變X射線源管電壓的次數(shù)，提高運(yùn)算效率，在一定程度上可以降低技 術(shù)成本。
卡爾曼預(yù)測(cè)是一個(gè)對(duì)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的狀態(tài)序列進(jìn)行線性最小方差估計(jì)的算法， 通過(guò)以動(dòng)態(tài)的狀態(tài)方程和觀測(cè)方程來(lái)描述系統(tǒng)。它可以以任意一點(diǎn)作為起點(diǎn)開 始觀測(cè)，采用遞歸估計(jì)的方法計(jì)算，對(duì)目標(biāo)進(jìn)行預(yù)測(cè)，具有計(jì)算量小以及可實(shí) 時(shí)計(jì)算的特點(diǎn)。因此，可以采用卡爾曼預(yù)測(cè)方式對(duì)下一幀透射圖像的有效區(qū)域 位置及有效區(qū)域灰度均值進(jìn)行預(yù)測(cè)。具體到本實(shí)施例中，由于預(yù)掃描得到的20 幅透射圖像的有效區(qū)域位置以及對(duì)應(yīng)的灰度均值信息都是可知的，所以可以將 這些信息作為預(yù)測(cè);漠型的輸入，來(lái)預(yù)測(cè)下一幀透射圖像的有效區(qū)域位置及有效 區(qū)域灰度均值?？柭A(yù)測(cè)的具體實(shí)現(xiàn)為本領(lǐng)域公知，不再贅述。
(4) 電壓調(diào)節(jié)模塊和變劑量成像模塊
預(yù)測(cè)模塊將預(yù)測(cè)出的下 一幀透射圖像的有效區(qū)域位置及該有效區(qū)域的 灰度均值提供給電壓調(diào)節(jié)模塊；電壓調(diào)節(jié)模塊根據(jù)接收到的有效區(qū)域灰度均 值信息，利用電壓模型構(gòu)建模塊構(gòu)建出的有效區(qū)域灰度均值與X射線源管 電壓之間的數(shù)學(xué)模型，計(jì)算出與該預(yù)測(cè)出的有效區(qū)域灰度均值相對(duì)應(yīng)的X 射線源管電壓，然后，將計(jì)算結(jié)果輸出給變劑量成像模塊。變劑量成像模塊 根據(jù)接收到的X射線源管電壓對(duì)待檢測(cè)物體進(jìn)行掃描，并將掃描得到的透 射圖像輸出給圖像處理模塊。另外，變劑量成像模塊還可以提取出掃描得到 的透射圖像的有效區(qū)域位置，并發(fā)送給電壓調(diào)節(jié)模塊；電壓調(diào)節(jié)模塊將接收 自變劑量成像模塊的有效區(qū)域位置與接收自預(yù)測(cè)模塊的預(yù)測(cè)出的有效區(qū)域 位置進(jìn)行比較，確定兩者是否一致，即比較實(shí)際效果與預(yù)測(cè)效果是否一致，
如果不一致，則可根據(jù)實(shí)際情況對(duì)X射線源管電壓的大小進(jìn)行微調(diào)，具體 微調(diào)多少可通過(guò)人為干預(yù)實(shí)現(xiàn)，并將微調(diào)后X射線源電壓輸出給變劑量成 像模塊，由變劑量成像模塊按照微調(diào)后的X射線管電壓重新進(jìn)行掃描，以
便得到更加準(zhǔn)確的透射圖像。需要說(shuō)明的是，本發(fā)明實(shí)施例中，無(wú)論是計(jì)算
出的x射線源管電壓，還是進(jìn)行微調(diào)后的x射線源管電壓，其電壓值都需 要處于前述在預(yù)成像時(shí)所確定的最低和最高x射線源管電壓的范圍之內(nèi)。
(5)圖像處理模塊 該模塊又可具體包括以下三個(gè)子模塊，即數(shù)據(jù)子集提取子模塊、灰度加權(quán) 子模塊以及圖像融合子模塊。其中 A、數(shù)據(jù)子集提取子模塊
對(duì)于通過(guò)變劑量成像模塊掃描得到的透射圖像序列中的每一幀透射圖像， 待檢測(cè)物體的有效信息會(huì)聚集成一個(gè)一個(gè)的數(shù)據(jù)子集，而依據(jù)之前的介紹可知， 透射圖像的某些區(qū)域可能會(huì)出現(xiàn)"開花"現(xiàn)象，"開花"現(xiàn)象會(huì)吞噬該區(qū)域周 邊的有用數(shù)據(jù)，所以，如果直接對(duì)每一幀透射圖像分別進(jìn)行數(shù)據(jù)子集提取，則 很可能會(huì)造成誤提取。為了避免這種誤提取，本實(shí)施例中采用數(shù)據(jù)子集遞進(jìn)提 取方式，以保證待檢測(cè)物體的全部有用信息均能夠被正確提取，不誤提，不漏 提
首先，按照所對(duì)應(yīng)的X射線源管電壓由小到大的順序，對(duì)掃描得到的各透 射圖像進(jìn)行排序。
然后，進(jìn)行遞進(jìn)分割模板的初始化。這里所提到的遞進(jìn)分割模塊是指與透 射圖像大小相同，但內(nèi)容為空的圖像。比如，可將該模板中的各像素點(diǎn)的取值 均設(shè)置為0或255，即圖像全黑或全白。這里所提到的255也可以是1，取決于 采用哪種灰度表示方式。
之后，提取排序后處于第一位置的透射圖像的數(shù)據(jù)子集，即有效區(qū)域。在 數(shù)字X射線成像系統(tǒng)中，度量圖像質(zhì)量的因素主要有兩個(gè)對(duì)比度(contrast)
和不清晰度(unsharpness)。其中，對(duì)比度取決于X射線源的性能和能量和成 像條件，不清晰度則依賴于成像設(shè)備的幾何條件和系統(tǒng)的調(diào)制傳遞函數(shù) (Modulation Transfer Function,簡(jiǎn)稱MTF)。本發(fā)明中，由于只改變了 X射 線源的管電壓，其它參數(shù)沒有改變，所以，不清晰度是不變的，那么，影響圖 像質(zhì)量的主要因素就是對(duì)比度。對(duì)比度是待檢測(cè)測(cè)物體有效厚度變化所引起的 膠片密度或亮度(屏圖像)變化的度量。在其它因素相同的條件下，對(duì)比度越 大，圖像質(zhì)量越好，而高對(duì)比度圖像將產(chǎn)生高的檢測(cè)靈敏度。
設(shè)X射線入射強(qiáng)度為I，物體厚度變化為&,物體對(duì)X射線的線衰減系數(shù) 為p， X射線的散射比為n， X射線透過(guò)厚度變化為Ax的物體所產(chǎn)生的射線強(qiáng)度 差為
<formula>formula see original document page 15</formula>
對(duì)于數(shù)字x射線成像系統(tǒng)，假設(shè)x射線轉(zhuǎn)換屏(位于數(shù)字成像器件中)的
亮度為B， X射線轉(zhuǎn)換效率為m， X射線轉(zhuǎn)換屏亮度B和X射線入射強(qiáng)度I成 正比，則有
<formula>formula see original document page 15</formula>
相應(yīng);也，圖像的對(duì)比度為
(8)<formula>formula see original document page 15</formula>
從以上分析可知，影響圖像對(duì)比度的主要因素為X射線散射比n， n的取 值越小，圖像的對(duì)比度越大，相應(yīng)地，圖像質(zhì)量越好。而對(duì)于某種材料而言， 影響X射線散射比的主要因素是X射線能量(X射線源管電壓)，而X射線 能量決定了 X射線的穿透能力，進(jìn)而直接反映在透射圖像上的灰度的變化。所 以本實(shí)施例中，可通過(guò)實(shí)驗(yàn)方法找到透射圖像最佳對(duì)比度對(duì)應(yīng)的一個(gè)最佳灰度 帶，并以此作為數(shù)據(jù)子集提取的分割依據(jù)(如果找到透射圖像的最佳對(duì)比度為 現(xiàn)有技術(shù)；另外，可以只找出排序后處于第一位置的透射圖像的最佳對(duì)比度對(duì) 應(yīng)的最佳灰度帶，后續(xù)各透視圖像都按照該最佳灰度帶進(jìn)行數(shù)據(jù)子集提取即 可)。具體如何進(jìn)行數(shù)據(jù)子集的提取為本領(lǐng)域公知，不再贅述。
在提取出排序后處于第一位置的透射圖像的數(shù)據(jù)子集后，記錄該透射圖像 的有效區(qū)域位置以及邊緣信息，這主要是為了后邊將要進(jìn)行的圖像融合提供依
據(jù)
之后，對(duì)遞進(jìn)分割模板進(jìn)行更新，具體更新方式為將遞進(jìn)分割模板中與 提取出的透射圖像中的有效區(qū)域?qū)?yīng)的區(qū)域標(biāo)記為全黑或全白，如果模板初始 化時(shí)為全黑，則將與提取出的透射圖像中的有效區(qū)域?qū)?yīng)的區(qū)域標(biāo)記為全白； 如果模板初始化時(shí)為全白，則將與提取出的透射圖像中的有效區(qū)域?qū)?yīng)的區(qū)域 標(biāo)記為全黑。
然后，對(duì)于排序后處于第二位置的透射圖像進(jìn)行處理，即對(duì)該透射圖像進(jìn) 行模板分割以及數(shù)據(jù)子集提取。其中，模板分割是指，按照遞進(jìn)分割模塊中所 標(biāo)記的區(qū)域，對(duì)排序后處于第二位置的透射圖像中的對(duì)應(yīng)區(qū)域進(jìn)行標(biāo)記，比如 標(biāo)記為全黑，然后對(duì)未進(jìn)行標(biāo)記的區(qū)域進(jìn)行數(shù)據(jù)子集提取；之后，重復(fù)上述記 錄有效區(qū)域位置及邊緣信息以及模板更新等過(guò)程。
按照上述方式處理完所有透射圖像后，將保存有所有透射圖像的數(shù)據(jù)子集 的序列Gi輸出給灰度加權(quán)子模塊，將保存有所有透射圖像的有效區(qū)域位置及邊 緣信息的序列Ii輸出給圖像融合子模塊。
B、灰度加權(quán)子模塊
該模塊用于對(duì)數(shù)據(jù)子集提取子模塊輸出的序列Gi中各透射圖像的數(shù)據(jù)子 集進(jìn)行灰度加權(quán)，并將進(jìn)行灰度加權(quán)處理后的各透射圖像的數(shù)據(jù)子集輸出給圖 像融合子模塊，從而使提取出的各數(shù)據(jù)子集在進(jìn)行融合后能夠正確地表現(xiàn)出待 檢測(cè)物體的全部結(jié)構(gòu)信息，同時(shí)提高最終融合后的透射圖像的動(dòng)態(tài)范圍。 本實(shí)施例中，可采用等效厚度拼接的灰度加權(quán)方式，其原理說(shuō)明如下 假設(shè)變劑量成傳J漠塊共掃描得到M (M為大于1的整數(shù))幅透射圖像，那 么，如果要采用等效厚度拼接的方式對(duì)這M幅透射圖像的數(shù)據(jù)子集進(jìn)行灰度加 權(quán)，則需要首先建立待檢測(cè)物體有效厚度、透視圖像的有效區(qū)域灰度均值(以 下簡(jiǎn)稱灰度)以及X射線源管電壓之間的關(guān)系模型。具體建立方式為利用與 待檢測(cè)物體由相同材料構(gòu)成且有效厚度可變的模具，分別獲取不同X射線源管
電壓下，對(duì)應(yīng)不同的有效厚度時(shí)，掃描得到的透視圖像的灰度。假設(shè)本實(shí)施例
中的M取值為4，則有在X射線源管電壓分別為Ul、 U2、 U3和U4這四種 情況下(U1〉U2>U3>U4 )，分別獲取10組關(guān)于有效厚度與灰度之間的對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)， 然后，利用最小二乘逼近等方法構(gòu)建有效厚度與灰度之間的關(guān)系模型。
圖3為本發(fā)明實(shí)施例中的灰度加權(quán)方式示意圖。如圖(a)所示，當(dāng)X射 線源管電壓加到Ul時(shí)，能夠使待檢測(cè)物體的最厚部分達(dá)到最佳灰度帶，即能 夠使最厚區(qū)域的信息完全，因此，可以將Ul對(duì)應(yīng)的灰度-有效厚度關(guān)系模型 曲線作為灰度加權(quán)的基礎(chǔ)曲線。其中，當(dāng)X射線源管電壓為U4時(shí)，最佳灰度 帶ab對(duì)應(yīng)的有效厚度范圍為^;當(dāng)X射線源管電壓為U3時(shí)，最佳灰度帶cd 對(duì)應(yīng)的有效厚度范圍為^;當(dāng)X射線源管電壓為U2時(shí)，最佳灰度帶ef對(duì)應(yīng) 的有效厚度范圍為^;當(dāng)X射線源管電壓為Ul時(shí)，最佳灰度帶gh對(duì)應(yīng)的有 效厚度范圍為麗；而^, S^， ^，麗加和后得到的連續(xù)厚度變化區(qū)域?yàn)閊。 因此，可以將當(dāng)X射線源管電壓分別為Ul、 U2、 U3和U4時(shí)最佳灰度帶所對(duì) 應(yīng)的有效厚度依次平移拼加在Ul對(duì)應(yīng)的灰度-有效厚度關(guān)系模型曲線上，得 到如圖(b)所示的ah曲線^a,對(duì)應(yīng)有效厚度Z^?？梢钥闯?，圖(a)中所能 達(dá)到的最大灰度^l為maxl,而圖(b)中所能達(dá)到的最大灰度則為max2, max2 明顯大于maxl，也就是說(shuō)，提高了透射圖像的動(dòng)態(tài)范圍。
而依據(jù)之前的介紹可知，數(shù)據(jù)子集提取子模塊輸出的序列Gi中各透射圖像 的數(shù)據(jù)子集是按照所對(duì)應(yīng)的X射線源管電壓由小到大的順序進(jìn)行排序的，即分 別對(duì)應(yīng)X射線源管電壓U4、 U3、 U2和U1。需要說(shuō)明的是，各數(shù)據(jù)子集所對(duì) 應(yīng)的灰度范圍是可知的，本實(shí)施例中為便于描述，將各數(shù)據(jù)子集所對(duì)應(yīng)的灰度 范圍分別簡(jiǎn)稱為Gl、 G2、 G3和G4。那么，基于上述原理，可通過(guò)圖3所示 U4對(duì)應(yīng)的灰度-有效厚度關(guān)系模型曲線，估算出Gl對(duì)應(yīng)的有效厚度Hl;同 理，通過(guò)圖3所示U3對(duì)應(yīng)的灰度-有效厚度關(guān)系模型曲線，估算出G2對(duì)應(yīng)的 有效厚度H2，同時(shí)，可根據(jù)圖3所示U3對(duì)應(yīng)的灰度-有效厚度關(guān)系模型曲線， 估算出有效厚度為Hl對(duì)應(yīng)的灰度Gu3—H1;然后，計(jì)算Gu3-H,與Gl的差值，
即得出U4管電壓下的G1相對(duì)U3管電壓下的加權(quán)系數(shù)。依次類推，可以計(jì)算 出每個(gè)數(shù)據(jù)子集對(duì)應(yīng)的加權(quán)系數(shù)，進(jìn)而根據(jù)計(jì)算出的加權(quán)系數(shù)對(duì)每個(gè)數(shù)據(jù)子集 進(jìn)行灰度加權(quán)。
當(dāng)然，上述僅為舉例說(shuō)明，并不用于限制本發(fā)明的技術(shù)方案，如果采用其 它現(xiàn)有的灰度加權(quán)方式，同樣能夠達(dá)到提高透射圖像動(dòng)態(tài)范圍的目的，也是可 以的。
C、圖像融合子模塊
該模塊用于沖艮據(jù)接收到的各透射圖像的有效區(qū)域位置及邊緣信息(即序列
n)，對(duì)進(jìn)行灰度加權(quán)處理后的各透射圖像的數(shù)據(jù)子集進(jìn)行圖像融合(即灰度加
權(quán)處理后的序列Gi),得到最終所需透射圖像。
由于本實(shí)施例中的透射圖像在成像過(guò)程中，幾何成像條件和待檢測(cè)物體內(nèi) 部結(jié)構(gòu)成像位置都是不變的，而且每幀透射圖像的大小也都一樣，因此，在提 取出各幀透射圖像的數(shù)據(jù)子集并進(jìn)行灰度加權(quán)后，只需進(jìn)行簡(jiǎn)單的相加即可實(shí) 現(xiàn)圖像融合的效果。但是，由于數(shù)據(jù)子集的區(qū)域邊界不定，所以，為了消除圖 像融合時(shí)可能出現(xiàn)的明顯接縫，使圖像平滑過(guò)渡，采用基于距離變換的圖像融
合方法
假設(shè)/i和厶分別代表待融合的兩幅圖像，,代表融合后的圖像，則有<formula>formula see original document page 18</formula>
公式(9)所表達(dá)的含義如下對(duì)于圖像,和圖像厶進(jìn)行融合時(shí)的非重合區(qū) 域，直接將圖像,或圖像力上的像素值賦值給圖像,上的對(duì)應(yīng)像素點(diǎn)，即有
<formula>formula see original document page 18</formula>而對(duì)于重合區(qū)域(圖像,'和圖像,2的有效區(qū)
域相重合的區(qū)域),則有<formula>formula see original document page 18</formula>。 其中，"2("')的計(jì)算方式均為
G'。，人)表示距(/，力最近的取值非255 (或非i,取決于所采用的圖像灰度表
示方式)的像素點(diǎn)的坐標(biāo)。
基于距離變換的圖像融合方法的具體實(shí)現(xiàn)為本領(lǐng)域公知，不再贅述。 通過(guò)上迷處理，即可得到待檢測(cè)物體結(jié)構(gòu)信息完全、圖像質(zhì)量好，且動(dòng)態(tài)
范圍大的透射圖像。
圖4為本發(fā)明方法實(shí)施例的流程圖。如圖4所示，包括以下步驟 步驟401:根據(jù)掃描過(guò)程中X射線透射方向上待檢測(cè)物體有效厚度的變
化，實(shí)時(shí)調(diào)整X射線源管電壓，并按照調(diào)整后的X射線源管電壓對(duì)待檢測(cè)
物體進(jìn)行掃描。
該步驟的具體實(shí)現(xiàn)包括在預(yù)先設(shè)定的角度上，按照X射線源管電壓由小 到大的預(yù)定順序，掃描得到預(yù)定數(shù)量的透射圖像；獲取各透射圖像中有效區(qū)域 的灰度均值，并根據(jù)各透射圖像的有效區(qū)域灰度均值以及各透射圖像對(duì)應(yīng)的X 射線源管電壓，構(gòu)建有效區(qū)域灰度均值與X射線源管電壓之間的數(shù)學(xué)模型；提 取各透射圖像中的有效區(qū)域位置并計(jì)算各有效區(qū)域的灰度均值，并根據(jù)各透射 圖像中的有效區(qū)域位置及各有效區(qū)域的灰度均值，預(yù)測(cè)下一幀透射圖像的有效 區(qū)域位置及有效區(qū)域灰度均值；根據(jù)預(yù)測(cè)出的下一幀透射圖像的有效區(qū)域灰度 均值，依據(jù)構(gòu)建出的有效區(qū)域灰度均值與X射線源管電壓之間的數(shù)學(xué)模型，計(jì) 算與預(yù)測(cè)出的下一幀透射圖像的有效區(qū)域灰度均值相對(duì)應(yīng)的X射線源管電壓， 并根據(jù)計(jì)算結(jié)果對(duì)當(dāng)前的X射線源管電壓進(jìn)行調(diào)整。
其中，按照調(diào)整后的X射線源管電壓對(duì)待檢測(cè)物體進(jìn)行掃描之后，可進(jìn)一 步包括提取掃描得到的透射圖像中的有效區(qū)域位置，并將其與預(yù)測(cè)出的有效 區(qū)域位置進(jìn)行比較，確定兩者是否一致，如果不一致，則根據(jù)具體差別情況對(duì) X射線源管電壓進(jìn)行微調(diào)，并按照微調(diào)后的X射線管電壓重新進(jìn)行掃描。
步驟402:對(duì)掃描得到的各透射圖像進(jìn)行動(dòng)態(tài)范圍提升以及圖像融合， 得到最終所需透射圖像。
該步驟的具體實(shí)現(xiàn)包括提取掃描得到的各透射圖像的數(shù)據(jù)子集，并記
錄各透射圖像的有效區(qū)域位置及邊緣信息；對(duì)各透射圖像的數(shù)據(jù)子集進(jìn)行灰 度加權(quán)；根據(jù)各透射圖像的有效區(qū)域位置及邊緣信息，對(duì)進(jìn)行灰度加權(quán)處理 后的各透射圖像的數(shù)據(jù)子集進(jìn)行圖像融合，得到最終所需透射圖像。
其中，提取掃描得到的各透射圖像的數(shù)據(jù)子集，并記錄各透射圖像的有 效區(qū)域位置及邊緣信息的過(guò)程的具體實(shí)現(xiàn)可如圖5所示
步驟501:將掃描得到的各透射圖像按照所對(duì)應(yīng)的X射線源管電壓由小 到大的順序進(jìn)行排序，分別編號(hào)為1到N。
N為大于1的整數(shù)。
步驟502:對(duì)遞進(jìn)分割模板進(jìn)行初始化。
這里所提到的遞進(jìn)分割模塊是指與透射圖像大小相同，但內(nèi)容為空的圖像。
步驟503:讀取編號(hào)為1，即i-l的透射圖像。
步驟504:提取該透射圖像的數(shù)據(jù)子集，同時(shí)記錄該透射圖像的有效區(qū) 域位置及邊緣信息。
步驟505:根據(jù)提取出的數(shù)據(jù)子集對(duì)遞進(jìn)分割模板進(jìn)行更新。
具體更新方式為將遞進(jìn)分割模板中與提取出的透射圖像中的有效區(qū)域?qū)?應(yīng)的區(qū)域標(biāo)記為全黑或全白，如果模板初始化時(shí)為全黑，則將與提取出的透射 圖像中的有效區(qū)域?qū)?yīng)的區(qū)域標(biāo)記為全白；如果模板初始化時(shí)為全白，則將與 提取出的透射圖像中的有效區(qū)域?qū)?yīng)的區(qū)域標(biāo)記為全黑。
步驟506:將當(dāng)前進(jìn)行完數(shù)據(jù)子集提取的透射圖像的編號(hào)加1,即有 i=i+l。
步驟507:判斷i是否大于N,如果是，則執(zhí)行步驟509;否則，執(zhí)行 步驟508。
步驟508:進(jìn)行模板分割，然后返回執(zhí)行步驟504。
本步驟中，按照遞進(jìn)分割模塊中所標(biāo)記的區(qū)域，對(duì)編號(hào)為i=i+l的透射 圖像中的對(duì)應(yīng)區(qū)域進(jìn)行標(biāo)記，比如標(biāo)記為全黑，然后對(duì)未進(jìn)行標(biāo)記的區(qū)域進(jìn) 行數(shù)據(jù)子集提取以及記錄該透射圖像的有效區(qū)域位置及邊緣信息等處理。
步驟509:輸出各透視圖像的數(shù)據(jù)子集以及有效區(qū)域位置及邊緣信息， 結(jié)束流程。
對(duì)各透射圖像的數(shù)據(jù)子集進(jìn)行灰度加權(quán)包括
在各透射圖像所對(duì)應(yīng)的X射線源管電壓下，分別利用與待檢測(cè)物體由 相同材料構(gòu)成且有效厚度可變的模具，獲取預(yù)定數(shù)量組有效厚度與透射圖像 有效區(qū)域灰度均值之間的對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)；根據(jù)獲取到的數(shù)據(jù)信息，構(gòu)建不同X 射線源管電壓下有效厚度與透射圖像有效區(qū)域灰度均值之間的關(guān)系模型。然 后，對(duì)于編號(hào)為l的透射圖像的數(shù)據(jù)子集，獲取其灰度范圍，并利用與該數(shù) 據(jù)子集相對(duì)應(yīng)的關(guān)系模型，估算出該灰度范圍對(duì)應(yīng)的有效厚度；之后，利用 與編號(hào)為2的透射圖像相對(duì)應(yīng)的關(guān)系模型，估算出在與編號(hào)為2的透射圖像 相對(duì)應(yīng)的X射線源管電壓下，與所述編號(hào)為1的透射圖像的數(shù)據(jù)子集相對(duì) 應(yīng)的有效厚度所對(duì)應(yīng)的灰度范圍；最后，計(jì)算所述估算出的灰度范圍與所述 獲取到的灰度范圍的差值，得到編號(hào)為1的透射圖像的數(shù)據(jù)子集的加權(quán)系 數(shù)。按照同樣的方式得到每個(gè)數(shù)據(jù)子集的加權(quán)系數(shù)，并據(jù)此對(duì)各數(shù)據(jù)子集進(jìn) 行灰度加權(quán)。
圖4所示方法實(shí)施例的具體實(shí)現(xiàn)請(qǐng)參照?qǐng)D2所示裝置較佳實(shí)施例中的相 應(yīng)說(shuō)明，此處不再贅述。
綜上，本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中由于待檢測(cè)物體在X射線透射方向上有效厚 度變化較大而造成的透射圖像質(zhì)量較差的問(wèn)題，提出了一種較好的解決方案。 與現(xiàn)有^a術(shù)相比，本發(fā)明所述方案具有以下優(yōu)點(diǎn)
(1) 通用性強(qiáng)適合各種復(fù)雜結(jié)構(gòu)的待檢測(cè)物體的X射線檢測(cè)，不受待檢 測(cè)物體內(nèi)部結(jié)構(gòu)和厚度突變的影響。
(2) 實(shí)施簡(jiǎn)單無(wú)需在檢測(cè)前做額外的工作(如加準(zhǔn)直)，從預(yù)成像開始， 直至獲取到最終的透射圖像，均可通過(guò)控制實(shí)現(xiàn)，便于實(shí)現(xiàn)智能化成像。
(3 )技術(shù)成本低本發(fā)明所述方案對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)不需要使用高動(dòng)態(tài)范圍 的數(shù)字成像器件，同時(shí)也可避免采用雙能或多能透照帶來(lái)的成本增加。
(4)透射圖像分辨率高通過(guò)對(duì)透射圖像序列進(jìn)行分析和處理，得到高動(dòng)
態(tài)范圍的透射圖像，增強(qiáng)了圖像對(duì)比度，并且由于選取了遞進(jìn)的數(shù)據(jù)子集提取 方式，有效地抑制了量子噪聲和散射對(duì)透射圖像質(zhì)量的影響。
總之，本發(fā)明所述方案采用變劑量x射線數(shù)字成像技術(shù)，結(jié)合現(xiàn)代圖像處 理方法，克服了傳統(tǒng)x射線檢測(cè)方式的諸多缺點(diǎn)，對(duì)傳統(tǒng)的x射線檢測(cè)方法進(jìn) 行了革命性的改進(jìn)，有利于x射線檢測(cè)水平及制造工藝水平的提高。
綜上所述，以上僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非用于限定本發(fā)明的 保護(hù)范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改 進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種X射線成像裝置，其特征在于，該裝置包括:變劑量成像模塊，用于根據(jù)掃描過(guò)程中X射線透射方向上待檢測(cè)物體有效厚度的變化，實(shí)時(shí)調(diào)整X射線源管電壓，并按照調(diào)整后的X射線源管電壓對(duì)所述待檢測(cè)物體進(jìn)行掃描，將掃描得到的透射圖像發(fā)送給圖像處理模塊；所述圖像處理模塊，用于對(duì)接收到的各透射圖像進(jìn)行動(dòng)態(tài)范圍提升以及圖像融合，得到最終所需透射圖像。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，該裝置進(jìn)一步包括 變劑量預(yù)成像模塊，用于在預(yù)先設(shè)定的角度上，按照X射線源管電壓由小到大的預(yù)定順序，掃描得到預(yù)定數(shù)量的透射圖像，并輸出給電壓模型構(gòu) 建模塊和預(yù)測(cè)模塊；所述電壓模型構(gòu)建模塊，用于接收來(lái)自所述變劑量預(yù)成像模塊的各透射 圖像，獲取所述各透射圖像中的有效區(qū)域灰度均值，并根據(jù)各透射圖像的有 效區(qū)域灰度均值以及各透射圖像對(duì)應(yīng)的X射線源管電壓，構(gòu)建有效區(qū)域灰 度均值與X射線源管電壓之間的數(shù)學(xué)模型；所述預(yù)測(cè)模塊，用于提取接收到的各透射圖像的有效區(qū)域位置和計(jì)算有 效區(qū)域灰度均值，并根據(jù)所述各透射圖像的有效區(qū)域位置以及有效區(qū)域灰度 均值信息，預(yù)測(cè)下一幀透射圖像的有效區(qū)域位置及有效區(qū)域灰度均值，并將 預(yù)測(cè)結(jié)果輸出給電壓調(diào)節(jié)模塊；所述電壓調(diào)節(jié)模塊，用于接收所述預(yù)測(cè)模塊預(yù)測(cè)出的下 一 幀透射圖像的 有效區(qū)域灰度均值，通過(guò)與所述電壓模型構(gòu)建模塊進(jìn)行交互，依據(jù)所述電壓 模型構(gòu)建模塊構(gòu)建出的有效區(qū)域灰度均值與X射線源管電壓之間的數(shù)學(xué)模 型，計(jì)算與所述預(yù)測(cè)出的有效區(qū)域灰度均值相對(duì)應(yīng)的X射線源管電壓，并 輸出給所述變劑量成像模塊。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述變劑量成像模塊進(jìn)一步用于，提取掃描得到的透射圖像的有效區(qū)域位置，并將提取出的有效區(qū)域位置輸出給所述電壓調(diào)節(jié)模塊；所述電壓調(diào)節(jié)模塊進(jìn)一步用于，將接收自所述變劑量成像模塊的有效區(qū) 域位置與接收自所述預(yù)測(cè)模塊的有效區(qū)域位置進(jìn)行比較，確定兩者是否一 致，如果不一致，則根據(jù)具體差別情況對(duì)所述X射線源管電壓進(jìn)行微調(diào)， 并輸出給所述變劑量成像模塊；所述變劑量成像模塊按照所述微調(diào)后的X 射線管電壓重新進(jìn)行掃描。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1~3中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述圖像處理 模塊包括數(shù)據(jù)子集提取子模塊，用于提取掃描得到的各透射圖像的數(shù)據(jù)子集，并記 錄各透射圖像的有效區(qū)域位置及邊緣信息，將各透視圖像的數(shù)據(jù)子集信息輸出 給灰度加權(quán)子模塊，將各透射圖像的有效區(qū)域位置及邊緣信息輸出給圖像融合 子模塊；所述灰度加權(quán)子模塊，用于對(duì)接收到的各透射圖像的數(shù)據(jù)子集分別進(jìn)行灰 度加權(quán)，并將進(jìn)行灰度加權(quán)處理后的各透射圖像的數(shù)據(jù)子集輸出給所述圖像融 合子模塊；所述圖像融合子模塊，用于根據(jù)接收到的各透射圖像的有效區(qū)域位置及邊 緣信息，對(duì)所述進(jìn)行灰度加權(quán)處理后的各透射圖像的數(shù)據(jù)子集進(jìn)行圖像融合， 得到最終所需透射圖像。
5、 一種X射線成像方法，其特征在于，該方法包括A、根據(jù)掃描過(guò)程中X射線透射方向上待檢測(cè)物體有效厚度的變化，實(shí) 時(shí)調(diào)整X射線源管電壓，并按照調(diào)整后的X射線源管電壓對(duì)所述待檢測(cè)物 體進(jìn)行掃描；B、對(duì)掃描得到的各透射圖像進(jìn)行動(dòng)態(tài)范圍提升以及圖像融合，得到最終 所需透射圖像。
6、根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所迷根據(jù)掃描過(guò)程中X射 線透射方向上待檢測(cè)物體有效厚度的變化，實(shí)時(shí)調(diào)整X射線源管電壓包括在預(yù)先設(shè)定的角度上，按照X射線源管電壓由小到大的預(yù)定順序，掃 描得到預(yù)定數(shù)量的透射圖像；獲取所述各透射圖像中有效區(qū)域的灰度均值，并根據(jù)各透射圖像的有效 區(qū)域灰度均值以及各透射圖像對(duì)應(yīng)的X射線源管電壓，構(gòu)建有效區(qū)域灰度 均值與X射線源管電壓之間的數(shù)學(xué)模型；提取所述各透射圖像中的有效區(qū)域位置并計(jì)算各有效區(qū)域的灰度均值， 并根據(jù)所述各透射圖像中的有效區(qū)域位置及各有效區(qū)域的灰度均值，預(yù)測(cè)下 一幀透射圖像的有效區(qū)域位置及有效區(qū)域灰度均值；根據(jù)所述預(yù)測(cè)出的下一幀透射圖像的有效區(qū)域灰度均值，依據(jù)所述構(gòu)建出 的有效區(qū)域灰度均值與X射線源管電壓之間的數(shù)學(xué)模型，計(jì)算與所述預(yù)測(cè)出的 下一幀透射圖像的有效區(qū)域灰度均值相對(duì)應(yīng)的X射線源管電壓，并根據(jù)計(jì)算結(jié) 果對(duì)當(dāng)前的X射線源管電壓進(jìn)行調(diào)整。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述按照調(diào)整后的X射線 源管電壓對(duì)所述待檢測(cè)物體進(jìn)行掃描之后，進(jìn)一步包括提取掃描得到的透射圖像中的有效區(qū)域位置，并將其與預(yù)測(cè)出的有效區(qū) 域位置進(jìn)行比較，確定兩者是否一致，如果不一致，則根據(jù)具體差別情況對(duì) X射線源管電壓進(jìn)行微調(diào)，并按照微調(diào)后的X射線管電壓重新進(jìn)行掃描。
8、 根據(jù)權(quán)利要求5~7中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述步驟B 包括Bl、提取掃描得到的各透射圖像的數(shù)據(jù)子集，并記錄各透射圖像的有效 區(qū)域位置及邊緣信息；B2、對(duì)所述各透射圖像的數(shù)據(jù)子集進(jìn)行灰度加權(quán)；B3、根據(jù)所述各透射圖像的有效區(qū)域位置及邊緣信息，對(duì)所述進(jìn)行灰度 加權(quán)處理后的各透射圖像的數(shù)據(jù)子集進(jìn)行圖像融合，得到最終所需透射圖 像。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述步驟B1包括 Bll、將掃描得到的各透射圖像按照所對(duì)應(yīng)的X射線源管電壓由小到大 的順序進(jìn)行排序，分別編號(hào)為1到N，所述N為大于1的整數(shù)；B12、進(jìn)行遞進(jìn)分割模板的初始化，并提取編號(hào)為1的透射圖像的數(shù)據(jù)子集，同時(shí)記錄所述編號(hào)為1的透射圖像的有效區(qū)域位置及邊緣信息；B13、根據(jù)提取出的數(shù)據(jù)子集對(duì)所述遞進(jìn)分割模板進(jìn)行更新，并將當(dāng)前進(jìn)行完數(shù)據(jù)子集提取的透射圖像的編號(hào)加1，按照更新后的遞進(jìn)分割模板對(duì)所述編號(hào)加1后的透射圖像進(jìn)行數(shù)據(jù)子集提取，同時(shí)記錄所述編號(hào)加1后的透射圖像的有效區(qū)域位置及邊緣信息；B14、重復(fù)步驟B13所述過(guò)程，直至處理完所有透射圖像。
10、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述步驟B2包括 在所述各透射圖像對(duì)應(yīng)的X射線源管電壓下，分別利用與待檢測(cè)物體由相同材料構(gòu)成且有效厚度可變的模具，獲取預(yù)定數(shù)量組有效厚度與透射圖 像有效區(qū)域灰度均值之間的對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)；根據(jù)所述獲取到的數(shù)據(jù)信息，構(gòu)建不同X射線源管電壓下有效厚度與 透射圖像有效區(qū)域灰度均值之間的關(guān)系模型；對(duì)于編號(hào)為1的透射圖像的數(shù)據(jù)子集，獲取其灰度范圍，并利用與該數(shù) 據(jù)子集相對(duì)應(yīng)的關(guān)系模型，估算出該灰度范圍對(duì)應(yīng)的有效厚度；利用與編號(hào)為2的透射圖像相對(duì)應(yīng)的關(guān)系模型，估算出在與編號(hào)為2的 透射圖像相對(duì)應(yīng)的X射線源管電壓下，與所述編號(hào)為1的透射圖像的數(shù)據(jù) 子集所對(duì)應(yīng)的有效厚度相對(duì)應(yīng)的灰度范圍；計(jì)算所述估算出的灰度范圍與所述獲取到的灰度范圍的差值，得到所述 編號(hào)為1的透射圖像的數(shù)據(jù)子集的加權(quán)系數(shù)；按照同樣的方式得到每個(gè)數(shù)據(jù)子集的加權(quán)系數(shù)，并利用所述加權(quán)系數(shù)對(duì) 各數(shù)據(jù)子集進(jìn)行灰度加權(quán)。
11、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述對(duì)進(jìn)行灰度加權(quán)處 理后的各透射圖像的數(shù)據(jù)子集進(jìn)行圖像融合包括按照基于距離變換的圖像融合方式，對(duì)所述進(jìn)行灰度加權(quán)處理后的各透 射圖像的數(shù)據(jù)子集進(jìn)行圖像融合。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種X射線成像裝置，包括變劑量成像模塊，用于根據(jù)掃描過(guò)程中X射線透射方向上待檢測(cè)物體有效厚度的變化，實(shí)時(shí)調(diào)整X射線源管電壓，并按照調(diào)整后的X射線源管電壓對(duì)所述待檢測(cè)物體進(jìn)行X射線掃描，將掃描得到的各透射圖像發(fā)送給圖像處理模塊；所述圖像處理模塊，用于對(duì)接收到的各透射圖像進(jìn)行動(dòng)態(tài)范圍提升以及圖像融合，得到最終所需透射圖像。本發(fā)明同時(shí)公開了一種X射線成像方法。本發(fā)明所述的裝置和方法適用于任意復(fù)雜結(jié)構(gòu)的待檢測(cè)物體，并且不受X射線透射方向上待檢測(cè)物體有效厚度變化的影響。
文檔編號(hào)G01N23/02GK101382505SQ200810161410
公開日2009年3月11日 申請(qǐng)日期2008年9月25日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月25日
發(fā)明者潘晉孝, 鑒 王, 王黎明, 平 陳, 陳方林, 焱 韓 申請(qǐng)人:中北大學(xué)