基于p型激光器正交二維離散小波HARR函數(shù)圖像分析的顯微CT系統(tǒng)及其控制方法
【專利摘要】一種結(jié)構(gòu)簡單、能夠?qū)崿F(xiàn)對角錐型三維斷層圖像重建質(zhì)量提升的基于p型激光器正交二維離散小波HARR函數(shù)圖像分析的顯微CT系統(tǒng)。技術(shù)方案是：其特征在于由具有WIFI無線和以太網(wǎng)連接功能的嵌入式成像和光源控制系統(tǒng)（1）、p型激光器成像光源（2）、二維CCD或CMOS光子檢測器以及電腦服務(wù)器（5）組成，其中，所述的嵌入式成像和光源控制系統(tǒng)（1）分別與p型激光器成像光源（2）和二維CCD或CMOS光子檢測器連接；電腦服務(wù)器（5）具有WIFI無線通訊和以太網(wǎng)功能，與光源控制系統(tǒng)（1）通過網(wǎng)絡(luò)連接。
【專利說明】基于P型激光器正交二維離散小波HARR函數(shù)圖像分析的顯微CT系統(tǒng)及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于顯微CT系統(tǒng)領(lǐng)域，尤其是一種結(jié)構(gòu)簡單、能夠?qū)崿F(xiàn)對角錐型三維斷層圖像重建質(zhì)量提升的基于P型激光器正交二維離散小波HARR函數(shù)圖像分析的顯微CT系統(tǒng)及其控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，普通的CT成像系統(tǒng)不具有用于顯微CT的在可視(VIS)波段采用P型激光器增加均勻激光聚集點的幾何尺寸的技術(shù)。不具有雙步重疊式二維離散HARR函數(shù)小波變換圖像增強濾波，而只是在背投影(back projection)算出三維斷層斷面圖像f_i(x，y)后，進行一次二維離散HARR函數(shù)小波變換圖像增強濾波。存在的問題是:不利于捕捉微小圖像信息，影響顯微CT圖像質(zhì)量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡單、能夠?qū)崿F(xiàn)對角錐型三維斷層圖像重建質(zhì)量提升的基于P型激光器正交二維離散小波HARR函數(shù)圖像分析的顯微CT系統(tǒng)。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)方案是:基于P型激光器正交二維離散小波HARR函數(shù)圖像分析的顯微CT系統(tǒng)，其特征在于由具有WIFI無線和以太網(wǎng)連接功能的嵌入式成像和光源控制系統(tǒng)
(1)、P型激光器成像光源(2)、二維C⑶或CMOS光子檢測器以及電腦服務(wù)器(5)組成，其中，所述的嵌入式成像和光源控制系統(tǒng)(I)分別與P型激光器成像光源(2)和二維CCD或CMOS光子檢測器連接；電腦服務(wù)器(5)具有WIFI無線通訊和以太網(wǎng)功能，與光源控制系統(tǒng)(I)通過網(wǎng)絡(luò)連接，電腦服務(wù)器(5)支持GPGPU并行高速處理陣列，含有GPU_1到GPU_N個并行處理器，設(shè)計形成個人云計算平臺，實現(xiàn)基于P型激光器雙步重疊式正交二維離散小波HARR函數(shù)圖像分析的海量運算和數(shù)據(jù)處理調(diào)用功能。
[0005]所述P型激光器成像光源(2)，其光源安裝在XYZ-theta四維精密機動平臺，具有快進和微調(diào)慢進功能。
[0006]基于P型激光器正交二維離散小波HARR函數(shù)圖像分析的顯微CT系統(tǒng)的控制方法，其特征是包括下列步驟:
[0007]步驟(I):啟動X射線源(或其他光源，如VIS激光源)，穿透被測物體，形成角錐型投射(Cone Beam Pro jection)，然后穿透被測物體，其衰竭后的光線在二維CCD或CMOS光子(photon)檢測器上形成圖像I2D1 (x, y)。
[0008]步驟(2)判斷第一 2D變換矩陣是否存在，如果存在執(zhí)行步驟(4)，如果不存在執(zhí)行步驟(3)；
[0009]步驟(3):采用HARR小波函數(shù)，設(shè)計用于二維卷積的KxK大小的2D函數(shù)矩陣DWT2D1 (x，y)，用于第一步二維離散HARR函數(shù)的小波變換圖像增強濾波。然后設(shè)計用于第二步二維離散HARR函數(shù)的小波變換圖像增強濾波的2D函數(shù)矩陣DWT2D2 (x, y)，該DWT2D2(X，y)是通過對DWT2D1 (x,y)旋轉(zhuǎn)90度獲得的；
[0010]步驟(4):在二維C⑶或CMOS光子檢測器上獲取的圖像I2Dl(x，y)上進行DWT2D1(X，y)小波變換處理，獲得第一步二維離散HARR函數(shù)小波變換圖像增強濾波處理結(jié)果I2D2(x, y)，然后執(zhí)行步驟(5);
[0011]步驟(5):從圖像I2D2(x，y)開始讀取位置為第一行的數(shù)據(jù)，即，讀取經(jīng)過第一步二維離散小波變換處理后的X射線穿透被測物體形成的投影衰竭函數(shù)(Xray sourceprojection attenuation function)p_r (a),此函數(shù)即 I2D2 (x_i ; y) =p_r (a),這里 i=l,然后執(zhí)行步驟(6);
[0012]步驟(6):判斷ID變換是否存在，如果存在執(zhí)行步驟(8);如果不存在，則執(zhí)行步驟(7)；
[0013]步驟(7):設(shè)計一維離散HARR函數(shù)小波變換圖像增強濾波器的Kxl大小的ID離散HARR函數(shù)的小波變換函數(shù)矩陣DWTlDl (y)，然后執(zhí)行步驟(8);
[0014]步驟(8):使用設(shè)計的ID離散HARR函數(shù)的小波變換函數(shù)矩陣DWTlDl (y)對投影衰竭函數(shù)P_r(a)小波變換處理，結(jié)果存儲回到此圖像I2D2_DWT(x_i;y)的相應(yīng)位置x_i，在此x_i=l，然后執(zhí)打步驟(9);
[0015]步驟(9):結(jié)束對這個第一行位置的投影衰竭函數(shù)p_r (a)處理后，使用背投影(back projection)算法,算出在該位置的三維斷層圖像；即這個斷層圖像f_l (x, y)構(gòu)成了第一個三維斷層斷面，然后執(zhí)行步驟(10);
[0016]步驟(10)判斷第二次2D變換矩陣是否存在，如果存在執(zhí)行步驟(12)，如果不存在執(zhí)行步驟(11);
[0017]步驟(11):設(shè)計與第一個KxK正交的KxK的采用二維離散HARR函數(shù)的小波變換函數(shù)矩陣DWT2D2 (X，y),該DWT2D2 (x, y)是通過對DWT2D1 (x, y)旋轉(zhuǎn)90度獲得的；
[0018]步驟(12):使用步驟(11)設(shè)計的二維離散HARR函數(shù)的小波變換函數(shù)矩陣DWT2D2(X，y)與圖像f_l (X，y)進行小波變換處理，獲得第二步二維離散HARR函數(shù)小波變換圖像增強濾波處理結(jié)果，從而完成在此x_i=l位，然后執(zhí)行步驟(13)；
[0019]步驟(13):判斷是否完成了所有行第二次2D變換，如果沒有則執(zhí)行步驟(5)，繼續(xù)從C⑶或CMOS光子檢測器形成的圖像I2D2(x，y) —行一行讀取數(shù)據(jù)，并進行步驟(5)中這樣的變換，如果完成所有行的第二次2D變換，至此基于P型激光器的雙步重疊式正交二維離散小波HARR函數(shù)圖像分析的顯微CT成像完畢。
[0020]本發(fā)明的效果是:本發(fā)明為基于P型激光器的雙步重疊式正交二維離散小波HARR函數(shù)圖像分析的顯微CT系統(tǒng)，采用P型激光器成像系統(tǒng)獲得原始角錐投影數(shù)據(jù)后，使用雙步重疊正交二維離散小波HARR函數(shù)圖像增強濾波,輔之以一維離散HARR函數(shù)小波變換濾波再處理，從而實現(xiàn)對角錐型三維斷層圖像重建質(zhì)量的提升。本系統(tǒng)的技術(shù)創(chuàng)新點在于:一、在可視(VIS)波段采用了 P型激光器增加均勻激光聚集點的幾何尺寸，解決了激光成像器聚集點過小造成的視點過小的局限性；二、設(shè)計了雙步重疊式二維離散HARR函數(shù)小波變換圖像增強濾波，輔之以一維離散HARR函數(shù)小波變換濾波再處理技術(shù)，捕捉了微小圖像信息，形成了質(zhì)量改善的顯微CT圖像。同時本系統(tǒng)采用了 GPGPU并行處理技術(shù)，大幅縮短了雙步重疊式二維離散小波處理和一維離散小波輔助再處理的運算時間，提高了圖像特征信息各個不同尺度的捕捉，優(yōu)化了成像，改進了現(xiàn)有顯微CT系統(tǒng)，使其可以對一類被測微觀物體更為有效地進行三維斷層掃描成像。
[0021]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明做進一步的說明。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖2是圖1中成像和光源控制系統(tǒng)的電路原理圖；
[0024]圖3是本發(fā)明工作原理框圖。
【具體實施方式】
[0025]圖1中，基于P型激光器正交二維離散小波HARR函數(shù)圖像分析的顯微CT系統(tǒng)，由具有WIFI無線和以太網(wǎng)連接功能的嵌入式成像和光源控制系統(tǒng)1、P型激光器成像光源
2、二維CCD或CMOS光子檢測器以及電腦服務(wù)器5組成，其中，所述的嵌入式成像和光源控制系統(tǒng)I分別與P型激光器成像光源2和二維CXD或CMOS光子檢測器連接；電腦服務(wù)器5具有WIFI無線通訊和以太網(wǎng)功能，與光源控制系統(tǒng)I通過網(wǎng)絡(luò)連接，電腦服務(wù)器(5)支持GPGPU并行高速處理陣列，含有GPU_1到GPU_Nf并行處理器，設(shè)計形成個人云計算平臺，實現(xiàn)基于P型激光器雙步重疊式正交二維離散小波HARR函數(shù)圖像分析的海量運算和數(shù)據(jù)處理調(diào)用功能。P型激光器成像光源(2)，其光源安裝在XYZ-theta四維精密機動平臺，具有快進和微調(diào)慢進功能，在嵌入式成像和光源控制系統(tǒng)I的控制下工作，從而達到其四維坐標可自動控制調(diào)整，本光源投送方式形成了角錐狀投影(CONE Projection)。
[0026]圖中3為被測三維物體，該三維被測物體被安裝在第二個XYZ-theta四維精密機動平臺，從而達到其四維坐標可自動控制調(diào)整。
[0027]圖2為系統(tǒng)成像原理示意。圖中21為型激光器組成的成像光源S，本光源投送方式形成了角錐狀投影(CONE Projection)，如22所示投影邊界；23是二維CXD或CMOS光子(photon)檢測器的俯視圖，該平面在此視角下成為直線，該檢測器輸出形成數(shù)字圖像I2D1 (X，y) ；24為在二維CXD或CMOS光子檢測器上獲取的圖像I2D1 (x, y)，在該圖像上使用設(shè)計的KxK的二維離散HARR函數(shù)DWT2D1 (x, y)的小波變換圖像，獲得增強濾波處理結(jié)果，即，I2D2(x, y) =DWT2D1 (x，y) *I2D1 (x，y) * [DWT2D1 (x,y) ]~t,(注:[.]~t 為矩陣旋轉(zhuǎn)90度操作)，然后在此圖像上逐行讀取數(shù)據(jù)，即，讀取經(jīng)過第一步小波變換處理后的被穿透成像物體形成的投影衰竭函數(shù)(X ray source projectionattenuation function) p_r(a),此函數(shù)即I2D2(x_i;y)=p_r(a) ;25為經(jīng)過第一步小波變換處理后的被穿透成像物體形成的投影衰竭函數(shù)P_r(a)，即I2D2(x_i;y)=p_r(a)示意。然后使用設(shè)計的一維離散HARR函數(shù)小波變換圖像增強濾波器DWTlDl (y)對投影衰竭函數(shù)進行處理，即，I2D2_DWT (x_i;y) =DffTlDl (y)*I2D2(x_i;y),其結(jié)果存儲回到此圖像I2D2_DWT (x_i ; y)的相應(yīng)位置x_
i。26是完成投影衰竭函數(shù)處理后，使用背投影(back projection)算法，算出在該位置的三維斷層圖像的處理運算系統(tǒng)，該處理的結(jié)果是f_i (x, y)，構(gòu)成了在第i個位置的三維斷層斷面圖像。27為使用與第一個KxK正交的第二個KxK小波變換矩陣DWT2D2 (x，y)與圖像f_i (x, y)進行小波變換處理，獲得第二步二維離散HARR函數(shù)小波變換圖像增強濾波處理結(jié)果 f_lDWT (x, y) =DWT2D2 (x，y) *f_l (x，y) * [DWT2D2 (x，y) ]~t，從而完成了雙步重疊式正交二維離散小波HARR函數(shù)圖像分析的顯微CT成像。[0028]圖3中，基于p型激光器正交二維離散小波HARR函數(shù)圖像分析的顯微CT系統(tǒng)的控制方法，其特征是包括下列步驟:
[0029]步驟(I):啟動X射線源(或其他光源，如VIS激光源)，穿透被測物體，形成角錐型投射(Cone Beam Pro jection)，然后穿透被測物體，其衰竭后的光線在二維CCD或CMOS光子(photon)檢測器上形成圖像I2D1 (x, y)。
[0030]步驟(2)判斷第一 2D變換矩陣是否存在，如果存在執(zhí)行步驟(4)，如果不存在執(zhí)行步驟(3)；
[0031]步驟(3):采用HARR小波函數(shù)，設(shè)計用于二維卷積的KxK大小的2D函數(shù)矩陣DWT2D1 (x，y)，用于第一步二維離散HARR函數(shù)的小波變換圖像增強濾波。然后設(shè)計用于第二步二維離散HARR函數(shù)的小波變換圖像增強濾波的2D函數(shù)矩陣DWT2D2 (x, y)，該DWT2D2(X，y)是通過對DWT2D1 (x,y)旋轉(zhuǎn)90度獲得的；
[0032]步驟(4):在二維C⑶或CMOS光子檢測器上獲取的圖像I2Dl(x，y)上進行DWT2D1(X，y)小波變換處理，獲得第一步二維離散HARR函數(shù)小波變換圖像增強濾波處理結(jié)果I2D2(x, y)，然后執(zhí)行步驟(5);
[0033]步驟(5):從圖像I2D2(x，y)開始讀取位置為第一行的數(shù)據(jù)，即，讀取經(jīng)過第一步二維離散小波變換處理后的X射線穿透被測物體形成的投影衰竭函數(shù)(Xray sourceprojection attenuation function)p_r (a),此函數(shù)即 I2D2 (x_i ; y) =p_r (a),這里 i=l,然后執(zhí)行步驟(6);
[0034]步驟(6):判斷ID變換是否存在，如果存在執(zhí)行步驟(8);如果不存在，則執(zhí)行步驟
(7)；
[0035]步驟(7):設(shè)計一維離散HARR函數(shù)小波變換圖像增強濾波器的Kxl大小的ID離散HARR函數(shù)的小波變換函數(shù)矩陣DWTlDl (y)，然后執(zhí)行步驟(8);
[0036]步驟(8):使用設(shè)計的ID離散HARR函數(shù)的小波變換函數(shù)矩陣DWTlDl (y)對投影衰竭函數(shù)P_r(a)小波變換處理，結(jié)果存儲回到此圖像I2D2_DWT(x_i;y)的相應(yīng)位置x_i，在此x_i=l，然后執(zhí)打步驟(9);
[0037]步驟(9):結(jié)束對這個第一行位置的投影衰竭函數(shù)p_r (a)處理后，使用背投影(back projection)算法,算出在該位置的三維斷層圖像；即這個斷層圖像f_l (x, y)構(gòu)成了第一個三維斷層斷面，然后執(zhí)行步驟(10);
[0038]步驟(10)判斷第二次2D變換矩陣是否存在，如果存在執(zhí)行步驟(12)，如果不存在執(zhí)行步驟(11);
[0039]步驟(11):設(shè)計與第一個KxK正交的KxK的采用二維離散HARR函數(shù)的小波變換函數(shù)矩陣DWT2D2 (X，y),該DWT2D2 (x, y)是通過對DWT2D1 (x, y)旋轉(zhuǎn)90度獲得的；
[0040]步驟(12):使用步驟(11)設(shè)計的二維離散HARR函數(shù)的小波變換函數(shù)矩陣DWT2D2(X，y)與圖像f_l (X，y)進行小波變換處理，獲得第二步二維離散HARR函數(shù)小波變換圖像增強濾波處理結(jié)果，從而完成在此x_i=l位，然后執(zhí)行步驟(13)；
[0041]步驟(13):判斷是否完成了所有行第二次2D變換，如果沒有則執(zhí)行步驟(5)，繼續(xù)從C⑶或CMOS光子檢測器形成的圖像I2D2(x，y) —行一行讀取數(shù)據(jù)，并進行步驟(5)中這樣的變換，如果完成所有行的第二次2D變換，至此基于P型激光器的雙步重疊式正交二維離散小波HARR函數(shù)圖像分析的顯微CT成像完畢。
【權(quán)利要求】
1.基于P型激光器正交二維離散小波HARR函數(shù)圖像分析的顯微CT系統(tǒng)，其特征在于由具有WIFI無線和以太網(wǎng)連接功能的嵌入式成像和光源控制系統(tǒng)(I)、P型激光器成像光源(2)、二維C⑶或CMOS光子檢測器以及電腦服務(wù)器(5)組成，其中，所述的嵌入式成像和光源控制系統(tǒng)(I)分別與P型激光器成像光源(2)和二維CXD或CMOS光子檢測器連接；電腦服務(wù)器(5)具有WIFI無線通訊和以太網(wǎng)功能，與光源控制系統(tǒng)(I)通過網(wǎng)絡(luò)連接，電腦服務(wù)器(5)支持GPGPU并行高速處理陣列，含有GPU_1到GPU_N個并行處理器，設(shè)計形成個人云計算平臺，實現(xiàn)基于P型激光器雙步重疊式正交二維離散小波HARR函數(shù)圖像分析的海量運算和數(shù)據(jù)處理調(diào)用功能。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于P型激光器正交二維離散小波HARR函數(shù)圖像分析的顯微CT系統(tǒng)，其特征是所述P型激光器成像光源(2)，其光源安裝在XYZ-theta四維精密機動平臺，具有快進和微調(diào)慢進功能。
3.如權(quán)利要求1或2所述的基于P型激光器正交二維離散小波HARR函數(shù)圖像分析的顯微CT系統(tǒng)的控制方法，其特征是包括下列步驟: 步驟(1):啟動X射線源(或其他光源，如VIS激光源)，穿透被測物體，形成角錐型投射(Cone Beam Projection),然后穿透被測物體,其衰竭后的光線在二維CCD或CMOS光子(photon)檢測器上形成圖像I2D1 (x, y)。 步驟(2)判斷第一 2D變換矩陣是否存在，如果存在執(zhí)行步驟(4)，如果不存在執(zhí)行步驟(3)； 步驟(3):采用HARR小波函數(shù)，設(shè)計用于二維卷積的KxK大小的2D函數(shù)矩陣DWT2D1(x，y)，用于第一步二維離散HARR函數(shù)的小波變換圖像增強濾波。然后設(shè)計用于第二步二維離散HARR函數(shù)的小波變換圖像增強濾波的2D函數(shù)矩陣DWT2D2 (x, y)，該DWT2D2 (x, y)是通過對DWT2D1 (x,y)旋轉(zhuǎn)90度獲得的； 步驟(4):在二維C⑶或CMOS光子檢測器上獲取的圖像I2Dl(x，y)上進行DWT2D1(X，y)小波變換處理，獲得第一步二維離散HARR函數(shù)小波變換圖像增強濾波處理結(jié)果I2D2 (x, y)，然后執(zhí)行步驟(5); 步驟(5):從圖像I2D2(x，y)開始讀取位置為第一行的數(shù)據(jù)，即，讀取經(jīng)過第一步二維離散小波變換處理后的X射線穿透被測物體形成的投影衰竭函數(shù)(Xray sourceprojection attenuation function)p_r (a),此函數(shù)即 I2D2 (x_i ; y) =p_r (a),這里 i=l,然后執(zhí)行步驟(6); 步驟(6):判斷ID變換是否存在，如果存在執(zhí)行步驟(8);如果不存在，則執(zhí)行步驟(7); 步驟(7):設(shè)計一維離散HARR函數(shù)小波變換圖像增強濾波器的Kxl大小的ID離散HARR函數(shù)的小波變換函數(shù)矩陣DWTlDl (y),然后執(zhí)行步驟(8); 步驟(8):使用設(shè)計的ID離散HARR函數(shù)的小波變換函數(shù)矩陣DWTlDl (y)對投影衰竭函數(shù)p_r(a)小波變換處理，結(jié)果存儲回到此圖像I2D2_DWT(x_i;y)的相應(yīng)位置x_i，在此x_i=l，然后執(zhí)行步驟(9); 步驟(9):結(jié)束對這個第一行位置的投影衰竭函數(shù)p_r (a)處理后，使用背投影(backprojection)算法,算出在該位置的三維斷層圖像；即這個斷層圖像f_l (x, y)構(gòu)成了第一個三維斷層斷面，然后執(zhí)行步驟(10); 步驟(10)判斷第二次2D變換矩陣是否存在，如果存在執(zhí)行步驟(12)，如果不存在執(zhí)行步驟(11)； 步驟(11):設(shè)計與第一個KxK正交的KxK的采用二維離散HARR函數(shù)的小波變換函數(shù)矩陣DWT2D2 (X，y),該DWT2D2 (x, y)是通過對DWT2D1 (x, y)旋轉(zhuǎn)90度獲得的； 步驟(12):使用步驟(11)設(shè)計的二維離散HARR函數(shù)的小波變換函數(shù)矩陣DWT2D2(x，y)與圖像f_l (X，y)進行小波變換處理，獲得第二步二維離散HARR函數(shù)小波變換圖像增強濾波處理結(jié)果，從而完成在此x_i=l位，然后執(zhí)彳了步驟(13); 步驟(13):判斷是否完成了所有行第二次2D變換，如果沒有則執(zhí)行步驟(5)，繼續(xù)從C⑶或CMOS光子檢測器形成的圖像I2D2(x，y) —行一行讀取數(shù)據(jù)，并進行步驟(5)中這樣的變換，如果完成所有行的第二次2D變換，至此基于P型激光器的雙步重疊式正交二維離散小波HARR函數(shù)圖像分析的顯微CT成像完畢。
【文檔編號】G06T5/00GK103829968SQ201410057246
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2014年2月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月20日
【發(fā)明者】李華 申請人:李華