[发明专利]一种基于针孔阵列的X射线光场成像及标定方法

摘要

本发明公开了一种基于针孔阵列的X射线光场成像及标定方法，包括步骤1：建立基于针孔阵列的X射线光场成像模型，包括X射线光源阵列、针孔阵列和X射线图像传感器；步骤2：建立线性曝光映射图，实现X射线光场影像的曝光归一化；步骤3：标定X射线光场影像的针孔中心，以提取每个针孔影像的中心位置；步骤4：根据步骤3中获得的针孔影像中心，提取每个X射线光源影像；步骤5：根据步骤4提取每个X射线光源影像，提取每个针孔影像中相同位置处的像素，重组为一帧X射线光源影像；步骤6：将所提取的X射线光源影像转换为正交排列的X射线光源影像。本发明将可见光的光场成像理论拓展到X射线成像中，满足了临床诊疗中对X射线影像的成像质量的要求。

主权项

一种基于针孔阵列的X射线光场成像及标定方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：建立基于针孔阵列的X射线光场成像模型，包括X射线光源阵列、针孔阵列和X射线图像传感器，所述的X射线光源阵列是由多个X射线光源组成M×N正交排列的二维平面阵列，所述的针孔阵列是由一组设置在X射线掩模板上呈P×Q六边形排列的针孔组成，所述的X射线图像传感器为一个X射线可直接成像的数字图像传感器；步骤2：建立线性曝光映射图，实现X射线光场影像的曝光归一化，具体为：在X射线光源阵列中所有X射线光源关闭的情况下获取一帧X射线光场影像作为噪声影像I_n；在X射线光源阵列中所有X射线光源打开，X射线图像传感器电子快门时间设置为最短的情况下，获取一帧X射线光场影像作为低曝光影像I_l；在X射线光源阵列中所有X射线光源打开，X射线图像传感器电子快门时间设置为最长的情况下，获取一帧X射线光场影像作为高曝光影像I_h；建立线性曝光映射图M：$M(i,j)=\frac{I_h(i,j)-I_l(i,j)}{\mathrm{avg}\left(I_h\right)-\mathrm{avg}\left(I_l\right)}$其中avg(·)为计算影像中所有像素的均值；对于一帧X射线光场影像I，曝光归一化后影像I′为：$I^{\′}(i,j)=\frac{I(i,j)-I_n(i,j)}{M(i,j)}$步骤3：标定X射线光场影像的针孔中心，以提取每个针孔影像的中心位置，具体为：根据理想的针孔影像大小，在X射线光场影像上提取每个针孔影像的理想中心位置；所述的理想针孔影像大小，是指根据设计参数确定并期望获得的针孔影像的大小，所述的理想中心位置，是指在参数设计过程中设定好的位置；采用方差为σ＝w/6，均值为0的二维高斯函数对高曝光影像I_h进行二维高斯滤波，获得滤波后的光场影像I_g；根据光场影像I_g，在针孔影像的理想中心位置附近寻找峰值点作为该针孔影像中心；步骤4：根据步骤3中获得的针孔影像中心，提取每个X射线光源影像，具体为：对于某个针孔的针孔影像中心(u₀，v₀)，采用二维图像插值方法提取(u₀+i，v₀+j)位置处的像素值，其中i和j取[‑w/2，w/2]间整数值；将提取的所有像素组成该针孔的针孔影像，共可获得P×Q个针孔影像；步骤5：根据步骤4提取每个X射线光源影像，提取每个针孔影像中相同位置处的像素，重组为一帧X射线光源影像；X射线光源影像空间分辨率为P×Q像素，可获得X射线光源影像的个数为针孔影像的像素个数；由于针孔阵列按六边形排列，因此所提取X射线光源影像中的像素也是按六边形排列；步骤6：采用六边形‑正交排列格点转换方法，将所提取的X射线光源影像转换为正交排列的X射线光源影像；所有正交排列的X射线光源影像组成为校正后的X射线光场数据，所述的X射线光场数据是一组大小为光源阵列大小的X射线光源影像。