CN101482971B - 一种对低灰度x射线图像信号进行补偿的非均匀性校正方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种对低灰度X射线图像信号进行补偿的非均匀性校正方法，该方法在分析拉道产生原因的基础上训练获得对低灰度图像信号进行补偿的参考数据-训练参考值后，首先，对通过通道式线扫描X射线安检设备的被采集物品采用常规的非均匀性校正，从而获得原始图像数据；其次，将该原始图像数据中每个闪烁体的灰度值跟与之对应位置的闪烁体的训练参考值进行相减，求得修正后的图像灰度值；最后，使用非均匀性拉伸公式对已进行灰度校正的图像信号进行增强，使得校正增强后的图像更为清楚的显示。本发明所述对低灰度X射线图像信号进行补偿的非均匀性校正方法的优点在于，解决了低灰度图像的拉道难题，保证了X射线安检设备的穿透力指标和图像质量。

Description

一种对低灰度X射线图像信号进行补偿的非均匀性校正方法

技术领域

本发明涉及一种校正方法，特别是涉及一种对低灰度X射线图像信号进行补偿的校正方法。

背景技术

由于在线扫描X射线安检设备中，通常是使用常规非均匀性校正方法对采集得到的图像信号进行校正，而该校正方法是采用空气背景图像信号作为校正参考图像对采集的物品进行数字校正。对于该所述校正方法必须在采集物品对照射X射线几乎全部吸收的情况下才能较好的进行图像信号校正，但是由于当采集物品对照射X射线几乎全部吸收的情况下，譬如较厚的均匀钢板，X射线经过厚钢板的吸收后再打到探测晶体上的光子数较少，并且此时由于光子涨落噪声影响较小，图像信噪比好，因此在探测器晶体对X射线的吸收的微弱不一致性经过对校正图像的非线性拉伸，由此在图像上产生拉道现象。

对于上述钢板图像拉道(低灰度图像拉道)的问题一直是一个未得到解决的难题，其严重影响了X射线安检设备穿透力指标和图像质量。

发明内容

鉴于现有技术存在的问题，本发明的主要目的在于提供一种可有效解决低灰度图像拉道问题的校正方法。

为了实现上述目的，本发明采用了下述技术方案：

本发明所述一种对低灰度X射线图像信号进行补偿的非均匀性校正方法为在分析拉道产生原因的基础上训练获得低灰度图像信号补偿参考数据，即该方法在得到对低灰度图像信号进行补偿的训练参考值的基础上，去补偿任意在通道式线扫描X射线安检设备中所成的低灰度X射线图像信号，其包括以下步骤：

1)将被采集物品放入成像系统中，且通过常规的非均匀性校正获取该被采集物品的原始图像数据；

2)将原始图像数据中被采集物品的每个闪烁体的灰度值跟与之对应位置的闪烁体的训练参考值进行相减，求得修正后的闪烁体灰度值；

3)对灰度修正后的图像信号进行非均匀性拉伸，得到被采集物品增强后的图像。

其中，所述训练参考值的获取为包括以下步骤：

A、将待训练的物品放入成像系统中，并通过常规的非均匀性校正得到训练的原始图像数据；

B、对训练物品图像中每一列且位于某个时段的每个闪烁体分别求灰度平均值；

C、基于每列中每个闪烁体的灰度平均值求所有列中闪烁体的总灰度平均值；

D、在总灰度平均值的基础上，计算出每列中每个闪烁体偏离该总灰度平均值的幅度，并将该幅度值作为训练参考值。

相比于现有技术，本发明所述一种对低灰度X射线图像信号进行补偿的非均匀性校正方法有效的解决了低灰度图像拉道的难题，具体应用时保证了X射线安检设备穿透力指标和图像质量。

附图说明

图1为26mm钢板的暗电流的平均值；

图2为26mm钢板的空气背景的平均值；

图3为26mm钢板的某一时刻各个闪烁体未校正的灰度值；

图4为4mm钢板的暗电流的平均值；

图5为4mm钢板的空气背景的平均值；

图6为4mm钢板的某一时刻各个闪烁体未校正的灰度值；

图7为本发明所述一种对低灰度X射线图像信号进行补偿的非均匀性校正方法的步骤示意图；

图8为本发明中所述获取训练参考值的方法步骤示意图；

图9为常规非均匀性校正图像；

图10为经过参考数据补偿的非均匀校正图像。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施过程来对本发明所述一种对低灰度X射线图像信号进行补偿的非均匀性校正方法作进一步的详细说明。

本发明所述一种对低灰度X射线图像信号进行补偿的非均匀性校正方法是基于较厚被检物品对照射X射线几乎全部吸收的情况下，X射线经过较厚被检物品的吸收后打到探测晶体上的光子数较少，而此时由于光子涨落噪声影响较小，图像信噪比好，探测晶体对X射线的吸收的微弱不一致性经过对校正图像的非线性拉伸，从而在图像上出现拉道现象而产生。

对于产生拉道现象产生的原因，结合图1、图2、图3、图4、图5和图6中所示，且以厚度为4mm和26mm的均匀钢板为例进行具体说明。

例如：分别将厚度为4mm和26mm的均匀钢板放于成像系统中，并通过常规的非均匀性校正得到灰度的图像，其中常规的非均匀性校正公式如下：

{OUT_i}＝({REAL_i}-{OFS_i})*C/({SCL_i}-{OFS_i})，i＝1，2，..，k

公式中，{REAL_i}是某一时刻得到的未校正的数据，{OFS_i}为n行暗电流平均值，{SCL_i}为n行空气背景平均值，C为灰度参考值。

在上述形成的灰度图像中，4mm的均匀钢板形成了高灰度图像，并没有拉道现象的产生，但是26mm的钢板所成的低灰度图像在经图像增强之后出现了明显的拉道现象。

对于图1、图2、图3、图4、图5和图6中所示，其分别为对上述所示公式中各个因素进行分析而作出的变化曲线图。

图1为26mm钢板暗电流的平均值的变化曲线图，图2为26mm钢板的空气背景的平均值的变化曲线图，图3为26mm钢板某一时刻各个闪烁体未校正的灰度值的变化曲线图，其中，且参见图1和图3中所示，低灰度图像的未校正的数据随着暗电流平均值的变化而变化。图4为4mm钢板暗电流的平均值的变化曲线图，图5为4mm钢板的空气背景的平均值的变化曲线图，图6为4mm钢板某一时刻各个闪烁体未校正的灰度值的变化曲线图，其中，且参见图4和图6中所示，高灰度图像的未校正的数据随着空气背景的平均值的变化而变化，并且高能、低能两次采集的暗电流的平均值如图1和图3的变化规律一样，以及空气背景的平均值如图5和图6的变化规律一样。

故，由于常规的非均匀性校正公式是采用空气背景信号来校正图像，而当图像为高灰度图像时，未校正的数据和空气背景数据的变化趋势一样，如此，校正后的图像的均匀性较好，但是当图像为低灰度图像时，则未校正的数据会随着暗电流平均值的变化而变化，这时采用常规的校正公式就不能很好地低灰度图像的均匀性进行校正，而此时由于光子涨落噪声影响较小，图像信噪比好，在探测器晶体对X射线的吸收的微弱不一致性从而导致了拉道的产生。

基于上述，本发明提出了对低灰度X射线图像信号进行补偿的一种非均匀性校正方法，该方法为基于选取某种对X射线高吸收的均匀材料(训练物品)，如一定厚度的钢板去获得可补偿任意在通道式线扫描X射线安检设备中所成的低灰度X射线图像信号之训练参考值上，而提出的对出现拉道现象的图像信号有很好校正效果的一种校正方法。

参照图7中所示，本发明所述一种对低灰度X射线图像信号进行补偿的非均匀性校正方法在获取训练参考值的基础上，首先去获取被采集物品的原始图像数据，即将被采集物品放入成像系统中，且通过常规的非均匀性校正先获得该被采集物品的原始图像数据(步骤10)，该原始图像数据可包括暗电流平均值，空气背景平均值以及灰度参考值。

其次，再将通过常规的非均匀性校正获取的原始图像数据中的每个闪烁体的灰度值与对应闪烁体位置的训练参考值进行相减，获取修正后的灰度值(步骤11)。

最后，由于经过上述步骤的图像信号的灰度级范围很小，为了便于观察，则对经过灰度修正后的图像进行增强处理(步骤12)，在本发明中，对于该增强处理为采用非均匀性拉伸方式进行，其中，所述非均匀性拉伸的公式为：

w＝[w_max-w_min]P_f(f)+w_min

其中， $P_f\left(f\right)\≈\underset{m}{\overset{i}{\mathrm{\Σ}}}{H}_F\left(m\right)$ 为直方图的概率密度分布函数，H_F(m)为图像信号的直方图分布函数，w_max和w_min是图像信号的最大值和最小值。

另外，再参照图8中所示，针对训练参考值的获取可包括以下步骤：首先，将对X射线高吸收的均匀材料(训练物品)放入成像系统中，并通过常规的非均匀性校正得到训练的原始图像数据(步骤20)；其次，对每一列且位于某一时间段的每个闪烁体的灰度求灰度平均值(步骤21)；然后，基于每个闪烁体于某一个时间段的灰度平均值再去计算出所有列中闪烁体的总灰度平均值(步骤22)。

最后，且在上述总灰度平均值的基础上去计算出每个闪烁体的灰度值偏离总灰度平均值的幅度值，并将该所求得的幅度值作为训练参考值(步骤23)，在本发明所述方法中，为将该幅度值来补偿低灰度图像信号的非均匀性。

所述训练参考值对于每次需要经过安检的物品都可以采用，于实际应用中，不需要每次另行获取。

为了更好的体现对本发明所述的一种低灰度X射线图像信号进行补偿的一种非均匀性校正方法带来的校正效果，现于上述步骤10和步骤20中分别选择不同的物体来进行实验说明。

实验中，首先在通过步骤10中所述步骤中获得原始图像数据，即，将测试卡放入通道式线扫描X射线安检设备中，该所述测试卡为穿透力测试卡，用于检测设备穿透被检物品的能力，其由2个不同厚度的碳钢阶梯组成；在该试验中，在所述碳钢阶梯面上粘有厚5mm，直径为25mm的圆形铅块。通过X射线安检成像系统形成的原始信号经过常规的非均匀性校正，从而得到原始数据{F_i}，参考图9，图像中出现明显的拉道现象。

而通过步骤20获得的训练参考值，其实验中为采用厚度为26mm的钢板作为训练的参考数据，其中，首先将厚度为26mm的均匀钢板放入通道式线扫描X射线安检设备中得到常规的非均匀性校正的图像数据{OUT_i}；其次，取{OUT_i}的n行数据譬如31行，计算每列的平均值{OUT_i}，即每个闪烁体在一个时间段内的灰度值的平均值；最后，计算所有列{OUT_i}的平均值M， $M=\underset{i=1}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}\left\{\stackrel{\‾}{{\mathrm{OUT}}_i}\right\}/k,$ 计算补偿的参考数据，其中，K表示列数，：

{f_i}＝{OUT_i-M}

公式中，{OUT_i}为取每个闪烁体在一个时间段内的灰度值，M为所有列{OUT_i}的平均值，{f_i}为每个闪烁体在一个时间段内的灰度值与平均值M相互之间偏离的幅度，该所述幅度偏差来补偿步骤10中的低灰度图像信号的非均匀性。

实际应用中，对于低灰度X射线图像信号进行补偿时，为在获取上述训练参考值后，将上述步骤10中所获得的对应闪烁体位置上灰度值，即原始数据{F_i}减去对应闪烁体的训练参考值，从而得到修正后的图像数据，公式见下：

{Wi}＝{F_i-f_i}

最后再进入步骤12中，对该进行修正后的低灰度图像进行图像增强处理。该所述增强处理是由于12比特图像是4096个灰度级，所述低灰度图像在经过步骤10和步骤11后的信号的灰度级范围非常小，观察不便，不清楚。因此，需要对该低灰度图像进行非均匀性拉伸，以使得增强后图像可以清楚的显示于显示器，所述非均匀性拉伸的公式为：

w＝[w_max-w_min]P_f(f)+w_min

其中 $P_f\left(f\right)\≈\underset{m}{\overset{i}{\mathrm{\Σ}}}{H}_F\left(m\right)$ 为直方图的概率密度分布函数，H_F(m)为图像信号的直方图分布函数，w_max和w_min是图像信号的最大值和最小值。

经过本发明的对低灰度X射线图像信号进行补偿的非均匀性校正方法，标准测试箱中测试卡中拉道现象得到了明显的改善，如图10中所示。

此外，本发明由于步骤简单可很容易应用到现有的X射线安检设备中，并且可编制校正补偿学习软件，其既可在信号调整后用测试卡通过训练获得补偿参考数据对低灰度X射线图像信号直接进行修正的非均匀性校正，也可制作成一种探测板测试装置，通过采用获得训练参考值的方法测出每块晶体差异，且选择两块晶体差异较小的两块晶体放在一块探测板上，对不同补偿参考数据的探测晶体进行分类，然后装配探测板。

Claims (2)

1.一种对低灰度X射线图像信号进行补偿的非均匀性校正方法，其特征在于，该方法在获取训练参考值的基础上包括以下步骤：

1)将被采集物品放入成像系统中，且通过常规的非均匀性校正获取该被采集物品的原始图像数据；

2)将原始图像数据中被采集物品的每个闪烁体的灰度值跟与之对应位置的闪烁体的训练参考值进行相减，求得修正后的闪烁体灰度值；

3)对灰度修正后的图像信号进行非均匀性拉伸，得到增强后的图像；

其中，所述非均匀性拉伸的公式如下：

w＝[w_max-w_min]P_f(f)+w_min

公式中，

为直方图的概率密度分布函数，H_F(m)为图像信号的直方图分布函数，w_max和w_min是图像信号的最大值和最小值；

其中，所述获取训练参考值包括以下步骤：

A、将待训练的物品放入成像系统中，并通过常规的非均匀性校正得到训练的原始图像数据；

B、对训练物品图像中每列每个闪烁体在一个时间段内的灰度求灰度平均值；

C、基于每列每个闪烁体的灰度平均值求所有列中闪烁体的总灰度平均值；

D、在总灰度平均值的基础上，计算出每列的每个闪烁体在一个时间段内的灰度值偏离该总灰度平均值的幅度，并将该幅度值作为训练参考值；

其中，所述训练物品为对X射线高吸收的均匀材料。

2.根据权利要求1所述一种对低灰度X射线图像信号进行补偿的非均匀性校正方法，其特征在于，所述原始图像数据包括暗电流平均值，空气背景平均值以及灰度度参考值。

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