CN102621681B - 用于量子显微ct锥形光束成像衰减补偿系统的控制方法 - Google Patents
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Abstract
一种可以提高成像质量的用于量子显微CT CONE BEAM成像衰减的补偿系统，技术方案是：其特征是由成像光源(1)、CMOS或CCD成像器(3)和嵌入式成像和光源控制系统(6)组成，其中，成像光源(1)与嵌入式成像和光源控制系统(6)通过RS232串行线(7)连接，CMOS或CCD成像器(3)与嵌入式成像和光源控制系统(6)用USB控制连线(8)连接。本发明还公开了所述系统的控制方法。
Description
技术领域
本发明属于量子显微CT CONE BEAM成像衰减的补偿技术系统领域，尤其是一种可以提高成像质量的用于量子显微CT CONE BEAM成像衰减的补偿系统及其控制方法。该系统基于非线性衰减补偿函数对于量子显微CT CONE Beam成像光源(如X-光源、UV光源、可见VIS光源等)在CMOS或CCD成像器的成像平面形成的角锥状投影非线性衰减进行补偿，提高成像质量。
背景技术
现在通用的量子显微CT CONE BEAM成像系统，由于存在成像衰减的问题，成像质量受到影响。
发明内容
本发明的目的是提供一种可以提高成像质量的用于量子显微CT CONEBEAM成像衰减的补偿系统及其控制方法。
本发明的技术方案是：用于量子显微CT CONE BEAM成像衰减的补偿系统，其特征是由成像光源(1)、CMOS或CCD成像器(3)和嵌入式成像和光源控制系统(6)组成，其中，成像光源(1)与嵌入式成像和光源控制系统(6)通过RS232串行线(7)连接，CMOS或CCD成像器(3)与嵌入式成像和光源控制系统(6)用USB控制连线(8)连接；
所述的嵌入式成像和光源控制系统(6)由32比特RISC CPU(15)、成像单元、RJ45接口(17)和RF无线通讯单元(18)组成；其中，成像单元由成像器(20)和成像单元控制电路(21)连接组成，所述的32比特RISC CPU(15)分别与RJ45接口(17)和成像单元控制电路(21)连接，RJ45接口(17)与RF无线通讯单元(18)连接。
用于量子显微CT CONE BEAM成像衰减的补偿系统的控制方法，其特征是包括下列步骤：
A：建立非线性衰减特性方程和衰减补偿方程：成像光源位于X轴上，距离 三维坐标原点的距离为D；CMOS或CCD成像器的成像平面，该平面为ZY平面，由本三维坐标示意可见光源主射线RCenter(ray equation)与X轴重合，到达成像平面为最强光，当光源S形成的角锥状投影(CONE Projection)，其边缘射线RPeripheral与成像平面相交，其交点与三维坐标原点连线形成以此线段，X轴，和边缘射线组成的一个直角三角型，根据这个三角型，建立非线性衰减特性方程(1)：
f(z，y；z 0，y0)＝1/(sqrt((z-z0)^2+(y-y0)^2+D^2)...(1)
根据此衰减方程，建立衰减补偿方程(2)：
g(z，y；z0，y0)＝1-f(z，y；z0，y0)...(2)
所述衰减补偿方程的计算方法描述如下：
第一步：选取两维卷积用高斯kernel，G(z，y；uz，uy，S)，如方程(3)，其中uz，uy和S根据图像质量选取，uz，uy常见选取值uz＝0，uy＝0，表现了对称高斯kernel的选取，S＝20，其单位为像素(pixel)为常见的经验值，定义了高斯kernel的形状大小；
第二步：用高斯kernel与Cone Beam Projection图像I(z，y)进行两维卷积运算，即G(z，y；uz，uy，S)*I(z，y)，找出卷积G(z，y；uz，uy，S)*I(z，y)极大值获取的位置(z0，y0)，将此值代入衰减补偿方程(2)中，获得微调后的衰减补偿方程；
第三步：使用微调后的衰减补偿方程对Cone Beam Projection图像I(z，y)进行如下运算，以获得对图像I(z，y)的非线性失真补偿：
INEW(z，y)＝g(z，y；z0，y0)I(z，y)...(3)
至此运算结束；
B：运用非线性衰减特性方程和衰减补偿方程进行图象补偿计算，包括下列步骤：
选取两维卷积用高斯kernel，然后读取CONE图像，如没有读入此图像，则重新读入图像，如已经成功读入此图像，则用高斯kernel进行二维卷积；
用高斯kernel与Cone Beam Projection图像I(z，y)进行两维卷积运算，求出卷积G(z，y；uz，uy，S)*I(z，y)极大值获取的位置(z0，y0)，即最强光位置，根据计算结果判断是否需要采用人工经验值计算，如是，则进行人工经验值手动计算，否则计算非线性失真衰减补偿方程，使用微调后的衰减补偿方程对Cone Beam Projection图像I(z，y)进行非线性失真补偿计算。
本发明的效果是：本发明系统基于非线性衰减补偿函数对于量子显微CONEBeam成像光源(如X-光源、UV光源、可见VIS光源等)在CMOS或CCD成像器 的成像平面形成的角锥状投影非线性衰减进行补偿，提高成像质量。
下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是图1的俯视图；
图3是图1中成像和光源控制系统的电路原理图；
图4是量子显微CT CONE Beam成像非线性失真三维坐标示意图；
图5是本发明工作原理框图。
具体实施方式
本发明为用于量子显微CT CONE BEAM成像衰减的补偿技术系统，该系统基于非线性衰减补偿函数对于量子显微CONE Beam成像光源(如X-光源、UV光源、可见VIS光源等)在CMOS或CCD成像器的成像平面形成的角锥状投影非线性衰减进行补偿，提高成像质量。本发明适于在量子显微CONE BEAM成像中使用。
图1中，用于量子显微CT CONE BEAM成像衰减的补偿系统，由成像光源1、CMOS或CCD成像器3和嵌入式成像和光源控制系统6组成，其中，成像光源1与嵌入式成像和光源控制系统6通过RS232串行线7连接，CMOS或CCD成像器3与嵌入式成像和光源控制系统6用USB控制连线8连接。
图1中，2为被测三维物体，3为CMOS或CCD成像器，该成像器形成数字图像IInner(x，y)，4为光源主射线RCenter(ray equation)；5为在光源S下形成的角锥状投影(CONE Projection)的边缘射线RPeripheral；6为嵌入式成像和光源控制系统；7为连接X光源到嵌入式控制系统的RS232串行线；8为CMOS或CCD成像器的USB控制连线。
图2中，1为成像光源(X-光源)S；2为被测三维物体剖面，3为CMOS或CCD成像器的成像平面俯视图，4为光源主射线RCenter(ray equation)；5为在光源S下形成的角锥状投影(CONE Projection)的边缘射线RPeripheral；由本图可以清晰看出光源主射线RCenter直射成像平面，而边缘射线RPeripheral则与成像平面形成小于90度的成像角。由此原因，成像器每个像 素(pixel)被光源S的光子(Photon)轰击强度随成像角度的减小而变弱，从而出现了一个从光子强度成像器中心为最强到成像器边缘为最弱的非线性衰减特性。
图3中，嵌入式成像和光源控制系统6由32比特RISC CPU15、成像单元、RJ45接口17和RF无线通讯单元18组成；其中，成像单元由成像器20和成像单元控制电路21连接组成，所述的32比特RISC CPU15分别与RJ45接口17和成像单元控制电路21连接，RJ45接口17与RF无线通讯单元18连接。16为嵌入式系统的接口J1，实现USB与成像单元的通信和管理；22为USB连线；23为成像单元的USB接口J2，用以连接嵌入式系统。
用于量子显微CONE BEAM成像衰减的补偿系统的控制方法，其特征是包括下列步骤：
A：建立非线性衰减特性方程和衰减补偿方程：
图4中，24为成像光源(X-光源)S，其位于X轴上，距离三维坐标原点的距离为D；25为CMOS或CCD成像器的成像平面，该平面为ZY平面。由本三维坐标示意可见光源主射线RCenter(ray equation)与X轴重合，到达成像平面为最强光，当光源S形成的角锥状投影(CONE Projection)，其边缘射线RPeripheral与成像平面相交，其交点与三维坐标原点连线形成以此线段，X轴，和边缘射线组成的一个直角三角型。根据这个三角型，可建立非线性衰减特性方程(1)。
f(z，y；z0，y0)＝1/(sqrt((z-z0)^2+(y-y0)^2+D^2)...(1)根据此衰减方程，我们建立衰减补偿方程(2)。
g(z，y；z0，y0)＝1-f(z，y；z0，y0)...(2)
该衰减补偿方程的计算方法描述如下。
第一步：选取两维卷积用高斯kernel，G(z，y；uz，uy，S)，如方程(3)，其中uz，uy和S根据图像质量选取，uz，uy常见选取值uz＝0，uy＝0，表现了对称高斯kernel的选取，S＝20，其单位为像素(pixel)为常见的经验值，定义了高斯kernel的形状大小。
第二步：用高斯kernel与Cone Beam Projection图像I(z，y)进行两维卷积运算，即G(z，y；uz，uy，S)*I(z，y)，找出卷积G(z，y；uz，uy，S)*I(z，y)极大值获取的位置(z0，y0)，将此值代入衰减补偿方程(2)中，获得微调后的衰减补偿方程。
第三步：使用微调后的衰减补偿方程对Cone Beam Projection图像I(z，y)进行如下运算，以获得对图像I(z，y)的非线性失真补偿：
INEW(z，y)＝g(z，y；z0，y0)I(z，y)...(3)
至此运算结束。
B：运用非线性衰减特性方程和衰减补偿方程进行图象补偿计算，包括下列步骤：
图5中：
步骤24，选取两维卷积用高斯kernel；
步骤25，然后读取CONE图像，如没有读入此图像，则进入步骤27，重新读取CONE图像，如已经成功读入此图像，则进入步骤26；
步骤26，用高斯kernel与Cone Beam Projection图像I(z，y)进行两维卷积运算；
步骤27，读取CONE图像；
步骤28求出卷积G(z，y；uz，uy，S)*I(z，y)极大值获取的位置(z0，y0)，即最强光位置；
步骤29，根据步骤28计算结果判断是否需要采用人工经验值计算，如果需要采用人工经验值计算，则进入步骤30，否则进入步骤31；
步骤30，进行人工经验值手动计算；
步骤31，计算非线性失真衰减补偿方程；
步骤32，使用微调后的衰减补偿方程对CT Cone Beam Projection图像I(z，y)进行非线性失真补偿计算。
Claims (1)
1.一种用于量子显微CT锥形光束成像衰减补偿系统的控制方法，其特征是包括下列步骤：
A：建立非线性衰减特性方程和衰减补偿方程：成像光源位于X轴上，距离三维坐标原点的距离为D；CMOS或CCD成像器的成像平面，该平面为ZY平面，成像光源主射线RCenter与X轴重合，到达成像平面为最强光，当成像光源形成的角锥状投影，其边缘射线RPeripheral与成像平面相交，其交点与三维坐标原点连线形成的线段与X轴、边缘射线组成一个直角三角形，根据这个三角形，建立非线性衰减特性方程（1）：
f(z,y;z0,y0)=1/sqrt((z-z0)^2+(y-y0)^2+D^2)…(1)
根据此非线性衰减特性方程，建立衰减补偿方程（2）：
g(z,y；z0,y0)=1-f(z,y;z0,y0)…(2)
所述衰减补偿方程的计算方法描述如下：
第一步：选取两维卷积用高斯kernel为G(z,y;uz,uy,S)，其中uz、uy分别选取uz=0、uy=0，表现了对称高斯kernel的选取，S选取S=20，S的单位为像素，定义了高斯kernel的形状大小；
第二步：用高斯kernel与锥形光束投影图像I(z,y)进行两维卷积运算,即G(z,y;uz,uy,S)*I(z,y),找出卷积G(z,y;uz,uy,S)*I(z,y)极大值获取的位置（z0,y0),将此值代入衰减补偿方程（2）中，获得微调后的衰减补偿方程；
第三步:使用微调后的衰减补偿方程对锥形光束投影图像I(z,y)进行如下运算，以获得对锥形光束投影图像I(z,y)的非线性失真补偿：
I NEW(z,y)=g(z,y；z0,y0)I(z,y)…(3)
至此运算结束；
B：运用非线性衰减特性方程和衰减补偿方程进行图象补偿计算，包括下列步骤：
选取两维卷积用高斯kernel，然后读取锥形光束投影图像，如没有读入此图像，则重新读入图像，如已经成功读入此图像，则用高斯kernel进行二维卷积；
用高斯kernel与锥形光束投影图像I(z,y)进行两维卷积运算,求出卷积G(z,y;uz,uy,S)*I(z,y)极大值获取的位置（z0,y0),即最强光位置，根据计算结果判断是否需要采用人工经验值计算，如是，则进行人工经验值手动计算，否则计算衰减补偿方程，使用微调后的衰减补偿方程对锥形光束投影图像I(z,y)进行非线性失真补偿计算。
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