CN103750850B - 一种光信号探测器的自动同步方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光信号探测器的自动同步方法及装置，装置包括：光信号发生器、光信号探测器和控制器；光信号发生器用于产生并发射光信号；光信号探测器用于生成数字图像并按连续多帧的方式进行原始图像的预采集和存储；控制器用于在开启预采集过程后，依次判断原始图像是否为曝光图像，若为曝光图像则停止判断过程，并以曝光图像为第一帧图像，向后采集N帧图像后将第一帧图像和N帧图像进行合成得到合成图像；NT_d>T_exp>(N‑1)x T_d；N为正整数，T_d为探测器工作周期,T_exp为光信号的一次曝光时间。本发明节省了硬件成本，减少发光剂量，提高自动同步曝光检测的准确性。

Description

一种光信号探测器的自动同步方法及装置

技术领域

本发明涉及影像设备应用技术领域，尤其涉及一种光信号探测器的自动同步方法及装置。

背景技术

X射线成像系统中最重要的两个组成部件，分别是X光发生器及其附属X光球管，和X射线探测器；其中X光发生器及其球管负责按预定义剂量设置发出X光，而X射线探测器负责数字成像、影像处理与输出；目前没有相关的标准定义X光发生器11与X射线探测器的通信接口，各发生器厂商与探测器厂商自订标准，为X射线成像系统集成带来了巨大困难。

目前X射线探测器与X光发生器之间的通迅方式，或者说同步解决方案，可分为外部同步和自动同步两种情形。所谓外部同步的情形，是指X射线探测器与X光发生器之间通过真实的物理媒介，比如线缆或无线信号进行连接，实现曝光控制同步信号的发送与接收X光。而自动同步，则是指X射线探测器与X光发生器之间，不再使用某种通信媒介来传递同步信号，X射线探测器需要通过某种曝光检测机制，来获知X光，并完成X光图像的采集与处理。

目前较常用的自动同步解决方案，是通过在X射线探测器的平板下方放置X光敏二极管，并作为探测器控制反馈电路的输入；其一般实现原理或方案说明如下：

X射线探测器内部有一块用于感知X光的平板，当X射线发射之后，一部分X射线会被平板吸收，并转换为图像信号，还有部分X射线会穿透平板，激发X光敏二极管产生电流信号。

光敏二极管的输出电流与电流探测电路所连接，其电流的变化将会被实时的检测到，当变化值超过预设的曝光阈值之后，X射线探测器的控制系统便会将X射线探测器置于接受X射线的工作模式，当X射线发射完毕之后，控制系统便会将X射线探测器置于信号读出的状态，实现了自动同步曝光的功能。

此技术的缺点：在利用光敏二极管来实现自动同步的技术中，虽然能够利用光敏二极管来实现自动同步功能，但是X光敏二极管价格不菲，且在整个X射线探测器13中需要在不同位置安装多个，且还需要后续的电流检测电路的配合才能实现自动同步功能，成本高，而且同步效果受到器件安装可靠性的影响。

上述问题同样发生在其他相似的成像系统中。

发明内容

本发明的目的在于提供一种光信号探测器的自动同步方法及装置，以降低成本，提高自动曝光同步控制的准确性。

基于上述目的，本发明实施例提供了一种光信号探测器的自动同步装置，其特征在于，所述装置包括：光信号发生器、光信号探测器和控制器；光信号发生器用于发射光信号；光信号探测器用于按连续多帧的方式进行原始图像的预采集和存储；控制器用于按顺序依次判断原始图像是否为曝光图像，若判断到某一原始图像I₁为曝光图像，以曝光图像I₁为第一帧图像，

当光信号的一次曝光照射时间为已知时，控制器用于停止判断过程，并将第一帧图像I₁和光信号探测器继续向后采集的N帧原始图像进行合成，得到合成图像；

当光信号的一次曝光照射时间为未知时，控制器用于继续判断光信号探测器向后采集的原始图像直到判断到某一原始图像I_M+1为未曝光图像，则将第一帧图像I₁至I_M共M帧曝光图像进行合成,得到合成图像；

其中，NT_d>T_exp>(N-1)x T_d；N为正整数，T_d为探测器工作周期,T_exp为光信号的一次曝光照射时间,M为正整数。

优选的，控制器用于判断原始图像的典型区域的集合的像素均值是否大于平场的典型区域的对应集合的均值阈值，若大于，则为曝光图像；

或，

控制器用于判断原始图像的n个点阵的集合的像素均值是否大于平场的n个点阵的对应集合的均值阈值，若大于，则为曝光图像；

或，

控制器用于依次判断原始图像中像素值大于曝光阈值的像素点的个数是否大于预设的像素个数，若是，则为曝光图像。

优选的，

当光信号的一次曝光照射时间为已知时,控制器用于将N帧原始图像和第一帧图像I₁分别用校正图像校正后进行合成，得到合成图像；

当光信号的一次曝光照射时间为未知时,控制器用于将第一帧图像I₁至I_M共M帧曝光图像分别用校正图像校正后进行合成,得到合成图像；校正图像由光信号探测器以曝光图像I₁为第一帧图像，向前采集的一帧原始图像得到；

或，

当光信号的一次曝光照射时间为已知时,控制器用于将N帧原始图像和第一帧图像I₁分别用平均暗场图像校正后进行合成，得到合成图像；

当光信号的一次曝光照射时间为未知时,控制器用于将第一帧图像I₁至I_M共M帧曝光图像分别用平均暗场图像校正后进行合成,得到合成图像。

优选的，光信号发生器为X光发生器和球管，光信号探测器为X射线平板探测器；

X光发生器，用于为X光球管提供偏置电压以及电流；

X光球管，用于发射X射线。

优选的，控制器为集成在X射线探测器中的主控芯片。

本发明还提供了一种光信号探测器的自动同步方法，应用在上述装置中，包括：

光信号发生器发射光信号；

光信号探测器按连续多帧的方式进行原始图像的预采集和存储；

控制器按顺序依次判断原始图像是否为曝光图像，若判断到某一原始图像I₁为曝光图像，以曝光图像I₁为第一帧图像，

当光信号的一次曝光照射时间为已知时，控制器停止判断过程，并将第一帧图像I₁和光信号探测器继续向后采集的N帧原始图像进行合成，得到合成图像；

当光信号的一次曝光照射时间为未知时，控制器继续判断光信号探测器向后采集的原始图像直到判断到某一原始图像I_M+1为未曝光图像，将第一帧图像I₁至I_M共M帧曝光图像进行合成,得到合成图像；

其中，NT_d>T_exp>(N-1)x T_d；N为正整数，T_d为光信号探测器工作周期,T_exp为光信号的一次曝光照射时间,M为正整数。

优选的，

控制器依次判断原始图像的典型区域的集合的像素均值是否大于平场的典型区域的对应集合的均值阈值，若大于，则为曝光图像；

或，

控制器依次判断原始图像的n个点阵的集合的像素均值是否大于平场的n个点阵的对应集合的均值阈值，若大于，则为曝光图像；

或，

控制器依次判断原始图像中像素值大于曝光阈值的像素点的个数是否大于预设的像素个数，若是，则为曝光图像。

优选的，

当光信号的一次曝光照射时间为已知时，光信号探测器以曝光图像I₁为第一帧图像，向前采集一帧图像作为校正图像，控制器将N帧原始图像和第一帧图像I₁分别用校正图像校正后进行合成，得到合成图像；

当光信号的一次曝光照射时间为未知时，光信号探测器以曝光图像I₁为第一帧图像，向前采集一帧图像作为校正图像，控制器将第一帧图像I₁至I_M共M帧曝光图像分别用校正图像校正后进行合成,得到合成图像；

或，

当光信号的一次曝光照射时间为已知时，控制器将N帧图像和第一帧图像I₁分别用平均暗场图像校正后进行合成，得到合成图像；

当光信号的一次曝光照射时间为未知时,控制器将第一帧图像I₁至I_M共M帧曝光图像分别用平均暗场图像校正后进行合成,得到合成图像。

优选的，光信号发生器为X光发生器和X光球管，光信号探测器为X射线平板探测器；

X光发生器，为X光球管提供偏置电压以及电流；

球管，发射X射线。

优选的，控制器为集成在X射线探测器中的主控芯片。

本发明的有益效果是：

本发明中不需要考虑各种发生器与探测器间的接口实现，不需要对现有探测器平板或系统做任何修改；对发生器具有广泛的适应性，节省了大量的硬件成本，减少发光剂量，提高自动同步曝光检测的准确性。

附图说明

图1为本发明实施例中X射线平板探测器的自动同步装置结构图；

图2为本发明中光信号的一次曝光照射时间与X射线探测器的工作周期的关系示意图；

图3为本发明实施例中的第一帧图像；

图4为本发明实施例中的第二帧图像；

图5为图3、4合成后的图像；

图6为本发明方法实施例流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例一提供了一种X射线成像系统的X射线平板探测器的自动同步装置。

如图1所示，该实施例中所涉及到的硬件装置包括：一台X光发生器11及X光球管12、一块非晶硅X射线平板探测器13和控制器14如一台影像工作站。

其中X光发生器11及X光球管12用于产生和发射X光，曝光时间和单位剂量可调；X射线平板探测器13用于接收X光信号，通过平板上方的转换材料将X光转换为可见光，然后经过光电转换，在整个非晶硅平板阵列上形成了以像素为单位的电荷分布，这些电荷在外部偏置电压的作用和时序电路的控制下，经过行扫描读出、电荷积分、放大、模数转换，最终形成一幅原始的数字图像，这种采集序列可以重复多个周期，从而具备多帧图像的连续采集功能，从用户的角度看，该X射线平板探测器13可连续地获取多帧图像；控制器14用于从探测器13接收目标图像，然后经过图像处理软件模块，完成图像后处理和终端显示。如图1，其中X光发生器11及其X光球管12与X射线平板探测器13之间没有物理线缆连接，X射线平板探测器13与控制器14之前通过无线WIFI方式进行连接并完成图像传输。需要说明的是，控制器14也可以集成在X射线平板探测器13中，如集成在X射线探测器中的主控芯片。

在此系统中，首先将X射线平板探测器13配置为自动同步模式，然后启动图像采集流程，此时探测器内部的曝光检测软件模块开始启动，依次判断每帧预采集到的原始图像是否为曝光图像，直至判断到某一帧图像为曝光图像。

如果光信号的一次曝光照射时间已知，则当控制器14判断到某一帧为曝光图像时，停止判断，X射线平板探测器13以此帧图像为第一帧图像I₁，再向后连续采集n帧图像I₂、I₃…I_n-1、I_n；控制器14将该第一帧图像和后续采集的n帧图像进行合成，得到合成图像I₁+I₂+…+I_n-1+I_n。

如果光信号的一次曝光照射时间未知，则当控制器14判断到某一帧为曝光图像时，X射线平板探测器13应以此帧图像为第一帧图像I₁，保留并继续进行采集。控制器14继续判断采集的原始图像是否为曝光图像，直到判断到第M+1帧为未曝光图像，然后停止判断并利用已经保存的前M帧图像，生成最终合成图像为I₁+I₂+…+I_M-1+I_M。

需要说明的是，假定光信号的一次曝光照射时间为T_exp，探测器的工作周期为T_d，则对于任意一个T_exp，总能找到一个正整数N，使等式

N x T_d≥T_exp>(N-1)x T_d

成立（参见图2）。

可以用反证法证明，如果上式不成立，则N不是正整数。

探测器的工作周期Td是固定的，由于T_exp>(N-1)xT_d，所以T_exp至少跨度为Nx T_d，同时又由于N x T_d≥T_exp，所以T_exp至多跨度为（N+1）xT_d。

从而得到另一个重要的结论，一次曝光的所有光信号至少包括在N帧图像中，至多包含在N+1帧图像中。换句话说，根据已知的探测器的工作周期T_d，和已知的预设定的一次曝光时间T_exp，可以计算出应该使用多少帧来合成一帧曝光图像。

本发明中控制器还可以对用于合成的原始图像进行校正后再合成，得到合成图像。具体的，当光信号的一次曝光照射时间已知时，合成图像为I₁+I₂+…+I_n-1+I_n-n*I_offset，当光信号的一次曝光照射时间未知时，合成图像为I₁+I₂+…+I_M-1+I_M-M*I_offset.

上述I_offset为已存在的校正图像，可通过预先获取指定数目的未曝光图像进行拟合生成，也可以实时获取未曝光图像进行拟合生成。具体的可由X射线平板探测器以曝光图像为第一帧图像，向前采集一帧图像作为校正图像。

上述两公式中I_offse也可使用校准用的平均暗场图像代替。

为简单起见，在使用校正图像的实施例中，可以直接取N+1帧进行合成，因为即使N帧图像中已经包括了全部曝光信息，增加一张校正过的未曝光图像，对影像的质量并没有影响，只是增加了合成所用的时间。

典型的，当光照射时间T_exp不超过探测器工作周期T_d，在假定积分电荷完全释放的情形下，能保证所有曝光信号最多包含在两帧图像中。对于该情形，能使用简单的两帧合成来重建曝光图像，

如图3,图4，图5即为该情形的应用示例图。图3为第一帧图像，图4为第二帧图像，图5为合成后的图像。

需要说明的是，之所以可采用曝光图像运算进行合成，原因在于，目标图像理论上只与曝光时间和光强分布有关，与单次采集还是多次采集的方式并没有关系。

控制器中的曝光检测软件模块，利用了未曝光帧与已曝光帧的差异化，定义曝光阈值并进行抽样判断。本发明提供了几种具体的判断某一帧图像是否为曝光图像的方法，以下做详细说明：

第一种：

控制器依顺序判断每帧图像的典型区域的集合的像素均值是否大于平场的典型区域的对应集合的均值阈值，若大于，则为曝光图像。

第二种：

控制器用于依次判断每帧图像的n个点阵的集合的像素均值是否大于平场的n个点阵的对应集合的均值阈值，若大于，则为曝光图像。上述探测器中的曝光检测软件模块，利用了未曝光帧与已曝光帧的差异化，定义曝光阈值并进行抽样判断。

第三种：

控制器用于依次判断每帧图像中像素值大于曝光阈值的像素点的个数是否大于预设的像素个数，若是，则为曝光图像。

需要说明的是，对应X射线成像系统，控制器可以为集成在X射线探测器中的主控芯片。

对应上述装置，本发明实施例还提供了一种光信号探测器的自动同步方法，应用在上述的装置中。如图6所示，该方法包括：

S11、系统初始化。

S12、启动X射线平板探测器的图像采集功能和控制器的曝光检测功能。

图像的预采集和保存。其具体包括两种情况，

S131、当光信号的一次曝光照射时间为已知时，若控制器判断到某一原始图像I₁为曝光图像，控制器停止判断过程，X射线平板探测器以曝光图像I₁为第一帧图像，继续向后采集的N帧原始图像。

S132、当光信号的一次曝光照射时间为未知时，若控制器判断到某一原始图像I₁为曝光图像，X射线平板探测器以曝光图像I₁为第一帧图像，继续向后采集原始图像，控制器继续判断光信号探测器向后采集的原始图像直到判断到某一原始图像I_M+1为未曝光图像。

S14、控制器进行图像的合成。当光信号的一次曝光照射时间为已知时，

控制器将第一帧图像I₁和X射线平板探测器继续向后采集的N帧原始图像进行

合成，得到合成图像；当光信号的一次曝光照射时间为未知时，控制器将第一帧图像I₁至I_M共M帧曝光图像进行合成,得到合成图像。

其中，NT_d>T_exp>(N-1)x T_d；M、N为正整数，T_d为X射线平板探测器工作周期,T_exp为光信号的一次曝光照射时间。

需要说明的是，本发明中的装置可以同时设置自动同步和外部同步两种方式供用户选择或是互为备选。因此，上述步骤S11中在系统初始化后，还需选择自动同步方式。

其中上述步骤中控制器判断所述预采集的原始图像是否为曝光图像可以有如下几种方式：

所述控制器依次判断所述预采集图像的典型区域的集合的像素均值是否大于平场的典型区域的对应集合的均值阈值，若大于，则为曝光图像；

或，

所述控制器依次判断所述预采集图像的n个点阵的集合的像素均值是否大于平场的n个点阵的对应集合的均值阈值，若大于，则为曝光图像；

或，

所述控制器依次判断所述预采集图像中像素值大于曝光阈值的像素点的个数是否大于预设的像素个数，若是，则为曝光图像。

步骤S14中在进行图像合成时，为得到更好的图像，可以对用于合成的原始图像进行校正。该校正图像可以是平均暗场图像，也可以是光信号探测器以曝光图像1₁为第一帧图像，向前采集一帧原始图像得到的。

上述方法和装置也同样适用于其他成像系统中。

据此，本发明实施例提供了一种光信号探测器的自动同步装置包括：光信号发生器、光信号探测器和控制器；光信号发生器用于发射光信号；光信号探测器用于按连续多帧的方式进行原始图像的预采集和存储；控制器用于按顺序依次判断所述原始图像是否为曝光图像，若判断到某一所述原始图像I₁为曝光图像，以所述曝光图像I₁为第一帧图像，

当所述光信号的一次曝光照射时间为已知时，所述控制器用于停止判断过程，并将所述第一帧图像I₁和向后采集的N帧图像进行合成，得到合成图像；

当所述光信号的一次曝光照射时间为未知时，所述控制器用于继续向后采集原始图像直到判断到某一所述原始图像I_M+1为未曝光图像，将第一帧图像I₁至I_M共M帧曝光图像进行合成,得到合成图像；

其中，所述NT_d>T_exp>(N-1)x T_d；所述N为正整数，所述T_d为探测器工作周期,T_exp为光信号的一次曝光照射时间,所述M为正整数。

上述自动同步方法也同样适用于上述装置中。相关部分参见之前实施例。

本发明的自动同步装置在现有平板探测器的基础上，仅在主控芯片的软件中增加判断的功能，而不再需要增加专门用于曝光检测的光敏二极管器件和电流探测电路，节省了大量的硬件成本，而且使探测器的结构设计和安装得到了简化，提高了生产效率，同时使得最终的控制不受额外器件安装的影响。

需要说明的是，本发明的装置和方法实施例相对应，相关部分可互相参考。

以上的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应注意的是，以上仅为本发明的一个具体实施例而已，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1. 一种光信号探测器的自动同步装置，其特征在于，所述装置包括：光信号发生器、光信号探测器和控制器；光信号发生器用于发射光信号；光信号探测器用于按连续多帧的方式进行原始图像的预采集和存储；控制器用于按顺序根据曝光阈值依次判断所述原始图像是否为曝光图像，若判断到某一所述原始图像I1为曝光图像，以所述曝光图像I1为第一帧图像，当所述光信号的一次曝光照射时间为已知时，所述控制器用于停止判断过程，并将所述第一帧图像I1和所述光信号探测器继续向后采集的N帧原始图像进行合成，得到合成图像；

当所述光信号的一次曝光照射时间为未知时，所述控制器用于继续判断所述光信号探测器向后采集的原始图像直到判断到某一所述原始图像IM+1为未曝光图像，则将第一帧图像I1至IM共M帧曝光图像进行合成, 得到合成图像；其中， NTd>Texp>(N-1)Td；N为正整数，Td为探测器工作周期, Texp为光信号的一次曝光照射时间, M为正整数，所述光信号为X光信号。

2. 如权利要求1 所述的自动同步装置，其特征在于，所述控制器用于判断所述原始图像的典型区域的集合的像素均值是否大于平场的典型区域的对应集合的均值阈值，若大于，则为曝光图像；

或，

所述控制器用于判断所述原始图像的n个点阵的集合的像素均值是否大于平场的n个点阵的对应集合的均值阈值，若大于，则为曝光图像；

或，

所述控制器用于依次判断所述原始图像中像素值大于曝光阈值的像素点的个数是否大于预设的像素个数，若是，则为曝光图像。

3. 如权利要求1 所述的自动同步装置，其特征在于，

当所述光信号的一次曝光照射时间为已知时, 所述控制器用于将所述N帧原始图像和所述第一帧图像I1分别用校正图像校正后进行合成，得到合成图像；

当所述光信号的一次曝光照射时间为未知时, 所述控制器用于将所述第一帧图像I1至IM共M帧曝光图像分别用校正图像校正后进行合成, 得到合成图像；所述校正图像由所述光信号探测器以所述曝光图像I1为第一帧图像，向前采集的一帧原始图像得到；

或，

当所述光信号的一次曝光照射时间为已知时, 所述控制器用于将所述N帧原始图像和所述第一帧图像I1分别用平均暗场图像校正后进行合成，得到合成图像；

当所述光信号的一次曝光照射时间为未知时, 所述控制器用于将所述第一帧图像I1至IM共M帧曝光图像分别用平均暗场图像校正后进行合成, 得到合成图像。

4. 如权利要求1 所述的自动同步装置，其特征在于，所述光信号发生器为X光发生器和球管，所述光信号探测器为X射线平板探测器；

所述X光发生器，用于为所述X光球管提供偏置电压以及电流；

所述X光球管，用于发射X射线。

5. 如权利要求4 所述的自动同步装置，其特征在于，所述控制器为集成在所述X射线探测器中的主控芯片。

6. 一种光信号探测器的自动同步方法，应用在如权利要求1 所述的装置中，其特征在于，所述方法包括：

光信号发生器发射光信号；

光信号探测器按连续多帧的方式进行原始图像的预采集和存储；

控制器按顺序根据所述原始图像本身的属性依次判断所述原始图像是否为曝光图像，若判断到某一所述原始图像I1为曝光图像，以所述曝光图像I1为第一帧图像，

当所述光信号的一次曝光照射时间为已知时，所述控制器停止判断过程，并将所述第一帧图像I1和所述光信号探测器继续向后采集的N帧原始图像进行合成，得到合成图像；

当所述光信号的一次曝光照射时间为未知时，所述控制器继续判断所述光信号探测器向后采集的原始图像直到判断到某一所述原始图像IM+1为未曝光图像，将所述第一帧图像I1至IM共M 帧曝光图像进行合成, 得到合成图像；

其中，NTd>Texp>(N-1)Td；N为正整数，Td为探测器工作周期, Texp为光信号的一次曝光照射时间, M为正整数。

7. 如权利要求6 所述的自动同步方法，其特征在于，

所述控制器依次判断所述原始图像的典型区域的集合的像素均值是否大于平场的典型区域的对应集合的均值阈值，若大于，则为曝光图像；

或，

所述控制器依次判断所述原始图像的n个点阵的集合的像素均值是否大于平场的n个点阵的对应集合的均值阈值，若大于，则为曝光图像；

或，

所述控制器依次判断所述原始图像中像素值大于曝光阈值的像素点的个数是否大于预设的像素个数，若是，则为曝光图像。

8. 如权利要求6 所述的自动同步方法，其特征在于，

当所述光信号的一次曝光照射时间为已知时，所述光信号探测器以所述曝光图像I1为第一帧图像，向前采集一帧图像作为校正图像，所述控制器将所述N帧原始图像和所述第一帧图像I1分别用所述校正图像校正后进行合成，得到合成图像；

当所述光信号的一次曝光照射时间为未知时，所述光信号探测器以所述曝光图像I1为第一帧图像，向前采集一帧图像作为校正图像，所述控制器将第一帧图像I1至IM共M帧曝光图像分别用所述校正图像校正后进行合成, 得到合成图像；

或，

当所述光信号的一次曝光照射时间为已知时，所述控制器将所述N帧图像和所述第一帧图像I1分别用平均暗场图像校正后进行合成，得到合成图像；

当所述光信号的一次曝光照射时间为未知时, 所述控制器将所述第一帧图像I1至IM共M帧曝光图像分别用平均暗场图像校正后进行合成, 得到合成图像。

9. 如权利要求6 所述的自动同步方法，其特征在于，所述光信号发生器为X光发生器和X光球管，所述光信号探测器为X射线平板探测器；

所述X光发生器，为所述X光球管提供偏置电压以及电流；

所述球管，发射X射线。

10. 如权利要求9 所述的自动同步方法，其特征在于，所述控制器为集成在所述X射线探测器中的主控芯片。