CN104983436A - 一种x射线成像装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种X射线成像装置，包括：图像采集模块，用于当每次接收到反馈控制模块发送来的电压值时，按照最新接收到的电压值对待测物体进行图像采集，并将采集到的图像发送给图像质量评价模块；图像质量评价模块，用于当每次接收到图像采集模块发送来的图像时，确定出最新接收到的图像的质量评价值，并将该质量评价值发送给反馈控制模块；反馈控制模块，用于当每次接收到图像质量评价模块发送来的质量评价值时，根据最新接收到的质量评价值确定出是否需要进行电压值调整，如果是，则进一步确定出调整后的电压值，并将该电压值发送给图像采集模块。本发明同时公开了一种X射线成像方法。应用本发明所述方案，能够提高成像效率。

Description

一种X射线成像装置及方法

技术领域

本发明涉及图像处理技术，特别涉及一种X射线成像装置及方法。

背景技术

X射线成像是指利用X射线具有穿透的特性，对不同材质的待测物体进行透照，然后通过特殊装置如平板探测器对投射的X光进行接收，即进行图像采集，从而得到有关待测物体的图像。

这种新型技术相比于以前的胶片成像技术来说，具有便捷、高效、易操作等诸多优点，因此在各行各业得到了广泛应用。

在X射线成像过程中，所获得的图像质量不仅同待测物体本身的结构、材料等有关，也与平板探测器的成像动态范围及外界环境等因素有关，另外在进行图像采集时所使用的能量大小也是决定图像质量的关键因素。

相应地，为了提高图像质量，则需要选择合适的能量值，而能量值的改变可以通过调整管电压电压值来实现。

现有技术中，通常采用以下方式来实现能量值的改变：操作人员手动调整电压值，并在每次调整之后，分别按照调整后的电压值进行图像采集，如果采集到的图像质量符合要求，则停止进行调整，否则，继续进行调整，而每次调整的幅度都是未知的，即只能盲目地不断进行尝试，直到得到质量符合要求的图像为止，效率非常低下。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种X射线成像装置及方法，能够提高成像效率。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种X射线成像装置，包括：图像采集模块、图像质量评价模块以及反馈控制模块；

所述图像采集模块，用于当每次接收到所述反馈控制模块发送来的电压值时，按照最新接收到的电压值对待测物体进行图像采集，并将采集到的图像发送给所述图像质量评价模块；

所述图像质量评价模块，用于当每次接收到所述图像采集模块发送来的图像时，确定出最新接收到的图像的质量评价值，并将该质量评价值发送给所述反馈控制模块；

所述反馈控制模块，用于当每次接收到所述图像质量评价模块发送来的质量评价值时，根据最新接收到的质量评价值确定出是否需要进行电压值调整，如果是，则进一步确定出调整后的电压值，并将该电压值发送给所述图像采集模块。

一种X射线成像方法，包括：

针对待测物体，进行以下处理：

A、按照最新调整后的电压值对待测物体进行图像采集；

B、确定出最新采集到的图像的质量评价值；

C、根据最新确定出的质量评价值确定出是否需要进行电压值调整，如果是，则进一步确定出调整后的电压值，之后重复执行步骤A，否则，结束处理。

可见，采用本发明所述方案，可通过反馈控制等，自动地确定出所需的较佳电压值，并进而完成图像采集，从而克服了现有技术中存在的问题，提高了成像效率。

附图说明

图1为本发明X射线成像装置实施例的组成结构示意图。

图2为本发明所述灰度点分布图的示意图。

图3为本发明X射线成像方法实施例的流程图。

具体实施方式

为了使本发明的技术方案更加清楚、明白，以下参照附图并举实施例，对本发明所述方案作进一步的详细说明。

图1为本发明X射线成像装置实施例的组成结构示意图。如图1所示，包括：图像采集模块、图像质量评价模块以及反馈控制模块。

图像采集模块，用于当每次接收到反馈控制模块发送来的电压值时，按照最新接收到的电压值对待测物体进行图像采集，并将采集到的图像发送给图像质量评价模块；

图像质量评价模块，用于当每次接收到图像采集模块发送来的图像时，确定出最新接收到的图像的质量评价值，并将该质量评价值发送给反馈控制模块；

反馈控制模块，用于当每次接收到图像质量评价模块发送来的质量评价值时，根据最新接收到的质量评价值确定出是否需要进行电压值调整，如果是，则进一步确定出调整后的电压值，并将该电压值发送给图像采集模块。

其中，图像采集模块的功能即如何进行图像采集等与现有技术中相同，不再赘述，以下分别对图像质量评价模块和反馈控制模块的功能进行介绍。

1)图像质量评价模块

如图1所示，该模块中可具体包括：提取单元和评价单元。

提取单元，用于按照预定的位置要求，从最新接收到的图像中提取出一幅子图像，并将该子图像发送给评价单元；

评价单元，用于计算出最新接收到的子图像的线性散布度和平均对比度，并根据线性散布度和平均对比度进一步计算出质量评价值，将该质量评价值发送给反馈控制模块。

1.1)提取单元

在实际应用中，在按照本发明所述方式对待测物体进行正式成像之前，需要先进行一些预处理，以得到一些所需的初始数值。较佳地，可手动设置三个不同的电压值，分别为50.0kV(起始电压)、55.0kV和60.0kV，并分别按照这三个电压值对待测物体进行图像采集，从而得到三幅图像，假设分别为图像A、图像B和图像C。由于在实际应用中，对于一幅图像来说，真正关心的只是其有效区域的图像质量，因此为减少后续的计算量等，可首先确定出图像中的有效区域。如可针对图像A，设置一个阈值，利用该阈值来实现图像中的区域划分，进而得到有效区域，具体实现为现有技术，并可记录下有效区域的位置信息，后续采集到的各幅图像均以该位置信息为准，进行有效区域提取，即进行子图像提取。图像B和图像C的具体作用后续会进行说明。

相应地，提取单元可基于所记录的有效区域的位置信息，即按照预定的位置要求，从每次接收到的图像中提取出一幅子图像，并将该子图像发送给评价单元，显然，每次提取出的子图像的大小均相同。

1.2)评价单元

对于前后两个不同能量值(不同电压值)下获取到的子图像，可根据各像素点的灰度值分布情况构成一幅灰度点分布图，并可依据该灰度点分布图拟合出一条直线，进而可确定出各灰度分布点到拟合出的直线的相对距离和，如果子图像质量达到相对稳定的状态，那么此时的相对距离和将最小，也就是说，根据相对距离和的大小就能够判定出子图像的质量，线性散布度就是基于上述原理提出的。

相应地，最新接收到的子图像的线性散布度V_ld可为：

$V_{\mathrm{ld}}=\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\frac{|p_1*I_{k-1}\left(i\right)-I_k\left(i\right)+p_2|}{I_{k-1}\left(i\right)*\sqrt{1+{p_1}^2}};---\left(1\right)$

其中，n表示每幅子图像中包括的像素点数；

I_k(i)表示最新接收到的子图像I_k中任一坐标位置的像素点i的灰度值；

I_k-1(i)表示相邻前一次接收到的子图像I_k-1中、相同坐标位置的像素点i的灰度值；

p₁和p₂分别表示根据所构成的灰度点分布图拟合出的直线系数；

灰度点分布图中共包括n个坐标点，每个坐标点i分别对应一个像素点i，且坐标点i的横坐标为I_k-1(i)，坐标点i的纵坐标为I_k(i)。

图2为本发明所述灰度点分布图的示意图。如图2所示，假设子图像I_k和子图像I_k-1中均包括4个像素点(实际远大于4，此处仅为了表述方便)，4个像素点在子图像中的坐标位置分别为(1,1)、(1,2)、(2,1)、(2,2)，其中，坐标位置为(1,1)的像素点1即对应坐标点1，坐标点1的横坐标为像素点1在子图像I_k-1中的灰度值，坐标点1的纵坐标为像素点1在子图像I_k(i)中的灰度值，坐标位置为(1,2)的像素点2即对应坐标点2，坐标点2的横坐标为像素点2在子图像I_k-1中的灰度值，坐标点2的纵坐标为像素点2在子图像I_k(i)中的灰度值，坐标位置为(2,1)的像素点3即对应坐标点3，坐标点3的横坐标为像素点3在子图像I_k-1中的灰度值，坐标点3的纵坐标为像素点3在子图像I_k(i)中的灰度值，坐标位置为(2,2)的像素点4即对应坐标点4，坐标点4的横坐标为像素点4在子图像I_k-1中的灰度值，坐标点4的纵坐标为像素点4在子图像I_k(i)中的灰度值。

随着能量值的升高，灰度点分布图中的点分布越来越密集，这表明前后两个能量值下的子图像质量趋于稳定，表现到具体数值就是线性散布度越来越小，但同时子图像整体的灰度跨度变大，因此也不是越小越好，需要适中。

最新接收到的子图像的平均对比度AC可为：

$\mathrm{AC}=\frac{G_{\max }-G_{\min }}{G_a};---\left(2\right)$

其中，G_max表示最新接收到的子图像中的各像素点的灰度值中的最大值；

G_min表示最新接收到的子图像中的各像素点的灰度值中的最小值；

G_a表示最新接收到的子图像中的各像素点的灰度值的平均值。

可见，平均对比度即指相对灰度与整体灰度之间的比值，该值可用来表示子图像的清晰程度。通常来说，能量值越低子图像的对比度越大，对比度越大的子图像越清晰，但是能量值太低又会导致待测物体未完全成像或噪声污染相对严重等，因此平均对比度的选择也应适中。

基于上述介绍，本发明中将上述两个评价标准相结合，提出了一个质量评价值(SOA，Standard of Assessment)的概念。

$\mathrm{SOA}=\mathrm{\α}*\frac{1}{\mathrm{AC}}+\mathrm{\β}*V_{\mathrm{ld}};---\left(3\right)$

α和β表示设定的评价系数。

由于线性散布度和平均对比度的数值不在一个量级上，且各个评价标准的跨度不同，因此综合考虑，根据经验可设置α＝1、β＝200。

2)反馈控制模块

如图2所示，该模块中可具体包括：第一控制单元和第二控制单元。

第一控制单元，用于计算出最新接收到的质量评价值与相邻前一次接收到的质量评价值的差值绝对值，并将该差值绝对值与预定目标值进行比较，如果大于目标值，则确定需要进行电压值调整，并将该差值绝对值发送给第二控制单元；

第二控制单元，用于根据最新接收到的差值绝对值确定出调整后的电压值，并将该电压值发送给图像采集模块。

2.1)第一控制单元

对于不同能量值下的子图像，其均会对应一个质量评价值，通过实验得知，当前后两个质量评价值的差值绝对值保持在0.01以内时，此时的子图像质量较佳，因此，可将0.01作为目标值，在每次接收到最新的质量评价值时，分别计算出最新接收到的质量评价值与相邻前一次接收到的质量评价值的差值绝对值，并将该差值绝对值与目标值0.01进行比较，如果大于0.01，则确定需要进行电压值调整，否则，确定不需要进行电压值调整。

2.2)第二控制单元

调整后的电压值u(k-1)可为：

u(k)＝u(k-1)+Δu(k)；(4)

其中，Δu(k)＝K_pΔe(k)+K_ie(k)+K_d[Δe(k)-Δe(k-1)]；    (5)

Δe(k)＝e(k)-e(k-1)；    (6)

e(k)＝|ΔSOA-0.01|；    (7)

ΔSOA表示差值绝对值；

k表示最新一次调整对应的结果，k-1表示相邻前一次调整对应的结果；

K_p、K_i、K_d分别表示训练得到的比例(Proportion)、积分(Integration)、微分(Differentiation)系数，即PID控制系数，具体获取方式为现有技术。

如前所述，在实际应用中，在按照本发明所述方式对待测物体进行正式成像之前，需要先进行一些预处理，以得到一些所需的初始数值。较佳地，可手动设置三个不同的电压值，分别为50.0kV、55.0kV和60.0kV，并分别按照这三个电压值对待测物体进行图像采集，从而得到三幅图像，假设分别为图像A、图像B和图像C。那么针对图像B(需要用到图像A)和图像C(需要用到图像B)可分别计算出一个质量评价值。当按照本发明所述方式对待测物体进行正式成像时，可将图像B对应的质量评价值和图像C对应的质量评价值的差值绝对值作为式(7)中的初始ΔSOA值，式(6)中的初始e(k-1)和式(5)中的初始Δe(k-1)的取值均可设置为0，式(4)中的u(k-1)即为60.0kV，从而可得到第一个自动调整后的电压值，后续可按照本发明所述方式依次计算出其它调整后的电压值。

基于上述介绍，图3为本发明X射线成像方法实施例的流程图。如图3所示，针对待测物体，可按照步骤31～34所述方式进行处理。

步骤31：按照最新调整后的电压值对待测物体进行图像采集。

步骤32：确定出最新采集到的图像的质量评价值。

本步骤的具体实现方式可为：按照预定的位置要求，从最新采集到的图像中提取出一幅子图像；计算出最新提取出的子图像的线性散布度和平均对比度，并根据线性散布度和平均对比度进一步计算出质量评价值。

较佳地，线性散布度 $V_{\mathrm{ld}}=\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\frac{|p_1*I_{k-1}\left(i\right)-I_k\left(i\right)+p_2|}{I_{k-1}\left(i\right)*\sqrt{1+{p_1}^2}};---\left(1\right)$

其中，n表示每幅子图像中包括的像素点数；

I_k(i)表示最新接收到的子图像I_k中任一坐标位置的像素点i的灰度值；

I_k-1(i)表示相邻前一次接收到的子图像I_k-1中、相同坐标位置的像素点i的灰度值；

p₁和p₂分别表示根据所构成的灰度点分布图拟合出的直线系数；

灰度点分布图中共包括n个坐标点，每个坐标点i分别对应一个像素点i，且坐标点i的横坐标为I_k-1(i)，坐标点i的纵坐标为I_k(i)。

平均对比度 $\mathrm{AC}=\frac{G_{\max }-G_{\min }}{G_a};---\left(2\right)$

其中，G_max表示最新接收到的子图像中的各像素点的灰度值中的最大值；

G_min表示最新接收到的子图像中的各像素点的灰度值中的最小值；

G_a表示最新接收到的子图像中的各像素点的灰度值的平均值。

质量评价值 $\mathrm{SOA}=\mathrm{\α}*\frac{1}{\mathrm{AC}}+\mathrm{\β}*V_{\mathrm{ld}};---\left(3\right)$

其中，V_ld表示线性散布度；

AC表示平均对比度；

α和β表示设定的评价系数。

步骤33：根据最新确定出的质量评价值确定出是否需要进行电压值调整，如果是，则执行步骤34，否则，结束处理，这样，最新采集到的图像即为待测物体的最终成像结果。

本步骤的具体实现方式可为：计算出最新确定出的质量评价值与相邻前一次确定出的质量评价值的差值绝对值，并将该差值绝对值与预定目标值进行比较，如果大于目标值，则确定需要进行电压值调整。

较佳地，所述目标值可为0.01。

步骤34：确定出调整后的电压值，之后重复执行步骤31。

本步骤中，可根据最新计算出的差值绝对值确定出调整后的电压值。

较佳地，调整后的电压值u(k)＝u(k-1)+Δu(k)；    (4)

其中，Δu(k)＝K_pΔe(k)+K_ie(k)+K_d[Δe(k)-Δe(k-1)]；    (5)

Δe(k)＝e(k)-e(k-1)；    (6)

e(k)＝|ΔSOA-0.01|；    (7)

ΔSOA表示差值绝对值；

k表示最新一次调整对应的结果，k-1表示相邻前一次调整对应的结果；

K_p、K_i、K_d分别表示训练得到的比例、积分、微分系数。

上述各公式中的相关初始取值的设置方式可参照前述装置实施例中的相应说明，此处不再赘述。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (14)

1.一种X射线成像装置，其特征在于，包括：图像采集模块、图像质量评价模块以及反馈控制模块；

所述图像采集模块，用于当每次接收到所述反馈控制模块发送来的电压值时，按照最新接收到的电压值对待测物体进行图像采集，并将采集到的图像发送给所述图像质量评价模块；

所述图像质量评价模块，用于当每次接收到所述图像采集模块发送来的图像时，确定出最新接收到的图像的质量评价值，并将该质量评价值发送给所述反馈控制模块；

所述反馈控制模块，用于当每次接收到所述图像质量评价模块发送来的质量评价值时，根据最新接收到的质量评价值确定出是否需要进行电压值调整，如果是，则进一步确定出调整后的电压值，并将该电压值发送给所述图像采集模块。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，

所述图像质量评价模块中包括：提取单元和评价单元；

所述提取单元，用于按照预定的位置要求，从最新接收到的图像中提取出一幅子图像，并将该子图像发送给所述评价单元；

所述评价单元，用于计算出最新接收到的子图像的线性散布度和平均对比度，并根据线性散布度和平均对比度进一步计算出质量评价值，将该质量评价值发送给所述反馈控制模块。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，

所述线性散布度 $V_{\mathrm{ld}}=\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\frac{|p_1*I_{k-1}\left(i\right)-I_k\left(i\right)+p_2|}{I_{k-1}\left(i\right)*\sqrt{1+{p_1}^2}};$

其中，n表示每幅子图像中包括的像素点数；

I_k(i)表示最新接收到的子图像I_k中任一坐标位置的像素点i的灰度值；

I_k-1(i)表示相邻前一次接收到的子图像I_k-1中、相同坐标位置的像素点i的灰度值；

p₁和p₂分别表示根据所构成的灰度点分布图拟合出的直线系数；

灰度点分布图中共包括n个坐标点，每个坐标点i分别对应一个像素点i，且坐标点i的横坐标为I_k-1(i)，坐标点i的纵坐标为I_k(i)。

4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，

所述平均对比度 $\mathrm{AC}=\frac{G_{\max }-G_{\min }}{G_a};$

其中，G_max表示最新接收到的子图像中的各像素点的灰度值中的最大值；

G_min表示最新接收到的子图像中的各像素点的灰度值中的最小值；

G_a表示最新接收到的子图像中的各像素点的灰度值的平均值。

5.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，

所述质量评价值 $\mathrm{SOA}=\mathrm{\α}*\frac{1}{\mathrm{AC}}+\mathrm{\β}*V_{\mathrm{ld}};$

其中，V_ld表示线性散布度；

AC表示平均对比度；

α和β表示设定的评价系数。

6.根据权利要求1～5中任一项所述的装置，其特征在于，

所述反馈控制模块中包括：第一控制单元和第二控制单元；

所述第一控制单元，用于计算出最新接收到的质量评价值与相邻前一次接收到的质量评价值的差值绝对值，并将该差值绝对值与预定目标值进行比较，如果大于目标值，则确定需要进行电压值调整，并将该差值绝对值发送给所述第二控制单元；

所述第二控制单元，用于根据最新接收到的差值绝对值确定出调整后的电压值，并将该电压值发送给所述图像采集模块。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，

所述目标值为0.01；

所述调整后的电压值u(k)＝u(k-1)+Δu(k)；

其中，Δu(k)＝K_pΔe(k)+K_ie(k)+K_d[Δe(k)-Δe(k-1)]；

Δe(k)＝e(k)-e(k-1)；

e(k)＝|ΔSOA-0.01|；

ΔSOA表示差值绝对值；

k表示最新一次调整对应的结果，k-1表示相邻前一次调整对应的结果；

K_p、K_i、K_d分别表示训练得到的比例、积分、微分系数。

8.一种X射线成像方法，其特征在于，包括：

针对待测物体，进行以下处理：

A、按照最新调整后的电压值对待测物体进行图像采集；

B、确定出最新采集到的图像的质量评价值；

C、根据最新确定出的质量评价值确定出是否需要进行电压值调整，如果是，则进一步确定出调整后的电压值，之后重复执行步骤A，否则，结束处理。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，

所述确定出最新采集到的图像的质量评价值包括：

按照预定的位置要求，从最新采集到的图像中提取出一幅子图像；

计算出最新提取出的子图像的线性散布度和平均对比度，并根据线性散布度和平均对比度进一步计算出质量评价值。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，

所述线性散布度 $V_{\mathrm{ld}}=\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\frac{|p_1*I_{k-1}\left(i\right)-I_k\left(i\right)+p_2|}{I_{k-1}\left(i\right)*\sqrt{1+{p_1}^2}};$

其中，n表示每幅子图像中包括的像素点数；

I_k(i)表示最新接收到的子图像I_k中任一坐标位置的像素点i的灰度值；

I_k-1(i)表示相邻前一次接收到的子图像I_k-1中、相同坐标位置的像素点i的灰度值；

p₁和p₂分别表示根据所构成的灰度点分布图拟合出的直线系数；

灰度点分布图中共包括n个坐标点，每个坐标点i分别对应一个像素点i，且坐标点i的横坐标为I_k-1(i)，坐标点i的纵坐标为I_k(i)。

11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，

所述平均对比度 $\mathrm{AC}=\frac{G_{\max }-G_{\min }}{G_a};$

其中，G_max表示最新接收到的子图像中的各像素点的灰度值中的最大值；

G_min表示最新接收到的子图像中的各像素点的灰度值中的最小值；

G_a表示最新接收到的子图像中的各像素点的灰度值的平均值。

12.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，

所述质量评价值 $\mathrm{SOA}=\mathrm{\α}*\frac{1}{\mathrm{AC}}+\mathrm{\β}*V_{\mathrm{ld}};$

其中，V_ld表示线性散布度；

AC表示平均对比度；

α和β表示设定的评价系数。

13.根据权利要求8～12中任一项所述的方法，其特征在于，

所述根据最新确定出的质量评价值确定出是否需要进行电压值调整包括：

计算出最新确定出的质量评价值与相邻前一次确定出的质量评价值的差值绝对值，并将该差值绝对值与预定目标值进行比较，如果大于目标值，则确定需要进行电压值调整；

所述确定出调整后的电压值包括：根据最新计算出的差值绝对值确定出调整后的电压值。

14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，

所述目标值为0.01；

所述调整后的电压值u(k)＝u(k-1)+Δu(k)；

其中，Δu(k)＝K_pΔe(k)+K_ie(k)+K_d[Δe(k)-Δe(k-1)]；

Δe(k)＝e(k)-e(k-1)；

e(k)＝|ΔSOA-0.01|；

ΔSOA表示差值绝对值；

k表示最新一次调整对应的结果，k-1表示相邻前一次调整对应的结果；

K_p、K_i、K_d分别表示训练得到的比例、积分、微分系数。