CN105763818A - 基于fpga的具有图像校正功能的平板探测器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种基于FPGA的具有图像校正功能的平板探测器，所述基于FPGA的具有图像校正功能的平板探测器包括FPGA，所述FPGA内包括：原始图像获取模块，适于获取所述平板探测器采集到的原始图像；图像校正模块，与所述原始图像获取模块相连接，适于接收所述原始图像获取模块获取的原始图像，并对所述原始图像进行校正。本发明的基于FPGA的具有图像校正功能的平板探测器，图像的整个校正过程均在所述平板探测器内部完成，无需将图像模板传送至工作站，降低了FPD与工作站之间的交互流程的复杂度，从而提高了稳定性，图像保密度高，降低工作站软件开发、集成的难度；同时，大大提升了图像校正的速度，进而提升了整个图像获取流程的速度。

Description

基于FPGA的具有图像校正功能的平板探测器
技术领域
本发明涉及平板探测器领域，特别是涉及一种基于FPGA的具有图像校正功能的平板探测器。
背景技术
1995年，RSNA推出了第一台平板探测器FPD(FlatPanelDetector)设备，其是一种将X射线能量直接转化为电信号，产生X射线图像的检测器。近年来，随着平板探测技术取得飞跃性的发展，平板探测器的影像质量得到了大幅的提高，从而更加经济实用。同时，平板探测器的技术、成本和成熟度已逐渐被市场认可，并在相关领域得到广泛使用。
目前，平板探测器广泛应用于光学医疗诊断，X射线在穿过人体后投射到平板探测器上，通过实时图像处理，直接获得图像数字信号，然后传送给工作站，工作站以计算机为主体，应用计算机技术将数字图像采集、处理、传输及显示在显示器上，供医务人员观察图像，进行医疗诊断。
在现有的基于FPGA(现场可编程门阵列)的平板探测器中，如图1所示，FPGA包括依次连接的原始图像接收模块10、缓存模块11、原始图像读取模块12及图像封包模块13，所示FPGA只承担图像传感器驱动、图像采集获取、缓存及读出发送的功能。
目前的DR(数字化X射线摄影)系统对于获取到的X射线图像一般使用工作站或FPD内嵌入式CPU进行图像校正，包括offset校正、gain校正、defect校正、残影校正等，然而，上述两种校正方法均存在缺陷：对于使用工作站校正的，可以达到较快的校正速度，而由于所有校正算法均基于相应的图像模板，所有的图像模板都来自于FPD，所以工作站与FPD之间的交互流程会更加复杂，包括图像模板传输，状态保护，指令交互等，同时无法保护原始图像，容易泄露原始技术指标；对于使用FPD嵌入式CPU进行校正，虽然与工作站之间的交互流程相对简单，但由于CPU是基于操作系统及指令周期的，所以相应的校正速度较慢，影响整个图像获取流程的速度。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于FPGA的具有图像校正功能的平板探测器，用以解决现存技术中使用工作站进行图像校正存在的FPD与工作站之间的交互流程复杂、图像保密性差的问题，以及使用FPD嵌入式CPU进行图像校正存在的校正速度慢，影响整个图像获取流程的速度的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种基于FPGA的具有图像校正功能的平板探测器，所述基于FPGA的具有图像校正功能的平板探测器包括FPGA，所述FPGA内包括：
原始图像获取模块，适于获取所述平板探测器采集到的原始图像；
图像校正模块，与所述原始图像获取模块相连接，适于接收所述原始图像获取模块获取的原始图像，并对所述原始图像进行校正。
作为本发明的基于FPGA的具有图像校正功能的平板探测器的一种优选方案，所述原始图像获取模块包括：
原始图像接收单元，适于接收获取所述平板探测器采集的原始图像；
缓存单元，与所述原始图像接收单元相连接，适于存储所述原始图像接收单元接收的原始图像；
原始图像读取单元，与所述缓存单元及所述图像校正模块相连接，适于将需要校正的图像从所述缓存单元中读取出来并发送至所述图像校正模块。
作为本发明的基于FPGA的具有图像校正功能的平板探测器的一种优选方案，所述图像校正模块包括：功能配置单元、图像模板管理功能单元及图像校正功能单元；
所述功能配置单元与所述图像校正功能单元相连接，适于控制所述图像校正功能单元的开关；
所述图像模板管理功能单元与所述图像校正功能单元相连接，适于存储用于图像校正的图像模板；
所述图像校正功能单元与所述功能配置单元、所述图像模板管理功能单元及所述原始图像读取单元相连接，适于在所述功能配置单元控制所述图像校正功能单元处于开启状态时，依据所述图像模板管理功能单元中相应的图像模板对输入的需要校正的图像进行校正。
作为本发明的基于FPGA的具有图像校正功能的平板探测器的一种优选方案，所述图像校正功能单元包括多级图像校正功能子单元；各级所述图像校正功能子单元适于实现不同的校正算法；各级所述图像校正功能子单元依次串接，且各级所述图像校正功能子单元均分别与所述功能配置单元及所述图像模板管理功能单元独立连接。
作为本发明的基于FPGA的具有图像校正功能的平板探测器的一种优选方案，所述每一级图像校正功能子单元均包括：图像缓存RAM、模板缓存RAM、流程控制单元及算法实现及输出单元；
所述图像缓存RAM与位于其上一级的所述图像校正功能子单元中的所述算法实现及输出单元相连接，适于接收并存储其上一级的所述图像校正功能子单元校正后的图像；
所述模板缓存RAM与所述图像模板管理功能单元相连接，适于读取并存储所述图像模板管理功能单元中相应的图像模板；
所述流程控制单元与所述算法实现及输出单元、位于其上一级的所述图像校正功能子单元及位于其下一级的所述图像校正功能子单元相连接，适于确定所述算法实现及输出单元开始校正的时间点，并在校正完毕后通知下一级所述图像校正功能子单元；
所述算法实现及输出单元与所述图像缓存RAM、所述模板缓存RAM及所述流程控制单元相连接，适于依据所述流程控制单元的指示，从所述图像缓存RAM及所述模板缓存RAM中读取相应的图像及图像模板数据，并通过校正算法计算校正后输出至下一级所述图像校正功能子单元。
作为本发明的基于FPGA的具有图像校正功能的平板探测器的一种优选方案，各级所述图像校正功能子单元采用不同的校正算法对输入其中的图像进行校正。
作为本发明的基于FPGA的具有图像校正功能的平板探测器的一种优选方案，各级所述图像校正功能子单元的输入端、输出端及交互握手接口的定义相同。
作为本发明的基于FPGA的具有图像校正功能的平板探测器的一种优选方案，所述基于FPGA的具有图像校正功能的平板探测器还包括图像封包模块，所述图像封包模块与所述图像校正模块相连接，适于将所述图像校正模块校正后的图像封包输出。
作为本发明的基于FPGA的具有图像校正功能的平板探测器的一种优选方案，所述图像校正模块输出端及输入端的定义及时序与所述原始图像读取单元输出端及所述图像封包模块输入端的定义及时序相同。
如上所述，本发明的基于FPGA的具有图像校正功能的平板探测器，具有以下有益效果：本发明的基于FPGA的具有图像校正功能的平板探测器，图像的整个校正过程均在所述平板探测器内部完成，无需将图像模板传送至工作站，降低了FPD与工作站之间的交互流程的复杂度，从而提高了稳定性，图像保密度高，降低工作站软件的开发、集成难度；同时，大大提升了图像校正的速度慢，进而提升了整个图像获取流程的速度。
附图说明
图1显示为现有技术中的基于FPGA的平板探测器中FPGA功能模块的结构示意图。
图2显示为本发明的基于FPGA的具有图像校正功能的平板探测器中FPGA功能模块的结构示意图。
图3显示为本发明的基于FPGA的具有图像校正功能的平板探测器中FPGA中的校正模块的结构示意图。
图4显示为本发明的基于FPGA的具有图像校正功能的平板探测器中FPGA中校正模块中的图像校正功能子单元的结构示意图。
元件标号说明
10原始图像接收模块
11缓存模块
12原始图像读取模块
13图像封包模块
21原始图像获取模块
211原始图像接收单元
212缓存单元
213原始图像读取单元
22图像校正模块
221功能配置单元
222图像模板管理功能单元
223图像校正功能单元
2231图像校正功能子单元
22311图像缓存RAM
22312模板缓存RAM
22313流程控制单元
22314算法实现及输出单元
23图像封包模块
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
请参阅图2至图4，需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，虽图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
请参阅图1，本发明提供一种具有基于FPGA的具有图像校正功能的平板探测器，所述基于FPGA的具有图像校正功能的平板探测器包括FPGA，所述FPGA内包括：原始图像获取模块21，适于获取所述平板探测器采集到的原始图像；图像校正模块22，与所述原始图像获取模块21相连接，适于接收所述原始图像获取模块21获取的原始图像，并对所述原始图像进行校正。
作为示例，所述原始图像获取模块21包括：原始图像接收单元211，所述原始图像接收单元211适于接收获取所述平板探测器采集的原始图像；缓存单元212，所述缓存单元212与所述原始图像接收单元211相连接，适于存储所述原始图像接收单元211接收的原始图像；原始图像读取单元213，所述原始图像读取单元213与所述缓存单元212及所述图像校正模块22相连接，适于将需要校正的图像从所述缓存单元212中读取出来并发送至所述图像校正模块22。
请参阅图3，所述图像校正模块22包括：功能配置单元221、图像模板管理功能单元222及图像校正功能单元223；所述功能配置单元221与所述图像校正功能单元223相连接，适于控制所述图像校正功能单元223的开关，进而控制整个所述图像校正模块22的校正功能的开关；所述图像模板管理功能单元222与所述图像校正功能单元223相连接，适于存储用于图像校正的图像模板；所述图像校正功能单元223与所述功能配置单元221、所述图像模板管理功能单元222及所述原始图像读取单元213相连接，适于在所述功能配置单元221控制所述图像校正功能单元223处于开启状态时，依据所述图像模板管理功能单元222中相应的图像模板对输入的需要校正的图像进行校正。
所述图像校正功能单元223包括多级图像校正功能子单元2231，图3中仅以所述图像校正功能单元223包括三级(即三个)所述图像校正功能子单元2231作为示例，但并不依次为限；各级所述图像校正功能子单元2231适于实现不同的校正算法；各级所述图像校正功能子单元2231依次串接，且各级所述图像校正功能子单元2231均分别与所述功能配置单元221及所述图像模板管理功能单元222独立连接，即图3中的三个所述图像校正功能子单元2231均与所述功能配置单元221及所述图像模板管理功能单元222独立连接。；其中，在所述功能配置单元221控制各级所述图像校正功能子单元2231均处于开启状态时，所述第一级图像校正功能子单元2231与所述原始图像读取单元213相连接，适于对所述原始图像读取单元213输出的需要校正的图像进行校正后输入下一级所述图像校正功能子单元2231；后续所述图像校正功能子单元2231适于对上一级所述图像校正功能子单元2231输出的图像进行校正后输入其下一级所述图像校正功能子单元2231，直至最后一级所述图像校正功能子单元2231对其上一级所述图像校正功能子单元2231输出的图像进行校正后输出。
需要说明的是，当所述功能配置单元221控制某一级所述图像校正功能子单元2231均处于关闭状态时，其上一级所述图像校正功能子单元2231校正后的图像输入至该级所述图像校正功能子单元2231时，由于其校正功能被关闭，输入的图像被直接输入至其下一级所述图像校正功能子单元2231进行相应的校正处理。
将所述图像校正功能单元223划分为多级图像校正功能子单元2231，每个所述图像校正功能子单元2231均为独立单一的功能模块，即每一个所述图像校正功能子单元2231分别对需要进行校正的图形进行不同类型的校正。在所述FPGA中设置所述功能配置单元221，且所述功能配置单元221与每一级所述图像校正功能子单元2231均相连接，可以根据实际需要选择性的开启或关闭某一所述图像校正功能子单元2231所对应的校正功能。将各级所述图像校正功能子单元2231以类似于流水线设计的方式串联，可以实现对图像进行不间断的逐一校正，有效提高了校正效率。
作为示例，各级所述图像校正功能子单元2231的输入端、输出端及交互握手接口的定义相同，这样便于后续的升级，可以根据不同的应用增减相应的所述图像校正功能子单元2231，剩余的各级所述图像校正功能子单元2231可以在不改变接口定义的情况下依次串联。
请参阅图4，所述每一级图像校正功能子单元2231均包括：图像缓存RAM22311、模板缓存RAM22312、流程控制单元22313及算法实现及输出单元22314；所述图像缓存RAM22311与位于其上一级的所述图像校正功能子单元2231中的所述算法实现及输出单元22314相连接，适于接收并存储其上一级的所述图像校正功能子单元2231校正后的图像；所述模板缓存RAM22312与所述图像模板管理功能单元222相连接，适于读取并存储所述图像模板管理功能单元222中相应的图像模板；所述流程控制单元22313与所述算法实现及输出单元22314、位于其上一级的所述图像校正功能子单元2231及位于其下一级的所述图像校正功能子单元2231相连接，适于确定所述算法实现及输出单元22314开始校正的时间点，并在校正完毕后通知下一级所述图像校正功能子单元2231；所述算法实现及输出单元22314与所述图像缓存RAM22311、所述模板缓存RAM22312及所述流程控制单元22313相连接，适于依据所述流程控制单元22313的指示，从所述图像缓存RAM22311及所述模板缓存RAM22312中读取相应的图像及图像模板数据，并通过校正算法计算校正后输出至下一级所述图像校正功能子单元2231。
作为示例，各级所述图像校正功能子单元2231采用不同的校正算法对输入其中的图像进行校正。
需要说明的是，由于各级所述图像校正功能子单元2231对图像进行不同种类的校正时均需要基于相应的图像模板，所以，所述图像模板管理功能单元222中需要存储有各种图像校正所需的图像模板。同时，所述图像模板管理功能单元222还可以根据模板更新的机制，动态或静态的更新图像校正中所需要的图像模板。设置专门用于生产、存储及读取图像校正所需的图像模板的所述图像校正功能子单元，可以大大简化FPD与工作站之间的图像模板管理流程。
作为示例，请继续参阅图2，所述基于FPGA的具有图像校正功能的平板探测器还包括图像封包模块23，所述图像封包模块23与所述图像校正模块22相连接，适于将所述图像校正模块22校正后的图像封包输出。
作为示例，所述图像校正模块22的输出端及输入端的定义及时序与所述原始图像读取单元213的输出端及所述图像封包模块23的输入端的定义及时序相同，以确保所述图像校正模块22无缝插入于所述原始图像读取单元213与所述图像封包模块23之间。
综上所述，本发明提供一种基于FPGA的具有图像校正功能的平板探测器，所述基于FPGA的具有图像校正功能的平板探测器包括FPGA，所述FPGA内包括：原始图像获取模块，适于获取所述平板探测器采集到的原始图像；图像校正模块，与所述原始图像获取模块相连接，适于接收所述原始图像获取模块获取的原始图像，并对所述原始图像进行校正。本发明的基于FPGA的具有图像校正功能的平板探测器，图像的整个校正过程均在所述平板探测器内部完成，无需将图像模板传送至工作站，降低了FPD与工作站之间的交互流程的复杂度，从而提高了稳定性，图像保密度高，降低工作站软件开发、集成的复杂度；同时，大大提升了图像校正的速度慢，进而提升了整个图像获取流程的速度。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (9)

1.一种基于FPGA的具有图像校正功能的平板探测器，其特征在于，所述基于FPGA的具有图像校正功能的平板探测器包括FPGA，所述FPGA内包括：
原始图像获取模块，适于获取所述平板探测器采集到的原始图像；
图像校正模块，与所述原始图像获取模块相连接，适于接收所述原始图像获取模块获取的原始图像，并对所述原始图像进行校正。
2.根据权利要求1所述的基于FPGA的具有图像校正功能的平板探测器，其特征在于：所述原始图像获取模块包括：
原始图像接收单元，适于接收获取所述平板探测器采集的原始图像；
缓存单元，与所述原始图像接收单元相连接，适于存储所述原始图像接收单元接收的原始图像；
原始图像读取单元，与所述缓存单元及所述图像校正模块相连接，适于将需要校正的图像从所述缓存单元中读取出来并发送至所述图像校正模块。
3.根据权利要求2所述的基于FPGA的具有图像校正功能的平板探测器，其特征在于：所述图像校正模块包括：功能配置单元、图像模板管理功能单元及图像校正功能单元；
所述功能配置单元与所述图像校正功能单元相连接，适于控制所述图像校正功能单元的开关；
所述图像模板管理功能单元与所述图像校正功能单元相连接，适于存储用于图像校正的图像模板；
所述图像校正功能单元与所述功能配置单元、所述图像模板管理功能单元及所述原始图像读取单元相连接，适于在所述功能配置单元控制所述图像校正功能单元处于开启状态时，依据所述图像模板管理功能单元中相应的图像模板对输入的需要校正的图像进行校正。
4.根据权利要求3所述的基于FPGA的具有图像校正功能的平板探测器，其特征在于：所述图像校正功能单元包括多级图像校正功能子单元；各级所述图像校正功能子单元适于实现不同的校正算法；各级所述图像校正功能子单元依次串接，且各级所述图像校正功能子单元均分别与所述功能配置单元及所述图像模板管理功能单元独立连接。
5.根据权利要求4所述的基于FPGA的具有图像校正功能的平板探测器，其特征在于：所述每一级图像校正功能子单元均包括：图像缓存RAM、模板缓存RAM、流程控制单元及算法实现及输出单元；
所述图像缓存RAM与位于其上一级的所述图像校正功能子单元中的所述算法实现及输出单元相连接，适于接收并存储其上一级的所述图像校正功能子单元校正后的图像；
所述模板缓存RAM与所述图像模板管理功能单元相连接，适于读取并存储所述图像模板管理功能单元中相应的图像模板；
所述流程控制单元与所述算法实现及输出单元、位于其上一级的所述图像校正功能子单元及位于其下一级的所述图像校正功能子单元相连接，适于确定所述算法实现及输出单元开始校正的时间点，并在校正完毕后通知下一级所述图像校正功能子单元；
所述算法实现及输出单元与所述图像缓存RAM、所述模板缓存RAM及所述流程控制单元相连接，适于依据所述流程控制单元的指示，从所述图像缓存RAM及所述模板缓存RAM中读取相应的图像及图像模板数据，并通过校正算法计算校正后输出至下一级所述图像校正功能子单元。
6.根据权利要求5所述的基于FPGA的具有图像校正功能的平板探测器，其特征在于：各级所述图像校正功能子单元采用不同的校正算法对输入其中的图像进行校正。
7.根据权利要求4所述的基于FPGA的具有图像校正功能的平板探测器，其特征在于：各级所述图像校正功能子单元的输入端、输出端及交互握手接口的定义相同。
8.根据权利要求2至7中任一项所述的基于FPGA的具有图像校正功能的平板探测器，其特征在于：所述基于FPGA的具有图像校正功能的平板探测器还包括图像封包模块，所述图像封包模块与所述图像校正模块相连接，适于将所述图像校正模块校正后的图像封包输出。
9.根据权利要求8所述的基于FPGA的具有图像校正功能的平板探测器，其特征在于：所述图像校正模块输出端及输入端的定义及时序与所述原始图像读取单元输出端及所述图像封包模块输入端的定义及时序相同。
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