CN106447637A - 一种拼接探测器几何校正体模及校正方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种拼接探测器几何校正体模及校正方法。该方法包括如下步骤：S1，将几何校正体模安装在拼接探测器顶面上，使几何校正体模基板上的金属圆点均匀分布在光子计数芯片上；S2，以光子计数芯片为单位，将光子计数探测器顶面划分为多个模组，根据金属圆点的位置计算出每个模组中所有金属圆点的中心坐标；S3，计算每个模组图像的像素，根据每个模组图像的像素判断相邻模组之间是否存在接缝，如果存在接缝，则转向步骤S4；否则相邻模组之间不存在接缝，图像不需要校正；S4，计算相邻模组之间存在的接缝的像素数，并将接缝处像素还原到图像上。该方法可以有效地对拼接探测器探测的实际成像进行校正，保证图像的准确性。

Description

一种拼接探测器几何校正体模及校正方法

技术领域

本发明涉及一种几何校正体模，尤其涉及一种拼接探测器几何校正体模，同时涉及基于该几何校正体模进行拼接探测器校正的校正方法，属于辐射成像技术领域。

背景技术

在辐射成像领域中，光子计数成像技术因所需X射线的剂量较低，目前正成为业内的研究热点。现有的一种光子计数式成像探测器，是通过单一的X射线计数的光子计数成像设备,包括：一层感光材料、N×M数组排列的光电探测器二极管层的光敏材料、N×M数组读出单元(读出单元包括一个高增益、低噪声放大元素,为每个光电探测器二极管分配一个读出单元)；读出单元被数据处理元素控制，每个读出单元组成一个内部数据处理元素，允许分配一个输出信号代表一个电子空穴对的放大信号。该电子空穴对由一个入射光子产生或者由有价值的预选区域内各自的光电探测器二极管预定的入射光子数产生。分配的输出信号是伴随着时间戳生成的。该光子计数式成像探测器主要由半导体探测器和读出芯片直接倒装构成。光子计数式成像探测器能够分辨出单个X射线光子，大大降低了辐射剂量，降低了对被成像物体的伤害。

但受目前探测器和芯片工艺水平及成本的限制，还无法采用单个探测器模块实现大面积的成像探测器。现阶段的光子计数探测器主要通过模块拼接的方式来构成大面积的探测器阵列，以满足大尺寸物体的成像需求。采用模块拼接方式必然存在拼接缝隙，形成成像死区。由于装配原因我们无法确定这些拼接缝隙的准确宽度，而且探测器成像时不会体现出接缝，这样我们得到的图像与实际图像之间存在失真，如图1所示。

为了解决拼接探测器失真的问题，在申请号为201310098388.9的中国专利申请中公开了一种用于拼接式探测器生成的高光谱图像几何配准方法。它针对品字型排列探测器，其排列方式导致的图像几何错位问题，首先寻找高光谱图像上的狭长地物目标，通过求算质心位置进行目标地物的边缘提取，分别对错位两边图像中目标地物的边缘做线性拟合，比较错位两边图像的拟合偏置，从而得到错位图像的亚象元个数。根据结果对错位图像进行重采样实现几何校正。

而对于由于拼接缝隙引起的图像失真，目前并没有相应的方法进行校正处理。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明所要解决的首要技术问题在于提供一种拼接探测器几何校正体模。

本发明所要解决的另一技术问题在于提供一种拼接探测器的校正方法。

为实现上述发明目的，本发明采用下述的技术方案：

一种拼接探测器几何校正体模，包括几何校正体模基板和几何校正体模安装板；

其中，在所述几何校正体模基板上设置有多个等间距排列的金属圆点；

所述几何校正体模安装板呈L型，在L型外侧面设置有凹槽；所述几何校正体模基板嵌在所述几何校正体模安装板的凹槽内，通过螺接方式安装在所述几何校正体模安装板上。

其中较优地，在将所述几何校正体模基板安装到所述几何校正体模安装板上时，以所述几何校正体模安装板上凹槽的左侧边和顶边作为基准进行安装。

其中较优地，所述几何校正体模基板为矩形板，在矩形板的四个端点分别设置四个开孔；

在所述几何校正体模安装板的凹槽内设置四个开孔；凹槽内设置的四个开孔与所述几何校正体模基板上的四个开孔相对应；使所述几何校正体模基板通过螺接方式安装在所述几何校正体模安装板上。

其中较优地，所述几何校正体模安装板为有机玻璃板。

一种拼接探测器的校正方法，基于所述的拼接探测器几何校正体模实现，包括如下步骤：

S1，将几何校正体模安装在拼接探测器顶面上，使几何校正体模基板上的金属圆点均匀分布在光子计数芯片上；

S2，以光子计数芯片为单位，将光子计数探测器顶面划分为多个模组，根据金属圆点的位置计算出每个模组中所有金属圆点的中心坐标；

S3，计算每个模组图像的像素，根据每个模组图像的像素判断相邻模组之间是否存在接缝，如果存在接缝，则转向步骤S4；否则相邻模组之间不存在接缝，图像不需要校正；

S4，计算相邻模组之间存在的接缝的像素数，并将接缝处像素还原到图像上。

其中较优地，将几何校正体模安装在拼接探测器顶面上时，几何校正体模中几何校正体模安装板的L型内侧面紧贴拼接探测器的顶面。

其中较优地，在步骤S1中，每个所述光子计数芯片上均匀分布四个金属圆点。

其中较优地，在步骤S3中，根据每个模组中两个金属圆点之间的像素数判断相邻模组之间是否存在接缝，包括如下步骤：

S31，获取每个模组图像的像素；

S32，计算D_i,j模组的中心点c_i,j到D_i,j模组图像右边界的像素数以及D_i,j+1模组的中心点c_i,j+1到D_i,j+1模组图像左边界的像素数d^l _i,j+1；其中，i＝1、2、3；j＝1、2、3；

S33，判断与左右两个金属圆点之间的像素数的大小，当等于左右两个金属圆点之间的像素数的大小时，左右相邻模组之间不存在接缝，左右图像不需要校正；当大于左右两个金属圆点之间的像素数的大小时，左右相邻模组之间重叠；当 小于左右两个金属圆点之间的像素数的大小时，左右相邻模组之间存在接缝；

S34，计算D_i,j模组的中心点c_i,j到D_i,j模组图像下边界的像素数以及D_i,j+1模组的中心点c_i,j+1到D_i,j+1模组图像左上边界的像素数d^u _i,j+1；

S35，判断与上下两个金属圆点之间的像素数的大小，当等于左右两个金属圆点之间的像素数的大小时，上下相邻模组之间不存在接缝，上下图像不需要校正；当大于左右两个金属圆点之间的像素数的大小时，上下相邻模组之间重叠；当 小于左右两个金属圆点之间的像素数的大小时，上下相邻模组之间存在接缝。

其中较优地，在步骤S3中，计算每个模组图像的像素，包括上下相邻模组之间的接缝的像素数和左右相邻模组之间的接缝的像素数；

其中，上下相邻模组之间的接缝的像素数，采用如下公式：

为上下相邻模组之间的接缝的像素数；h为每个模组中上下两个金属圆点之间的像素数；为模组中心点c_i,j到D_i,j模组图像上边界的像素数；为模组中心点c_i+1,j到D_i+1,j模组图像上边界的像素数；

左右相邻模组之间的接缝的像素数，采用如下公式：

其中，为左右相邻模组之间的接缝的像素数；w为每个模组中左右两个金属圆点之间的像素数；为模组中心点c_i,j到D_i,j模组图像右边界的像素数；为模组中心点c_i+1,j到D_i+1,j模组图像左边界的像素数。

其中较优地，在步骤S4中，将接缝处像素还原到图像上，包括如下步骤：

S41，选取一个空白图像作为模板；

S42，获取左右相邻模组之间的接缝的像素数，对于D_i,j模组上的图像，根据与模板的相对位置向远离模板的方向移动接缝的像素数，直至倒数第二个模组上的图像为止；

S43，获取上下相邻模组之间的接缝的像素数，对于D_i,j模组上的图像，根据与模板的相对位置向远离模板的方向移动接缝的像素数，直至倒数第二个模组上的图像为止，得到真实的拼接探测器的输出图像。

本发明所提供的拼接探测器的校正方法，结合相应的拼接探测器校正体模对拼接探测器的接缝做出准确计算，然后把接缝处像素准确的还原到图像上面，可以有效地对拼接探测器探测的实际成像进行校正，保证了图像的准确性。

附图说明

图1为现有的拼接探测器输出图像与实际图像对比的示意图；

图2为本发明所提供的一个实施例中，几何校正体模的结构示意图；

图3为本发明所提供的一个实施例中，拼接探测器的结构示意图；

图4为本发明所提供的一个实施例中，安装后几何校正体模基板和拼接探测器对应关系的示意图；

图5为本发明所提供的拼接探测器的校正方法的流程图；

图6为本发明所提供的一个实施例中，安装几何校正体模后一个模组的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明的技术内容进行详细具体的说明。

如图2所示，本发明所提供的拼接探测器几何校正体模，包括几何校正体模基板1和几何校正体模安装板2。其中，几何校正体模基板1是覆铜箔层压板，为矩形板。在矩形板的四个端点分别设置四个开孔，用于将几何校正体模基板1通过螺接方式安装在几何校正体模安装板2上。几何校正体模基板1上面设置有多个等间距排列的金属圆点。该金属圆点可以采用钨、镍、铜等金属制作，目前通常采用的是铜圆点。为描述方便起见，在下文的实施例中用铜圆点进行具体说明。

本发明所提供的几何校正体模适用各种拼接尺寸的光子计数探测器(拼接探测器)，铜圆点的数量根据光子计数探测器中芯片的多少进行确定。

几何校正体模安装板2为有机玻璃板，呈L型。在L型外侧面设置有形状稍大于几何校正体模基板的凹槽。在凹槽内设置有四个开孔，凹槽内设置的四个开孔与几何校正体模基板1上的四个开孔相对应，使几何校正体模基板1通过螺接方式安装在几何校正体模安装板2上，安装时，几何校正体模基板嵌在几何校正体模安装板的凹槽内，以几何校正体模安装板上凹槽的左侧边和顶边作为基准进行安装。然后将几何校正体模整体安装在光子计数探测器顶面上。

在本发明所提供的实施例中，以其中一种由16个光子计数芯片用4×4的方式拼接构成的拼接探测器为例，对拼接探测器的几何校正体模和校正方法分别进行说明。其中，拼接探测器结构如图3所示。

几何校正体模基板1上面有8×8个等间距排列的直径为2mm的铜圆点。几何校正体模基板通过螺接方式安装在几何校正体模安装板上，安装时以几何校正体模安装板上凹槽的左侧边和顶边作为基准安装。然后将几何校正体模整体安装在光子计数探测器顶面上。安装后几何校正体模基板和探测器的对应关系如图4所示。几何校正体模基板1上面的铜圆点均匀分布在16个光子计数芯片上，每个芯片上4个铜圆点。

图5所示是本发明提供的拼接探测器的校正方法的流程图，具体包括如下步骤：

S1，将几何校正体模安装在拼接探测器顶面上，使几何校正体模基板上面的铜圆点均匀分布在光子计数芯片上，每个光子计数芯片上分布四个铜圆点。

在本发明所提供的实施例中，将几何校正体模安装在拼接探测器顶面上，使几何校正体模基板上面的铜圆点均匀分布在16个光子计数芯片上，每个芯片上分布4个铜圆点。其中，将几何校正体模安装在拼接探测器顶面上时，几何校正体模中几何校正体模安装板的L型内侧面紧贴着探测器的顶面，安装有几何校正体模基板的L型内侧面朝外，通过几何校正体模安装板与拼接探测器隔离。

S2，以光子计数芯片为单位，将拼接探测器顶面划分为多个模组，根据铜圆点的位置计算出每个模组中四个铜圆点的中心坐标c_i,j。

采集几何校正体模基板上面铜圆点的X射线图像。为了避免图像的拖尾和变形现象，铜圆点尽量薄，而且采集图像的时候，几何校正体模要紧贴拼接探测器。因为接缝的存在，采集到的铜圆点影像是不等间隔的。

拼接探测器顶面可以表示为：Detector＝{D_i,j|i＝0,1…M,and j＝0,1…N}。以光子计数芯片为单位，将拼接探测器顶面划分为多个模组，其中D_i,j代表一个模组，D_i,j＝{a_0,0,a_0,1,a_1,0,a_1,1}，a_0,0、a_0,1、a_1,0、a_1,1是铜圆点的位置坐标。例如，第i行，第j列模组D_i,j,如图4所示。

然后根据铜圆点的位置计算出每个模组中四个铜圆点的中心坐标c_i,j；

设定c_i,j到D_i,j模组图像上边界的像素数为c_i,j到D_i,j到模组图像下边界的像素数为c_i,j到D_i,j到模组图像左边界的像素数为c_i,j到D_i,j到模组图像右边界的为像素数如图6所示。

S3，计算每个模组图像的像素，根据每个模组图像的像素判断相邻模组之间是否存在接缝，如果存在接缝，则转向步骤S4；否则相邻模组之间不存在接缝，图像不需要校正。

计算一个模组图像的像素h×w，其中

h＝(a_1,0-a_0,0)×2；

w＝(a_0,1-a_0,0)×2；

其中，a_0,0、a_0,1、a_1,0为一个模组中铜圆点的坐标。

根据每个模组图像的像素判断相邻模组之间是否存在接缝，具体包括如下步骤：

S31，获取每个模组图像的像素h×w，其中，h＝(a_1,0-a_0,0)×2，w＝(a_0,1-a_0,0)×2；a_0,0、a_0,1、a_1,0为一个模组中铜圆点的坐标。

S32，计算D_i,j模组的中心点c_i,j到D_i,j模组图像右边界的像素数以及D_i,j+1模组的中心点c_i,j+1到D_i,j+1模组图像左边界的像素数d^l _i,j+1。其中，i＝1、2、3；j＝1、2、3。

S33，判断与左右两个铜圆点之间的像素数的大小，当等于左右两个铜圆点之间的像素数的大小时，左右相邻模组之间不存在接缝，左右图像不需要校正；当大于左右两个铜圆点之间的像素数的大小时，左右相邻模组之间重叠；当小于左右两个铜圆点之间的像素数的大小时，左右相邻模组之间存在接缝。

S34，计算D_i,j模组的中心点c_i,j到D_i,j模组图像下边界的像素数以及D_i,j+1模组的中心点c_i,j+1到D_i,j+1模组图像左上边界的像素数d^u _i,j+1。其中，i＝1、2、3；j＝1、2、3。

S35，判断与上下两个铜圆点之间的像素数的大小，当等于左右两个铜圆点之间的像素数的大小时，上下相邻模组之间不存在接缝，上下图像不需要校正；当大于左右两个铜圆点之间的像素数的大小时，上下相邻模组之间重叠；当小于左右两个铜圆点之间的像素数的大小时，上下相邻模组之间存在接缝。

如果相邻模组之间存在接缝，则转向步骤S4。

S4，计算相邻模组之间存在的接缝的像素数，并将接缝处像素还原到图像上。

计算相邻模组之间存在的接缝的像素数，包括上下相邻模组之间的接缝的像素数和左右相邻模组之间的接缝的像素数。其中，上下相邻模组之间的接缝的像素数，采用如下公式：

其中，为上下相邻模组之间的接缝的像素数；h为每个模组中上下两个铜圆点之间的像素数；为模组中心点c_i,j到D_i,j模组图像上边界的像素数；为模组中心点c_i+1,j到D_i+1,j模组图像上边界的像素数。

左右相邻模组之间的接缝的像素数，采用如下公式：

其中，为左右相邻模组之间的接缝的像素数；w为每个模组中左右两个铜圆点之间的像素数；为模组中心点c_i,j到D_i,j模组图像右边界的像素数；为模组中心点c_i+1,j到D_i+1,j模组图像左边界的像素数。

计算每个模组中两个铜圆点之间的像素数之后，将接缝处像素还原到图像上。具体包括如下步骤：

S41，选取一个空白图像作为模板。在本发明所提供的实施例中，选取选取D_0,0模组的图像作为模板。

S42，获取左右相邻模组之间的接缝的像素数，对于D_i,j模组上的图像，根据与模板的相对位置向远离模板的方向移动接缝的像素数，直至倒数第二个模组上的图像为止。

对于D_i,j模组上的图像，根据与模板的相对位置向远离模板的方向移动接缝的像素数。例如，在本发明所提供的实施例中，D_0,0模组的图像选取为模板，其位于拼接探测器的左上角，D_0,1模组图像相对于D_0,0模组的图像向右移动个像素，依次类推，D_i,j模组图像相对于D_i,j-1模组图像向右平移直到D_i,N-1模组图像。在本发明所提供的实施例中，直到D_4,3模组图像。

S43，获取上下相邻模组之间的接缝的像素数，对于D_i,j模组上的图像，根据与模板的相对位置向远离模板的方向移动接缝的像素数，直至倒数第二个模组上的图像为止，得到了真实的拼接探测器的输出图像。

同理，D_1,0模组图像相对于D_0,0模组的图像向下移动个像素，依次类推，D_i,j模组图像相对于D_i-1,j模组图像向下平移直到D_M-1,j模组图像。在本发明所提供的实施例中，直到D_3,4模组图像。

综上所述，本发明所提供的拼接探测器的校正方法，通过将几何校正体模安装在拼接探测器顶面上，使几何校正体模基板上面的金属圆点均匀分布在光子计数芯片上，每个光子计数芯片上分布四个金属圆点；以光子计数芯片为单位，将拼接探测器顶面划分为多个模组，根据金属圆点的位置计算出每个模组中四个金属圆点的中心坐标；然后，计算每个模组图像的像素，根据每个模组图像的像素判断相邻模组之间是否存在接缝，如果存在接缝，则计算相邻模组之间存在的接缝的像素数，并将接缝处像素还原到图像上；否则相邻模组之间不存在接缝，图像不需要校正。本方法可以有效地对拼接探测器探测的实际成像进行校正，保证了图像的准确性。

上面对本发明所提供的拼接探测器几何校正体模及校正方法进行了详细的说明。对本领域的一般技术人员而言，在不背离本发明实质精神的前提下对它所做的任何显而易见的改动，都将构成对本发明专利权的侵犯，将承担相应的法律责任。

Claims (10)

1.一种拼接探测器几何校正体模，其特征在于包括几何校正体模基板和几何校正体模安装板；

其中，在所述几何校正体模基板上设置有多个等间距排列的金属圆点；

所述几何校正体模安装板呈L型，在L型外侧面设置有凹槽；所述几何校正体模基板嵌在所述几何校正体模安装板的凹槽内，通过螺接方式安装在所述几何校正体模安装板上。

2.如权利要求1所述的拼接探测器几何校正体模，其特征在于：

在将所述几何校正体模基板安装到所述几何校正体模安装板上时，以所述几何校正体模安装板上凹槽的左侧边和顶边作为基准进行安装。

3.如权利要求1所述的拼接探测器几何校正体模，其特征在于：

所述几何校正体模基板为矩形板，在矩形板的四个端点分别设置四个开孔；

在所述几何校正体模安装板的凹槽内设置四个开孔；凹槽内设置的四个开孔与所述几何校正体模基板上的四个开孔相对应；使所述几何校正体模基板通过螺接方式安装在所述几何校正体模安装板上。

4.如权利要求1所述的拼接探测器几何校正体模，其特征在于：

所述几何校正体模安装板为有机玻璃板。

5.一种拼接探测器的校正方法，基于权利要求1～4中任意一项所述的拼接探测器几何校正体模实现，其特征在于包括如下步骤：

S1，将几何校正体模安装在拼接探测器顶面上，使几何校正体模基板上的金属圆点均匀分布在光子计数芯片上；

S2，以光子计数芯片为单位，将光子计数探测器顶面划分为多个模组，根据金属圆点的位置计算出每个模组中所有金属圆点的中心坐标；

S3，计算每个模组图像的像素，根据每个模组图像的像素判断相邻模组之间是否存在接缝，如果存在接缝，则转向步骤S4；否则相邻模组之间不存在接缝，图像不需要校正；

S4，计算相邻模组之间存在的接缝的像素数，并将接缝处像素还原到图像上。

6.如权利要求5所述的拼接探测器的校正方法，其特征在于：

将几何校正体模安装在拼接探测器顶面上时，几何校正体模中几何校正体模安装板的L型内侧面紧贴拼接探测器的顶面。

7.如权利要求5所述的拼接探测器的校正方法，其特征在于：

在步骤S1中，每个所述光子计数芯片上均匀分布四个金属圆点。

8.如权利要求7所述的拼接探测器的校正方法，其特征在于在步骤S3中，根据每个模组中两个金属圆点之间的像素数判断相邻模组之间是否存在接缝，包括如下步骤：

S31，获取每个模组图像的像素h×w；

S32，计算D_i,j模组的中心点c_i,j到D_i,j模组图像右边界的像素数以及D_i,j+1模组的中心点c_i,j+1到D_i,j+1模组图像左边界的像素数其中，i＝1、2、3；j＝1、2、3；

S33，判断与左右两个金属圆点之间的像素数的大小，当等于左右两个金属圆点之间的像素数的大小时，左右相邻模组之间不存在接缝，左右图像不需要校正；当大于左右两个金属圆点之间的像素数的大小时，左右相邻模组之间重叠；当 小于左右两个金属圆点之间的像素数的大小时，左右相邻模组之间存在接缝；

S34，计算D_i,j模组的中心点c_i,j到D_i,j模组图像下边界的像素数以及D_i,j+1模组的中心点c_i,j+1到D_i,j+1模组图像左上边界的像素数S35，判断与上下两个金属圆点之间的像素数的大小，当等于左右两个金属圆点之间的像素数的大小时，上下相邻模组之间不存在接缝，上下图像不需要校正；当大于左右两个金属圆点之间的像素数的大小时，上下相邻模组之间重叠；当 小于左右两个金属圆点之间的像素数的大小时，上下相邻模组之间存在接缝。

9.如权利要求7所述的拼接探测器的校正方法，其特征在于：

在步骤S3中，计算每个模组图像的像素，包括上下相邻模组之间的接缝的像素数和左右相邻模组之间的接缝的像素数；

其中，上下相邻模组之间的接缝的像素数，采用如下公式：

${\mathrm{\Δ}}_{i,j}^l=h-(d_{i,j}^r+d_{i,j+1}^l)$

为上下相邻模组之间的接缝的像素数；h为每个模组中上下两个金属圆点之间的像素数；为模组中心点c_i,j到D_i,j模组图像上边界的像素数；为模组中心点c_i+1,j到D_i+1,j模组图像上边界的像素数；

左右相邻模组之间的接缝的像素数，采用如下公式：

${\mathrm{\Δ}}_{i,j}^l=w-(d_{i,j}^r+d_{i,j+1}^l)$

其中，为左右相邻模组之间的接缝的像素数；w为每个模组中左右两个金属圆点之间的像素数；为模组中心点c_i,j到D_i,j模组图像右边界的像素数；为模组中心点c_i+1,j到D_i+1,j模组图像左边界的像素数。

10.如权利要求7所述的拼接探测器的校正方法，其特征在于在步骤S4中，将接缝处像素还原到图像上，包括如下步骤：

S41，选取一个空白图像作为模板；

S42，获取左右相邻模组之间的接缝的像素数，对于D_i,j模组上的图像，根据与模板的相对位置向远离模板的方向移动接缝的像素数，直至倒数第二个模组上的图像为止；

S43，获取上下相邻模组之间的接缝的像素数，对于D_i,j模组上的图像，根据与模板的相对位置向远离模板的方向移动接缝的像素数，直至倒数第二个模组上的图像为止，得到真实的拼接探测器的输出图像。