CN108110015A - X射线图像传感器、平板探测器及其图像采集校正方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种X射线图像传感器、平板探测器及其图像采集校正方法，其中，所述X射线图像传感器至少包括：传感器面板；位于所述传感器面板上的由m×n个尺寸大小均等的像素元组成的像素阵列；所述像素元至少包括：用于对有用信号进行光电转换的信号像素，以及与所述信号像素相互间隔的用于对干扰信号进行采集的校正像素，其中，m、n均为大于等于1的自然数；以及位于所述传感器面板上的m条第一行扫描线、m条第二行扫描线、n条第一列读出线和n条第二列读出线。本发明对X射线传感器与平板探测器做了改进和优化，可以实现对时间和空间上干扰信号的免疫，并通过校正的方式消除上述干扰信号对图像的影响。

Description

X射线图像传感器、平板探测器及其图像采集校正方法
技术领域
本发明涉及探测器技术领域，特别是涉及一种X射线图像传感器、平板探测器及其图像采集校正方法。
背景技术
数字化X射线摄影(Digital Radiography，简称DR)，是上世纪90年代发展起来的X射线摄影新技术，以其更快的成像速度、更便捷的操作、更高的成像分辨率等显著优点，成为数字X射线摄影技术的主导方向，并得到世界各国的临床机构和影像学专家认可。DR的技术核心是平板探测器，平板探测器是一种精密且贵重的设备，对成像质量起着决定性的作用。平板探测器是DR系统中X射线的接收装置。在DR系统中，高压发生器和球管控制X射线的输出，X射线穿过物体并发生衰减，衰减后的X射线经过平板探测器后转变为可见光后，并经过光电转换变为电信号，再经模拟/数字转换器(Analog/Digital Converter，ADC)转为数字信号，输入到计算机处理。
非晶硅X射线平板探测器的主要结构包括：X射线入射面(通常选取碳板材质)、闪烁体、X射线图像传感器、外围信号积分读取电路、结构外壳等几部分。X射线平板探测器的成像过程需要经历“X射线”到“可见光”再到“电子”的转化过程。在图像拍摄过程中，X射线首先会入射到X射线图形传感器上表面的光电转化层，即闪烁体层，闪烁体一般选材碘化铯或硫氧化钆，在X射线的照射下，闪烁体层可以将入射的X射线转化为可见光，可见光激发X射线传感器上的PD光电二极管产生光生电子，随后通过外围积分放大电路将光生电子积分读出，转化成电路上比较容易处理的电压信号，再将该电压信号通过模数转换器转换为量化的数字信号通过数据接口发送至上位机，至此整个光电信号转换与读出工作完成。在上位机上得到的就是带有诊断信息的经过数字量化的数字图像，由于是数字图像，可以很容易的进行各种数字图像处理。
常规的X射线图像传感器设计，如图1所示，是由尺寸大小均等的像素阵列组成，成像区域每一像素元由具有光敏特性的非晶硅光电二极管1及TFT开关管2组成。其中行扫描线3控制TFT开关管2的导通与截止，列读出线4配合行扫描线3完成非晶硅光电二极管1存储光电荷的转移。位于同一行所有像素元的行扫描线3共用一条，当该条行扫描线3打开时，位于该行的所有TFT开关管2被打开，此时所有列读出线4将该行所有光电二极管1中存储的光电荷积分读出，完成一次光电信号的转移，通过分时选通功能，依次顺序打开所有行扫描线3，打开每条行扫描线3的同时，外围信号积分读取电路配合读出当前打开行扫描线3所对应的所有列信号，由此构成了一副完整的采集图像。
非晶硅平板探测器的外围电路主要由时序控制器、行驱动电路、读出电路、A/D转换电路，通信及控制电路组成，如图2所示(图中未全部示出)。在时序控制器的统一指挥下行驱动电路将像素元的电荷逐行检出，然后积分转化成电压信号，电压信号经过A/D转换电路转换为相应的数字信号，该数字信号对应着非晶硅面板的图像矩阵中对应的采集像素点的灰阶值，完成一幅数字图像的采集后，将采集到的数字灰阶图像传输到上位机显示。
采用上述常规设计方式的X射线图像传感器和平板探测器，在图像采集过程中，采集到的图像很容易受到时间(温度漂移和像素漏电)、空间(振动、环境中的电磁辐射)等干扰信号的影响。例如：1、图像offset校正，会随着采集时间的进行发生失校正，并且受环境温度影响导致漏电漂移；2、在采集过程中受到振动，会对采集到的图像产生影响；3、在采集过程中受到电磁场等辐射干扰，会对采集到的图像产生影响。由于采用上述常规设计方式的X射线图像传感器与探测器，无法避免时间与空间上的干扰问题，最终会导致采集到的图像在时间和空间上的失校正，从而直接影响到图像的细节信息，有的图像甚至无法达到医疗诊断的目的。
因此，如何对现有技术中的X射线图像传感器和平板探测器进行改进，并对采集到的图像进行校正，以使采集到的图像不受时间和空间上的干扰信号的影响，是亟待解决的问题。
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X射线图像传感器、平板探测器及其图像采集校正方法，用于解决现有技术中X射线图像传感器与探测器很容易受时间与空间上的干扰信号影响，导致采集到的图像在时间和空间上的失校正的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种X射线图像传感器，其中，所述X射线图像传感器至少包括：
传感器面板；
位于所述传感器面板上的由m×n个尺寸大小均等的像素元组成的像素阵列；所述像素元至少包括：用于对有用信号进行光电转换的信号像素，以及与所述信号像素相互间隔的用于对干扰信号进行采集的校正像素，其中，m、n均为大于等于1的自然数；
以及位于所述传感器面板上的m条第一行扫描线、m条第二行扫描线、n条第一列读出线和n条第二列读出线；所述像素阵列中位于第j行的所有像素元中的信号像素共同连接第j条所述第一行扫描线，所述像素阵列中位于第j行的所有像素元中的校正像素共同连接第j条所述第二行扫描线，所述像素阵列中位于第k列的所有像素元中的信号像素共同连接第k条所述第一列读出线，所述像素阵列中位于第k列的所有像素元中的校正像素共同连接第k条所述第二列读出线，其中，j为大于等于1且小于等于m的自然数，k为大于等于1且小于等于n的自然数。
优选地，所述信号像素和所述校正像素的形状为矩形、扇形、三角形或者不规则形状，且所述信号像素的面积远大于所述校正像素的面积。
优选地，第j条所述第一行扫描线和第j条所述第二行扫描线相对设置在所述像素阵列中位于第j行的所有像素元的两侧，第k条所述第一列读出线和第k条所述第二列读出线相对设置在所述像素阵列中位于第k列的所有像素元的两侧。
优选地，所述信号像素和所述校正像素均至少包括：非晶硅光电二极管，以及与所述非晶硅光电二极管连接的TFT开关管；
所述信号像素所包含的TFT开关管的栅极与所述第一行扫描线连接，源极与所述第一列读出线连接，所述信号像素适于通过所述第一行扫描线控制其所包含的TFT开关管的导通或截止，并通过所述第一列读出线完成其所包含的非晶硅光电二极管中存储的光电荷的转移；
所述校正像素还包括覆盖于其所包含的非晶硅光电二极管上的用于屏蔽所述有用信号的屏蔽层，所述校正像素所包含的TFT开关管的栅极与所述第二行扫描线连接，源极与所述第二列读出线连接，所述校正像素适于通过所述第二行扫描线控制其所包含的TFT开关管的导通或截止，并通过所述第二列读出线完成其所包含的非晶硅光电二极管中存储的光电荷的转移。
优选地，所述信号像素和所述校正像素之间的间隔距离为5μm～15μm。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种平板探测器，其中，所述平板探测器至少包括：
如上所述的X射线图像传感器；
与m条所述第一行扫描线同时连接的用于分时逐条驱动每条所述第一行扫描线的第一行驱动电路；
与m条所述第二行扫描线同时连接的用于分时逐条驱动每条所述第二行扫描线的第二行驱动电路；
与n条所述第一列读出线同时连接的用于读取被驱动的每条所述第一行扫描线对应的所有信号像素中的光电信号的第一列读出电路；
与n条所述第二列读出线同时连接的用于读取被驱动的每条所述第二行扫描线对应的所有校正像素中的干扰信号的第二列读出电路；
与所述第一行驱动电路连接的用于控制所述第一行驱动电路驱动时序的第一时序控制器；
以及与所述第二行驱动电路连接的用于控制所述第二行驱动电路驱动时序的第二时序控制器。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种平板探测器的图像采集校正方法，其中，采用如上所述的平板探测器，所述平板探测器的图像采集校正方法至少包括：
在所述平板探测器进行图像采集时，所述第一时序控制器控制所述第一行驱动电路以第一驱动时序分时逐条驱动每条所述第一行扫描线，所述第一列读出电路读取被驱动的每条所述第一行扫描线对应的所有信号像素中的光电信号，以得到所述信号像素的亮场图像；同时，所述第二时序控制器控制所述第二行驱动电路以第二驱动时序分时逐条驱动每条所述第二行扫描线，所述第二列读出电路读取被驱动的每条所述第二行扫描线对应的所有校正像素中的干扰信号，以得到所述校正像素的暗场图像；其中，所述第一驱动时序和所述第二驱动时序完全一致；
在所述平板探测器完成图像采集后，利用所述校正像素的暗场图像校正所述信号像素的亮场图像。
优选地，在所述平板探测器完成图像采集后，利用所述校正像素的暗场图像校正所述信号像素的亮场图像，具体方法为：
分别计算所述信号像素和所述校正像素的面积；
计算所述信号像素和所述校正像素之间的面积比；
根据所述信号像素和所述校正像素之间的面积比，计算所述信号像素和所述校正像素均采集暗场图像时的图像灰阶值比；
根据所述信号像素和所述校正像素均采集暗场图像时的图像灰阶数值比，将所述校正像素的暗场图像的灰阶值转化为相应比例的用于偏置校正所述信号像素的亮场图像的校正图像灰阶值；
将所述信号像素的亮场图像灰阶值与所述校正图像灰阶值作差，得到校正后的X射线亮场图像。
优选地，所述平板探测器的图像采集校正方法还包括：
在所述平板探测器检测到曝光信号后，持续对所述校正像素进行清空放电操作，直至所述平板探测器开始图像采集。
优选地，所述平板探测器的图像采集校正方法还包括：
在所述平板探测器未检测到曝光信号时，所述校正像素一直处于就绪等待状态。
如上所述，本发明的X射线图像传感器、平板探测器及其图像采集校正方法，具有以下有益效果：本发明对X射线传感器与平板探测器做了改进和优化，可以实现对时间和空间上干扰信号的免疫，并通过校正的方式消除上述干扰信号对图像的影响。本发明的X射线图像传感器通过将像素元分裂为一大一小的两个子像素，可实现有用信号与校正信息的同时存储与读取。本发明的平板探测器，采用本发明上述X射线图像传感器，通过双行扫描线、双列读出线的设计，配合双行驱动电路、双列读出电路，可以实现两个子像素的独立驱动、独立读出操作，极大地提高了面板操作的灵活性；再配合相同的驱动读出时序，能够实现亮场图像(图像光电信号)与暗场图像(校正亮场图像的干扰信号)的同时采集，可校正基于时间、空间及其他因素的干扰，同时不增加额外的采集时间。本发明的平板探测器的图像采集校正方法，图像offset校正不会随着采集时间的进行而失校正，不受环境温度影响；对在采集过程中受到的振动和电磁场等空间干扰，可以通过采集到的校正图像进行校正。
附图说明
图1显示为本发明现有技术中的X射线图像传感器的版图。
图2显示为本发明现有技术中的平板探测器的电路示意图。
图3显示为本发明第一实施方式的X射线图像传感器的版图。
图4显示为本发明第一实施方式的X射线图像传感器中单个像素元的结构示意图。
图5显示为图4中A-A方向的剖视图。
图6显示为本发明第二实施方式的平板探测器的电路结构示意图。
图7显示为本发明第三实施方式的平板探测器的图像采集校正方法中的双行扫描线的驱动时序图。
元件标号说明
1 非晶硅光电二极管
2 TFT开关管
3 行扫描线
4 列读出线
100 X射线图像传感器
110 传感器面板
120 像素元
121 信号像素
1211 信号像素所包含的非晶硅光电二极管
1212 信号像素所包含的TFT开关管
122 校正像素
1221 校正像素所包含的非晶硅光电二极管
1222 校正像素所包含的TFT开关管
1223 屏蔽层
1224 SiN栅层
130 第一行扫描线
140 第二行扫描线
150 第一列读出线
160 第二列读出线
200 第一列读出电路
300 第二列读出电路
400 第一行驱动电路
500 第二行驱动电路
600 第一时序控制器
700 第二时序控制器
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3-图5。本发明的第一实施方式涉及一种X射线图像传感器100。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，遂图式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。
如图3所示，本实施方式的X射线图像传感器100至少包括：
1、传感器面板110。在本实施方式中，传感器面板110可以采用玻璃面板或者蓝宝石面板等。当然，在其他的实施方式中，也可以根据需要选择其他材质的面板。
2、位于传感器面板110上的由m×n个尺寸大小均等的像素元120组成的像素阵列。像素阵列由m行n列像素元120组成，m、n均为大于等于1的自然数，如图3所示，虽然图3中仅仅绘制了4行4列的像素元120组成的像素阵列，但本领域技术人员都了解，实际传感器面板110上的像素元120远远不止这些，本实施方式的图示不构成对像素阵列中像素元120数量的限制。其中，本实施方式中的像素元120至少包括：用于对有用信号进行光电转换的信号像素121，以及与信号像素121相互间隔的用于对干扰信号进行采集的校正像素122。需要说明的是，上述有用信号是指X射线图像传感器100实际接收到的X射线曝光信号，而干扰信号是指曝光完成后在图像采集过程中产生的针对像素元120的包含时间(温度导致漏电漂移等)、空间(电磁场干扰、振动等)等干扰信息的信号。
3、位于传感器面板110上的m条第一行扫描线130、m条第二行扫描线140、n条第一列读出线150和n条第二列读出线160。像素阵列中位于第j行的所有像素元120中的信号像素121共同连接第j条第一行扫描线130，像素阵列中位于第j行的所有像素元120中的校正像素122共同连接第j条第二行扫描线140，像素阵列中位于第k列的所有像素元120中的信号像素121共同连接第k条第一列读出线150，像素阵列中位于第k列的所有像素元120中的校正像素122共同连接第k条第二列读出线160，其中，j为大于等于1且小于等于m的自然数，k为大于等于1且小于等于n的自然数。
其中，信号像素121和校正像素122的形状为矩形、扇形、三角形或者不规则形状，且信号像素121的面积远大于校正像素122的面积。在传感器面板110上制备像素阵列时，需要预先设定好像素元120中信号像素121和校正像素122所处的位置及各自的面积大小，以及双行扫描线和双列读出线所处的位置。
在本实施方式中，将信号像素121与校正像素122分别设计为矩形，如图4所示，信号像素121的面积和校正像素122的面积分别为：
Ssignal-pixel＝x*y-a*b-c*(b+d)-a*d；
Scalib-pixel＝a*b；
其中，Ssignal-pixel为信号像素121的面积，x为信号像素121的长度，y为信号像素121的宽度，Scalib-pixel为校正像素122的面积，a为校正像素122的宽度，b为校正像素122的长度，c为信号像素121和校正像素122之间的间隔宽度，d为信号像素121和校正像素122之间的间隔长度。优选地，信号像素121和校正像素122之间的间隔距离为5μm～15μm，即5μm≤c≤15μm，5μm≤d≤15μm，更优地，信号像素121和检测像素122之间的间隔距离为5μm，10μm或者15μm。在制备像素阵列的叠层结构时，所有像素元120的信号像素121和校正像素122同时制备，只需在制备时将每个像素元120进行分割，从而形成每个像素元120中相互间隔的信号像素121和校正像素122。
请继续参阅图3和图4，在本实施方式中，第j条第一行扫描线130和第j条第二行扫描线140相对设置在像素阵列中位于第j行的所有像素元120的两侧，第k条第一列读出线150和第k条第二列读出线160相对设置在像素阵列中位于第k列的所有像素元120的两侧。该种行扫描线和列读出线的布局方法，可以减少制备器件叠层结构时的结构层数，从而减小器件厚度。
另外，信号像素121和校正像素122均至少包括：非晶硅光电二极管，以及与非晶硅光电二极管连接的TFT开关管。如图5所示。在本实施方式中，非晶硅光电二极管和TFT开关管的结构均采用现有结构，例如TFT开关管可以采用底栅型TFT或者顶栅型TFT；如图5所示TFT开关管为底栅型TFT，其结构由下至上至少包括底栅、SiN栅层1224、栅绝缘层、底电极层以及保护膜层，而非晶硅光电二极管的结构由下至上至少包括与TFT开关管共用的SiN栅层1224、底电极层、非晶硅PN结层、顶电极层以及保护膜层。当然，非晶硅光电二极管和TFT开关管也可以采用其他结构，本实施方式并不对此进行限制。此外，值得一提的是，在本实施方式中，如图5所示，信号像素121所包含的非晶硅光电二极管1211和校正像素122所包含的非晶硅光电二极管1221，各自的顶电极与底电极相互独立，共用SiN栅层224，且两者相互间隔的相邻侧壁上均覆盖有保护膜层。
其中，信号像素121所包含的TFT开关管1212的栅极与第一行扫描线130连接，源极与第一列读出线150连接，信号像素121适于通过第一行扫描线130控制其所包含的TFT开关管1212的导通或截止，并通过第一列读出线150完成其所包含的非晶硅光电二极管1211中存储的光电荷的转移。信号像素121在接收到X射线传感器入射面进入的可见光之后，会在信号像素121内部发生光电转换，曝光完成之后，可以采集到亮场图像。
校正像素122还包括覆盖于其所包含的非晶硅光电二极管1221上的用于屏蔽有用信号的屏蔽层1223，校正像素122所包含的TFT开关管1222的栅极与第二行扫描线140连接，源极与第二列读出线160连接，校正像素122适于通过第二行扫描线140控制其所包含的TFT开关管1222的导通或截止，并通过第二列读出线160完成其所包含的非晶硅光电二极管1221中存储的光电荷的转移。本实施方式中，上述屏蔽层1223为金属屏蔽层1223，用于阻挡X射线传感器入射面进入的可见光，从而与信号像素121形成区别之处，校正像素122不会对可见光产生光电转换，而只会对其内部产生的时间和空间上的干扰信号进行采集，从而采集到可用于对亮场图像进行校正的包含有干扰信息的暗场图像。
在本实施方式中，将每个像素元120分割成一大一小两个子像素。大面积像素部分称作信号像素121，主要用作有用信号的光电转换作用。信号像素121在接收到可见光照射之后，会在信号像素121内部发生光电转换，从而产生光生电子，读取之前，X射线产生的光电信号被存储在信号像素121所包含的非晶硅光电二极管1211中。小面积像素部分称作校正像素122，主要是用作干扰信号的图像采集作用，从而产生包含干扰信息的用于校正亮场图像的暗场图像。在采集亮场图像之前，先将校正像素122中的信号清空，清空之后采集到的图像作为校正使用的暗场图像。另外，在采集过程中，信号像素121与校正像素122的信号采集应同时进行，从而保证两组信号的采集，在时间与空间上的一致性，由于信号像素121与校正像素122的物理位置是相邻的，在时间和空间上存在的干扰可以认为是一致的，因此，校正像素122采集到的信号中包含与信号像素121相同的时间、空间干扰信息，从而能够通过校正像素122采集到的暗场图像来校正信号像素121采集到的亮场图像。
请参阅图6，本发明第二实施方式涉及一种平板探测器，其至少包括：如本发明第一实施方式所涉及的X射线图像传感器100；与m条第一行扫描线130同时连接的用于分时逐条驱动每条第一行扫描线130的第一行驱动电路400；与m条第二行扫描线140同时连接的用于分时逐条驱动每条第二行扫描线140的第二行驱动电路500；与n条第一列读出线150同时连接的用于读取被驱动的每条第一行扫描线130对应的所有信号像素121中的光电信号的第一列读出电路200；与n条第二列读出线160同时连接的用于读取被驱动的每条第二行扫描线140对应的所有校正像素122中的干扰信号的第二列读出电路300；与第一行驱动电路400连接的用于控制第一行驱动电路400驱动时序的第一时序控制器600；以及与第二行驱动电路500连接的用于控制第二行驱动电路500驱动时序的第二时序控制器700。
本实施方式的平板探测器采用本发明第一实施方式所涉及的X射线图像传感器100，通过双行扫描线、双列读出线的设计，配合双行驱动电路、双列读出电路，可以实现两个子像素的独立驱动、独立读出操作，极大地提高了面板操作的灵活性；再配合相同的驱动读出时序，能够实现亮场图像(图像光电信号)与暗场图像(校正亮场图像的干扰信号)的同时采集，可校正基于时间、空间及其他因素的干扰，同时不增加额外的采集时间。
由于本实施方式的平板探测器采用本发明第一实施方式所涉及的X射线图像传感器100，因而本实施方式需要在第一实施方式的基础上实施。第一实施方式中提到的相关技术细节在本实施方式中依然有效，为了减少重复，这里不再赘述。此外，为了突出本发明的创新部分，本实施方式中并没有将与解决本发明所提出的技术问题关系不太密切的单元引入，但这并不表明本实施方式中不存在其它的单元。
本发明第三实施方式涉及一种平板探测器的图像采集校正方法，其中，采用本发明第二实施方式所涉及的平板探测器。平板探测器的图像采集校正方法至少包括：
在平板探测器进行图像采集时，第一时序控制器600控制第一行驱动电路400以第一驱动时序分时逐条驱动每条第一行扫描线130，第一列读出电路200读取被驱动的每条第一行扫描线130对应的所有信号像素121中的光电信号，以得到信号像素121的亮场图像；同时，第二时序控制器700控制第二行驱动电路500以第二驱动时序分时逐条驱动每条第二行扫描线140，第二列读出电路300读取被驱动的每条第二行扫描线140对应的所有校正像素122中的干扰信号，以得到校正像素122的暗场图像；其中，第一驱动时序和第二驱动时序完全一致，如图7所示。
以及在平板探测器完成图像采集后，利用校正像素122的暗场图像校正信号像素121的亮场图像。
另外，本实施方式的平板探测器的图像采集校正方法还包括：在平板探测器检测到曝光信号后，持续对校正像素122进行清空放电操作，直至平板探测器开始图像采集。优选地，在平板探测器检测到曝光信号之前，对信号像素121进行清空放电操作，该清空放电操作可以在一定时间间隔内进行一次，或者在每次图像采集完成之后进行。
另外，本实施方式的平板探测器的图像采集校正方法还包括：在平板探测器未检测到曝光信号时，校正像素122一直处于就绪等待状态。
需要说明的是，校正像素122在无曝光情况下，一直处于就绪等待状态。待检测到一次曝光信号之后，通过控制对应的第二行扫描线140与第二列读出线160，清空校正像素122积累的光电电荷，该清空操作一直持续到采集开始时刻。此后进入到信号像素121与校正像素122的采集状态。在采集状态下，信号像素121通过分时逐条驱动每条第一行扫描线130，从而分时逐行打开每行信号像素121所包含的TFT开关管1212，然后通过第一列读出线150积分读取每行信号像素121所包含的非晶硅光电二极管1211中的光电信号。校正像素122也同样重复信号像素121的采集动作，这二者之间的采集时序要求完全一致。这样做的目的就是让信号像素121在积分读取过程中所受到的时间干扰信息，也同样被包含在校正像素122的采集过程中，且由于信号像素121与校正像素122的物理位置是相邻的，所以在空间上存在的干扰也可以认为是一致的。
在本实施方式中，在平板探测器完成图像采集后，利用校正像素122的暗场图像校正信号像素121的亮场图像，具体方法为：
首先，分别计算信号像素121和校正像素122的面积。
其次，计算信号像素121和校正像素122之间的面积比。
再次，根据信号像素121和校正像素122之间的面积比，计算信号像素121和校正像素122均采集暗场图像时的图像灰阶值比；
接着，根据信号像素121和校正像素122均采集暗场图像时的图像灰阶数值比，将校正像素122的暗场图像的灰阶值转化为相应比例的用于偏置校正信号像素121的亮场图像的校正图像灰阶值；
最后，将信号像素121的亮场图像灰阶值与校正图像灰阶值作差，得到校正后的X射线亮场图像。
值得一提的是，由于信号像素121与校正像素122的面积大小不相同，它们所受到的时间和空间上的干扰程度也是不同的，而通过计算信号像素121与校正像素122的面积比例关系，可以间接得出信号像素121与校正像素122之间的受到干扰(例如温度漂移及像素漏电)的比例关系。即：信号像素121与校正像素122的面积比为：信号像素121与校正像素122的温度漂移及像素漏电关系为：Isignal-pixel-leakage＝N*Icalib-pixel-leakage。并且，由于像素元的漏电流通过外围积分读取电路积分成电压，然后用模数转换器将电压转换成数字图像灰阶，其中，漏电流与灰阶之间是线性转换关系，所以漏电流的比值就是图像灰阶的比值。也就是说，信号像素121与校正像素122的面积比，等于信号像素121与校正像素122的温度漂移及像素漏电之比，同时等于信号像素121和校正像素122均采集暗场图像时的图像灰阶值比。然后，只需将校正像素122的暗场图像的灰阶值乘以上述的信号像素121和校正像素122均采集暗场图像时的图像灰阶值比，就可以将校正像素122的暗场图像的灰阶值转化为相应比例的用于偏置校正信号像素121的亮场图像的校正图像灰阶值。最后，将信号像素121的亮场图像灰阶值减去上述得到的校正图像灰阶值，即可得到校正后的X射线亮场图像。
因此，在对X射线图像传感器100的传感器面板110上像素阵列结构进行设计时，可以通过像素面积的计算，将整个传感器面板110的信号像素121与校正像素122的面积根据需要设计为固定比例关系，通过数学计算可以得出二者之间均采集暗场图像时的图像灰阶数值比，从而将校正像素122的暗场图像的灰阶值转化为相应比例的用于偏置校正信号像素121的亮场图像的校正图像灰阶值，然后将信号像素121的亮场图像灰阶值与校正图像灰阶值作差，以消除干扰信号对信号像素121的亮场图像在时间和空间上的干扰，从而得到校正后的X射线亮场图像。
由此可见，采用本实施方式的平板探测器的图像采集校正方法，图像offset校正不会随着采集时间的进行而失校正，不受环境温度影响；对在采集过程中受到的振动和电磁场等空间干扰，可以通过采集到的校正图像进行校正。
上面各种方法的步骤划分，只是为了描述清楚，实现时可以合并为一个步骤或者对某些步骤进行拆分，分解为多个步骤，只要包含相同的逻辑关系，都在本专利的保护范围内；对算法中或者流程中添加无关紧要的修改或者引入无关紧要的设计，但不改变其算法和流程的核心设计都在该专利的保护范围内。
由于本实施方式的平板探测器的图像采集校正方法，采用本发明第二实施方式所涉及的平板探测器以及本发明第一实施方式所涉及的X射线图像传感器，因而本实施方式需要在第一实施方式和第二实施方式的基础上实施。第一实施方式和第二实施方式中提到的相关技术细节在本实施方式中依然有效，为了减少重复，这里不再赘述。
综上所述，本发明的X射线图像传感器、平板探测器及其图像采集校正方法，具有以下有益效果：本发明对X射线传感器与平板探测器做了改进和优化，可以实现对时间和空间上干扰信号的免疫，并通过校正的方式消除上述干扰信号对图像的影响。本发明的X射线图像传感器通过将像素元分裂为一大一小的两个子像素，可实现有用信号与校正信息的同时存储与读取。本发明的平板探测器，采用本发明上述X射线图像传感器，通过双行扫描线、双列读出线的设计，配合双行驱动电路、双列读出电路，可以实现两个子像素的独立驱动、独立读出操作，极大地提高了面板操作的灵活性；再配合相同的驱动读出时序，能够实现亮场图像(图像光电信号)与暗场图像(校正亮场图像的干扰信号)的同时采集，可校正基于时间、空间及其他因素的干扰，同时不增加额外的采集时间。本发明的平板探测器的图像采集校正方法，图像offset校正不会随着采集时间的进行而失校正，不受环境温度影响；对在采集过程中受到的振动和电磁场等空间干扰，可以通过采集到的校正图像进行校正。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
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 (10)

1.一种X射线图像传感器，其特征在于，所述X射线图像传感器至少包括：
传感器面板；
位于所述传感器面板上的由m×n个尺寸大小均等的像素元组成的像素阵列；所述像素元至少包括：用于对有用信号进行光电转换的信号像素，以及与所述信号像素相互间隔的用于对干扰信号进行采集的校正像素，其中，m、n均为大于等于1的自然数；
以及位于所述传感器面板上的m条第一行扫描线、m条第二行扫描线、n条第一列读出线和n条第二列读出线；所述像素阵列中位于第j行的所有像素元中的信号像素共同连接第j条所述第一行扫描线，所述像素阵列中位于第j行的所有像素元中的校正像素共同连接第j条所述第二行扫描线，所述像素阵列中位于第k列的所有像素元中的信号像素共同连接第k条所述第一列读出线，所述像素阵列中位于第k列的所有像素元中的校正像素共同连接第k条所述第二列读出线，其中，j为大于等于1且小于等于m的自然数，k为大于等于1且小于等于n的自然数。
2.根据权利要求1所述的X射线图像传感器，其特征在于，所述信号像素和所述校正像素的形状为矩形、扇形、三角形或者不规则形状，且所述信号像素的面积远大于所述校正像素的面积。
3.根据权利要求1所述的X射线图像传感器，其特征在于，第j条所述第一行扫描线和第j条所述第二行扫描线相对设置在所述像素阵列中位于第j行的所有像素元的两侧，第k条所述第一列读出线和第k条所述第二列读出线相对设置在所述像素阵列中位于第k列的所有像素元的两侧。
4.根据权利要求1所述的X射线图像传感器，其特征在于，所述信号像素和所述校正像素均至少包括：非晶硅光电二极管，以及与所述非晶硅光电二极管连接的TFT开关管；
所述信号像素所包含的TFT开关管的栅极与所述第一行扫描线连接，源极与所述第一列读出线连接，所述信号像素适于通过所述第一行扫描线控制其所包含的TFT开关管的导通或截止，并通过所述第一列读出线完成其所包含的非晶硅光电二极管中存储的光电荷的转移；
所述校正像素还包括覆盖于其所包含的非晶硅光电二极管上的用于屏蔽所述有用信号的屏蔽层，所述校正像素所包含的TFT开关管的栅极与所述第二行扫描线连接，源极与所述第二列读出线连接，所述校正像素适于通过所述第二行扫描线控制其所包含的TFT开关管的导通或截止，并通过所述第二列读出线完成其所包含的非晶硅光电二极管中存储的光电荷的转移。
5.根据权利要求1所述的X射线图像传感器，其特征在于，所述信号像素和所述校正像素之间的间隔距离为5μm～15μm。
6.一种平板探测器，其特征在于，所述平板探测器至少包括：
如权利要求1～5任一项所述的X射线图像传感器；
与m条所述第一行扫描线同时连接的用于分时逐条驱动每条所述第一行扫描线的第一行驱动电路；
与m条所述第二行扫描线同时连接的用于分时逐条驱动每条所述第二行扫描线的第二行驱动电路；
与n条所述第一列读出线同时连接的用于读取被驱动的每条所述第一行扫描线对应的所有信号像素中的光电信号的第一列读出电路；
与n条所述第二列读出线同时连接的用于读取被驱动的每条所述第二行扫描线对应的所有校正像素中的干扰信号的第二列读出电路；
与所述第一行驱动电路连接的用于控制所述第一行驱动电路驱动时序的第一时序控制器；
以及与所述第二行驱动电路连接的用于控制所述第二行驱动电路驱动时序的第二时序控制器。
7.一种平板探测器的图像采集校正方法，其特征在于，采用如权利要求6所述的平板探测器，所述平板探测器的图像采集校正方法至少包括：
在所述平板探测器进行图像采集时，所述第一时序控制器控制所述第一行驱动电路以第一驱动时序分时逐条驱动每条所述第一行扫描线，所述第一列读出电路读取被驱动的每条所述第一行扫描线对应的所有信号像素中的光电信号，以得到所述信号像素的亮场图像；同时，所述第二时序控制器控制所述第二行驱动电路以第二驱动时序分时逐条驱动每条所述第二行扫描线，所述第二列读出电路读取被驱动的每条所述第二行扫描线对应的所有校正像素中的干扰信号，以得到所述校正像素的暗场图像；其中，所述第一驱动时序和所述第二驱动时序完全一致；
在所述平板探测器完成图像采集后，利用所述校正像素的暗场图像校正所述信号像素的亮场图像。
8.根据权利要求7所述的平板探测器的图像采集校正方法，其特征在于，在所述平板探测器完成图像采集后，利用所述校正像素的暗场图像校正所述信号像素的亮场图像，具体方法为：
分别计算所述信号像素和所述校正像素的面积；
计算所述信号像素和所述校正像素之间的面积比；
根据所述信号像素和所述校正像素之间的面积比，计算所述信号像素和所述校正像素均采集暗场图像时的图像灰阶值比；
根据所述信号像素和所述校正像素均采集暗场图像时的图像灰阶数值比，将所述校正像素的暗场图像的灰阶值转化为相应比例的用于偏置校正所述信号像素的亮场图像的校正图像灰阶值；
将所述信号像素的亮场图像灰阶值与所述校正图像灰阶值作差，得到校正后的X射线亮场图像。
9.根据权利要求7所述的平板探测器的图像采集校正方法，其特征在于，所述平板探测器的图像采集校正方法还包括：
在所述平板探测器检测到曝光信号后，持续对所述校正像素进行清空放电操作，直至所述平板探测器开始图像采集。
10.根据权利要求7所述的平板探测器的图像采集校正方法，其特征在于，所述平板探测器的图像采集校正方法还包括：
在所述平板探测器未检测到曝光信号时，所述校正像素一直处于就绪等待状态。
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