CN108918559A - 一种实现图像自校正的x射线图像探测器及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种实现图像自校正的X射线图像探测器及其方法。该探测器包括第一检测装置、第二检测装置及信号处理装置；第一检测装置与第二检测装置用于获取不同管电压产生的X射线穿过预定厚度材料的X射线强度；信号处理装置根据第一检测装置与第二检测装置获取的X射线强度的比值，得到X射线管的管电压，调用暗场模板图及与管电压对应的增益校正模板对所采集的初始数字图像进行校正。本X射线图像探测器不仅分担了现有计算机工作站的图像处理工作，还能够对当前管电压下产生的数字图像进行校正，大大提高了输出图像的质量。
Description
技术领域
本发明涉及一种X射线图像探测器，尤其涉及一种实现图像自校正的X射线图像探测器(以下简称X射线图像探测器)，同时也涉及相应的图像自校正方法。
背景技术
X射线成像系统是用X射线探测器接收直接投影的X射线而成像。如果不考虑量子噪声，理想状态是当一个X射线点光源直接照射到探测器时，探测器接收的信号强度所成的像是一个空间分布均匀的图像(通常可以采用简单的中值或低通滤波的方法来降低量子噪声)。由于实际的探测器上的每一个像素单元接收信号的灵敏度是不一样的，因此所成像的亮度是不均匀的。
在进行X射线图像获取时，根据投照物体的厚度及密度的不同，需要使用不同能级的X射线，以期能对投照物体有好的穿透效果。为了适应X射线较宽的能谱范围，X射线成像系统需要对不同能级获得的图像进行对应能级的本底(Offset)和增益(gain)校正，以便在整个应用能谱范围内均能获得高质量的图像。
现有的X射线成像系统实现对图像校正的方法均是采用计算机工作站运算实现的，并且需要协调高压发生器、探测器、时序控制单元及计算机工作站的图像处理软件等设备之间的信息交互。因此，不仅使得整个图像校正过程比较复杂，还占用了计算机工作站的中央处理器的有效带宽，而且对X射线成像系统的应用要求也较高。
发明内容
本发明所要解决的首要技术问题在于提供一种实现图像自校正的X射线图像探测器。
本发明所要解决的另一技术问题在于提供上述X射线图像探测器实现图像自校正的方法。
为了实现上述目的，本发明采用下述的技术方案：
根据本发明实施例的第一方面，提供一种实现图像自校正的X射线图像探测器，包括第一检测装置、第二检测装置及信号处理装置；
所述第一检测装置与所述第二检测装置用于获取不同管电压产生的X射线穿过预定厚度材料的X射线强度；
所述信号处理装置根据所述第一检测装置与所述第二检测装置获取的X射线强度的比值，得到X射线管的管电压，调用暗场模板图及与所述管电压对应的增益校正模板对所采集的初始数字图像进行校正。
其中较优地，所述第一检测装置、所述第二检测装置采用半导体探头，所述第一检测装置与所述第二检测装置进入所述基板内部的深度不同。
其中较优地，所述光电转换装置采用X射线图像传感器。
根据本发明实施例的第二方面，提供一种X射线图像探测器实现图像自校正的方法，包括如下步骤：
步骤S1：改变X射线管的管电压，分别获取不同管电压产生的X射线穿过预定厚度材料的X射线强度；
步骤S2:分别将获取的多个X射线强度进行预处理后，确定管电压与X射线强度之间的关系式；
步骤S3:采集暗场图像，保存所得到的暗场模板图；
步骤S4：加载X射线，计算不同管电压下通过空场所采集的亮场图像的增益系数，将其分别作为亮场图像的增益校正模板进行保存；
步骤S5：在正常拍片时，如果判断有当前管电压对应的增益校正模板，则自动调用暗场模板图及与当前管电压对应的增益校正模板对所采集的初始数字图像进行校正；否则，根据在已有增益校正模板中选取的两个与当前管电压相邻的管电压所对应的增益校正模板，或者根据在已有增益校正模板中选取的最接近当前管电压的管电压所对应的增益校正模板，得到与当前管电压对应的增益校正模板，并完成对所采集的初始数字图像的校正。
其中较优地，步骤S2包括如下子步骤：
步骤S201：计算出不同管电压对应的X射线强度的比值并取对数，并制作X射线能级查找表；步骤S202：将X射线能级查找表中的每个管电压及与其对应的取对数后的X射线强度的比值进行拟合标定，得到管电压与取对数后的X射线强度的比值之间的关系式。
其中较优地，步骤S3中，所述暗场模板图包括所述暗场图像中每一像素的灰度值。
其中较优地，步骤S4包括如下子步骤：
步骤S401：在每个管电压下，加载X射线，并改变管电流与曝光时间的乘积，通过空场分别采集对应的亮场图像；
步骤S402：将每个管电压下，不同管电流与曝光时间的乘积及其对应的亮场图像中相同像素的灰度值进行拟合标定，得到亮场图像中每一像素的光响应系数；
步骤S403：将得到的与管电压对应的亮场图像中每一像素的光响应系数进行归一化处理，得到与管电压对应的亮场图像中每一像素的增益系数，将其作为与管电压对应的亮场图像的增益校正模板进行保存。
其中较优地，步骤S5包括如下子步骤：
步骤S501：采集初始数字图像，得到该图像的每一像素的初始灰度值；
步骤S502：计算所接收的第一检测装置和第二检测装置获取的、X射线穿过预定厚度材料的X射线强度的比值并取对数；
步骤S503：根据取对数后的X射线强度的比值，及管电压与取对数后的X射线强度的比值之间的关系式，计算管电压；
步骤S504：根据得到的所述管电压，如果判断有所述管电压对应的增益校正模板，则自动调用暗场模板图及与所述管电压对应的增益校正模板对所采集的初始数字图像进行校正；否则，根据在已有增益校正模板中选取的两个与所述管电压相邻的管电压所对应的增益校正模板，或者根据在已有增益校正模板中选取的最接近所述管电压的管电压所对应的增益校正模板，得到与所述管电压对应的增益校正模板，并完成对所采集的初始数字图像的校正。
其中较优地，步骤S504中，根据得到的所述管电压，自动调用所述暗场模板图及与当前所述管电压对应的所述增益校正模板对所采集的初始数字图像的每一像素进行校正，根据如下公式完成，
y＇＝Gain*x＇-Offset
其中，y＇表示所采集的初始数字图像经校正后的每一像素的灰度值，Gain表示每一像素的增益系数，x＇表示所采集的初始数字图像的每一像素的初始灰度值，Offset表示暗场图像中每一像素的灰度值。
其中较优地，步骤S504中，根据在已有增益校正模板中选取的两个与所述管电压相邻的管电压所对应的增益校正模板，得到与所述管电压对应的增益校正模板的方法中，根据线性插值法，和选取的两个与所述管电压相邻的管电压及其对应的亮场图像中相同像素的增益系数，得到与所述管电压对应的亮场图像中每一像素的增益系数，将其作为与所述管电压对应的亮场图像的增益校正模板进行保存。
本发明所提供的X射线图像探测器通过其内部设置的信号处理装置计算出当前发射X射线的X射线管的管电压后，调用暗场模板图及与该管电压对应的增益校正模板对该管电压下获取的初始数字图像进行校正，校正后的数字图像直接传输到计算机工作站进行呈现。因此，本X射线图像探测器不仅使得图像校正过程更简单，还大大提高了输出图像的质量。
附图说明
图1为本发明所提供的X射线图像探测器的结构示意图；
图2为本发明所提供的X射线图像探测器的图像自校正方法的流程图。
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做进一步的详细说明。
如图1所示，本发明所提供的X射线图像探测器包括闪烁晶体层L1、光电转换装置L2、基板L3、第一检测装置T1、第二检测装置T2及信号处理装置，其中，光电转换装置L2设置在基板L3的上表面，光电转换装置L2的上表面与闪烁晶体层L1连接，第一检测装置T1、第二检测装置T2设置在基板L3的下表面，并且光电转换装置L2、第一检测装置T1、第二检测装置T2分别通过连接器与信号处理装置连接。
第一检测装置T1与第二检测装置T2用于获取不同管电压产生的X射线穿过预定厚度材料的X射线强度；第一检测装置T1、第二检测装置T2可以采用半导体探头，并且第一检测装置T1与第二检测装置T2进入基板L3内部的深度不同，以使得第一检测装置T1与第二检测装置T2获取的X射线穿过不同材料厚度的X射线强度也不同。其中，第一检测装置T1与第二检测装置T2进入基板L3内部的深度根据具体由X射线所需穿过的材料厚度而定。
信号处理装置用于将依次经过闪烁晶体层L1、光电转换装置L2处理得到的电信号转换成初始数字图像，并根据计算出的取对数后的第一检测装置T1与第二检测装置T2获取的X射线强度的比值，得到X射线管的管电压后，自动调用暗场模板图及与当前管电压对应的增益校正模板对所采集的初始数字图像进行校正。信号处理装置可以采用以FPGA芯片为核心的信号处理器，该信号处理器具有很高的实时性及抗干扰能力，从而提高了其可靠性。
本X射线图像探测器利用其内部设置的信号处理装置不仅分担了现有计算机工作站的图像处理工作，还能够对X射线管当前管电压下产生的数字图像进行校正，大大提高输出图像的质量。并且，本X射线图像探测器不需要协调高压发生器、探测器、时序控制单元及计算机工作站的图像处理软件等设备之间的信息交互，使得图像自校正过程更简单。
具体的，闪烁晶体层L1用于当X射线管发射的X射线穿过投照物体后投影本X射线图像探测器时，闪烁晶体层L1会将X射线转换为可见光。闪烁晶体层L1优选碘化铯(CsI)材料，也可以采用GOS等其他材料。
基板L3用于固定闪烁晶体层L1、光电转换装置L2及安装第一检测装置T1、第二检测装置T2；该基板L3表面平整光滑，材质可以是材料均匀的铝、铜的金属材料为佳。
光电转换装置L2用于将接收的可见光转换为电信信号传输到信号处理装置进行处理，得到X射线的初始数字图像，即得到该初始数字图像的每一像素的初始灰度值。光电转换装置L2可以采用X射线图像传感器，该X射线图像传感器的面板上设置有由m×n个尺寸大小均等的像素元组成的像素阵列。像素阵列由m行n列像素元组成，m、n均为大于等于1的自然数。
以上讲述了本发明所提供的X射线图像探测器的具体结构，下面详细说明该X射线图像探测器所采用的图像自校正方法。
由于本X射线图像探测器采用非介入式管电压测量的方法，即基于改变吸收材料的厚度,检测出不同的X射线强度(X射线辐射量),通过不同的X射线强度的比较,计算出X射线管的管电压。下面具体介绍测量的原理:
X射线管在高压下产生X射线,X射线在物质中的传输遵循以下衰减规律:
I＝I0e-μ(E,m)d (1)
其中，I0为初始强度，I为衰减后的强度，m为物质材料，E为射线能量，d为材料厚度，-μ(E,m)为衰减系数。
因为X射线的能量与高压存在一定的数学关系,因而可以用电压V来表示X射线的能量E,则μ(E,m)可以改为μ(V,m)。当X射线穿过材料厚度分别为d1、d2时,其射线强度为I1、I2。则有：
可求出物质衰减系数为：
由函数求逆运算可得到X射线管电压为：
在设计X射线图像探测器的第一检测装置和第二检测装置部分时,探测器的滤片厚度d1、d2恒定,材料m均匀,则X射线管的管电压只与射线强度I1、I2的比值有关。
因此，如图2所示，本发明所提供的X射线图像探测器所采用的图像自校正方法包括如下步骤：
步骤S1：改变X射线管的管电压，分别获取不同管电压产生的X射线穿过预定厚度材料的X射线强度；
将X射线管按照最小能级到最大能级的顺序，并以相同步长改变X射线管的管电压，分别采用第一检测装置T1和第二检测装置T2获取不同管电压产生的X射线穿过预定厚度材料的X射线强度。具体的，在X射线管的最小管电压(最小能级)和最大管电压(最大能级)之间以相同的电压间隔选取多个管电压，例如，X射线管的最小管电压的最小管电压和最大管电压分别为80KV和100KV，其中，以电压间隔为5KV，分别选取80KV、85KV、90KV、95KV、100KV；那么从80KV开始，采用第一检测装置T1获取管电压为80KV的X射线管发射X射线穿过材料厚度为d1(如图1所示)的X射线图像探测器时的X射线强度I1，及采用第二检测装置T2获取管电压为80KV的X射线管发射X射线穿过材料厚度为d2(如图1所示)的X射线图像探测器时的X射线强度I2；以此类推，直到依次获取与X射线管的管电压80KV、85KV、90KV、95KV、100KV分别对应的X射线强度I1和X射线强度I2。
其中，第一检测装置T1和第一检测装置T2能够直接计算并输出对应的X射线强度I1和X射线强度I2，并且第一检测装置T1和第一检测装置T2输出的X射线强度I1和X射线强度I2为经过信号放大和A/D转换(模/数)转换后的数字信号。并且，第一检测装置T1和第一检测装置T2的结构及工作原理为现有成熟技术，在此不再赘述。
步骤S2:分别将获取的多个X射线强度进行预处理后，确定管电压与X射线强度之间的关系式；
计算出比值并取对数该步骤包括如下子步骤：
步骤S201：计算出不同管电压对应的X射线强度的比值并取对数，并制作X射线能级查找表；
通过第一检测装置T1和第二检测装置T2获取的多个与X射线管的管电压对应的X射线强度经过信号放大和A/D转换(模/数)转换后传输到信号处理装置中，通过信号处理装置分别对每个X射线强度I1和X射线强度I2进行AD初始化、时钟配置、自检校正、采样计算等过程的预处理，使得信号处理装置接收的多个与X射线管的管电压对应的X射线强度的数值更准确。
信号处理装置从经过预处理的多个与X射线管的管电压对应的X射线强度中，分别选取出与每个X射线管的管电压对应的X射线强度I1和X射线强度I2进行比值计算，并将所计算的比值并取对数；即分别计算出与X射线管的管电压80KV、85KV、90KV、95KV、100KV对应的取对数后的X射线强度I1和X射线强度I2的比值(ln(I1/I2))。将X射线管的管电压与取对数后的X射线强度I1和X射线强度I2的比值的数值关系制作成X射线能级查找表，通过该X射线能级查找表可以查找到与不同管电压对应的取对数后的X射线强度I1和X射线强度I2的比值。
步骤S202：将X射线能级查找表中的每个管电压及与其对应的取对数后的X射线强度的比值进行拟合标定，得到管电压与取对数后的X射线强度的比值之间的关系式。
以步骤S201中制作的X射线能级查找表中，与X射线管的管电压对应的取对数后的X射线强度I1和X射线强度I2的比值为横坐标，X射线管的管电压为纵坐标，建立坐标系；按照所建立的坐标系，分别将X射线能级查找表中的管电压及与其对应的取对数后的X射线强度的比值逐个带入到坐标中，从而在坐标系中形成多个点。根据坐标系中的点，进行拟合标定，得到线性曲线；其中，获得线性曲线的方法可以是任何现有的通过现有点找到管电压与取对数后的X射线强度比值之间的关联关系的拟合标定方法。在此不再赘述了。由线性曲线可以推导出X射线管的管电压与取对数后的X射线强度的比值之间的关系式为：
y＝ax+b (5)
其中，y表示X射线管的管电压，a表示X射线管的管电压与取对数后的X射线强度的比值之间的比例系数，x表示取对数后的X射线强度I1和X射线强度I2的比值，b表示常量。
因此，当获取到取对数后的X射线强度I1和X射线强度I2的比值，即可根据X射线管的管电压与取对数后的X射线强度的比值之间的关系式计算出对应的X射线管的管电压。
步骤S3:采集暗场图像，保存所得到的暗场模板图；
在X射线管不发射X射线的情况下，采集暗场图像，将暗场图像中每一像素的灰度值作为暗场模板图保存下来，以便于正常拍片时，对所采集的数字图像的每一像素进行偏置(Offset)校正。
步骤S4：加载X射线，计算不同管电压下通过空场所采集的亮场图像的增益系数，将其分别作为亮场图像的增益校正模板进行保存；
该步骤包括如下子步骤：
步骤S401：在每个管电压下，加载X射线，并改变管电流与曝光时间的乘积，通过空场分别采集对应的亮场图像；
采集暗场图像后，X射线管发射X射线，并将步骤S1中所选取的多个管电压，从第一个管电压开始(按照从小到大的顺序)，改变管电流与曝光时间的乘积，通过空场分别采集与管电流与曝光时间的乘积对应的亮场图像，每一个亮场图像的所有像素具有对应的灰度值。
需要强调的是，为了保证信号处理装置能够调用到与正常拍片时的X射线管的管电压对应的增益校正模板，可以根据实际操作经验，选取多个X射线管的管电压，该管电压为正常拍片时误差允许范围内的、且经过反复试验得到的。同样根据上述方法，在每个管电压下，加载X射线，并改变管电流与曝光时间的乘积，通过空场分别采集对应的亮场图像，得到每一个亮场图像的所有像素所对应的灰度值。
步骤S402：将每个管电压下，不同管电流与曝光时间的乘积及其对应的亮场图像中相同像素的灰度值进行拟合标定，得到亮场图像中每一像素的光响应系数；
以步骤S401中相同管电压下(不改变管电压的情况下)，管电流与曝光时间的乘积为横坐标，与管电流与曝光时间的乘积对应的亮场图像中相同像素的灰度值为纵坐标，建立坐标系；按照所建立的坐标系，分别将步骤S401得到的相同管电压下，不同管电流与曝光时间的乘积及其对应的亮场图像中相同像素的灰度值逐个带入到坐标中，从而在坐标系中形成多个点。根据坐标系中的点，进行拟合标定，得到线性曲线；其中，获得线性曲线的方法可以是任何现有的通过现有点找到不同管电流与曝光时间的乘积及其对应的亮场图像中相同像素的灰度值的关联关系的拟合标定方法。在此不再赘述了。由线性曲线可以推导出相同管电压下，不同管电流与曝光时间的乘积及其对应的亮场图像中相同像素的灰度值的关系式为：
m＝jn+t (6)
其中，m表示相同管电压下，与管电流与曝光时间的乘积对应的亮场图像中相同像素的灰度值，j表示管电流与曝光时间的乘积与相同像素的灰度值之间的比例关系，n表示管电流与曝光时间的乘积，t表示常量。
由上述可知，相同管电压下，通过空场所采集的亮场图像中的每一像素的灰度值与管电流与曝光时间的乘积成正比；因此，管电流与曝光时间的乘积与相同像素的灰度值之间的比例关系j即为相同管电压下，所采集的亮场图像中每一像素的光响应系数。
步骤S403：将得到的与管电压对应的亮场图像中每一像素的光响应系数进行归一化处理，得到与管电压对应的亮场图像中每一像素的增益系数，将其作为与管电压对应的亮场图像的增益校正模板进行保存。
将得到的与管电压对应的亮场图像中每一像素的光响应系数进行归一化处理的过程为：将步骤S402得到的与管电压对应的亮场图像中每一像素的光响应系数相加求平均值，计算亮场图像中每一像素的光响应系数与光响应系数平均值的比值，得到与管电压对应的亮场图像中每一像素的增益系数，并将其分别作为与管电压对应的亮场图像的增益校正模板进行保存，以便于正常拍片时，对所采集的数字图像的每一像素进行增益(gain)校正。
步骤S5：在正常拍片时，如果判断有当前管电压对应的增益校正模板，则自动调用暗场模板图及与当前管电压对应的增益校正模板对所采集的初始数字图像进行校正；否则，根据在已有增益校正模板中选取的两个与当前管电压相邻的管电压所对应的增益校正模板，或者根据在已有增益校正模板中选取的最接近当前管电压的管电压所对应的增益校正模板，得到与当前管电压对应的增益校正模板，并完成对所采集的初始数字图像的校正。
该步骤包括如下子步骤：
步骤S501：采集初始数字图像，得到该图像的每一像素的初始灰度值；
通过X射线管发射X射线，X射线穿过投照物体后，投影到本X射线图像探测器的闪烁晶体层L1，闪烁晶体层L1将接收的X射线转换为可见光后，通过光电转换装置L2将该可见光转换为电信号，并传输到信号处理装置，信号处理装置将接收的电信号转换为数字信号后，进行图像处理，从而得到X射线的初始数字图像；将该数字图像的每个像素对应的灰度值作为每个像素的初始灰度值。
步骤S502：计算所接收的第一检测装置和第二检测装置获取的、X射线穿过预定厚度材料的X射线强度的比值并取对数；
通过第一检测装置T1和第二检测装置T2获取与X射线管的管电压对应的X射线强度(X射线强度I1和X射线强度I2)，并经过信号放大和A/D转换(模/数)转换后传输到信号处理装置中，信号处理装置分别对X射线强度I1和X射线强度I2进行AD初始化、时钟配置、自检校正、采样计算等过程的预处理，使得信号处理装置接收的与X射线管的管电压对应的X射线强度的数值更准确。此后，信号处理装置将经过预处理的X射线强度I1和X射线强度I2进行比值计算，并将所计算的比值并取对数。
步骤S503：根据取对数后的X射线强度的比值，及管电压与取对数后的X射线强度的比值之间的关系式，计算管电压；
根据步骤S502得到的取对数后的X射线强度I1和X射线强度I2的比值，信号处理装置直接调用步骤S2得到的管电压与取对数后的X射线强度的比值之间的关系式，计算出与取对数后的X射线强度I1和X射线强度I2的比值对应的X射线管的管电压，该管电压为正常拍片时实际所采用的X射线管的管电压；由于X射线管的管电压决定其出射X射线的能级，因此，可以得到X射线的能级。
步骤S504：根据得到的管电压，如果判断有该管电压对应的增益校正模板，则自动调用暗场模板图及与该管电压对应的增益校正模板对所采集的初始数字图像进行校正；否则，根据在已有增益校正模板中选取的两个与该管电压相邻的管电压所对应的增益校正模板，或者根据在已有增益校正模板中选取的最接近该管电压的管电压所对应的增益校正模板，得到与该管电压对应的增益校正模板，并完成对所采集的初始数字图像的校正。
根据步骤S503得到的X射线管的管电压，如果判断步骤S4中保存的多个与管电压对应的亮场图像的增益校正模板中有与该管电压对应的亮场图像的增益校正模板，那么，信号处理装置可以自动调用步骤S3得到的暗场模板图及步骤S4得到的与当前管电压对应的增益校正模板，对步骤S501所采集的初始数字图像的每一像素进行校正，并根据如下公式完成，
y＇＝Gain*x＇-Offset (7)
其中，y＇表示所采集的初始数字图像经校正后的每一像素的灰度值，Gain表示每一像素的增益系数，x＇表示所采集的初始数字图像的每一像素的初始灰度值，Offset表示暗场图像中每一像素的灰度值。因此，对步骤S501所采集的初始数字图像的每一像素进行校正时，信号处理装置自动调取该像素的增益系数、初始灰度值及暗场图像中与该像素位置对应的像素的灰度值，根据上述公式计算出该像素经校正后的灰度值。信号处理装置采用该方法计算出所采集的初始数字图像经校正后的所有像素的灰度值，并将所有像素的灰度值进行排序，输出到计算机工作站的图像软件上进行呈现。
如果判断步骤S4中保存的多个与管电压对应的亮场图像的增益校正模板中没有与当前管电压对应的亮场图像的增益校正模板，那么，信号处理装置可以采用如下两种方法得到与当前管电压对应的增益校正模板。
第一种得到与当前管电压对应的增益校正模板的方法为：根据步骤S503得到的X射线管的管电压，从步骤S4中保存的多个与管电压对应的亮场图像的增益校正模板中，选取两个与该管电压相邻的管电压所对应的亮场图像的增益校正模板，并根据线性插值法，和选取的两个管电压及其对应的亮场图像中相同像素的增益系数，得到与当前管电压对应的亮场图像中每一像素的增益系数，将其作为与当前管电压对应的亮场图像的增益校正模板进行保存。同时，信号处理装置可根据步骤S3得到的暗场模板图、当前管电压对应的亮场图像的增益校正模板及公式(7)，并采用上述方法对步骤S501所采集的初始数字图像的每一像素进行校正，得到所采集的初始数字图像经校正后的所有像素的灰度值，并将所有像素的灰度值进行排序，输出到计算机工作站的图像软件上进行呈现。
其中，根据线性插值法是指使用连接两个已知量的直线来确定在这两个已知量之间的一个未知量的值的方法。并且，采用如下公式，并根据上述所选取的两个亮场图像的增益校正模板，得到与当前管电压对应的亮场图像中每一像素的增益系数，将其作为与当前管电压对应的亮场图像的增益校正模板进行保存。
其中，y表示与当前管电压对应的亮场图像中每一像素的增益系数，y0表示选取的第一个管电压所对应的亮场图像中每一像素的增益系数，y1表示选取的第二个管电压所对应的亮场图像中每一像素的增益系数；y-y0表示当前管电压对应的亮场图像中每一像素与第一个管电压所对应的亮场图像中的位置与其相同的像素的增益系数之差；y1-y0表示选取的第二个管电压所对应的亮场图像中每一像素与第一个管电压所对应的亮场图像中的位置与其相同的像素的增益系数之差；x表示当前管电压，x0表示选取的第一个管电压，x1表示选取的第二个管电压；x-x0表示当前管电压与选取的第一个管电压之差；x1-x0表示选取的第二个管电压与第一个管电压之差。
第二种得到与当前管电压对应的增益校正模板的方法为：根据步骤S503得到的X射线管的管电压，从步骤S4中保存的多个与管电压对应的亮场图像的增益校正模板中，选取最接近当前管电压的管电压所对应的增益校正模板，作为与当前管电压对应的亮场图像的增益校正模板。同时，信号处理装置可根据步骤S3得到的暗场模板图、当前管电压对应的亮场图像的增益校正模板及公式(7)，并采用上述方法对步骤S501所采集的初始数字图像的每一像素进行校正，得到所采集的初始数字图像经校正后的所有像素的灰度值，并将所有像素的灰度值进行排序，输出到计算机工作站的图像软件上进行呈现。
本发明所提供的X射线图像探测器通过其内部设置的信号处理装置计算出当前发射X射线的X射线管的管电压后，自动调用暗场模板图及与该管电压对应的增益校正模板对该管电压下获取的初始数字图像进行校正，校正后的数字图像直接传输到计算机工作站进行呈现。因此，本X射线图像探测器利用其内部设置的信号处理装置不仅分担了现有计算机工作站的图像处理工作，还能够对X射线管当前管电压下产生的数字图像进行校正，不仅使得图像自校正过程更简单，还大大提高了输出图像的质量。
以上对本发明所提供的实现图像自校正的X射线图像探测器及其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，都将属于本发明专利权的保护范围。
Claims (10)
1.一种实现图像自校正的X射线图像探测器，其特征在于包括第一检测装置、第二检测装置及信号处理装置；
所述第一检测装置与所述第二检测装置用于获取不同管电压产生的X射线穿过预定厚度材料的X射线强度；
所述信号处理装置根据所述第一检测装置与所述第二检测装置获取的X射线强度的比值，得到X射线管的管电压，调用暗场模板图及与所述管电压对应的增益校正模板对所采集的初始数字图像进行校正。
2.如权利要求1所述的实现图像自校正的X射线图像探测器，其特征在于：
所述第一检测装置、所述第二检测装置采用半导体探头，所述第一检测装置与所述第二检测装置进入所述基板内部的深度不同。
3.如权利要求1所述的实现图像自校正的X射线图像探测器，其特征在于：
所述光电转换装置采用X射线图像传感器。
4.一种X射线图像探测器实现图像自校正的方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤S1：改变X射线管的管电压，分别获取不同管电压产生的X射线穿过预定厚度材料的X射线强度；
步骤S2:分别将获取的多个X射线强度进行预处理后，确定管电压与X射线强度之间的关系式；
步骤S3:采集暗场图像，保存所得到的暗场模板图；
步骤S4：加载X射线，计算不同管电压下通过空场所采集的亮场图像的增益系数，将其分别作为亮场图像的增益校正模板进行保存；
步骤S5：在正常拍片时，如果判断有当前管电压对应的增益校正模板，则调用暗场模板图及与当前管电压对应的增益校正模板对所采集的初始数字图像进行校正；否则，根据在已有增益校正模板中选取的两个与当前管电压相邻的管电压所对应的增益校正模板，或者根据在已有增益校正模板中选取的最接近当前管电压的管电压所对应的增益校正模板，得到与当前管电压对应的增益校正模板，完成对所采集的初始数字图像的校正。
5.如权利要求4所述的X射线图像探测器实现图像自校正的方法，其特征在于步骤S2包括如下子步骤：
步骤S201：计算出不同管电压对应的X射线强度的比值并取对数，并制作X射线能级查找表；
步骤S202：将X射线能级查找表中的每个管电压及与其对应的取对数后的X射线强度的比值进行拟合标定，得到管电压与取对数后的X射线强度的比值之间的关系式。
6.如权利要求4所述的X射线图像探测器实现图像自校正的方法，其特征在于：
步骤S3中，所述暗场模板图包括所述暗场图像中每一像素的灰度值。
7.如权利要求4所述的X射线图像探测器实现图像自校正的方法，其特征在于步骤S4包括如下子步骤：
步骤S401：在每个管电压下加载X射线，并改变管电流与曝光时间的乘积，通过空场分别采集对应的亮场图像；
步骤S402：将每个管电压下，不同管电流与曝光时间的乘积及其对应的亮场图像中相同像素的灰度值进行拟合标定，得到亮场图像中每一像素的光响应系数；
步骤S403：将得到的与管电压对应的亮场图像中每一像素的光响应系数进行归一化处理，得到与管电压对应的亮场图像中每一像素的增益系数，将其作为与管电压对应的亮场图像的增益校正模板进行保存。
8.如权利要求4所述的X射线图像探测器实现图像自校正的方法，其特征在于步骤S5包括如下子步骤：
步骤S501：采集初始数字图像，得到该图像的每一像素的初始灰度值；
步骤S502：计算所接收的第一检测装置和第二检测装置获取的、X射线穿过预定厚度材料的X射线强度的比值并取对数；
步骤S503：根据取对数后的X射线强度的比值，及管电压与取对数后的X射线强度的比值之间的关系式，计算管电压；
步骤S504：根据得到的所述管电压，如果判断有所述管电压对应的增益校正模板，则调用暗场模板图及与所述管电压对应的增益校正模板对所采集的初始数字图像进行校正；否则，根据在已有增益校正模板中选取的两个与所述管电压相邻的管电压所对应的增益校正模板，或者根据在已有增益校正模板中选取的最接近所述管电压的管电压所对应的增益校正模板，得到与所述管电压对应的增益校正模板，并完成对所采集的初始数字图像的校正。
9.如权利要求8所述的X射线图像探测器实现图像自校正的方法，其特征在于：
步骤S504中，根据得到的所述管电压，调用所述暗场模板图及与当前所述管电压对应的所述增益校正模板对所采集的初始数字图像的每一像素进行校正，根据如下公式完成，
y＇＝Gain*x＇-Offset
其中，y＇表示所采集的初始数字图像经校正后的每一像素的灰度值，Gain表示每一像素的增益系数，x＇表示所采集的初始数字图像的每一像素的初始灰度值，Offset表示暗场图像中每一像素的灰度值。
10.如权利要求8所述的X射线图像探测器实现图像自校正的方法，其特征在于：
步骤S504中，根据在已有增益校正模板中选取的两个与所述管电压相邻的管电压所对应的增益校正模板，得到与所述管电压对应的增益校正模板的方法中，根据线性插值法，和选取的两个与所述管电压相邻的管电压及其对应的亮场图像中相同像素的增益系数，得到与所述管电压对应的亮场图像中每一像素的增益系数，将其作为与所述管电压对应的亮场图像的增益校正模板进行保存。
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