CN109580667A - 单光栅相衬成像方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种单光栅相衬成像方法及系统，方法包括：选择光源靶结构周期为p0的光源、光栅周期为p1的光栅及像素尺寸为p的探测器，其中，1/p0+1/Kp＝η/p1，K≥3，η为根据光栅类型确定的已知参数；将光源、光栅和探测器放置在同一光路上，其中，光源与光栅之间具有第一距离、光栅与探测器之间具有第二距离，第二距离大于第一距离；将样品台放置在光源和探测器之间，并获取背景图像；将待成像物体放置在样品台上，并对待成像物体成像，得到物体图像，本发明使用一块光栅单次曝光实现相衬成像，缓解现有光栅相衬成像系统的工艺要求高、成本高和普及率低的技术问题，达到了降低光栅相衬成像系统的工艺要求、成本和提高光栅相衬成像系统的普及率的技术效果。

Description

单光栅相衬成像方法及系统
技术领域
本发明涉及临床医学成像以及工业检测技术领域，尤其是涉及一种单光栅相衬成像方法及系统。
背景技术
经过十几年的发展，光栅相衬成像方法被认为是最有希望实际应用的X射线相衬成像方法。但是，该方法仍然存在多方面的局限性。现有的光栅相衬成像方法通常需要一块相位光栅和两块吸收光栅。在相干相衬成像中，由于光栅周期小，加工难度大，尤其在高能成像时吸收光栅厚度大，所以要求具有较高高宽比的吸收光栅，进一步增加了吸收光栅的工艺难度，因此，导致光栅相衬成像系统的工艺要求高、成本高和普及率低的问题。
另一方面，在现有的光栅相衬成像过程中，需要等间距移动光栅采集至少三张图像，才能完成后续的信息分离工作，造成图像采集时间比较长。由于成像时间长，传统方法对心脏这类动态器官无法进行实时成像。除此之外，对设备的稳定性要求提高。这些因素导致了光栅相衬成像效率低下及不实用等问题。
发明内容
(一)要解决的技术问题
鉴于上述技术问题，本发明的目的在于提供一种单光栅相衬成像方法及系统，以缓解光栅相衬成像系统的工艺要求高、成本高和普及率低的技术问题。
(二)技术方案
第一方面，本发明实施例提供了一种单光栅相衬成像方法，包括：
选择光源靶结构周期为p0的光源、光栅周期为p1的光栅及像素尺寸为p的探测器，其中，1/p0+1/Kp＝η/p1，K≥3，η为根据所述光栅类型确定的已知参数；
将所述光源、所述光栅和所述探测器放置在同一光路上，其中，所述光源与所述光栅之间具有第一距离、所述光栅与所述探测器之间具有第二距离，所述第二距离大于所述第一距离；
将样品台放置在所述光源和所述探测器之间，并获取背景图像；
将待成像物体放置在所述样品台上，并对所述待成像物体成像，得到物体图像。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，所述光栅为相位光栅或吸收光栅。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，若所述光栅为一维光栅，所述光源靶结构周期p0、所述光栅周期p1与所述第一距离之间满足以下关系式：
所述光栅周期p1、所述像素尺寸p、所述K值与所述第二距离之间满足以下关系式：
所述光源靶结构周期p0、所述像素尺寸p与所述K值之间满足以下关系式：
其中，l为所述第一距离，d为所述第二距离，n为已知参数，n根据所述光栅的类型确定，λ为已知的等效波长，M为预设的放大倍数，M＞2。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，方法还包括：
利用预设计算公式，从所述背景图像和所述物体图像中提取物体吸收信号、物体折射信号和物体散射信号。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，若所述光栅为一维光栅，则所述预设计算公式为：
其中，表示对变量X取整，像素点(x，y)(x，y∈N+)处的物体吸收信号为M(x，y)，物体折射信号为θ(x，y)，物体散射信号为IS[x，y]表示所述物体图像中像素点(x，y)上的像素值，IB[x，y]表示所述背景图像中像素点(x，y)上的像素值，函数arg为取辐角，函数abs为取模，ls为所述光源与所述样品台之间的距离。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，若所述相位光栅为二维相位光栅，则所述相位光栅为网格型π/2相移光栅或网格型π相移光栅或棋盘型π/2相移光栅或棋盘型π相移光栅。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，所述光源为线阵光源或点阵光源。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中，若所述光源为所述线阵光源，则所述光栅为一维光栅；
若所述光源为所述点阵光源，则所述光栅为二维光栅。
第二方面，本发明实施例还提供了一种单光栅相衬成像系统，包括：如第一方面任一项所述的光源、光栅、探测器和样品台；
所述光源用于发射光源；
所述样品台设置在所述光源和所述探测器之间，用于放置待成像物体；
所述光栅设置在所述光源和所述探测器之间，用于根据所述光源形成背景图像，及根据所述光源和所述待成像物体形成物体图像；
所述探测器用于获取所述背景图像和所述物体图像，并输出所述背景图像和所述物体图像。
结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第一种可能的实施方式，其中，还包括：终端；
所述终端和所述探测器连接，用于接收所述探测器输出的所述背景图像和所述物体图像，从所述背景图像和所述物体图像中提取物体吸收信号、物体折射信号和物体散射信号。
(三)有益效果
从上述技术方案可以看出，本发明提供的单光栅相衬成像方法及系统具有以下有益效果：
(1)本发明中，由于所述第二距离大于所述第一距离，增大了几何放大倍数，使得探测器可以直接探测光栅的自成像图像，避免由于现有技术中的探测器无法直接探测光栅的自成像图像而导致的引入分析光栅(吸收光栅)的问题，同时，本发明实施例中使用的光源能够代替传统光源和源光栅(吸收光栅)，所以，避免现有技术中使用源光栅的问题，因此，本发明实施例可以避免由于使用较多的吸收光栅而导致的光栅相衬成像系统的光子利用效率低，工艺要求高、成本高和普及率低的问题，达到了提高光子利用效率，降低光栅相衬成像系统的工艺要求、成本及提高光栅相衬成像系统的普及率的技术效果；
(2)本发明中，选择具有光源靶结构周期p0的光源、具有光栅周期p1的光栅及具有像素尺寸p的探测器，其中，1/p0+1/Kp＝η/p1，K≥3，所以，所述光栅的自成像周期等于K倍的像素尺寸p，这样，探测器就可以一次性地获取背景图像，及一次性地获取物体图像，减少了图像采集的时间，避免由于现有技术中需要等间距移动光栅采集至少三张图像而导致的图像采集时间过长的问题，因此，能够避免光栅相衬成像过程效率低下的问题，达到了提高光栅相衬成像效率的效果，同时，对于心脏这类动态器官可以进行实时成像，由于只采集一次图像，所以，对于设备的稳定性要求降低，增强设备的实用性；
(3)本发明中，只使用了一块光栅，尤其在只使用一块相位光栅的情况下，相位光栅只是对光强进行重新分布，并不会降低光通量，与现有的相衬成像系统相比，本发明实施例中的单光栅相衬成像系统可以提高光子利用效率，同时，由于提高光子利用效率，所以，可以利用较短的时间达到相当的成像效果，从而减小辐射剂量；
(4)本发明中的单光栅相衬成像系统可以实现一次曝光成像，达到完全与传统CT扫描模式兼容的效果，避免由于现有技术相位步进过程中的光子不能被利用而导致的物体受辐照剂量增加的问题，因此，本发明实施例不仅可以实现快速成像，而且能够大大的降低辐照剂量，提高光子的利用效率；
(5)本发明中，若所述光栅为二维光栅，则可以达到快速获得物体二维相位信息的效果，对于现有技术，若想要获得物体的二维相位信息，需要沿正交方向做步进运动(若一维相衬成像需要采集3次图像，则二维相衬成像需要采集9次图像)，相比一维相衬成像进一步增加了图像采集的难度，而对于本发明实施例，由于采用单光栅一次曝光相衬成像的技术方案，所以，能够一次曝光获得物体的二维相位信息，节省了图像采集的时间，提高了操作效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为传统的一维Talbot-Lau光栅相衬成像系统的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的单光栅相衬成像方法的第一种流程图；
图3为本发明实施例提供的二维相位光栅与光源阵列结构的对应关系图；
图4为本发明实施例提供的单光栅相衬成像方法的第二种流程图；
图5为本发明实施例提供的单光栅相衬成像系统的结构示意图；
图6为本发明实施例提供的应用场景图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
X射线相衬成像提供传统吸收信息的同时，还能提供物体的相位信息和散射信息。物体相衬图像可以区分密度差异较小的软组织。X射线光栅相衬成像经历了两次重要发展，2002到2003年Talbot干涉仪的提出，使得光栅相衬成像从可见光波段推广到X光波段，然而仍局限于同步辐射光源或者微焦点光源。2006年Talbot-Lau干涉仪的提出，使得相衬成像适用于常规X射线源，为相衬成像的实际应用提供了必备条件。
如图1所示，一维Talbot-Lau光栅相衬成像系统通常由光源101、一维源光栅102、样品台106、一维分束光栅103、一维分析光栅104以及探测器105组成。源光栅102与样品台106和分束光栅103的距离分别为ls和l，分束光栅103与分析光栅104的距离为d。源光栅102、分束光栅103、分析光栅104的周期分别为p0、p1、p2，探测器105的像素尺寸为p。由Talbot自成像公式可知：
其中，n为分数Talbot级次，当分束光栅103为吸收光栅时，n＝2，4，6，8…，当分束光栅103为一维相位光栅时，n＝1，3，5，7...，λ为成像等效波长。此外，由几何光学可知光栅周期间满足如下关系：
其中根据公式(2)和公式(3)，可以推导出三个光栅周期间满足如下关系：
由几何关系可知：
根据公式(1)和公式(5)可以计算得到：
即
其中，f为平行光照明时光栅Talbot自成像距离，
在相干成像中，源光栅102分裂的子光源在分束光栅103平面的相干长度需要满足如下关系：
根据公式(5)和公式(8)可以得到：
因此，源光栅102的占空比wS/p0必须小于等于0.5。
光栅相衬成像获得的投影像包含物体的吸收、折射以及散射。目前实验室阶段最常用的信息分离方法为相位步进方法，该方法至少需要三幅图像才能完成信息分离，通过等间距移动其中一块光栅获得多个位置处的图像，再利用下式提取物体的折射信息：
其中，数arg为取辐角，K为相位步进总数，k为相位步进序数，和分别表示第k步进位置的样品图像和背景图像。
相位步进方法可以获得高质量图像，但是需要较长的数据采集时间和较多的投影图像。相比吸收成像，不仅增加了数据采集复杂度，更大的弊端是增加了曝光时间，即辐射剂量。针对该问题，中科院高能物理研究所朱佩平研究员提出了一种快速低剂量的相衬成像方法。该方法利用正反投影共轭的特性，实现了传统CT扫描模式的相衬CT成像方法。然而，该方法要求视场内所有像素相位步进曲线同步，增加了光栅均匀性要求。此外，Ge etal.提出了一种错位光栅替代分析光栅104，实现单次曝光成像。然而，这些方法都是基于传统Talbot或Talbot-Lau干涉仪，成像系统需要至少一块吸收光栅，降低了光子利用效率。同时在高能成像时，吸收光栅的大高宽比增加了光栅工艺难度。
目前，利用常规光源，X射线光栅相衬成像需要两块吸收光栅和一块相位光栅。两块吸收光栅不仅降低了光子利用效率，在高能成像时较大的高宽比增加了光栅加工难度。此外，X光栅相衬成像采用多幅图像分离信息的方法阻碍了相衬成像的广泛应用，基于此，本发明实施例提供的一种单光栅相衬成像方法及系统，可以缓解现有技术中存在的光栅相衬成像系统的工艺要求高、成本高和普及率低的技术问题，达到了降低光栅相衬成像系统的工艺难度、成本及提高光栅相衬成像系统的普及率的技术效果。
为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种单光栅相衬成像方法进行详细介绍，如图2所示，所述单光栅相衬成像方法可以包括以下步骤。
步骤S101，选择光源靶结构周期为p0的光源、光栅周期为p1的光栅及像素尺寸为p的探测器，其中，1/p0+1/Kp＝η/p1，K≥3，η为根据所述光栅类型确定的已知参数。
其中，
示例性的，所述光源可以为线阵光源，或者可以为点阵光源。若所述光源为所述线阵光源，则所述光栅为一维光栅；若所述光源为所述点阵光源，则所述光栅为二维光栅。本发明实施例中的光源可以同时起到传统光源和源光栅(吸收光栅)的作用，所以无需在光源和分束光栅之间设置吸收光栅。所述光栅(分束光栅)可以为相位光栅，或者可以为吸收光栅。
其中，若所述光栅为二维相位光栅，则所述相位光栅可以为网格型π/2相移光栅，或者可以为网格型π相移光栅，或者可以为棋盘型π/2相移光栅，或者可以为棋盘型π相移光栅。如图3所示，位于网格型π/2相移光栅正下方的为与网格型π/2相移光栅配对使用的光源阵列结构。位于网格型π相移光栅正下方的为与网格型π相移光栅配对使用的光源阵列结构。位于棋盘型π/2相移光栅正下方的为与棋盘型π/2相移光栅配对使用的光源阵列结构。位于棋盘型π相移光栅正下方的为与棋盘型π相移光栅配对使用的光源阵列结构。除棋盘型π相移光栅光源阵列结构的周期等于光栅周期的M/2(M-1)倍外，其它三种情况光源阵列结构的周期等于光栅周期的M/(M-1)倍。其中，d为所述第二距离，l为所述第一距离。
步骤S102，将所述光源、所述光栅和所述探测器放置在同一光路上，其中，所述光源与所述光栅之间具有第一距离、所述光栅与所述探测器之间具有第二距离，所述第二距离大于所述第一距离。
其中，若所述光栅为一维光栅，所述光源靶结构周期p0、所述光栅周期p1与所述第一距离之间满足以下关系式：
所述光栅周期p1、所述像素尺寸p、所述K值与所述第二距离之间满足以下关系式：
所述光源靶结构周期p0、所述像素尺寸p与所述K值之间满足以下关系式：
其中，l为所述第一距离，d为所述第二距离，n为已知参数，n根据所述光栅的类型确定，λ为已知的等效波长，M为预设的放大倍数，M＞2。n为分数Talbot级次。其中：
本发明实施例中，即d＞l。由于所述第二距离大于所述第一距离，所以增大了几何放大倍数，使得探测器可以直接探测光栅自成像图像，无需在光栅和探测器之间使用分析光栅。
步骤S103，将样品台放置在所述光源和所述探测器之间，并获取背景图像。
其中，所述样品台可以设置在所述光源和所述光栅之间，所述样品台也可以设置在所述光栅和所述探测器之间。
步骤S104，将待成像物体放置在所述样品台上，并对所述待成像物体成像，得到物体图像。
本发明实施例中，如图4所示，单光栅相衬成像方法还可以包括以下步骤：
步骤S105：利用预设计算公式，从所述背景图像和所述物体图像中提取物体吸收信号、物体折射信号和物体散射信号。
其中，若所述光栅为一维光栅，则所述预设计算公式为：
其中，表示对变量X取整，像素点(x，y)(x，y∈N+)处的物体吸收信号为M(x，y)，物体折射信号为θ(x，y)，物体散射信号为Is[x，y]表示所述物体图像中像素点(x，y)上的像素值，IB[x，y]表示所述背景图像中像素点(x，y)上的像素值，函数arg为取辐角，函数abs为取模，ls为所述光源与所述样品台之间的距离。
本发明实施例中，利用预设计算公式，从所述背景图像和所述物体图像中提取物体吸收信号、物体折射信号和物体散射信号。在现有的光栅相衬成像过程中，需要等间距移动光栅采集至少三张图像，才能完成后续的信息分离工作。为了与现有的信息分离过程进行类比，以所述光栅的栅条是竖直的为例进行说明。
(1)根据所述背景图像生成K张子背景图像。
从所述背景图像的第一列像素点开始，在水平方向上，每隔K-1个像素尺寸，取出一列像素点，组成第一张子背景图像；
从所述背景图像的第二列像素点开始，在水平方向上，每隔K-1个像素尺寸，取出一列像素点，组成第二张子背景图像，直到组成第K张子背景图像。
其中，只是将背景图像中的多列像素点进行了重新组合，分成了K张子背景图像，在每张子背景图像中，并没有改变每个像素点的在背景图像中的位置信息和像素值。
(2)根据所述物体图像生成K张子物体图像。
从所述物体图像的第一列像素点开始，在水平方向上，每隔K-1个像素尺寸，取出一列像素点，组成第一张子物体图像；
从所述物体图像的第二列像素点开始，在水平方向上，每隔K-1个像素尺寸，取出一列像素点，组成第二张子物体图像，直到组成第K张子物体图像。
其中，只是将物体图像中的多列像素点进行了重新组合，分成了K张子物体图像，在每张子物体图像中，并没有改变每个像素点的在物体图像中的位置信息和像素值。
因此，可以认为是从K张子背景图像和K张子物体图像中提取物体吸收信号、物体折射信号和物体散射信号。
示例性的，所述光栅的栅条可以是竖直的，可以是水平的，也可以是倾斜的。
若所述光栅为二维光栅，则可以在两个正交方向上分别获取物体吸收信号、物体折射信号和物体散射信号。由于物体吸收信号和物体散射信号为标量，不受方向因素的影响，所以二维吸收信号可取两个正交方向上的物体吸收信号的平均值，二维物体散射信号可取两个正交方向上的物体散射信号的平均值。物体折射信号为矢量，受方向因素的影响，所以二维物体折射信号包含两个正交方向上的物体折射信号。
二维光栅自成像距离可以用公式d＝lf/(l-f)表示，其中
f＝np1 2/(2η2λ)
n的取值可以如表1所示。
表1
其中，棋盘型的π相移二维光栅与π相移一维光栅的自成像距离相同，一维光栅换成二维光栅不需要改变光学臂长，可直接完成成像。
在本发明的又一实施例中，对本发明实施例所公开的一种单光栅相衬成像系统进行详细介绍，如图5所示，所述单光栅相衬成像系统可以包括：如上述实施例所述的光源201、光栅202、探测器203和样品台205。
所述光源201用于发射光源。
其中，所述光源201可以为线阵光源，或者可以为点阵光源。
所述样品台205设置在所述光源201和所述探测器203之间，用于放置待成像物体。
其中，所述样品台205可以设置在所述光源201和所述光栅202之间，所述样品台205也可以设置在所述光栅202和所述探测器203之间。
所述光栅202放置在所述光源201和所述探测器203之间，用于根据所述光源形成背景图像，及根据所述光源和所述待成像物体形成物体图像。
其中，所述光栅202的光栅周期为p1。
所述探测器203用于获取所述背景图像和所述物体图像，并输出所述背景图像和所述物体图像。
其中，所述探测器203的像素尺寸为p。
本发明实施例中，所述单光栅相衬成像系统还可以包括终端204；所述终端204和所述探测器203连接，用于接收所述探测器203输出的所述背景图像和所述物体图像，从所述背景图像和所述物体图像中提取物体吸收信号、物体折射信号和物体散射信号。
在工业应用的过程中，会使用线探测器。如图6所示，待成像物体通过皮带403传动，线探测器404设置在待成像物体所在的皮带下方，光栅402设置在所述线探测器404的正上方，一个光栅的自成像周期等于三倍的探测器像素尺寸，皮带403带动待成像物体从线探测器404和光栅402之间穿过，线探测器404和终端405连接，线探测器404将获取的背景图像和待成像物体的图像发送给终端405，利用预设计算公式完成吸收信号、相位信号以及散射信号的提取。
在医学领域，医用探测器为二维探测器，优先选用二维光栅成像，一次曝光获得物体的二维图像。一个光栅的自成像周期等于五倍的探测器像素尺寸，再基于正交的两个方向分别利用预设计算公式完成物体的二维相位信息的提取。
本发明实施例中的单光栅相衬成像系统的扫描模式可以完全与传统吸收CT的扫描模式兼容，均是在每个角度拍摄一张图像，而传统相衬CT的扫描模式是在每个角度拍摄至少三张图像，因此，本发明实施例不仅可以实现快速成像，而且能够大大的降低辐照剂量，提高光子的利用效率。
从上述技术方案可以看出，本发明提供的单光栅相衬成像方法及系统具有以下有益效果：
(1)本发明中，由于所述第二距离大于所述第一距离，增大了几何放大倍数，使得探测器可以直接探测光栅的自成像图像，避免由于现有技术中的探测器无法直接探测光栅的自成像图像而导致的引入分析光栅(吸收光栅)的问题，同时，本发明实施例中使用的光源能够代替传统光源和源光栅(吸收光栅)，所以，避免现有技术中使用源光栅的问题，因此，本发明实施例可以避免由于使用较多的吸收光栅而导致的光栅相衬成像系统的光子利用率低，工艺要求高、成本高和普及率低的问题，达到了提高光子利用效率，降低光栅相衬成像系统的工艺要求、成本及提高光栅相衬成像系统的普及率的技术效果；
(2)本发明中，选择具有光源靶结构周期p0的光源、具有光栅周期p1的光栅及具有像素尺寸p的探测器，其中，1/p0+1/Kp＝η/p1，K≥3，所以，所述光栅的自成像周期等于K倍的像素尺寸p，这样，探测器就可以一次性地获取背景图像，及一次性地获取物体图像，减少了图像采集的时间，避免由于现有技术中需要等间距移动光栅采集至少三张图像而导致的图像采集时间过长的问题，因此，能够避免光栅相衬成像过程效率低下的问题，达到了提高光栅相衬成像效率的效果。同时，对于心脏这类动态器官可以进行实时成像，由于只采集一次图像，所以，对于设备的稳定性要求降低，增强设备的实用性；
(3)本发明中，只使用了一块光栅，尤其在只使用一块相位光栅的情况下，相位光栅只是对光强进行重新分布，并不会降低光通量，与现有的相衬成像系统相比，本发明实施例中的单光栅相衬成像系统可以提高光子利用效率，同时，由于提高光子利用效率，所以，可以利用较短的时间达到相当的成像效果，从而减小辐射剂量；
(4)本发明中的单光栅相衬成像系统可以实现一次曝光成像，达到完全与传统吸收CT扫描模式兼容的效果，避免由于现有技术相位步进过程中的光子不能被利用而导致的物体受辐照剂量增加的问题，因此，本发明实施例不仅可以实现快速成像，而且能够大大的降低辐照剂量，提高光子的利用效率；
(5)本发明中，若所述光栅为二维光栅，则可以达到快速获得物体二维相位信息的效果，对于现有技术，若想要获得物体的二维相位信息，需要沿正交方向做步进运动(若一维相衬成像需要采集3次图像，则二维相衬成像需要采集9次图像)，相比一维相衬成像进一步增加了图像采集的难度，而对于本发明实施例，由于采用单光栅一次曝光相衬成像的技术方案，所以，能够一次曝光获得物体的二维相位信息，节省了图像采集的时间，提高了操作效率。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种单光栅相衬成像方法，其特征在于，包括：
选择光源靶结构周期为p0的光源、光栅周期为p1的光栅及像素尺寸为p的探测器，其中，1/p0+1/Kp＝η/p1，K≥3，η为根据所述光栅类型确定的已知参数；
将所述光源、所述光栅和所述探测器放置在同一光路上，其中，所述光源与所述光栅之间具有第一距离、所述光栅与所述探测器之间具有第二距离，所述第二距离大于所述第一距离；
将样品台放置在所述光源和所述探测器之间，并获取背景图像；
将待成像物体放置在所述样品台上，并对所述待成像物体成像，得到物体图像。
2.根据权利要求1所述的单光栅相衬成像方法，其特征在于，所述光栅为相位光栅或吸收光栅。
3.根据权利要求2所述的单光栅相衬成像方法，其特征在于，若所述光栅为一维光栅，所述光源靶结构周期p0、所述光栅周期p1与所述第一距离之间满足以下关系式：
所述光栅周期p1、所述像素尺寸p、所述K值与所述第二距离之间满足以下关系式：
所述光源靶结构周期p0、所述像素尺寸p与所述K值之间满足以下关系式：
其中，l为所述第一距离，d为所述第二距离，n为已知参数，n根据所述光栅的类型确定，λ为已知的等效波长，M为预设的放大倍数，M＞2。
4.根据权利要求3所述的单光栅相衬成像方法，其特征在于，方法还包括：
利用预设计算公式，从所述背景图像和所述物体图像中提取物体吸收信号、物体折射信号和物体散射信号。
5.根据权利要求4所述的单光栅相衬成像方法，其特征在于，若所述光栅为一维光栅，则所述预设计算公式为：
其中，表示对变量X取整，像素点(x，y)(x，y∈N+)处的物体吸收信号为M(x，y)，物体折射信号为θ(x，y)，物体散射信号为Is[x，y]表示所述物体图像中像素点(x，y)上的像素值，IB[x，y]表示所述背景图像中像素点(x，y)上的像素值，函数arg为取辐角，函数abs为取模，ls为所述光源与所述样品台之间的距离。
6.根据权利要求2所述的单光栅相衬成像方法，其特征在于，若所述相位光栅为二维相位光栅，则所述相位光栅为网格型π/2相移光栅或网格型π相移光栅或棋盘型π/2相移光栅或棋盘型π相移光栅。
7.根据权利要求1所述的单光栅相衬成像方法，其特征在于，所述光源为线阵光源或点阵光源。
8.根据权利要求7所述的单光栅相衬成像方法，其特征在于，若所述光源为所述线阵光源，则所述光栅为一维光栅；
若所述光源为所述点阵光源，则所述光栅为二维光栅。
9.一种单光栅相衬成像系统，其特征在于，包括：如权利要求1至8中任一项所述的光源、光栅、探测器和样品台；
所述光源用于发射光源；
所述样品台设置在所述光源和所述探测器之间，用于放置待成像物体；
所述光栅设置在所述光源和所述探测器之间，用于根据所述光源形成背景图像，及根据所述光源和所述待成像物体形成物体图像；
所述探测器用于获取所述背景图像和所述物体图像，并输出所述背景图像和所述物体图像。
10.根据权利要求9所述的单光栅相衬成像系统，其特征在于，还包括：终端；
所述终端和所述探测器连接，用于接收所述探测器输出的所述背景图像和所述物体图像，从所述背景图像和所述物体图像中提取物体吸收信号、物体折射信号和物体散射信号。
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