CN110412060B - 一种CT扫描全帧CCD型x射线探测器smear校正方法 - Google Patents
一种CT扫描全帧CCD型x射线探测器smear校正方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种CT扫描全帧CCD型x射线探测器smear校正方法，属于无损检测领域。本发明针对动态曝光CT扫描，在控制系统精确同步控制下，分别采集具有CCD曝光操作的图像和无CCD曝光操作的图像，通过图像相减得到目标图像。克服了动态CT扫描时smear校正问题，达到很好的数据smear校正效果。本发明对静态曝光CT扫描同样适用。
Description
技术领域
本发明属于无损检测领域，涉及一种CT扫描全帧CCD型x射线探测器smear校正方法。
背景技术
计算机层析成像(CT)扫描过程通常有两种扫描方式：一种是被测物体相对旋转运动到既定位置后停止旋转进行曝光探测，这种方式为静态曝光CT扫描；另一种是被测物体以一定速度连续相对旋转，到既定位置后触发曝光探测而不停止旋转，这种方式为动态曝光CT扫描。
全帧CCD型X射线探测器常应用于高分辨CT检测，由于其帧转移过程中，感光区域仍在感光，形成smear，这是全帧CCD的固有特性。同时，由于x射线穿透能力较强的影响，普通添加机械快门的方式不适用与该类探测器的smear校正，该类探测器的smear校正通常的方法有四种：
第一种是提高帧转移速度以减弱smear效应，这种方法能够减弱但不能完全校正smear效应，同时由于CCD固有特性的限制，过高的读取速度会大大增加数据读出噪声；
第二种是增加曝光时间以减弱smear效应，这种方法也能减弱但不能校正smear效应，同时由于CCD积分容量的限制，在一定射线能量下，对曝光时间有一定的限制，过长的时间容易造成数据饱和。
第三种是应用暗像素区域进行数据校正，这种方法直接利用暗参考行在曝光时间不感光，在帧转移的过程中接收到与感光区域相同smear信号的特点，简单的通过数据相减完成smear校正。这种方法简单，适用于静态CT扫描CCD连续帧转移采集方式，但对CCD触发式采集方式不适用，同时由于在曝光时间内射线辐射及暗参考行个数通常较少的影响，得到的smear噪声偏大。
第四种是根据smear产生原理，通过数据方法求解smear信号，有较高准确度和信噪比，适用于静态CT扫描方式，但由于计算复杂，部分方法需要进行数据迭代，奇异数据影响会扩散。
前两种方法不能完全消除smear，后面两种方法在静态曝光CT扫描时，能达到较好的smear校正效果。在进行动态曝光CT扫描时，由于CCD曝光及帧转移过程中，被检测物体仍在相对旋转，如图1所示，CCD曝光开始到曝光结束被测物体已旋转一个角度，到电荷读出完成被测物体又旋转了一个角度，造成曝光图像与smear的关系复杂，应用以上的方法均不能达到很好的数据smear校正效果。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种CT扫描全帧CCD型x射线探测器smear校正方法，在控制系统精确同步控制下分别采集具有CCD曝光操作的图像和无CCD曝光操作的图像，通过图像相减得到目标图像。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种CT扫描全帧CCD型x射线探测器smear校正方法，该方法包括以下步骤：
S1：探测器在空闲状态无帧转移操作，在检测到控制系统同步信号后，进入清空电荷状态，控制行转移时钟，实现N次快速行转移，迅速清空CCD各像素的内部电荷，N为CCD行像素数量。由于FPGA的高速处理能力，探测器对控制系统同步信号的响应时间小于10ns；
S2：.进入曝光状态，等待CCD曝光时间达到预设值；
S3：进入数据读出状态，控制行转移时钟、水平读出时钟和读出复位脉冲信号，将CCD所有数据读出得到曝光图像，图像可描述为：
I(x,y)＝Iz(x,y)+Iu(x,y)+Is(x,y)
其中(x,y)为像素点坐标，I(x,y)为采集得到的图像，Iz(x,y)快速行转移造成的smear，Iu(x,y)为目标图像，Is(x,y)为数据读出造成的smear；
S4：完成一次ct扫描后继续添加扫描一次，探测器在空闲状态无帧转移操作，在检测到控制系统同步信号后，直接进入曝光状态，等待CCD曝光时间达到预设值；
S5：进入清空电荷状态，控制行转移时钟，实现N次快速行转移，迅速清空CCD各像素的内部电荷；
S6：进入数据读出状态，控制行转移时钟、水平读出时钟和读出复位脉冲信号，将CCD所有数据读出得到smear图像，图像描述为：
I(x,y)′＝Iz(x,y)′+Is(x,y)
其中(x,y)为像素点坐标，I(x,y)′为采集得到的图像，Iz(x,y)′快速行转移造成的smear，Is(x,y)为数据读出造成的smear；
S7：由于快速行转移时间较短且转移时形成smear区域紧邻曝光区域两侧：
Iz(x,y)≈Iz(x,y)′
通过对应扫描位置的曝光图像和smear图像相减，得到目标图像：
Iu(x,y)≈I(x,y)-I(x,y)′
本发明的有益效果在于：本发明在控制系统精确同步控制下分别采集具有CCD曝光操作的图像和无CCD曝光操作的图像，通过图像相减得到目标图像，达到很好的数据smear校正效果。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：
图1为动态曝光CT扫描示意图；
图2为本发明方法时序图；
图3为本发明方法状态转换图。
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。需要说明的是，以下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，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
请参阅图1～图3，为一种CT扫描全帧CCD型x射线探测器smear校正方法，该方法对静态CT扫描同样适用。图1为动态曝光CT扫描示意图。本方法的时序如图2所示。应用FPGA作为探测器控制芯片，进行采集控制的状态转换实现如图3所示，图中，intinal表示空闲状态，integral表示曝光状态，clear表示清空电荷状态，readout表示电荷读出状态。
具体实现步骤如下：
1.探测器在空闲状态无帧转移操作，在检测到控制系统同步信号后，进入清空电荷状态，控制行转移时钟，实现N次快速行转移，迅速清空CCD各像素的内部电荷，N为CCD行像素数量。由于FPGA的高速处理能力，探测器对控制系统同步信号的响应时间小于10ns；
2.进入曝光状态，等待CCD曝光时间达到预设值；
3.进入数据读出状态，控制行转移时钟、水平读出时钟和读出复位脉冲信号，将CCD所有数据读出得到曝光图像，图像可描述为：
I(x,y)＝Iz(x,y)+Iu(x,y)+Is(x,y)
其中(x,y)为像素点坐标，I(x,y)为采集得到的图像，Iz(x,y)快速行转移造成的smear，Iu(x,y)为目标图像，Is(x,y)为数据读出造成的smear；
4.完成一次ct扫描后继续添加扫描一次，探测器在空闲状态无帧转移操作，在检测到控制系统同步信号后，直接进入曝光状态，等待CCD曝光时间达到预设值；
5.进入清空电荷状态，控制行转移时钟，实现N次快速行转移，迅速清空CCD各像素的内部电荷；
6.进入数据读出状态，控制行转移时钟、水平读出时钟和读出复位脉冲信号，将CCD所有数据读出得到smear图像，图像可描述为：
I(x,y)′＝Iz(x,y)′+Is(x,y)
其中(x,y)为像素点坐标，I(x,y)′为采集得到的图像，Iz(x,y)′快速行转移造成的smear，Is(x,y)为数据读出造成的smear；
7.由于快速行转移时间较短且转移时形成smear区域紧邻曝光区域两侧：
Iz(x,y)≈Iz(x,y)′
通过对应扫描位置的曝光图像和smear图像相减，得到目标图像：
Iu(x,y)≈I(x,y)-I(x,y)′
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (1)
1.一种CT扫描全帧CCD型x射线探测器smear校正方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
S1：探测器在空闲状态无帧转移操作，在检测到控制系统同步信号后，进入清空电荷状态，控制行转移时钟，实现N次快速行转移，迅速清空CCD各像素的内部电荷，N为CCD行像素数量；由于FPGA的高速处理能力，探测器对控制系统同步信号的响应时间小于10ns；
S2：进入曝光状态，等待CCD曝光时间达到预设值；
S3：进入数据读出状态，控制行转移时钟、水平读出时钟和读出复位脉冲信号，将CCD所有数据读出得到曝光图像，图像描述为：
I(x,y)＝Iz(x,y)+Iu(x,y)+Is(x,y)
其中(x,y)为像素点坐标，I(x,y)为采集得到的图像，Iz(x,y)快速行转移造成的smear，Iu(x,y)为目标图像，Is(x,y)为数据读出造成的smear；
S4：完成一次ct扫描后继续添加扫描一次，探测器在空闲状态无帧转移操作，在检测到控制系统同步信号后，直接进入曝光状态，等待CCD曝光时间达到预设值；
S5：进入清空电荷状态，控制行转移时钟，实现N次快速行转移，迅速清空CCD各像素的内部电荷；
S6：进入数据读出状态，控制行转移时钟、水平读出时钟和读出复位脉冲信号，将CCD所有数据读出得到smear图像，图像描述为：
I(x,y)′＝Iz(x,y)′+Is(x,y)
其中(x,y)为像素点坐标，I(x,y)′为采集得到的图像，Iz(x,y)′快速行转移造成的smear，Is(x,y)为数据读出造成的smear；
S7：由于快速行转移时间较短且转移时形成smear区域紧邻曝光区域两侧：
Iz(x,y)≈Iz(x,y)′
通过对应扫描位置的曝光图像和smear图像相减，得到目标图像：
Iu(x,y)≈I(x,y)-I(x,y)′。
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