CN111193851B - 一种大视场高分辨率成像装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种大视场高分辨率成像装置，包括：将多个成像单元进行拼接组合而成的成像阵列和CsI荧光屏，其中，每个成像单元由串联光锥列和增强型CCD耦合而成；所述串联光锥列，用于传导光信号，由大光锥和小光锥串联而成，所述大光锥的小端面串联小光锥大端面，所述大光锥的大端面与CsI荧光屏贴合；所述小光锥小端面作为图像增强器的输入窗口；所述增强型CCD，由图像增强器和CCD相机耦合而成；所述图像增强器用于增加探测效率，提高图像亮度和对比度；所述CCD相机用于将光信号转换为电信号，将成像信息以数字信号的形式存储，所述CCD相机的感光屏作为图像增强器的输出窗口。采用本发明能够扩大成像视野，减小图像畸变，提高图像分辨率。

Description

一种大视场高分辨率成像装置
技术领域
本发明涉及图像摄取处理技术领域，特别涉及一种大视场高分辨率成像装置。
背景技术
现有技术中，一般采用大光锥直接耦合相机的成像模式，大光锥排列成光锥阵列实现大视野成像。
但是，由于光锥大端面积大、小端面积小，使得光锥锥比度较大，边缘单丝皮层过薄，从而引起漏光，导致光锥总体透光率降低。而且光锥锥度比较大，导致边缘单丝和中心单丝伸长不同，使得图像产生几何畸变。
并且，选取碘化铯(CsI)作为荧光屏材料时，荧光屏越厚，X射线在屏内发生吸收的次数越多，相应产生荧光的概率也越大。但是随着厚度的增大，荧光穿过屏的概率变小，成像分辨率降低。对于系统高分辨率成像需求，通常选取厚度较薄的荧光屏，采取牺牲亮度的情况下而获得较高的分辨率。
由上述可以确定，现有技术光锥阵列直接耦合相机模式的成像方法虽然可以得到一定的分辨率，但是光锥的锥比度大、透光率低、图像容易产生几何畸变。在光锥阵列上制作厚度较薄的X射线荧光屏虽然可以获得更高的分辨率，但荧光透过率减小、图像亮度及对比度降低。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种大视场高分辨率成像装置，减小图像畸变，增强图像亮度和对比度，提高图像分辨率，扩大成像视场。
本发明提供了一种大视场高分辨率成像装置，包括：将多个成像单元进行拼接组合而成的成像阵列和CsI荧光屏，其中，每个成像单元由串联光锥列和增强型电荷耦合器件CCD耦合而成；
所述串联光锥列，用于传导光信号，由大光锥和小光锥串联而成，所述大光锥的小端面串联小光锥大端面，所述大光锥的大端面与CsI荧光屏贴合；所述小光锥小端面作为图像增强器的输入窗口；
所述增强型CCD，由图像增强器和CCD相机耦合而成；所述图像增强器用于增加探测效率，提高图像亮度和对比度；所述CCD相机用于将光信号转换为电信号，将成像信息以数字信号的形式存储，所述CCD相机的感光屏作为图像增强器的输出窗口。
由上述的技术方案可见，本发明提供了一种大视场高分辨率成像装置，通过串联大光锥和小光锥形成串联光锥列来增加透光率，减小图像几何畸变，提高图像分辨率。由串联光锥列耦合增强型电荷耦合器件(CCD)构成一个成像单元，弥补荧光透过率降低所造成的亮度减小，增加图像亮度和对比度。通过多个成像单元的拼接实现大视野、高分辨率成像。相较于使用大光锥直接耦合相机的模式，分辨率更高、视野更大。
附图说明
图1为本发明成像装置结构示意图。
图2为本发明成像装置三维可视化模型示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。
本发明通过串联大光锥和小光锥形成串联光锥列来增加透光率，减小图像几何畸变，提高图像分辨率。由串联光锥列耦合增强型CCD构成一个成像单元。其中，增强型CCD由图像增强器和CCD相机耦合而成，将多个成像单元进行组合拼接形成大视野成像阵列，最后在系统前端耦合CsI荧光屏。图1为本发明成像装置结构示意图。
图2为本发明成像装置三维可视化模型示意图，由4个成像单元组合排列而成。每个成像单元中包括大光锥2、小光锥3、图像增强器4和CCD相机5。4个成像单元拼接形成成像阵列，在成像阵列光锥前端耦合CsI荧光屏1形成大视野成像装置。在实际应用中，可以根据待测物体体积大小，可对成像单元任意进行排列拼接，扩展成像视野，形成任意尺寸的成像视野。可以是2*2个成像单元，也可以是3*3等任意个成像单元的拼接。
本发明成像装置包括：将多个成像单元进行拼接组合而成的成像阵列和CsI荧光屏，其中，每个成像单元由串联光锥列和增强型CCD耦合而成；
所述串联光锥列，用于传导光信号，由大光锥和小光锥串联而成，所述大光锥的小端面串联小光锥大端面，所述大光锥的大端面与CsI荧光屏贴合；所述小光锥小端面作为图像增强器的输入窗口；
所述增强型CCD，由图像增强器和CCD相机耦合而成；所述图像增强器用于增加探测效率，降低X射线剂量，提高图像亮度和对比度；所述CCD相机用于将光信号转换为电信号，将成像信息以数字信号的形式存储，所述CCD相机的感光屏作为图像增强器的输出窗口。
下面进行详细说明：
1、成像单元设计
由串联光锥列耦合增强型CCD组成一个成像单元。
(1)串联光锥列
由于成像装置的CCD相机芯片感光面积小，使得与其耦合的光锥小端面直径较小，大端面直径较大，耦合单光锥会使得锥比度过大。由锥形光纤传播理论可知，对于确定的光锥材料，在其芯料吸收和内反射损耗大小一定的条件下，随着光锥锥比度的增大，光锥的透过率降低。减小光锥锥比度，有利于改善光锥透过率、减小图像畸变，提高图像分辨率。
本发明将每一个大光锥的小端面后串联一个小光锥，使两个光锥精准贴合，将连接处间隙减小至最小，加固固定之后将拼接处抽至真空。串联之后的两个光锥锥比度是单光锥的1/2，能量损失减少，提高了光锥透过率，减小图像畸变程度。
(2)图像增强器与CCD相机耦合
图像增强器可以增加探测效率、增强图像亮度和对比度，将图像增强器耦合到CCD相机上可以提高CCD相机的灵敏度，获得高增益、高信噪比、大动态范围的增强型CCD。本发明将图像增强器与CCD相机进行耦合，为保证系统分辨率，本发明直接将CCD相机的感光屏作为图像增强器的输出窗口，省去中继耦合器件，提高转换效率，实现了高分辨率成像的要求。
(3)串联光锥列与增强型CCD耦合
将串联光锥列与增强型CCD耦合可以提高转换效率，增强图像亮度和对比度，实现了仅用较小能量的X射线就能得到高分辨率的成像，并且在微弱光下也能得到清晰的成像。为提高系统的分辨率，直接将小光锥小端面的光纤材料作为图像增强器的输入窗口，减小了耦合处光的损耗，提高了透过率。
2、大视野成像装置
将多个成像单元进行拼接组合为成像阵列，在成像阵列光锥前端耦合CsI荧光屏形成大视野成像装置。
(1)成像单元拼接组合
将每一个成像单元根据光锥大端面垂直和水平方向找平进行拼接固定，形成拼接型成像阵列，根据待测物体体积大小，可对成像单元任意进行排列拼接，扩展成像视野。
(2)CsI荧光屏与成像阵列耦合
为达到高分辨率成像要求，选取可以减少荧光扩散的CsI作为荧光屏材料，对成像阵列使用金属框架进行固定，将荧光屏镶嵌至金属框架内，将拼接处抽至真空，使其于光锥大端面精密贴合再进行加固。
本发明成像装置工作流程如下：
(1)X射线经微焦点射线源发出后，经过CsI荧光屏，X射线与荧光屏中的原子或者分子发生核作用，原子或者分子受激发产生可见光。
(2)可见光通过串联光锥列中的光导纤维传导光信号，入射图像从串联光锥列的一端传送至另一端。
(3)光信号通过图像增强器将光电子倍增，提高转换效率和灵敏度，增强图像亮度和对比度。
(4)面阵CCD相机的感光芯片完成从光信号到电信号的转换，经过增强的光信号通过高分辨率CCD阵列转变为电信号，将成像信息以数字信号的形式存储。将CCD阵列得到的图像进行拼接处理，最终得到大视野、高分辨率的成像结果。
综上，本发明有益效果在于：
1、通过将大光锥的小端面串联小光锥大端面，实现光锥串联耦合，以增大透光率、减小图像畸变，提高图像分辨率。
2、增强型CCD由图像增强器和CCD相机耦合而成，增加了图像亮度和对比度，提高了转换效率和灵敏度，将串联光锥列与增强型CCD耦合，实现了仅用较小能量的X射线就能得到高分辨率的成像。
3、可以根据待测物体体积大小，可对成像单元任意进行排列拼接，扩展成像视野，形成任意尺寸的成像视野。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限定本发明的包含范围，凡在本发明技术方案的精神和原则之内，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 (3)

1.一种大视场高分辨率成像装置，其特征在于，包括：将多个成像单元进行拼接组合而成的成像阵列和碘化铯CsI荧光屏，其中，每个成像单元由串联光锥列和增强型电荷耦合器件CCD耦合而成；
所述串联光锥列，用于传导光信号，由大光锥和小光锥串联而成，所述大光锥的小端面串联小光锥大端面，所述大光锥的大端面与CsI荧光屏贴合；所述小光锥小端面作为图像增强器的输入窗口；其中，大光锥和小光锥串联之后，所述大光锥或者小光锥的锥比度相比单光锥减小；
所述增强型CCD，由图像增强器和CCD相机耦合而成；所述图像增强器用于增加探测效率，提高图像亮度和对比度；所述CCD相机用于将光信号转换为电信号，将成像信息以数字信号的形式存储，所述CCD相机的感光屏作为图像增强器的输出窗口。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述成像阵列与CsI荧光屏耦合的一端固定有金属框架，所述CsI荧光屏镶嵌在金属框架内。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述成像单元以任意个数拼接组合在CsI荧光屏的后端。
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