CN111795980B - 一种基于逐像素高斯函数拟合法的x射线边界照明成像方法 - Google Patents

一种基于逐像素高斯函数拟合法的x射线边界照明成像方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111795980B
CN111795980B CN202010772324.2A CN202010772324A CN111795980B CN 111795980 B CN111795980 B CN 111795980B CN 202010772324 A CN202010772324 A CN 202010772324A CN 111795980 B CN111795980 B CN 111795980B
Authority
CN
China
Prior art keywords
pixel
mask
projection image
fitting
axis direction
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202010772324.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111795980A (zh
Inventor
王志立
陈恒
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hefei University of Technology
Original Assignee
Hefei University of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hefei University of Technology filed Critical Hefei University of Technology
Priority to CN202010772324.2A priority Critical patent/CN111795980B/zh
Publication of CN111795980A publication Critical patent/CN111795980A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111795980B publication Critical patent/CN111795980B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N23/00—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N23/00—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00
    • G01N23/02—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by transmitting the radiation through the material
    • G01N23/06—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by transmitting the radiation through the material and measuring the absorption
    • G01N23/083—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by transmitting the radiation through the material and measuring the absorption the radiation being X-rays
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N23/00—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00
    • G01N23/20—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by using diffraction of the radiation by the materials, e.g. for investigating crystal structure; by using scattering of the radiation by the materials, e.g. for investigating non-crystalline materials; by using reflection of the radiation by the materials
    • G01N23/20083—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by using diffraction of the radiation by the materials, e.g. for investigating crystal structure; by using scattering of the radiation by the materials, e.g. for investigating non-crystalline materials; by using reflection of the radiation by the materials by using a combination of at least two measurements at least one being a transmission measurement and one a scatter measurement
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2223/00—Investigating materials by wave or particle radiation
    • G01N2223/03—Investigating materials by wave or particle radiation by transmission
    • G01N2223/04—Investigating materials by wave or particle radiation by transmission and measuring absorption
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2223/00—Investigating materials by wave or particle radiation
    • G01N2223/045—Investigating materials by wave or particle radiation combination of at least 2 measurements (transmission and scatter)
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2223/00—Investigating materials by wave or particle radiation
    • G01N2223/10—Different kinds of radiation or particles
    • G01N2223/101—Different kinds of radiation or particles electromagnetic radiation
    • G01N2223/1016—X-ray
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2223/00—Investigating materials by wave or particle radiation
    • G01N2223/40—Imaging
    • G01N2223/401—Imaging image processing

Abstract

本发明公开了一种基于逐像素高斯函数拟合法的X射线边界照明成像方法，是应用于沿Z轴向上依次设置有X射线源、调制掩膜、分析探测掩膜和图像探测器所构成的X射线边界照明成像系统中，且在沿Y轴向上中心对齐；X射线入射到调制掩膜被空间调制，出射的调制X射线在穿透被成像物后，入射到分析探测掩膜，X射线的空间调制被转换成光强变化后，被图像探测器记录；利用提出的逐像素高斯拟合法处理图像探测器记录的投影图像，可同时获取被成像物的吸收信号、折射信号和散射信号。本发明能够解决光强曲线的偏置不为零时被成像物的吸收、折射和散射信号的准确提取问题，能够解决光强分布非均一导致的信号提取不准确问题。

Description

一种基于逐像素高斯函数拟合法的X射线边界照明成像方法
技术领域
本发明涉及X射线成像方法领域，具体的说是一种基于逐像素高斯函数拟合法的X射线边界照明成像方法。
背景技术
X射线边界照明成像方法具有多模式成像能力，能够同时获取被成像物体的吸收信号、折射信号和散射信号。作为现有X射线吸收衬度成像技术的有力补充，X射线边界照明成像方法具有高空间分辨率、高灵敏度等优点，在临床前乳腺成像、工业无损检测、食品安全检测等众多领域具有广阔的潜在应用价值。X射线边界照明成像方法利用调制掩膜对入射X射线的振幅进行空间调制，而物体内部折射率的空间分布差异会导致X射线空间调制的局部扭曲。这些局部扭曲被分析探测掩膜转换成可被探测器测量的光强变化。特别地，X射线边界照明成像方法对X射线源的空间相干性和时间相干性几乎没有要求，因此被认为是最有可能推广到临床应用的X射线多模式成像方法之一。
当前，X射线边界照明成像方法通常采用三图全局拟合法来进行多模式成像的图像数据采集，和提取被成像物体的吸收、折射和散射信号。三图全局拟合法要求：光强曲线的偏置必须为零。偏置不为零时，三图全局拟合法不能准确提取被成像物体的吸收信号、折射信号和散射信号；视场范围内光强分布必须均一。而事实上，调制掩膜或分析探测掩膜不可避免地存在局部缺陷，将会导致光强分布的非均一。在这种情形下，三图全局拟合法不能准确提取被成像物体的吸收信号、折射信号和散射信号。这些局限性阻碍了X射线边界照明成像方法在材料科学等要求定量表征领域的推广应用。因此，发展新的X射线边界照明成像方法，克服三图全局拟合法要求光强曲线偏置为零、光强分布必须均一的局限性，就成为X射线边界照明成像方法推广应用进程中需要解决的问题之一。
发明内容
本发明为避免现有成像方法的不足之处，提出一种基于逐像素高斯函数拟合法的X射线边界照明成像方法，以期能在光强曲线的偏置不为零时，准确提取被成像物的吸收、折射和散射信号；在光强分布不满足均一条件时，准确提取被成像物的吸收、折射和散射信号，从而为实现准确、定量、普适的X射线边界照明成像提供新途径。
为达到上述发明目的，本发明采用如下技术方案：
本发明一种基于逐像素高斯函数拟合法的X射线边界照明成像方法的特点是应用于由X射线源、调制掩膜、分析探测掩膜和图像探测器组成的X射线边界照明成像系统中，
以所述X射线源的位置点为坐标系原点O，以光轴方向为Z轴向，垂直于光轴、且平行于所述调制掩膜的调制结构方向为Y轴向，以共同垂直于光轴和所述调制掩膜的调制结构方向为X轴向，建立直角坐标系O-XYZ；
在沿Z轴向上依次设置有所述X射线源、调制掩膜、分析探测掩膜和图像探测器；且所述X射线源、调制掩膜、分析探测掩膜和图像探测器在沿Y轴向上中心对齐；
所述X射线边界照明成像方法是按如下步骤进行：
步骤1、设置各器件相关位置，且满足：0＜d21＜d31＜d41，其中，d21为所述调制掩膜与所述X射线源在沿Z轴向上的相对距离，d31为所述分析探测掩膜与所述X射线源在沿Z轴向上的相对距离，d41为所述图像探测器与所述X射线源在沿Z轴向上的相对距离；
步骤2、获取背景投影图像：
步骤2.1、设置所述分析探测掩膜与所述调制掩膜在沿X轴向上的第一相对位移为x1；启动所述X射线源后，利用所述图像探测器按照第一曝光时长t1获取第一背景投影图像
Figure BDA0002617109770000021
步骤2.2、设置所述分析探测掩膜与所述调制掩膜在沿X轴向上的第二相对位移为x2；利用所述图像探测器按照第二曝光时长t2获取第二背景投影图像
Figure BDA0002617109770000022
步骤2.3、设置所述分析探测掩膜与所述调制掩膜在沿X轴向上的第三相对位移为x3；利用所述图像探测器按照第三曝光时长t3获取第三背景投影图像
Figure BDA0002617109770000023
步骤2.4、设置所述分析探测掩膜与所述调制掩膜在沿X轴向上的第四相对位移为x4；利用所述图像探测器按照第四曝光时长t4获取第四背景投影图像
Figure BDA0002617109770000024
步骤2.5、设置所述分析探测掩膜与所述调制掩膜在沿X轴向上的第五相对位移为x5；利用所述图像探测器按照第五曝光时长t5获取第五背景投影图像
Figure BDA0002617109770000025
关闭所述X射线源；
步骤3、获取被成像物的投影图像：
步骤3.1、将被成像物沿Z轴向放置在所述调制掩膜和所述分析探测掩膜的中间；并将所述被成像物与所述X射线源在沿Z轴向上的相对距离记为d51，且满足d21＜d51＜d31；设置所述被成像物与所述调制掩膜在沿Y轴向上中心对齐；
步骤3.2、设置所述分析探测掩膜与所述调制掩膜在沿X轴向上的第一相对位移为x1；启动所述X射线源后，利用所述图像探测器按照所述第一曝光时长t1获取所述被成像物的第一投影图像
Figure BDA0002617109770000031
步骤3.3、设置所述分析探测掩膜与所述调制掩膜在沿X轴向上的第二相对位移为x2；利用所述图像探测器按照所述第二曝光时长t2获取所述被成像物的第二投影图像
Figure BDA0002617109770000032
步骤3.4、设置所述分析探测掩膜与所述调制掩膜在沿X轴向上的第三相对位移为x3；利用所述图像探测器按照所述第三曝光时长t3获取所述被成像物的第三投影图像
Figure BDA0002617109770000033
步骤3.5、设置所述分析探测掩膜与所述调制掩膜在沿X轴向上的第四相对位移为x4；利用所述图像探测器按照所述第四曝光时长t4获取所述被成像物的第四投影图像
Figure BDA0002617109770000034
步骤3.6、设置所述分析探测掩膜与所述调制掩膜在沿X轴向上的第五相对位移为x5；利用所述图像探测器按照所述第五曝光时长t5获取所述被成像物的第五投影图像
Figure BDA0002617109770000035
关闭所述X射线源；
步骤4、利用逐像素高斯函数拟合法获得背景投影图像的拟合参数：
步骤4.1、定义投影图像的行数为W，列数为H；定义N1为当前行数，N2为当前列数，并初始化N1＝1；
步骤4.2、初始化N2＝1；
步骤4.3、利用式(1)作多参数拟合，得到像素(N1,N2)的第一拟合参数A0(N1,N2)、第二拟合参数θ0(N1,N2)、第三拟合参数S0(N1,N2)、第四拟合参数B0(N1,N2)，且满足A0＞0，S0＞0，B0＞0：
Figure BDA0002617109770000041
式(1)中，
Figure BDA0002617109770000042
分别表示所述第一背景投影图像
Figure BDA0002617109770000043
第二背景投影图像
Figure BDA0002617109770000044
第三背景投影图像
Figure BDA0002617109770000045
第四背景投影图像
Figure BDA0002617109770000046
第五背景投影图像
Figure BDA0002617109770000047
中像素(N1,N2)的数值；
步骤4.4、将N2+1赋值给N2后，判断N2＞H是否成立，若成立，则执行步骤4.5；否则，返回步骤4.3；
步骤4.5、将N1+1赋值给N1后，判断N1＞W是否成立，若成立，表示背景投影图像的逐像素拟合过程结束，得到所有像素的第一拟合参数A0、第二拟合参数θ0、第三拟合参数S0、第四拟合参数B0；否则，返回步骤4.2；
步骤5、利用逐像素高斯函数拟合法获得所述被成像物(5)的投影图像的拟合参数：
步骤5.1、初始化N1＝1；
步骤5.2、初始化N2＝1；
步骤5.3、利用式(2)作多参数拟合，得到像素(N1,N2)的第一物体拟合参数A1(N1,N2)、第二物体拟合参数θ1(N1,N2)、第三物体拟合参数S1(N1,N2)、第四物体拟合参数B1(N1,N2)，且满足A1＞0，S1＞0，B1＞0：
Figure BDA0002617109770000051
式(2)中，
Figure BDA0002617109770000052
分别表示所述被成像物的第一投影图像
Figure BDA0002617109770000053
第二投影图像
Figure BDA0002617109770000054
第三投影图像
Figure BDA0002617109770000055
第四投影图像
Figure BDA0002617109770000056
第五投影图像
Figure BDA0002617109770000057
中像素(N1,N2)的数值；
步骤5.4、将N2+1赋值给N2后，，判断N2＞H是否成立，若成立，则执行步骤5.5；否则，返回步骤5.3；
步骤5.5、将N1+1赋值给N1后，判断N1＞W是否成立，若成立，则表示所述被成像物的投影图像的逐像素拟合过程结束，得到所有像素的第一物体拟合参数A1、第二物体拟合参数θ1、第三物体拟合参数S1、第四物体拟合参数B1；否则，返回步骤5.2；
步骤6、利用式(3)逐像素提取所述被成像物的吸收信号T：
T＝A1/A0 (3)
步骤7、利用式(4)逐像素提取所述被成像物的折射信号θR：
θR＝θ1-θ0 (4)
步骤8、利用式(5)逐像素提取所述被成像物的散射信号S：
Figure BDA0002617109770000058
以所述被成像物的吸收信号T、折射信号θR、散射信号S作为所述X射线边界照明成像方法的结果。
与已有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明利用光强曲线的高斯函数近似，提出了一种基于逐像素高斯函数拟合法的X射线边界照明成像方法，克服了三图全局拟合法要求光强偏置为零的局限性，实现了光强曲线的偏置不为零时，被成像物的吸收、折射和散射信号的准确提取；解决了光强分布不均一时，被成像物的吸收信号、折射信号、散射信号的准确提取问题，实现了准确、定量、普适的X射线边界照明成像；
2、与现有的三图全局拟合法相比，本发明在作高斯函数拟合时，专门引入了一个拟合参数，解决光强偏置不为零的问题，克服了三图全局拟合法要求光强偏置为零的局限性，实现了折射成像、散射成像的定量准确性；
3、与现有的三图全局拟合法相比，本发明采用了逐像素高斯函数拟合，从而消除了光强分布的局部不均一导致的多模式成像的不准确性，实现了被成像物的吸收信号、折射信号和散射信号的准确提取；
附图说明
图1为现有技术中X射线边界照明成像装置示意图；
图2为现有技术中的光强曲线图及其高斯函数拟合图；
图3为本发明被成像物吸收信号的提取结果图；
图4为本发明被成像物折射信号的提取结果图；
图5为本发明被成像物散射信号的提取结果图；
图中标号：1X射线源；2调制掩膜；3分析探测掩膜；4图像探测器；5被成像物。
具体实施方式
本实施例中，参见图1，设置由X射线源1、调制掩膜2、分析探测掩膜3和图像探测器4构成的X射线边界照明成像装置；如图1所示，以X射线源1的位置点为坐标系原点O，以光轴方向为Z轴向，垂直于光轴、且平行于调制掩膜2的调制结构方向为Y轴向，以共同垂直于光轴和调制掩膜2的调制结构方向为X轴向，建立直角坐标系O-XYZ；在沿Z轴向上依次设置有X射线源1、调制掩膜2、分析探测掩膜3和图像探测器4；且X射线源1、调制掩膜2、分析探测掩膜3和图像探测器4在沿Y轴向上中心对齐；
X射线边界照明成像方法是按如下步骤进行：
步骤1、设置各器件相关位置，满足：0＜d21＜d31＜d41，其中，d21为调制掩膜2与X射线源1在沿Z轴向上的相对距离，d31为分析探测掩膜3与X射线源1在沿Z轴向上的相对距离，d41为图像探测器4与X射线源1在沿Z轴向上的相对距离；
步骤2、获取背景投影图像：
步骤2.1、设置分析探测掩膜3与调制掩膜2在沿X轴向上的第一相对位移为x1；启动X射线源1后，利用图像探测器4按照第一曝光时长t1获取第一背景投影图像
Figure BDA0002617109770000072
步骤2.2、设置分析探测掩膜3与调制掩膜2在沿X轴向上的第二相对位移为x2；利用图像探测器4按照第二曝光时长t2获取第二背景投影图像
Figure BDA0002617109770000073
步骤2.3、设置分析探测掩膜3与调制掩膜2在沿X轴向上的第三相对位移为x3；利用图像探测器4按照第三曝光时长t3获取第三背景投影图像
Figure BDA0002617109770000074
步骤2.4、设置分析探测掩膜3与调制掩膜2在沿X轴向上的第四相对位移为x4；利用图像探测器4按照第四曝光时长t4获取第四背景投影图像
Figure BDA0002617109770000075
步骤2.5、设置分析探测掩膜3与调制掩膜2在沿X轴向上的第五相对位移为x5；利用图像探测器4按照第五曝光时长t5获取第五背景投影图像
Figure BDA0002617109770000076
关闭X射线源1；
沿X轴向步进扫描分析探测掩膜3与调制掩膜2的相对位移，并记录每个被扫描的相对位移值所对应的光强，就得到X射线边界照明成像装置的光强曲线。如图2所示，实验上得到的光强曲线能够被高斯函数很好地近似描述，拟合优度超过0.999。图2所示的光强曲线的高斯函数拟合满足式(2.1)，
Figure BDA0002617109770000071
曝光时长t1、t2、t3、t4、t5：当X射线源1是同步辐射X射线源时，曝光时长的典型值是1～100毫秒；当X射线源1是常规X射线源时，根据射线源功率的不同，曝光时长的典型值是十几秒到上百秒。
t1、t2、t3、t4、t5的大小关系：当相对位移x1对应的光强曲线(如图2所示)的数值大于相对位移x2对应的光强曲线的数值时，t1<t2。反之，则t1>t2。以此类推。
沿X轴向上的相对位移x1、x2、x3、x4、x5：实验上，这些相对位移的数值局限在-P/2到P/2区间内，其中P是调制掩膜2的调制结构沿X轴向上的周期，典型值为几十微米。
利用图2所示的结果，获取的第一背景投影图像
Figure BDA0002617109770000081
满足式(2.2)：
Figure BDA0002617109770000082
式(2.2)中，I0是入射X射线的强度，Ar是边界照明成像装置的背景光强曲线的偏置，满足Ar＞0；Br是背景光强曲线的幅值，满足Br＞0；Cr是背景光强曲线的中心位置；Dr是背景光强曲线的等效宽度，满足Dr＞0；
获取的第二背景投影图像
Figure BDA0002617109770000083
满足式(2.3)：
Figure BDA0002617109770000084
获取的第三背景投影图像
Figure BDA0002617109770000085
满足式(2.4)：
Figure BDA0002617109770000086
获取的第四背景投影图像
Figure BDA0002617109770000087
满足式(2.5)：
Figure BDA0002617109770000088
获取的第五背景投影图像
Figure BDA0002617109770000089
满足式(2.6)：
Figure BDA00026171097700000810
步骤3、获取被成像物的投影图像：
步骤3.2、设置分析探测掩膜3与调制掩膜2在沿X轴向上的第一相对位移为x1；启动X射线源1后，利用图像探测器4按照第一曝光时长t1获取被成像物5的第一投影图像
Figure BDA00026171097700000811
步骤3.3、设置分析探测掩膜3与调制掩膜2在沿X轴向上的第二相对位移为x2；利用图像探测器4按照第二曝光时长t2获取被成像物5的第二投影图像
Figure BDA0002617109770000091
步骤3.4、设置分析探测掩膜3与调制掩膜2在沿X轴向上的第三相对位移为x3；利用图像探测器4按照第三曝光时长t3获取被成像物5的第三投影图像
Figure BDA0002617109770000092
步骤3.5、设置分析探测掩膜3与调制掩膜2在沿X轴向上的第四相对位移为x4；利用图像探测器4按照第四曝光时长t4获取被成像物5的第四投影图像
Figure BDA0002617109770000093
步骤3.6、设置分析探测掩膜3与调制掩膜2在沿X轴向上的第五相对位移为x5；利用图像探测器4按照第五曝光时长t5获取被成像物5的第五投影图像
Figure BDA0002617109770000094
关闭X射线源1；
在获取被成像物5的投影图像时，分析探测掩膜3与调制掩膜2在沿X轴向上的相对位移、曝光时长的数值，与获取背景投影图像时的数值分别保持一致。以利于之后被成像物5的吸收信号的定量提取。
利用图2所示的结果，获取的被成像物5的第一投影图像
Figure BDA0002617109770000095
满足式(3.1)：
Figure BDA0002617109770000096
式(3.1)中，T是被成像物5的吸收信号，满足0＜T＜1；θR是被成像物5的折射信号；S是被成像物5的散射信号，满足S＞0。
获取的被成像物5的第二投影图像
Figure BDA0002617109770000097
满足式(3.2)：
Figure BDA0002617109770000098
获取的被成像物5的第三投影图像
Figure BDA0002617109770000099
满足式(3.3)：
Figure BDA00026171097700000910
获取的被成像物5的第四投影图像
Figure BDA00026171097700000911
满足式(3.4)：
Figure BDA0002617109770000101
获取的被成像物5的第五投影图像
Figure BDA0002617109770000102
满足式(3.5)：
Figure BDA0002617109770000103
步骤4、利用逐像素高斯函数拟合法获得背景投影图像的拟合参数：
步骤4.1、定义投影图像的行数为W，列数为H；定义N1为当前行数，N2为当前列数，并初始化N1＝1；
步骤4.2、初始化N2＝1；
步骤4.3、利用式(1)作多参数拟合，得到像素(N1,N2)的第一拟合参数A0(N1,N2)、第二拟合参数θ0(N1,N2)、第三拟合参数S0(N1,N2)、第四拟合参数B0(N1,N2)，且满足A0＞0，S0＞0，B0＞0：
Figure BDA0002617109770000104
式(1)中，
Figure BDA0002617109770000105
分别表示第一背景投影图像
Figure BDA0002617109770000106
第二背景投影图像
Figure BDA0002617109770000107
第三背景投影图像
Figure BDA0002617109770000108
第四背景投影图像
Figure BDA0002617109770000109
第五背景投影图像
Figure BDA00026171097700001010
中像素(N1,N2)的数值；
步骤4.4、将N2+1赋值给N2后，判断N2＞H是否成立，若成立，则执行步骤4.5；否则，返回步骤4.3；
步骤4.5、将N1+1赋值给N1后，判断N1＞W是否成立，若成立，表示背景投影图像的逐像素拟合过程结束，得到所有像素的第一拟合参数A0、第二拟合参数θ0、第三拟合参数S0、第四拟合参数B0；否则，返回步骤4.2；
步骤5、利用逐像素高斯函数拟合法获得被成像物5的投影图像的拟合参数：
步骤5.1、初始化N1＝1；
步骤5.2、初始化N2＝1；
步骤5.3、利用式(2)作多参数拟合，得到像素(N1,N2)的第一物体拟合参数A1(N1,N2)、第二物体拟合参数θ1(N1,N2)、第三物体拟合参数S1(N1,N2)、第四物体拟合参数B1(N1,N2)，且满足A1＞0，S1＞0，B1＞0：
Figure BDA0002617109770000111
式(2)中，
Figure BDA0002617109770000112
分别表示被成像物5的第一投影图像
Figure BDA0002617109770000113
第二投影图像
Figure BDA0002617109770000114
第三投影图像
Figure BDA0002617109770000115
第四投影图像
Figure BDA0002617109770000116
第五投影图像
Figure BDA0002617109770000117
中像素(N1,N2)的数值；
步骤5.4、将N2+1赋值给N2后，，判断N2＞H是否成立，若成立，则执行步骤5.5；否则，返回步骤5.3；
步骤5.5、将N1+1赋值给N1后，判断N1＞W是否成立，若成立，则表示所述被成像物(5)的投影图像的逐像素拟合过程结束，得到所有像素的第一物体拟合参数A1、第二物体拟合参数θ1、第三物体拟合参数S1、第四物体拟合参数B1；否则，返回步骤5.2；
步骤6、利用式(3)逐像素提取被成像物5的吸收信号T：
T＝A1/A0 (3)
图3所示为被成像物5的吸收信号的提取结果。从图3中可以看出，本发明提出的新方法的提取结果与理论值符合的很好，而现有方法的提取结果则明显偏离了理论预测值，是不准确的。
步骤7、利用式(4)逐像素提取被成像物5的折射信号θR：
θR＝θ1-θ0 (4)
图4所示为被成像物5的折射信号的提取结果。如图4所示，与理论预测值相比，现有方法的提取结果总是偏小的，不满足定量准确性。而本发明提出的新方法的提取结果，在实验误差允许范围内，与理论值保持了定量的准确性。
步骤8、利用式(5)逐像素提取被成像物5的散射信号S：
Figure BDA0002617109770000121
图5所示为被成像物5的散射信号的提取结果。如图5所示，在实验误差允许范围内，本发明提出的新方法的提取结果与理论值保持了定量地一致准确，而现有方法的提取结果是错误的，与理论值完全不符。
图3、图4、图5所示的这些提取结果，证实了本发明提出的X射线边界照明成像方法的可行性。
以被成像物5的吸收信号T、折射信号θR、散射信号S作为X射线边界照明成像方法的结果。

Claims (1)

1.一种基于逐像素高斯函数拟合法的X射线边界照明成像方法，其特征应用于由X射线源(1)、调制掩膜(2)、分析探测掩膜(3)和图像探测器(4)组成的X射线边界照明成像系统中，
以所述X射线源(1)的位置点为坐标系原点O，以光轴方向为Z轴向，垂直于光轴、且平行于所述调制掩膜(2)的调制结构方向为Y轴向，以共同垂直于光轴和所述调制掩膜(2)的调制结构方向为X轴向，建立直角坐标系O-XYZ；
在沿Z轴向上依次设置有所述X射线源(1)、调制掩膜(2)、分析探测掩膜(3)和图像探测器(4)；且所述X射线源(1)、调制掩膜(2)、分析探测掩膜(3)和图像探测器(4)在沿Y轴向上中心对齐；
所述X射线边界照明成像方法是按如下步骤进行：
步骤1、设置各器件相关位置，且满足：0＜d21＜d31＜d41，其中，d21为所述调制掩膜(2)与所述X射线源(1)在沿Z轴向上的相对距离，d31为所述分析探测掩膜(3)与所述X射线源(1)在沿Z轴向上的相对距离，d41为所述图像探测器(4)与所述X射线源(1)在沿Z轴向上的相对距离；
步骤2、获取背景投影图像：
步骤2.1、设置所述分析探测掩膜(3)与所述调制掩膜(2)在沿X轴向上的第一相对位移为x1；启动所述X射线源(1)后，利用所述图像探测器(4)按照第一曝光时长t1获取第一背景投影图像
Figure FDA0002617109760000015
步骤2.2、设置所述分析探测掩膜(3)与所述调制掩膜(2)在沿X轴向上的第二相对位移为x2；利用所述图像探测器(4)按照第二曝光时长t2获取第二背景投影图像
Figure FDA0002617109760000014
步骤2.3、设置所述分析探测掩膜(3)与所述调制掩膜(2)在沿X轴向上的第三相对位移为x3；利用所述图像探测器(4)按照第三曝光时长t3获取第三背景投影图像
Figure FDA0002617109760000013
步骤2.4、设置所述分析探测掩膜(3)与所述调制掩膜(2)在沿X轴向上的第四相对位移为x4；利用所述图像探测器(4)按照第四曝光时长t4获取第四背景投影图像
Figure FDA0002617109760000011
步骤2.5、设置所述分析探测掩膜(3)与所述调制掩膜(2)在沿X轴向上的第五相对位移为x5；利用所述图像探测器(4)按照第五曝光时长t5获取第五背景投影图像
Figure FDA0002617109760000012
关闭所述X射线源(1)；
步骤3、获取被成像物的投影图像：
步骤3.1、将被成像物(5)沿Z轴向放置在所述调制掩膜(2)和所述分析探测掩膜(3)的中间；并将所述被成像物(5)与所述X射线源(1)在沿Z轴向上的相对距离记为d51，且满足d21＜d51＜d31；设置所述被成像物(5)与所述调制掩膜(2)在沿Y轴向上中心对齐；
步骤3.2、设置所述分析探测掩膜(3)与所述调制掩膜(2)在沿X轴向上的第一相对位移为x1；启动所述X射线源(1)后，利用所述图像探测器(4)按照所述第一曝光时长t1获取所述被成像物(5)的第一投影图像
Figure FDA0002617109760000025
步骤3.3、设置所述分析探测掩膜(3)与所述调制掩膜(2)在沿X轴向上的第二相对位移为x2；利用所述图像探测器(4)按照所述第二曝光时长t2获取所述被成像物(5)的第二投影图像
Figure FDA0002617109760000021
步骤3.4、设置所述分析探测掩膜(3)与所述调制掩膜(2)在沿X轴向上的第三相对位移为x3；利用所述图像探测器(4)按照所述第三曝光时长t3获取所述被成像物(5)的第三投影图像
Figure FDA0002617109760000022
步骤3.5、设置所述分析探测掩膜(3)与所述调制掩膜(2)在沿X轴向上的第四相对位移为x4；利用所述图像探测器(4)按照所述第四曝光时长t4获取所述被成像物(5)的第四投影图像
Figure FDA0002617109760000023
步骤3.6、设置所述分析探测掩膜(3)与所述调制掩膜(2)在沿X轴向上的第五相对位移为x5；利用所述图像探测器(4)按照所述第五曝光时长t5获取所述被成像物(5)的第五投影图像
Figure FDA0002617109760000024
关闭所述X射线源(1)；
步骤4、利用逐像素高斯函数拟合法获得背景投影图像的拟合参数：
步骤4.1、定义投影图像的行数为W，列数为H；定义N1为当前行数，N2为当前列数，并初始化N1＝1；
步骤4.2、初始化N2＝1；
步骤4.3、利用式(1)作多参数拟合，得到像素(N1,N2)的第一拟合参数A0(N1,N2)、第二拟合参数θ0(N1,N2)、第三拟合参数S0(N1,N2)、第四拟合参数B0(N1,N2)，且满足A0＞0，S0＞0，B0＞0：
Figure FDA0002617109760000031
式(1)中，
Figure FDA0002617109760000032
分别表示所述第一背景投影图像
Figure FDA0002617109760000033
第二背景投影图像
Figure FDA0002617109760000034
第三背景投影图像
Figure FDA0002617109760000035
第四背景投影图像
Figure FDA0002617109760000036
第五背景投影图像
Figure FDA0002617109760000037
中像素(N1,N2)的数值；
步骤4.4、将N2+1赋值给N2后，判断N2＞H是否成立，若成立，则执行步骤4.5；否则，返回步骤4.3；
步骤4.5、将N1+1赋值给N1后，判断N1＞W是否成立，若成立，表示背景投影图像的逐像素拟合过程结束，得到所有像素的第一拟合参数A0、第二拟合参数θ0、第三拟合参数S0、第四拟合参数B0；否则，返回步骤4.2；
步骤5、利用逐像素高斯函数拟合法获得所述被成像物(5)的投影图像的拟合参数：
步骤5.1、初始化N1＝1；
步骤5.2、初始化N2＝1；
步骤5.3、利用式(2)作多参数拟合，得到像素(N1,N2)的第一物体拟合参数A1(N1,N2)、第二物体拟合参数θ1(N1,N2)、第三物体拟合参数S1(N1,N2)、第四物体拟合参数B1(N1,N2)，且满足A1＞0，S1＞0，B1＞0：
Figure FDA0002617109760000041
式(2)中，
Figure FDA0002617109760000042
分别表示所述被成像物(5)的第一投影图像
Figure FDA0002617109760000043
第二投影图像
Figure FDA0002617109760000044
第三投影图像
Figure FDA0002617109760000045
第四投影图像
Figure FDA0002617109760000046
第五投影图像
Figure FDA0002617109760000047
中像素(N1,N2)的数值；
步骤5.4、将N2+1赋值给N2后，，判断N2＞H是否成立，若成立，则执行步骤5.5；否则，返回步骤5.3；
步骤5.5、将N1+1赋值给N1后，判断N1＞W是否成立，若成立，则表示所述被成像物(5)的投影图像的逐像素拟合过程结束，得到所有像素的第一物体拟合参数A1、第二物体拟合参数θ1、第三物体拟合参数S1、第四物体拟合参数B1；否则，返回步骤5.2；
步骤6、利用式(3)逐像素提取所述被成像物(5)的吸收信号T：
T＝A1/A0 (3)
步骤7、利用式(4)逐像素提取所述被成像物(5)的折射信号θR：
θR＝θ1-θ0 (4)
步骤8、利用式(5)逐像素提取所述被成像物(5)的散射信号S：
Figure FDA0002617109760000048
以所述被成像物(5)的吸收信号T、折射信号θR、散射信号S作为所述X射线边界照明成像方法的结果。
CN202010772324.2A 2020-08-04 2020-08-04 一种基于逐像素高斯函数拟合法的x射线边界照明成像方法 Active CN111795980B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010772324.2A CN111795980B (zh) 2020-08-04 2020-08-04 一种基于逐像素高斯函数拟合法的x射线边界照明成像方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010772324.2A CN111795980B (zh) 2020-08-04 2020-08-04 一种基于逐像素高斯函数拟合法的x射线边界照明成像方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111795980A CN111795980A (zh) 2020-10-20
CN111795980B true CN111795980B (zh) 2022-04-26

Family

ID=72828111

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010772324.2A Active CN111795980B (zh) 2020-08-04 2020-08-04 一种基于逐像素高斯函数拟合法的x射线边界照明成像方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111795980B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113063809B (zh) * 2021-03-24 2022-05-10 合肥工业大学 一种基于霍夫变换法的x射线光栅干涉仪成像方法
CN113358272B (zh) * 2021-05-25 2023-05-26 西安交通大学 一种提取激光等离子体轮廓的系统及方法

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005160544A (ja) * 2003-11-28 2005-06-23 Toshiba Corp 画像処理装置
CN101952900A (zh) * 2008-02-14 2011-01-19 皇家飞利浦电子股份有限公司 用于相位对比成像的x射线探测器
CN102802529A (zh) * 2009-06-16 2012-11-28 皇家飞利浦电子股份有限公司 用于微分相衬成像的校正方法
CN103500441A (zh) * 2013-09-29 2014-01-08 华南理工大学 微焦点x射线图像噪声建模与去噪方法
KR20140090831A (ko) * 2013-01-10 2014-07-18 제이더블유중외메디칼 주식회사 산란선 제거 방법 및 이를 이용한 디지털 방사선 시스템
CN109507219A (zh) * 2018-10-24 2019-03-22 西安交通大学 一种自动分析扫描式劳厄衍射图谱中衍射峰峰形的方法
CN109975334A (zh) * 2019-04-25 2019-07-05 兰州大学 一种单次曝光的x射线二维相衬成像方法
CN110133012A (zh) * 2019-07-02 2019-08-16 合肥工业大学 基于三探测器光栅干涉仪的单次曝光多模式x射线成像方法
CN110806598A (zh) * 2019-11-11 2020-02-18 清华大学 基于剂量分布的信息提取方法及x射线相衬成像系统
CN110913764A (zh) * 2017-10-11 2020-03-24 株式会社岛津制作所 X射线相位差摄影系统以及相位对比度图像修正方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9785860B2 (en) * 2014-07-16 2017-10-10 The Cleveland Clinic Foundation Real-time image enhancement for X-ray imagers

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005160544A (ja) * 2003-11-28 2005-06-23 Toshiba Corp 画像処理装置
CN101952900A (zh) * 2008-02-14 2011-01-19 皇家飞利浦电子股份有限公司 用于相位对比成像的x射线探测器
CN102802529A (zh) * 2009-06-16 2012-11-28 皇家飞利浦电子股份有限公司 用于微分相衬成像的校正方法
KR20140090831A (ko) * 2013-01-10 2014-07-18 제이더블유중외메디칼 주식회사 산란선 제거 방법 및 이를 이용한 디지털 방사선 시스템
CN103500441A (zh) * 2013-09-29 2014-01-08 华南理工大学 微焦点x射线图像噪声建模与去噪方法
CN110913764A (zh) * 2017-10-11 2020-03-24 株式会社岛津制作所 X射线相位差摄影系统以及相位对比度图像修正方法
CN109507219A (zh) * 2018-10-24 2019-03-22 西安交通大学 一种自动分析扫描式劳厄衍射图谱中衍射峰峰形的方法
CN109975334A (zh) * 2019-04-25 2019-07-05 兰州大学 一种单次曝光的x射线二维相衬成像方法
CN110133012A (zh) * 2019-07-02 2019-08-16 合肥工业大学 基于三探测器光栅干涉仪的单次曝光多模式x射线成像方法
CN110806598A (zh) * 2019-11-11 2020-02-18 清华大学 基于剂量分布的信息提取方法及x射线相衬成像系统

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"A Gaussian extension for Diffraction Enhanced Imaging";Fulvia Arfelli 等;《Scientific Reports》;20180110;第8卷(第1期);362 *
"Direct information retrieval after 3D reconstruction in grating-based X-ray phase-contrast computed tomography";Zhao Wu 等;《Journal of Synchrotron Radiation》;20181231;第25卷(第4期);1222-1228 *
"X射线衍射增强成像中吸收、折射以及散射衬度的计算层析";孙怡 等;《光学学报》;20070430;第27卷(第4期);749-754 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN111795980A (zh) 2020-10-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7769243B2 (en) Method and apparatus for image inspection
CN111795980B (zh) 一种基于逐像素高斯函数拟合法的x射线边界照明成像方法
US6876443B2 (en) Process and apparatus for automatically determining the modulation transfer function of focal plane array cameras
US20070100245A1 (en) Laser blood flow imaging apparatus
CN109186759B (zh) 一种光栅光谱仪像质测量方法和装置
CN106895780A (zh) 用于测量对象的位置的光学装置
TWI695164B (zh) 寬頻晶圓缺陷偵測系統及寬頻晶圓缺陷偵測方法
CN113063809B (zh) 一种基于霍夫变换法的x射线光栅干涉仪成像方法
KR101183179B1 (ko) 레이저 3차원 측정기를 이용한 ｃｏｆ 외관검사방법
KR20050110005A (ko) 마이크로-검사 입력을 이용한 매크로 결함 검출 방법 및시스템
JP2000266701A (ja) 蛍光ｘ線分析装置
JPS61256237A (ja) 周期性パタ−ンの欠陥検査方法
US8705698B2 (en) X-ray analyzer and mapping method for an X-ray analysis
TWM543370U (zh) 一種測試圖樣；以及檢測鏡頭用光箱
JPH01307645A (ja) 試料の検査方法
CN111649704A (zh) 一种基于x射线的珍珠层厚度测量装置及测量方法
CN113607761B (zh) 一种基于光栅干涉仪的x射线多模式成像新方法
JPH0731131B2 (ja) 周期性パタ−ンの斑検査方法
JP7339813B2 (ja) 皮膚検査装置
KR20190028306A (ko) 검사 장치 및 검사 방법
JP2013101019A (ja) 穴の内部検査装置、検査方法、およびプログラム
KR20040055471A (ko) 웨이퍼의 결함 검출 방법
KR20050039207A (ko) 광학식 지문영상장치 및 광학식 지문영상장치의품질평가방법
JPH023148Y2 (zh)
Branger et al. Image analysis as a tool for improved use of the Digital Cherenkov Viewing Device for inspection of irradiated PWR fuel assemblies.

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant