CN113038024B - 一种图像校正方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种图像校正方法。该系统包括主控单元和多个自动曝光单元，主控单元和各自动曝光单元连接，各自动曝光单元之间级联连。该系统通过自动曝光单元实现对各X射线源的检测，以获得X射线的能量累积值和KV水平，并且当X射线的能量累积值达到能量阈值时，向主控单元发送自动曝光控制信号，使得主控单元根据自动曝光控制信号，调整曝光时序，达到自动曝光控制的目的的同时，使X射线单次曝光输出的能量保持相对固定，优化X射线输出不稳定的问题，从而解决多个射线源的X射线影像系统中各个射线源间X射线输出不一致的问题。

Description

一种图像校正方法
本申请是名称为：一种自动曝光控制系统及图像校正方法、申请号为：202010301589.4的发明专利的分案申请，母案申请日为2020年 04月16日。
技术领域
本发明涉及一种图像校正方法，属于辐射成像技术领域。
背景技术
针对多源静态CT系统，由于X射线源个体性能的差异，导致将每个X射线源设置相同的曝光条件(如X射线管电压和电流、曝光时间，简称kV、mA和ms)后，每个X射线源实际输出的X射线的kV、mA和ms会存在一定差异。其中，X射线的kV差异属于能量级别差异，会导致计算的CT值(设备最终呈现的图像的像素用CT值表示)会出现偏差，而X射线的mA和ms差异会造成信噪比的差异，从而进一步影响 CT值的计算。
通常采用自动曝光控制(Auto Exposure Control，AEC)探测器和高压发生器联机实现对X射线源的自动曝光控制。当高压发生器接收到曝光信号(Spot信号)便发射X射线，同时，自动曝光控制探测器对X射线进行能量积分并输出自动曝光控制信号。一般情况下，该自动曝光控制信号为斜坡信号，当自动曝光控制信号高于高压发生器内部设置的阈值比较器所设定的阈值电压时，高压发生器获取阈值比较器的输出信号，并以此闸断X射线的输出，从而使得X射线的输出能量获得控制。
但是，上述的自动曝光控制仅针对单个射线源，并不适用于多射线源的CT系统。因此，需要设计一种自动曝光控制系统，用于获得实际X射线的kV值，并控制X射线的曝光时间，使得多个X射线源每次投影曝光的X射线的能量趋于一致。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种图像校正方法。
为了实现上述目的，本发明采用下述技术方案：
根据本发明实施例的第一方面，提供一种自动曝光控制系统，包括主控单元和多个自动曝光单元，所述主控单元和各所述自动曝光单元连接，各所述自动曝光单元之间级联，每个所述自动曝光单元安装在对应的X射线源的出口处；
所述自动曝光单元，用于接收所述主控单元发送的曝光信号，以对相应的X射线源进行检测，获得所述X射线源输出的X射线的KV水平，同时根据预设条件，判断是否向所述主控单元发送自动曝光控制信号；
所述主控单元根据接收所述自动曝光控制信号，调整曝光时序，以达到自动曝光控制的目的。
其中较优地，所述预设条件是：所述自动曝光单元检测所述X射线源时，获得的X射线的能量累积值是否达到预先设定的所述X射线源输出的X射线的能量阈值。
其中较优地，所述主控单元采用包含有主控器、第一收发器的时序控制板，所述主控器连接所述第一收发器，所述第一收发器通过高速实时串行总线与各所述自动曝光单元连接。
其中较优地，每个所述自动曝光单元具有唯一的ID，每个所述自动曝光单元的ID与对应的X射线源的ID保持一致。
其中较优地，每个所述自动曝光单元通过高速实时串行总线级联起来，以交互工作参数和检测结果。
其中较优地，每个所述自动曝光单元包括自动曝光控制模块和处理模块，所述自动曝光控制模块一方面连接所述主控单元的输出端，另一方面连接所述处理模块的输入端，所述处理模块的输出端连接所述主控单元的输入端。
其中较优地，所述自动曝光控制模块包括第一X射线探头、第二 X射线探头、第一积分电路、第二积分电路、比较电路，所述第一X 射线探头的输出端、所述处理模块分别连接所述第一积分电路的输入端，所述第二X射线探头的输出端、所述处理模块分别连接所述第二积分电路的输入端，所述第一积分电路的输出端分别连接所述比较电路的输入端和所述处理模块，所述比较电路的输入、输出端以及所述第二积分电路的输出端分别连接所述处理模块。
其中较优地，所述自动曝光控制模块包括第一X射线探头、第二 X射线探头、第一积分电路、第二积分电路、比较电路，所述第一X 射线探头的输出端与所述处理模块分别连接所述第一积分电路的输入端，所述第二X射线探头的输出端与所述处理模块分别连接所述第二积分电路的输入端，所述第二积分电路的输出端分别连接所述比较电路的输入端和所述处理模块，所述比较电路的输入、输出端以及所述第一积分电路的输出端分别连接所述处理模块。
其中较优地，所述自动曝光控制模块包括第一X射线探头、第二 X射线探头、第三X射线探头、第一积分电路、第二积分电路、第三积分电路、第一减法电路、第二减法电路和比较电路；所述第一X射线探头的输出端与所述处理模块分别连接所述第一积分电路的输入端，所述第三X射线探头的输出端、所述处理模块分别连接所述第三积分电路的输入端，所述第二X射线探头的输出端、所述处理模块分别连接所述第二积分电路的输入端，所述第一积分电路的输出端分别连接所述第一减法电路的输入端和所述处理模块，所述第三积分电路的输出端分别连接所述第一减法电路、所述第二减法电路的输入端，所述第二积分电路的输出端连接所述第二减法电路的输入端，所述第一减法电路的输出端连接所述比较电路的输入端，所述比较电路的输入、输出端以及所述第一减法电路与所述第二减法电路的输出端分别连接所述处理模块。
其中较优地，所述自动曝光控制模块包括第一X射线探头、第二 X射线探头、第三X射线探头、第一积分电路、第二积分电路、第三积分电路、第一减法电路、第二减法电路和比较电路；所述第一X射线探头的输出端与所述处理模块分别连接所述第一积分电路的输入端，所述第三X射线探头的输出端、所述处理模块分别连接所述第三积分电路的输入端，所述第二X射线探头的输出端、所述处理模块分别连接所述第二积分电路的输入端，所述第一积分电路的输出端分别连接所述第一减法电路的输入端和所述处理模块，所述第三积分电路的输出端分别连接所述第一减法电路、所述第二减法电路的输入端，所述第二积分电路的输出端连接所述第二减法电路的输入端，所述第二减法电路的输出端连接所述比较电路的输入端，所述比较电路的输入、输出端以及所述第一减法电路与所述第二减法电路的输出端分别连接所述处理模块。
其中较优地，所述处理模块包括数模转换电路、所述第一模数转换电路、第二模数转换电路、处理器和第二收发器；所述数模转换电路的输入端连接所述处理器，所述数模转换电路的输出端连接所述比较电路的输入端，所述第一模数转换电路的输入端连接所述第一积分电路的输出端，所述第二模数转换电路的输入端连接所述第二积分电路的输出端，所述比较电路、所述第一模数转换电路、所述第二模数转换电路的输出端连接所述处理器，所述处理器连接所述第二收发器，所述第二收发器通过高速实时串行总线连接所述主控单元。
其中较优地，所述处理模块包括数模转换电路、所述第一模数转换电路、第二模数转换电路、处理器和第二收发器；所述数模转换电路的输入端连接所述处理器，所述数模转换电路的输出端连接所述比较电路的输入端，所述第一模数转换电路的输入端连接的所述第一减法电路的输出端，所述第二模数转换电路的输入端连接所述第二减法电路的输出端，所述比较电路、所述第一模数转换电路、所述第二模数转换电路的输出端连接所述处理器，所述处理器连接所述第二收发器，所述第二收发器通过高速实时串行总线连接所述主控单元。
根据本发明实施例的第二方面，提供一种图像校正方法，包括如下步骤：
步骤S1:获得每个X射线源初始参考像素值和当前图像参考像素值；
步骤S2:正常采集图像时，根据所述每个X射线源初始参考像素值和所述当前图像参考像素值，对获得的每个X射线源的当前图像进行校正；
步骤S3：获得每个X射线源输出的X射线的KV校正模板系数；
步骤S4：根据X射线的KV校正模板系数，对步骤S2的图像进行 KV校正。
其中较优地，步骤S1包括如下子步骤：
步骤S11：针对每个所述X射线源，分别获得暗场模板和空气校正模板；
步骤S12：根据每个所述X射线源的所述空气校正模板，得到每个所述X射线源的初始参考像素值；
步骤S13：获得每个所述X射线源对应的实际投影图像，并根据每个所述X射线源对应的实际投影图像，得到每个所述X射线源的所述当前图像参考像素值。
其中较优地，在所述X射线源不发射X射线的情况下，获得每个所述X射线源暗场图像的像素的灰度值平均值，作为每个所述X射线源的所述暗场模板。
其中较优地，在确保投影区域内没有任何物体时，将获得的每个所述X射线源对应的多张投影图像的像素的灰度值取平均后，分别减去对应的X射线源的暗场模板，以作为每个所述X射线源的所述空气校正模板。
其中较优地，对每个所述X射线源的所述空气校正模板，在距离左边多个像素的那一列的所有像素的均值，和距离右边多个像素的那一列的均值，取其中较大的像素均值作为每个所述X射线源的所述初始参考像素值。
其中较优地，对每个所述X射线源对应的所述实际投影图像，在距离左边多个像素的那一列的所有像素的均值，和距离右边多个像素的那一列的均值，取其中较大的像素均值作为每个所述X射线源的所述当前图像参考像素值。
其中较优地，在正常采集图像时，将获得的每个X射线源曝光后得到的图像的每个像素，分别乘以对应的X射线源的初始参考像素值与当前图像参考像素值的比值，以得到图像整体灰度值一致的一组图像。
其中较优地，所述X射线的KV水平为X射线的第一能量累积值和第二能量累积值的比值。
其中较优地，所述X射线的KV水平做归一化处理，得到所述kV 校正模板系数。
其中较优地，对图像进行KV校正时，将每个所述X射线源曝光后得到的图像的像素灰度值与对应的X射线源的空气校正模板的像素灰度值的比值，除以对应的kV校正模板系数。
本发明所提供的自动曝光控制系统及图像校正方法通过设置与X 射线源数量相同的自动曝光单元，实现对各X射线源的检测，以获得 X射线的能量累积值和KV水平，并且当X射线的能量累积值达到能量阈值时，向主控单元发送自动曝光控制信号，使得主控单元根据自动曝光控制信号，调整曝光时序，达到自动曝光控制的目的的同时，使 X射线单次曝光输出的能量保持相对固定，优化X射线输出不稳定的问题，从而解决多个射线源的X射线影像系统中各个射线源间X射线输出不一致的问题。
附图说明
图1为本发明所提供的自动曝光控制系统的拓扑结构图；
图2为本发明所提供的自动曝光控制系统中，一种自动曝光控制模块的结构示意图1；
图3为本发明所提供的自动曝光控制系统中，一种自动曝光控制模块的结构示意图2；
图4为本发明所提供的自动曝光控制系统中，另一种自动曝光控制模块的结构示意图1；
图5为本发明所提供的自动曝光控制系统中，另一种自动曝光控制模块的结构示意图2；
图6为本发明所提供的一种图像校正方法的流程图；
图7和图8为使用本发明所提供的自动曝光控制系统和图像校正方法之前，由两个X射线探测器分别采集的两个X射线源曝光后的图像；
图9和图10为使用本发明所提供的自动曝光控制系统和图像校正方法之后，由两个X射线探测器分别采集的两个X射线源曝光后的图像。
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。
为了解决多射线源的CT系统中，多个X射线源的X射线输出能量不一致的问题，如图1所示，本发明提供了一种自动曝光控制系统，包括主控单元1和多个自动曝光单元2，主控单元1和各自动曝光单元2连接，各自动曝光单元2之间级联，每个自动曝光单元2安装在对应的X射线源的出口处。
自动曝光单元2，用于接收主控单元1发送的曝光信号，实现对相应的X射线源进行检测，以获得X射线源输出的X射线的KV水平发送给主控单元1，同时根据预设条件，判断是否向主控单元1发送自动曝光控制信号。
所述主控单元1根据接收的自动曝光控制信号，调整曝光时序，以达到自动曝光控制的目的。
预设条件是：自动曝光单元2检测X射线源时，获得的X射线的能量累积值是否达到预先设定的X射线源输出的X射线的能量阈值。需要说明的是，每个X射线源发射的X射线的能量累积值和能量阈值以电压的形式呈现。其中，设定的每个X射线源输出的X射线的能量阈值相同，该能量阈值根据每次图像采集所需的X射线能量及保证呈现的图像趋于合适的水平进行设定。并且，通过主控单元1设定各个自动曝光单元2对应的X射线源输出的X射线的能量阈值，以控制指定X射线源自动曝光输出的X射线的能量水平。
自动曝光单元2检测X射线源时，获得的X射线的能量累积值是从X射线源开始发射X射线进行的能量累积值。
主控单元1采用包含有主控器、FPGA(Field-Programmable Gate Array,现场可编程门阵列)、第一收发器的时序控制板，该时序控制板的主控器连接第一收发器，第一收发器通过高速实时串行总线与各自动曝光单元2连接。主控单元1可以产生曝光时序，当主控单元1 向高压发生器发送准备信号后，指定向一个或多个自动曝光单元2发送曝光信号，以开启自动曝光单元2，不仅实现对指定的X射线源的检测，还实现指定一个或多个X射线源进行曝光动作。其中，主控器包括但不限于FPGA(Field-Programmable Gate Array,现场可编程门阵列)或CPLD(Complex Programmable Logic Device,复杂可编程逻辑器件)。
当一个或多个自动曝光单元2对相应的X射线源进行检测的过程中，若各自动曝光单元2获得的X射线的能量累积值达到预先设定的 X射线源输出的X射线的能量阈值，则向主控单元1发送自动曝光控制信号，以使得主控单元1根据自动曝光控制信号调整曝光时序，以达到自动曝光控制的目的。具体的说，主控单元1根据自动曝光控制信号调整向相应的自动曝光单元2发送的曝光信号的宽度，以停止相应的X射线源的曝光动作。由于自动曝光控制信号为高电平，当主控单元1接收到一个或多个自动曝光单元2发送的自动曝光控制信号时，则需要将向相应的自动曝光单元2发送的曝光信号调整为低电平，使得相应的自动曝光单元2停止对X射线源的检测，此时，主控单元1 还控制高压发生器停止向X射线源提供高压信号，以达到闸断相应的 X射线源的X射线输出，从而实现在相同的能量阈值条件下，通过控制每个X射线源的X射线曝光时间，使多个X射线源每次投影曝光的 X射线的能量趋于一致，即使X射线单次曝光输出的能量保持相对固定，以优化X射线输出不稳定的问题。
主控单元1还用于为各自动曝光单元2提供级联电源，同时负责对高速实时串行总线的控制。其中，高速实时串行总线，包括电源供电和总线信号。并且，高速实时串行总线对外接口，具有一对电源、一对地和两路差分半双工总线，形成全双工总线。并且，高速实时串行总线的四组电源和总线信号各使用一对双绞线。此外，高速实时串行总线根据系统的需要定义信息更新周期，并根据基本帧格式数据位数和可靠余量位数，定义基本波特率。例如，根据系统的需要定义信息更新周期为1us，基本帧格式数据位20位，可靠余量为5位，则基本波特率为(20+5)/1us，即25MBps。
主控单元1不仅通过高速实时串行总线实现为各自动曝光单元2 提供级联电源，还通过高速实时串行总线将X射线源曝光用的曝光信号和比较用的X射线能量阈值发送给指定的自动曝光单元2。另一方面，自动曝光单元2通过高速实时串行总线将自动曝光控制信号和X 射线源输出的X射线的KV水平发送给主控单元1。
每个自动曝光单元2具有唯一的ID，用于定义其地址，该ID用源ID和焦点ID进行标识，并且每个自动曝光单元2的ID与对应的X 射线源的ID保持一致，以标识装配在一起的自动曝光单元2和X射线源具有相同的ID。由于不同的X射线源的源ID和焦点ID不同，因此主控单元1可以通过一路差分半双工总线向各个自动曝光单元2广播曝光时序，即曝光信号、源ID和焦点ID信息，以指定一个或者多个 X射线源进行曝光动作；由于默认状态下主控单元1及各自动曝光单元2处于接收状态，因此当指定的一个或多个自动曝光单元2工作时，各自动曝光单元2切换为发送模式将自动曝光控制信号和X射线源输出的X射线的KV水平发送给主控单元1，以便于主控单元1根据指定的X射线源对应的自动曝光单元2反馈的自动曝光控制信号，调整X 射线源的曝光时序，以达到自动曝光控制的目的。
每个自动曝光单元2通过高速实时串行总线级联起来，以交互工作参数和检测结果，并有利于系统的可靠性和工程化。各自动曝光单元2装配在X射线源的出口处，没有其它被测物造成的X射线散射的影像，使得检测结果更准确。如图2～图4所示，每个自动曝光单元2 包括自动曝光控制模块21和处理模块22，自动曝光控制模块21一方面连接主控单元1的输出端，另一方面连接处理模块22的输入端，处理模块22的输出端连接主控单元1的输入端。
当主控单元1向高压发生器发送准备信号后，指定向一个或多个自动曝光单元2的自动曝光控制模块21发送曝光信号，以开启自动曝光控制模块21，实现对指定的X射线源的检测，并将实时获得的X射线的能量累积值输出到处理模块22，以得到每个X射线源输出的X射线的KV水平并发送给主控单元1。同时，若自动曝光控制模块21对X 射线源进行检测时获得的X射线的能量累积值达到预先设定的X射线的能量阈值，则通过处理模块22向主控单元1发送自动曝光控制信号，以使得主控单元1根据自动曝光控制信号调整曝光时序，以达到自动曝光控制的目的。
如图2所示，在本发明的一个实施例中，自动曝光控制模块21包括第一X射线探头210、第二X射线探头211、第一积分电路212、第二积分电路213、比较电路214；该自动曝光控制模块21各部分可以是以下两种连接关系，第一种连接关系为：第一X射线探头210的输出端、处理模块22分别连接第一积分电路212的输入端，第二X射线探头211的输出端、处理模块22分别连接第二积分电路213的输入端，第一积分电路212的输出端分别连接比较电路214的输入端和处理模块22，比较电路214的输入、输出端以及第二积分电路213的输出端分别连接处理模块22。
如图3所示，自动曝光控制模块21各部分第二种连接关系为：第一X射线探头210的输出端与处理模块22分别连接第一积分电路212 的输入端，第二X射线探头211的输出端与处理模块22分别连接第二积分电路213的输入端，第二积分电路213的输出端分别连接比较电路214的输入端和处理模块22，比较电路214的输入、输出端以及第一积分电路212的输出端分别连接处理模块22。
本实施例的自动曝光控制模块21的两种连接关系的工作原理相同，只不过在实现对X射线源自动曝光控制的过程中，可以选择将第一积分电路212获得的X射线的第一能量累积值I0或第二积分电路212 获得的X射线的第二能量累积值I输出到比较电路214，以判断X射线的第一能量累积值或X射线的第二能量累积值I是否达到预先设定的X射线的能量阈值，从而确定是否向主控单元1发送自动曝光控制信号，使得主控单元调整曝光时序，以达到自动曝光控制的目的。下面以第一积分电路212获得的X射线的第一能量累积值I0输出到比较电路214为例，对该实施例所提供的自动曝光控制模块21的工作原理进行详细说明。
如图2所示，通过主控单元1设定各个自动曝光单元2对应的X 射线源输出的X射线的能量阈值，并将该能量阈值通过处理模块22传输到比较电路214中，当高压发生器已做好准备向X射线管发射高压后，主控单元1向第一积分电路212与第二积分电路213发送曝光信号(如图2所示的Spot信号)，以开启第一积分电路212与第二积分电路213，第一X射线探头210与第二X射线探头211从X射线源发射x 射线开始进行检测，以对应持续获得第一X射线电流和第二X射线电流，并将第一X射线电流和第二X射线电流对应输出到第一积分电路212与第二积分电路213中，实现对X射线的能量累积；第一积分电路212获得的X射线的第一能量累积值I0以及第二积分电路212获得的X射线的第二能量累积值I，分别输出到处理模块22，以得到指定的X射线源的输出的X射线的KV水平。
其中，第一积分电路212获得的X射线的第一能量累积值I0还输出到比较电路214中，比较电路214将该X射线的第一能量累积值I0与 X射线的能量阈值进行比较，若X射线的第一能量累积值达到预先设定的X射线的能量阈值，则通过处理模块22向主控单元1发送自动曝光控制信号(如图2所示的AECSpot信号)，使得主控单元1控制高压发生器停止向X射线源提供高压，以闸断相应的X射线源的X射线输出；同时，主控单元1还会根据自动曝光控制信号，调整向第一积分电路212、第二积分电路213发送的曝光信号的宽度，即关闭向第一积分电路212、第二积分电路213发送的曝光信号，使得第一积分电路212、第二积分电路213保持清零状态，从而实现停止相应的X射线源的曝光动作。
需求说明的是，由于X射线源发射的X射线在物质中的传输遵循衰减规律，因此基于改变X射线源到探头之间的吸收材料的厚度，以检测出不同的X射线强度(X射线的能量累积值)。在本发明实施例中，通过将X射线源分别到第一X射线探头210、第二X射线探头211之间的吸收材料设置不同的厚度，以获得X射线的第一能量累积值I0和第二能量累积值I。本实施例的自动曝光控制模块21在对X射线源进行检测时，X射线源没有发射X射线时第一X射线探头210与第二X 射线探头211也会有本底电流，由于本底电流比较小，对最终获得的 X射线的第一能量累积值I0和第二能量累积值I的影响不大，因此可以忽略对没有X射线输出的情况下的本底检测。
如图4所示，在本发明的另一个实施例中，自动曝光控制模块21 包括第一X射线探头210、第二X射线探头211、第三X射线探头215、第一积分电路212、第二积分电路213、第三积分电路216、第一减法电路217、第二减法电路218和比较电路214；该自动曝光控制模块21各部分可以是以下两种连接关系。
第一种连接关系为：第一X射线探头210的输出端与处理模块22 分别连接第一积分电路212的输入端，第三X射线探头215的输出端、处理模块22分别连接第三积分电路216的输入端，第二X射线探头211的输出端、处理模块22分别连接第二积分电路213的输入端，第一积分电路212的输出端分别连接第一减法电路217的输入端和处理模块22，第三积分电路216的输出端分别连接第一减法电路217、第二减法电路218的输入端，第二积分电路213的输出端连接第二减法电路218的输入端，第一减法电路217的输出端连接比较电路214的输入端，比较电路214的输入、输出端以及第一减法电路217与第二减法电路218的输出端分别连接处理模块22。
如图5所示，自动曝光控制模块21各部分第二种连接关系为：第一X射线探头210的输出端与处理模块22分别连接第一积分电路212 的输入端，第三X射线探头215的输出端、处理模块22分别连接第三积分电路216的输入端，第二X射线探头211的输出端、处理模块22分别连接第二积分电路213的输入端，第一积分电路212的输出端分别连接第一减法电路217的输入端和处理模块22，第三积分电路216 的输出端分别连接第一减法电路217、第二减法电路218的输入端，第二积分电路213的输出端连接第二减法电路218的输入端，第二减法电路218的输出端连接比较电路214的输入端，比较电路214的输入、输出端以及第一减法电路217与第二减法电路218的输出端分别连接处理模块22。
本实施例的自动曝光控制模块21的工作原理与上面实施例的自动曝光控制模块21的不同之处在于：本实施例的自动曝光控制模块 21在对X射线源进行检测时，考虑到X射线源没有发射X射线时第一 X射线探头210与第二X射线探头211也会有本底电流，因此本实施例的自动曝光控制模块21通过对第三X射线探头215进行完全避光处理，实现获得X射线源没有发射X射线时输出的本底电流，并将该本底电流输出到第三积分电路216，得到X射线的本底能量累积值K，该本底能量累积值K分别输出到第一减法电路217与第二减法电路218中，以便于第一减法电路217将接收的第一积分电路212获得的包含有X射线的本底能量第一能量累积值减去本底能量累积值K后，得到 X射线的第一能量累积值I0；同样，第二减法电路218将接收的第二积分电路213获得的包含有X射线的本底能量第二能量累积值减去本底能量累积值K后，得到X射线的第二能量累积值I。
以第一减法电路217获得的X射线的第一能量累积值I0输出到比较电路214为例，比较电路214将收到的X射线的第一能量累积值I0与 X射线的能量阈值进行比较，若X射线的第一能量累积值达到预先设定的X射线的能量阈值，则通过处理模块22向主控单元1发送自动曝光控制信号，使得主控单元1控制高压发生器停止向X射线源提供高压，以闸断相应的X射线源的X射线输出；同时，主控单元1还会根据自动曝光控制信号，调整向第一积分电路212、第二积分电路213 发送的曝光信号的宽度，即关闭向第一积分电路212、第二积分电路 213发送的曝光信号，使得第一积分电路212、第二积分电路213保持清零状态，从而实现停止相应的X射线源的曝光动作。
如图2～图5所示，处理模块22包括数模转换电路220、第一模数转换电路221、第二模数转换电路222、处理器223和第二收发器；其中，处理器223包括但不限于FPGA(Field-Programmable Gate Array, 现场可编程门阵列)、CPLD(Complex Programmable LogicDevice,复杂可编程逻辑器件)。下面以处理器223采用FPGA为例，对处理模块 2各部分之间的连接关系进行说明。
根据自动曝光控制模块21的两种结构，处理模块22各部分具有两种连接关系；如图2和图3所示，当采用第一种自动曝光控制模块 21时，处理模块22各部分的连接关系为：数模转换电路220的输入端连接FPGA223，数模转换电路220的输出端连接比较电路214的输入端，第一模数转换电路221的输入端连接自动曝光控制模块21的第一积分电路212的输出端，第二模数转换电路222的输入端连接自动曝光控制模块21的第二积分电路212的输出端，比较电路214、第一模数转换电路221、第二模数转换电路222的输出端连接FPGA223，FPGA223连接第二收发器，第二收发器通过高速实时串行总线连接主控单元1的第一收发器。
如图4和图5所示，当采用第二种自动曝光控制模块21时，处理模块22各部分的连接关系为：数模转换电路220的输入端连接 FPGA223，数模转换电路220的输出端连接比较电路214的输入端，第一模数转换电路221的输入端连接的第一减法电路217的输出端，第二模数转换电路222的输入端连接第二减法电路218的输出端，比较电路214、第一模数转换电路221、第二模数转换电路222的输出端连接FPGA223，FPGA223连接第二收发器，第二收发器通过高速实时串行总线连接主控单元1的第一收发器。
处理模块22的工作原理为：通过主控单元1设定各个自动曝光单元2对应的X射线源输出的X射线的能量阈值，并将该能量阈值通过第二收发器发送至FPGA223中，FPGA223将能量阈值发送至数模转换电路220转换成模拟电压后，发送至比较电路214中；自动曝光控制模块21对X射线源检测，获得的第一能量累积值c和第二能量累积值 I对应经过第一模数转换电路221和第二模数转换电路222转换成数字信号后，发送至FPGA223中，FPGA223将第一能量累积值I0和第二能量累积值I进行相除，得到I/I0即为X射线源的输出的X射线的KV水平，并通过第二收发器上传至主控单元1。FPGA223还用于接收自动曝光控制信号，并通过第二收发器上传至主控单元1，以使得主控单元1 根据自动曝光控制信号调整曝光时序，以达到自动曝光控制的目的。
综上所述，本发明所提供的自动曝光控制系统通过设置与X射线源数量相同的自动曝光单元，实现对各X射线源的检测，以获得X射线的能量累积值和KV水平，并且当X射线的能量累积值达到能量阈值时，向主控单元发送自动曝光控制信号，使得主控单元根据自动曝光控制信号，调整曝光时序，达到自动曝光控制的目的的同时，使X射线单次曝光输出的能量保持相对固定，优化X射线输出不稳定的问题，从而解决多个射线源的X射线影像系统中各个射线源间X射线输出不一致的问题。
经过本自动曝光控制系统后，多个X射线源的X射线输出不一致的问题得到了很大改善，X射线的能量输出也基本稳定。不过，多个X 射线源的能量输出不一致性仍然有较小的差别，即使是单个X射线源的多次曝光，输出能量也不是完全一致。表现是不同X射线源曝光的影像或单个射线源的多个曝光影像灰度值有一定的差别，大约是1％左右，对于16位的影像，大约有500左右的差别。这一差别在重建图像后会影响图像的均匀性，进而影响图像的密度分辨率。因此本发明还提供了一种图像校正方法，用于进一步改善每个X射线源曝光后，得到的图像亮度不一致的问题。如图6所示，该图像校正方法包括如下步骤：
步骤S1:获得每个X射线源初始参考像素值和当前图像参考像素值。
该步骤包括如下子步骤：
步骤S11：针对每个X射线源，分别获得暗场模板和空气校正模板。
在X射线源不发射X射线的情况下，分别为每个X射线源采集多张(如≥20张)暗场图像，并将每个X射线源的多张暗场图像的像素的灰度值取平均，得到每个X射线源暗场图像的像素的灰度值平均值，并进行保存，以作为每个X射线源的暗场模板。
在确保投影区域内没有任何物体时，设定X射线发射条件为应用需要的条件，获得每个X射线源的多张(如≥20张)投影图像，将每个X射线源对应的多张投影图像的像素的灰度值取平均，得到每个X 射线源投影图像的像素的灰度值平均值，此时，将每个X射线源投影图像的像素的灰度值平均值分别减去对应的X射线源的暗场模板后，进行保存，以作为每个X射线源的空气校正模板。
步骤S12：根据每个X射线源的空气校正模板，得到每个X射线源初始参考像素值。
对每个X射线源的空气校正模板，在距离左边多个(如10个)像素的那一列的所有像素的均值，和距离右边多个(如10个)像素的那一列的均值，取其中较大的像素均值作为每个X射线源初始参考像素值。
步骤S13：获得每个X射线源对应的实际投影图像，并根据每个X 射线源对应的实际投影图像，得到每个X射线源的当前图像参考像素值。
将被测物放到投影区域，分别获取每个X射线源对应的投影图像，并将每个X射线源的投影图像的像素的灰度值分别减去对应的X射线源的暗场模板，得到每个X射线源对应的实际投影图像。
对每个X射线源对应的实际投影图像，在距离左边多个(如10个) 像素的那一列的所有像素的均值，和距离右边多个(如10个)像素的那一列的均值，取其中较大的像素均值作为每个X射线源的当前图像参考像素值。
步骤S2:正常采集图像时，根据每个X射线源初始参考像素值和当前图像参考像素值，对获得的每个X射线源的当前图像进行校正。
在正常采集图像时，将获得的每个X射线源曝光后得到的图像的每个像素，分别乘以对应的X射线源初始参考像素值与当前图像参考像素值的比值，以得到图像整体灰度值基本一致的一组图像，有效抑制X射线输出不稳定对图像处理的影响，从而解决多个射线源的X射线影像系统中各个射线源间X射线输出不一致的问题。
如图7和图8所示，使用本自动曝光控制系统和图像校正方法之前，由两个X射线探测器分别采集两个X射线源曝光后的图像，图7 为采用第一个X射线探测器采集的X射线源曝光后的图像，该图像的灰度均值Mean为20446.68，图8为采用第二个X射线探测器采集的X射线源曝光后的图像，该图像的灰度均值Mean为20951.46，两个X 射线源的图像之间的灰度值相差504.78。
同样，使用本自动曝光控制系统和图像校正方法之后，由两个X 射线探测器分别采集上述两个X射线源曝光后的图像，图9为采用第一个X射线探测器采集的X射线源曝光后的图像，该图像的灰度均值 Mean为20734.22，相对于图7的图像整体亮度有少许提升；图10为采用第二个X射线探测器采集的X射线源曝光后的图像，该图像的灰度均值Mean为20788.42，相对于图2的图像的整体亮度少许降低两个X射线源的图像之间的灰度值相差54.2。不难发现，两个X射线源的图像之间的灰度差别降低很多；因此使用本图像校正方法后，有利于改善每个X射线源曝光后，得到的图像亮度不一致的问题。
步骤S3：获得每个X射线源输出的X射线的KV校正模板系数。
通过本自动曝光控制系统的自动曝光单元2实现对每个X射线源进行检测，以获得每个X射线源输出的X射线的KV水平，对各个X射线源输出的X射线的kV水平做归一化处理，从而得到kV校正模板系数。
获得每个X射线源输出的X射线的KV水平的过程为：通过自动曝光单元2对X射线源进行检测，分别获得X射线的第一能量累积值I0和第二能量累积值I，将X射线的第一能量累积值I0和第二能量累积值I 进行相除，得到I/I0，即为X射线源的输出的X射线的KV水平。自动曝光单元2获得X射线的第一能量累积值I0和第二能量累积值I的具体实现过程同上。
步骤S4：根据X射线的KV校正模板系数，对步骤S2的图像进行 KV校正。
本自动曝光控制系统实现对每个X射线源进行检测，并将获得的每个X射线源输出的X射线的KV水平，发送到工控机上，以便于工控机对各个X射线源输出的X射线的KV水平做归一化处理，得到kV校正模板系数后，根据X射线的KV校正模板系数和空气校正模板，在正常采集图像时，对X射线图像探测器发送的X射线源曝光后得到的图像的进行KV校正。具体的说，正常采集图像时，将每个X射线源曝光后得到的图像的像素灰度值与对应的X射线源的空气校正模板的像素灰度值的比值，除以对应的kV校正模板系数，实现对X射线源曝光后得到的图像的进行KV校正，以提高图像重建精度。
以上对本发明所提供的自动曝光控制系统及图像校正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 (3)

1.一种图像校正方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤S1:获得每个X射线源初始参考像素值和当前图像参考像素值；
步骤S2:正常采集图像时，根据所述每个X射线源初始参考像素值和所述当前图像参考像素值，对获得的每个X射线源的当前图像进行KV校正；
步骤S3：获得每个X射线源输出的X射线的KV校正模板系数；
步骤S4：根据X射线的KV校正模板系数，对步骤S2的图像进行KV校正，
其中，
在所述X射线源不发射X射线的情况下，获得每个所述X射线源暗场图像的像素的灰度值平均值，作为每个所述X射线源的暗场模板，在确保投影区域内没有任何物体时，将获得的每个所述X射线源对应的多张投影图像的像素的灰度值取平均后，分别减去对应的X射线源的暗场模板，以作为每个所述X射线源的空气校正模板，对每个所述X射线源的所述空气校正模板，在距离左边多个像素的那一列的所有像素的均值，和距离右边多个像素的那一列的均值，取其中较大的像素均值作为每个所述X射线源的所述初始参考像素值；
对每个所述X射线源对应的实际投影图像，在距离左边多个像素的那一列的所有像素的均值，和距离右边多个像素的那一列的均值，取其中较大的像素均值作为每个所述X射线源的所述当前图像参考像素值；
所述X射线的KV水平为X射线的第一能量累积值和第二能量累积值的比值，所述X射线的KV水平做归一化处理，得到所述KV校正模板系数；
对图像进行KV校正时，将每个所述X射线源曝光后得到的图像的像素灰度值与对应的X射线源的空气校正模板的像素灰度值的比值，除以对应的KV校正模板系数。
2.如权利要求1所述的图像校正方法，其特征在于步骤S1包括如下子步骤：
步骤S11：针对每个所述X射线源，分别获得暗场模板和空气校正模板；
步骤S12：根据每个所述X射线源的所述空气校正模板，得到每个所述X射线源的初始参考像素值；
步骤S13：获得每个所述X射线源对应的实际投影图像，并根据每个所述X射线源对应的实际投影图像，得到每个所述X射线源的所述当前图像参考像素值。
3.如权利要求2所述的图像校正方法，其特征在于：
在正常采集图像时，将获得的每个X射线源曝光后得到的图像的每个像素，分别乘以对应的X射线源的初始参考像素值与当前图像参考像素值的比值，以得到图像整体灰度值一致的一组图像。
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