CN113516725B - 基于fpga飞焦点模式下的暗电流智能处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于图像处理技术领域，具体涉及基于FPGA飞焦点模式下的暗电流智能处理方法。包括FPGA、上位机、滑环和探测器，所述FPGA内含有RAM A和RAM B；包括如下步骤：在探测器开始采集曝光数据前，先对探测器开启飞焦点采数模式，采集探测器飞焦点模式下，两个焦点情况下各个像素点的暗电流大小，将这些值存放在FPGA内的两个RAM中，当开始采集曝光数据后，根据控制板切换球管焦点位置信息，将探测器采集到的数据减去相应像素点的暗电流，最终将处理后的数据打包输出给上位机。本发明具有能够使采集到的飞焦点数据均一性提高，进而提升图像质量的特点。

Description

基于FPGA飞焦点模式下的暗电流智能处理方法

技术领域

本发明属于图像处理技术领域，具体涉及基于FPGA飞焦点模式下的暗电流智能处理方法。

背景技术

目前，CT系统为了获得更高的采样率以及更高的分辨率，通常采用的一种方法是飞焦点模式。飞焦点模式即控制焦点来回切换从而获得2倍或多倍的采样效率，从而使得图像的分辨率更高。

但是，在飞焦点模式下探测器在焦点切换后产生的暗电流会随着焦点的变化而变化，并且每次扫描暗电流会随着探测器温湿度等环境大小的不同而产生变化，如果对暗电流不做相对应的处理，则在飞焦点模式下采集到的数据进行图像重建会产生伪影，影响图像质量。

因此，设计一种能够使采集到的飞焦点数据均一性提高，进而提升图像质量的暗电流处理方法，就显得十分必要。

例如，申请号为CN201910627524.6的中国发明专利所述的一种z向飞焦点扫描方式和图像重建方法，z向飞焦点扫描方式包括Z向飞焦点采样、调节相邻两个焦点的位置、轴扫模式下旋转机架轴180度、Z向飞焦点控制、设计线性变化的斜率；其中图像重建方法包括对两个焦点的数据分别进行重新排列，使其排列成两个平行束；在角度方向进行插值，使两个飞焦点的扫描数据角度相同；在径向方向进行插值，使两个焦点的非等距离平行束变为等距离的平行束；对两个平行束分别进行滤波操作；进行反投影计算。虽然上述的Z向飞焦点轴扫模式和图像重建方法可以在Z向任意位置重建而得到层厚完全相同的图像；同时此特殊轴扫模式和重建方法增加了Z向的采样点数因而减少了Z向混叠伪影，但是其缺点在于，上述的Z向飞焦点轴扫模式和图像重建方法并不能用于处理在飞焦点模式下探测器在焦点切换后产生的暗电流。

发明内容

本发明是为了克服现有技术中，在飞焦点模式下，两个焦点对应暗电流大小不一致，导致飞焦点模式下采集到的数据进行图像重建时会产生伪影，影响图像质量的问题，提供了一种能够使采集到的飞焦点数据均一性提高，进而提升图像质量的基于FPGA飞焦点模式下的暗电流智能处理方法。

为了达到上述发明目的，本发明采用以下技术方案：

基于FPGA飞焦点模式下的暗电流智能处理方法，包括FPGA、上位机、滑环和探测器，所述FPGA内含有RAM A和RAM B；包括如下步骤：

S1，所述上位机发送开启飞焦点模式至FPGA，并开启数据采集模式；

S2，所述上位机对滑环发出旋转指令，所述滑环开始旋转并发送滑环脉冲信号至FPGA；

S3，所述上位机对探测器发送数据采集指令，所述探测器开始采集暗电流数据；

S4，所述FPGA获得探测器采集到的暗电流数据，并根据焦点位置将暗电流数据存放在RAM A和RAM B中；

S5，所述上位机开启曝光模式，并发送曝光指令至FPGA，所述FPGA接收到曝光指令后，锁存住当前时刻下的探测器飞焦点模式下各个像素点的暗电流值；

S6，所述探测器将曝光的数据发送至FPGA，并对所述曝光的数据进行暗电流处理，最终将处理后的数据打包输出给上位机。

作为优选，步骤S2还包括如下步骤：

S21，所述FPGA通过滑环接收到滑环上的孔位信号，转换成采样脉冲；

S22，所述FPGA根据采样脉冲在孔位间插入一个虚拟脉冲，用以切换焦点位置。

作为优选，步骤S3包括如下步骤：

S31，所述FPGA开始根据滑环上的采样点切换飞焦点位置，所述探测器采集暗电流数据，采集的每个像素点的暗电流数据按照view方向依次排列并发送到FPGA中。

作为优选，步骤S4包括如下步骤：

S41，根据焦点的位置采用PING-PONG RAM模式将飞焦点模式下两个焦点的暗电流数据分别存在RAM A和RAM B中；

其中，所述滑环脉冲采集的暗电流数据放置在RAM A中，所述虚拟脉冲采集的暗电流数据放置在RAM B中。

作为优选，所述RAM A和RAM B中的暗电流数据在每次对应的暗电流数据采集后进行刷新。

作为优选，步骤S6中所述暗电流处理，包括如下步骤：

所述FPGA根据焦点位置读取RAM A或RAM B内锁存的探测器飞焦点模式下各个像素点的暗电流值，并将所述曝光的数据各个像素点减去对应像素点的暗电流值后获得的处理数据。

本发明与现有技术相比，有益效果是：(1)本发明通过飞焦点模式下的暗电流处理，使采集到的飞焦点数据均一性提高，进而提升图像质量；(2)本发明采用每次扫描前采集本次扫描条件下每个像素点飞焦点模式下的两个暗电流值，并存储在FPGA中的方式，来提高采集数据的准确性。

附图说明

图1为本发明基于FPGA飞焦点模式下的暗电流智能处理方法的一种流程图；

图2为本发明基于FPGA飞焦点模式下的暗电流智能处理方法的一种原理框图；

图3为本发明中采集飞焦点暗电流阶段的一种原理示意图；

图4为本发明中曝光模式下采数阶段的一种原理示意图；

图5为无飞焦点暗电流处理下的数据的一种效果示意图；

图6为经过本发明基于FPGA飞焦点模式下的暗电流智能处理方法处理后的数据的一种效果示意图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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，并获得其他的实施方式。

实施例1：

如图1和图2所示，基于FPGA飞焦点模式下的暗电流智能处理方法，包括FPGA、上位机、滑环和探测器，所述FPGA内含有RAM A和RAM B；包括如下步骤：

S1，所述上位机发送开启飞焦点模式至FPGA，并开启数据采集模式；

S2，所述上位机对滑环发出旋转指令，所述滑环开始旋转并发送滑环脉冲信号至FPGA；

S3，所述上位机对探测器发送数据采集指令，所述探测器开始采集暗电流数据；

S4，所述FPGA获得探测器采集到的暗电流数据，并根据焦点位置将暗电流数据存放在RAM A和RAM B中；

S5，所述上位机开启曝光模式，并发送曝光指令至FPGA，所述FPGA接收到曝光指令后，锁存住当前时刻下的探测器飞焦点模式下各个像素点的暗电流值；

S6，所述探测器将曝光的数据发送至FPGA，并对所述曝光的数据进行暗电流处理，最终将处理后的数据打包输出给上位机。

进一步的，步骤S2还包括如下步骤：

S21，所述FPGA通过滑环接收到滑环上的孔位信号，转换成采样脉冲；

S22，所述FPGA根据采样脉冲在孔位间插入一个虚拟脉冲，用以切换焦点位置。

所述滑环设有机架，滑环位于机架内上，通过上位机对滑环发出的旋转指令，使得滑环旋转的同时带动了机架的旋转。

进一步的，步骤S3包括如下步骤：

S31，所述FPGA开始根据滑环上的采样点切换飞焦点位置，所述探测器采集暗电流数据，采集的每个像素点的暗电流数据按照view方向依次排列并发送到FPGA中。

所述步骤S3探测器采集的暗电流数据，是指在飞焦点模式下，两个焦点情况下各个像素点的暗电流大小。所述view方向指数据查看的方向。

进一步的，步骤S4包括如下步骤：

S41，根据焦点的位置采用PING-PONG RAM模式将飞焦点模式下两个焦点的暗电流数据分别存在RAM A和RAM B中；

其中，所述滑环脉冲采集的暗电流数据放置在RAM A中，所述虚拟脉冲采集的暗电流数据放置在RAM B中。

具体如图3所示，图中PKG代表数据库文件，图中包含多个RAM A和RAMB，FPGA芯片发送采集积分时间和飞焦点位置信息，并根据焦点位置选择对应的暗电流数据，利用采数脉冲(滑环脉冲和虚拟脉冲)将采集到的暗电流数据(PKG文件)存放在RAM A或RAM B中。其中，一个PKG文件对应一个RAM。

进一步的，所述RAM A和RAM B中的暗电流数据在每次对应的暗电流数据采集后进行刷新。所述过程用于确保数据的实时准确性，保证最后暗电流处理的结果更加准确。

另外，步骤S5的具体过程如图4所示，在曝光采数模式下，当所述FPGA接收到曝光指令后，锁存住当前时刻下的探测器飞焦点模式下各个像素点的暗电流值(即图4中的各个PKG文件)，此时的暗电流值最接近本次扫描的两个飞焦点位置下暗电流大小。每个RAM对应一个探测器曝光的数据和一个PKG文件，方便进行后续的数据处理操作。

进一步的，步骤S6中所述暗电流处理，包括如下步骤：

所述FPGA根据焦点位置读取RAM A或RAM B内锁存的探测器飞焦点模式下各个像素点的暗电流值，并将所述曝光的数据各个像素点减去对应像素点的暗电流值后获得的处理数据。

本发明为了解决飞焦点模式下，两个焦点对应暗电流大小不一致的情况，在探测器开始采集曝光数据前，先对探测器开启飞焦点采数模式，采集探测器飞焦点模式下，两个焦点情况下各个像素点的暗电流大小，将这些值存放在FPGA内的两个RAM中，当开始采集曝光数据后，根据控制板切换球管焦点位置信息，将探测器采集到的数据减去相应像素点的暗电流，使得采集上的飞焦点数据均一性提高，图像质量提升。本发明中的FPGA位于对应的数据采集板上。

具体对比结果如图5和图6所示，图5为无飞焦点暗电流处理下的图像中各个像素点的灰度值大小；图6为经过本发明基于FPGA飞焦点模式下的暗电流智能处理方法处理后的图像中各个像素点的灰度值大小。从图5和图6中虚线框部分数据的比较可以看出，经过本发明方法处理后的各个像素点灰度值的均一性，有了明显的提高。经过FPGA处理后的数据明显优于无暗电流处理的数据。

本发明通过飞焦点模式下的暗电流处理，使采集到的飞焦点数据均一性提高，进而提升图像质量；本发明采用每次扫描前采集本次扫描条件下每个像素点飞焦点模式下的两个暗电流值，并存储在FPGA中的方式，来提高采集数据的准确性。

以上所述仅是对本发明的优选实施例及原理进行了详细说明，对本领域的普通技术人员而言，依据本发明提供的思想，在具体实施方式上会有改变之处，而这些改变也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.基于FPGA飞焦点模式下的暗电流智能处理方法，包括FPGA、上位机、滑环和探测器，所述FPGA内含有RAM A和RAM B；其特征在于，包括如下步骤：

S1，所述上位机发送开启飞焦点模式至FPGA，并开启数据采集模式；

S2，所述上位机对滑环发出旋转指令，所述滑环开始旋转并发送滑环脉冲信号至FPGA；

S3，所述上位机对探测器发送数据采集指令，所述探测器开始采集暗电流数据；

S4，所述FPGA获得探测器采集到的暗电流数据，并根据焦点位置将暗电流数据存放在RAM A和RAM B中；

S5，所述上位机开启曝光模式，并发送曝光指令至FPGA，所述FPGA接收到曝光指令后，锁存住当前时刻下的探测器飞焦点模式下各个像素点的暗电流值；

S6，所述探测器将曝光的数据发送至FPGA，并对所述曝光的数据进行暗电流处理，最终将处理后的数据打包输出给上位机。

2.根据权利要求1所述的基于FPGA飞焦点模式下的暗电流智能处理方法，其特征在于，步骤S2还包括如下步骤：

S21，所述FPGA通过滑环接收到滑环上的孔位信号，转换成采样脉冲；

S22，所述FPGA根据采样脉冲在孔位间插入一个虚拟脉冲，用以切换焦点位置。

3.根据权利要求1所述的基于FPGA飞焦点模式下的暗电流智能处理方法，其特征在于，步骤S3包括如下步骤：

S31，所述FPGA开始根据滑环上的采样点切换飞焦点位置，所述探测器采集暗电流数据，采集的每个像素点的暗电流数据按照view方向依次排列并发送到FPGA中；

探测器采集的暗电流数据，是指在飞焦点模式下，两个焦点情况下各个像素点的暗电流大小；所述view方向指暗电流数据查看的方向。

4.根据权利要求2所述的基于FPGA飞焦点模式下的暗电流智能处理方法，其特征在于，步骤S4包括如下步骤：

S41，根据焦点的位置采用PING-PONG RAM模式将飞焦点模式下两个焦点的暗电流数据分别存在RAM A和RAM B中；

其中，所述滑环脉冲采集的暗电流数据放置在RAM A中，所述虚拟脉冲采集的暗电流数据放置在RAM B中。

5.根据权利要求4所述的基于FPGA飞焦点模式下的暗电流智能处理方法，其特征在于，所述RAM A和RAM B中的暗电流数据在每次对应的暗电流数据采集后进行刷新。

6.根据权利要求1所述的基于FPGA飞焦点模式下的暗电流智能处理方法，其特征在于，步骤S6中所述暗电流处理，包括如下步骤：

所述FPGA根据焦点位置读取RAM A或RAM B内锁存的探测器飞焦点模式下各个像素点的暗电流值，并将所述曝光的数据各个像素点减去对应像素点的暗电流值后获得的处理数据。