CN114563429B - 一种超分辨x射线阴影成像系统及其成像方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种超分辨X射线阴影成像系统，所述超分辨X射线阴影成像系统包括依次设置的X射线光源、样品台、X射线探测器和图像反演设备，所述X射线光源、所述样品台和所述X射线探测器的几何中心共线，所述样品台的几何中心有用于放置待测样品通孔，所述X射线光源用于提供X射线，且所述X射线能够通过样品台在所述X射线探测器上形成成像图像，所述图像反演设备用于获取所述成像图像，并对所述成像图像进行图像反演操作，以形成新的成像图像。本发明所提供的超分辨X射线阴影成像系统及其成像方法，能够克服光源大小对成像分辨率局限的情况下，获得清晰、高分辨的X射线阴影成像图像。

Description

一种超分辨X射线阴影成像系统及其成像方法
技术领域
本发明涉及X射线技术领域，具体涉及一种超分辨X射线阴影成像系统及其成像方法。
背景技术
X射线的应用早已渗透到社会经济各行各业和大众生活的各个方面，对于提高人类的生活质量和帮助人类认识客观世界发挥了巨大作用。由于X射线具有很强的穿透力，其在医学诊断、泵浦探测、相衬成像等方面具有非常重要的应用。如今，随着科学技术的迅猛发展，高能量X射线的应用也对X射线成像技术提出了更高的要求。
由于X射线具有如穿透性、荧光效应及摄影效应等特性，其透过不同密度和厚度的材料时，由于吸收程度不同，部分X射线光子穿过物质时被衰减，其可以呈现出具有不同灰度值的影响。从而人们提出了X射线照相法这种无损检测方法。
X射线照相法是一种最基本、应用最为广泛的射线检测方法。其广泛应用于医疗、航空、航天、兵器、核能、汽车等领域产品和系统的无损检测、无损评估以及逆求，检测对象包括导弹、火箭发动机、核废料、电路板、发动机叶片、汽车发动机气缸、轮胎轮毂等，在医学诊断、工程质量监督和产品质量保证方面发挥着极其重要的作用。
然而，随着科学技术水平的不断提高，医学、工业及科学领域的测量对X射线阴影成像技术的分辨率提出了越来越高的要求。而想要获得高分辨率的X射线成像，就必须要对光源的尺寸进行减小。光源尺寸限制了X射线阴影成像技术分辨率的进一步发展。
发明内容
本发明的目的在于提供一种超分辨X射线阴影成像系统及其成像方法，以能够克服光源大小对成像分辨率局限的情况下，获得清晰、高分辨的X射线阴影成像图像。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
本发明提供一种超分辨X射线阴影成像系统，所述超分辨X射线阴影成像系统包括依次设置的X射线光源、样品台、X射线探测器和图像反演设备，所述X射线光源、所述样品台和所述X射线探测器的几何中心共线，所述样品台的几何中心有用于放置待测样品的通孔，所述X射线光源用于提供X射线，且所述X射线能够通过样品台在所述X射线探测器上形成成像图像，所述图像反演设备用于获取所述成像图像，并对所述成像图像进行图像反演操作，以形成新的成像图像。
可选择地，所述X射线光源、样品台、X射线探测器分别设置有对应的光学支架，且所述光学支架为沿高度方向可伸缩的光学支架。
可选择地，沿所述X射线光源、所述样品台和所述X射线探测器连线方向，所述样品台和所述X射线探测器之间的距离可调。
可选择地，所述通孔的直径与所述待测样品之间存在间隙。
本发明还提供一种基于上述的超分辨X射线阴影成像系统的成像方法，所述成像方法包括：
控制所述X射线光源向所述待测样品发射X射线；
获取所述待测样品在所述X射线探测器上形成的成像图像；
对所述成像图像进行图像反演操作，得到新的成像图像。
可选择地，所述对所述图像进行图像反演操作包括：
控制所述X射线光源向所述样品台的通孔发射X射线；
获取所述X射线通过所述通孔在所述X射线探测器上形成的原始图像；
分别对所述通孔的像素点坐标、所述原始图像和所述成像图像进行傅里叶变换，得到变换后的通孔的像素坐标点、变换后的原始图像和变换后的成像图像；
根据所述变换后的通孔的像素坐标点、变换后的原始图像和变换后的成像图像，利用反卷积操作，得到所述待测样品在傅氏空间的解码像；
对所述解码像进行逆傅里叶变换操作，得到所述新的成像图像。
可选择地，所述根据所述变换后的像素坐标点、变换后的原始图像和变换后的成像图像，利用反卷积操作，得到所述待测样品在傅氏空间的解码像包括：
FT＝FHT./FHA.*FA
其中，FT表示所述待测样品在傅氏空间的解码像，FA表示变换后的像素坐标点，FHT表示变换后的原始图像，FHA表示变换后的成像图像。
本发明具有以下有益效果：
通过上述技术方案，即通过本发明所提供的超分辨X射线阴影成像系统及其成像方法，图像反演设备能够对成像图像进行图像反演操作，从而使得新的成像图像比原始获得的成像图像更加清晰且分辨率高，进一步克服了光源大小对成像分辨率局限。
附图说明
图1为本发明所提供的超分辨X射线阴影成像系统的结构示意图；
图2为本发明所提供的超分辨X射线阴影成像方法的流程图；
图3为待测样品在X射线探测器上形成的成像图像；
图4为X射线通过样品台的通孔在X射线探测器上形成的原始图像；
图5为新的成像图像；
图6为样品台中的通孔的图像。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
实施例
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
本发明提供一种超分辨X射线阴影成像系统，参考图1所示，所述超分辨X射线阴影成像系统包括依次设置的X射线光源、样品台、X射线探测器和图像反演设备，所述X射线光源、所述样品台和所述X射线探测器的几何中心共线，所述样品台的几何中心有用于放置待测样品的通孔，所述X射线光源用于提供X射线，且所述X射线能够通过样品台在所述X射线探测器上形成成像图像，所述图像反演设备用于获取所述成像图像，并对所述成像图像进行图像反演操作，以形成新的成像图像。
可选择地，所述X射线光源、样品台、X射线探测器分别设置有对应的光学支架，且所述光学支架为沿高度方向可伸缩的光学支架。
这样，在进行成像过程中，能够根据实际需求对X射线光源、样品台和X射线探测器的高度进行调节，从而确保所述X射线光源、所述样品台和所述X射线探测器的几何中心共线。
当然，为了确保能够得到成像图像的不同大小，本发明所提供的样品台和X射线探测器之间的像距可调，即，沿所述X射线光源、所述样品台和所述X射线探测器所在的方向上，所述样品台可移动和/或所述X射线探测器可移动，从而改变成像比例。
由于一般X射线照相只能用针孔照相，而针孔照相由于光通量不够，所以照不清楚，因此在本发明中，所述通孔与所述待测样品之间存在间隙。换言之，本发明所提供的通孔为大孔，即能够使得X射线通过通孔与待测样品间的间隙投射至X射线探测器上，从而确保足够的光通量。
本发明还提供一种基于上述的超分辨X射线阴影成像系统的成像方法，参考图2所示，所述成像方法包括：
控制所述X射线光源向所述待测样品发射X射线；
获取所述待测样品在所述X射线探测器上形成的成像图像；
由于待测样品大小并不一定能够完全填充样品台上的通孔，因此，在对待测样品进行成像的过程中，会夹杂有一定的X射线，因而形成的成像图像是X射线本身、通孔和待测样品的成像混叠图像，无法确保其清晰度，参考图3所示。因此，本发明对所述成像图像进行图像反演操作，得到新的成像图像。
可选择地，所述对所述图像进行图像反演操作包括：
控制所述X射线光源向所述样品台的通孔发射X射线；
获取所述X射线通过所述通孔在所述X射线探测器上形成的原始图像；这样，原始图像即为X射线本身和通孔的成像混叠图像具体的原始图像图参考图4所示。
分别对所述通孔的像素点坐标、所述原始图像和所述成像图像进行傅里叶变换，得到变换后的通孔的像素坐标点、变换后的原始图像和变换后的成像图像；
根据所述变换后的通孔的像素坐标点、变换后的原始图像和变换后的成像图像，利用反卷积操作，得到所述待测样品在傅氏空间的解码像；
对所述解码像进行逆傅里叶变换操作，得到所述新的成像图像，参考图5所示。
可选择地，所述根据所述变换后的像素坐标点、变换后的原始图像和变换后的成像图像，利用反卷积操作，得到所述待测样品在傅氏空间的解码像包括：
FT＝FHT./FHA.*FA
其中，FT表示所述待测样品在傅氏空间的解码像，FA表示变换后的像素坐标点，FHT表示变换后的原始图像，FHA表示变换后的成像图像。
本发明具有以下有益效果：
通过上述技术方案，即通过本发明所提供的超分辨X射线阴影成像系统及其成像方法，图像反演设备能够对成像图像进行图像反演操作，从而使得新的成像图像比原始获得的成像图像更加清晰且分辨率高，进一步克服了光源大小对成像分辨率局限。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种超分辨X射线阴影成像系统，其特征在于，所述超分辨X射线阴影成像系统包括依次设置的X射线光源、样品台、X射线探测器和图像反演设备，所述X射线光源、所述样品台和所述X射线探测器的几何中心共线，所述样品台的几何中心有用于放置待测样品的通孔，所述X射线光源用于提供X射线，且所述X射线能够通过样品台在所述X射线探测器上形成成像图像，所述图像反演设备用于获取所述成像图像，并对所述成像图像进行图像反演操作，以形成新的成像图像；所述通孔与所述待测样品之间存在间隙。
2.根据权利要求1所述的超分辨X射线阴影成像系统，其特征在于，所述X射线光源、样品台和X射线探测器分别设置有对应的光学支架，且所述光学支架为沿高度方向可伸缩的光学支架。
3.根据权利要求1所述的超分辨X射线阴影成像系统，其特征在于，沿所述X射线光源、所述样品台和所述X射线探测器连线方向，所述样品台和所述X射线探测器之间的距离可调。
4.一种基于权利要求1-3中任意一项所述的超分辨X射线阴影成像系统的成像方法，其特征在于，所述成像方法包括：
控制所述X射线光源向所述待测样品发射X射线；
获取所述待测样品在所述X射线探测器上形成的成像图像；
对所述成像图像进行图像反演操作，得到新的成像图像。
5.根据权利要求4所述的成像方法，其特征在于， 所述对所述图像进行图像反演操作包括：
控制所述X射线光源向所述样品台的通孔发射X射线；
获取所述X射线通过所述通孔在所述X射线探测器上形成的原始图像；
分别对所述通孔的像素点坐标、所述原始图像和所述成像图像进行傅里叶变换，得到变换后的通孔的像素坐标点、变换后的原始图像和变换后的成像图像；
根据所述变换后的通孔的像素坐标点、变换后的原始图像和变换后的成像图像，利用反卷积操作，得到所述待测样品在傅氏空间的解码像；
对所述解码像进行逆傅里叶变换操作，得到所述新的成像图像。
6.根据权利要求5所述的成像方法，其特征在于，所述根据所述变换后的像素坐标点、变换后的原始图像和变换后的成像图像，利用反卷积操作，得到所述待测样品在傅氏空间的解码像包括：
Figure 524053DEST_PATH_IMAGE001
其中，
Figure 856945DEST_PATH_IMAGE002
表示所述待测样品在傅氏空间的解码像，
Figure 94154DEST_PATH_IMAGE003
表示变换后的像素坐标点，
Figure 588720DEST_PATH_IMAGE004
表示变换后的原始图像，
Figure 308283DEST_PATH_IMAGE005
表示变换后的成像图像。
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