CN115018720A - 一种用于多层平板探测器的几何校正方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种用于多层平板探测器的几何校正方法及装置，通过多层平板探测器对几何校正模体进行照射后，获取到多层平板探测器中各层的校正图像，而由于几何校正模体上设置有特征标记，使得照射后得到的每一校正图像中都有与特征标记对应的坐标，从而在后续校正的过程中，能够以第一预设层对应的特征标记的坐标为参考基准结合其余各层对应的特征标记的坐标计算得到各层对应的几何校正矩阵，从而得到各层与第一预设层之间的几何位置偏差，并最终通过几何校正矩阵对各层的位置进行校正，进而消除第一预设层与各层之间的几何位置偏差，消除了层级之间存在相对平移、内旋、外旋偏差的问题，实现对二维投影图像之间的几何位置差异的矫正。
Description
技术领域
本发明涉及医疗技术领域，特别是涉及一种用于多层平板探测器的几何校正方法及装置。
背景技术
随着医疗技术的不断发展，越来越多智能且具有多功能的探测器被用于临床治疗。通过探测器对人体进行扫描，得到检测部位的图像。通过精确的扫描图像，提高了医师对疾病的诊断。其中，多层平板探测器能够利用不同层的滤过差异获得不同能谱的多张图像，并且能够根据物质的在不同能谱下的衰减差异进行能量减影、物质分解等应用，从而提高图像的精度。
但多层平板在设计组装的过程中，存在各层TFT(Thin Film Transistor，薄膜晶体管)无法完全对齐的问题。导致在获取的图像时，层级之间存在相对平移、内旋、外旋偏差的情况，进而造成图像在能谱应用过程中出现伪影，影响图像成像效果。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种用于多层平板探测器的几何校正方法及装置，实现对二维投影图像之间的几何位置差异的矫正。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种用于多层平板探测器的几何校正方法，包括步骤：
通过多层平板探测器采集几何校正模体对应的校正图像，所述几何校正模体上设置有特征标记；
根据所述多层平板探测器中各层的所述校正图像获取每一校正图像中的特征标记的坐标；
以第一预设层对应的所述坐标为参考基准，对其余各层对应的所述坐标进行矩阵变化计算，得到各层对应的几何校正矩阵；
根据所述几何校正矩阵对各层平板的位置以及实际拍摄图像进行校正。
为了解决上述技术问题，本发明采用的另一技术方案为：
一种几何校正模体，所述几何校正模体包括具有一定X射线衰减系数且能够在平板探测器上显影的材料；
所述几何校正模体包括至少两组特征标记；
至少一组所述特征标记设置在所述几何校正模体的中心。
为了解决上述技术问题，本发明采用的另一技术方案为：
一种用于多层平板探测器的几何校正装置，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述的一种用于多层平板探测器的几何校正方法中的各个步骤。
本发明的有益效果在于：通过多层平板探测器对几何校正模体进行照射后，获取到多层平板探测器中各层的校正图像，而由于几何校正模体上设置有特征标记，使得照射后得到的每一校正图像中都有与特征标记对应的坐标，从而在后续校正的过程中，能够以第一预设层对应的特征标记的坐标为参考基准结合其余各层对应的特征标记的坐标计算得到各层对应的几何校正矩阵，从而得到各层与第一预设层之间的几何位置偏差，并最终通过几何校正矩阵对各层的位置进行校正，进而消除第一预设层与各层之间的几何位置偏差，消除了层级之间存在相对平移、内旋、外旋偏差的问题，实现对二维投影图像之间的几何位置差异的矫正。
附图说明
图1为本发明实施例中的一种用于多层平板探测器的几何校正方法的步骤流程示意图；
图2为本发明实施例中的一种校正模体的结构示意图；
图3为本发明实施例中的一种用于多层平板探测器的几何校正装置的结构示意图；
图4为多层平板探测器获取到的顶层胸部图像；
图5为多层平板探测器获取到的底层胸部图像；
图6为未通过几何校正的顶层胸部图像和底层胸部图像相减效果图；
图7为通过几何校正方法步骤后的顶层胸部图像和底层胸部图像相减效果图。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。
请参照图1，一种用于多层平板探测器的几何校正方法，包括步骤：
通过多层平板探测器采集几何校正模体对应的校正图像，所述几何校正模体上设置有特征标记；
根据所述多层平板探测器中各层的所述校正图像获取每一校正图像中的特征标记的坐标；
以第一预设层对应的所述坐标为参考基准，对其余各层对应的所述坐标进行矩阵变化计算，得到各层对应的几何校正矩阵；
根据所述几何校正矩阵对各层平板的位置以及实际拍摄图像进行校正。
由上述描述可知，本发明的有益效果在于：通过多层平板探测器对几何校正模体进行照射后，获取到多层平板探测器中各层的校正图像，而由于几何校正模体上设置有特征标记，使得照射后得到的每一校正图像中都有与特征标记对应的坐标，从而在后续校正的过程中，能够以第一预设层对应的特征标记的坐标为参考基准结合其余各层对应的特征标记的坐标计算得到各层对应的几何校正矩阵，从而得到各层与第一预设层之间的几何位置偏差，并最终通过几何校正矩阵对各层的位置进行校正，进而消除第一预设层与各层之间的几何位置偏差，消除了层级之间存在相对平移、内旋、外旋偏差的问题，实现对二维投影图像之间的几何位置差异的矫正。
进一步地，所述几何校正模体上设置有至少两组所述特征标记；
根据所述多层平板探测器中各层的所述校正图像获取每一校正图像中的特征标记的坐标之后还包括：
根据所述校正图像中的多组所述坐标得到特征坐标组。
由上述描述可知，通过获取至少两组特征标记的坐标得到特征坐标组，从而通过更多的坐标点能够更精确的确定每一层相对第一预设层的偏移，提高对多层平板探测器不同层图像校正的精度。
进一步地，所述根据所述多层平板探测器中各层的所述校正图像获取每一校正图像中的特征标记的坐标包括：
获取所述校正图像的亮度均值；
根据所述亮度均值对所述校正图像进行区域分割，得到多组连通区域并标记所述连通区域；
根据预设的筛选阈值对所述连通区域进行筛选，得到有效连通区域；
根据所述有效连通区域计算得到所述坐标。
由上述描述可知，通过获取校正图像的亮度均值，并根据亮度均值对校正图像进行区域分割，能够精确的将校正图像中可能包含特征标记的区域与未包含特征标记的区域分离，从而能够快速地定位特征标记的区域，提高计算效率。
进一步地，所述根据所述亮度均值对所述校正图像进行区域分割包括：
获取分割比例系数，根据所述亮度均值以及所述分割比例系数得到区域分割阈值；
根据所述区域分割阈值对所述校正图像进行区域分割。
由上述描述可知，由于校正图像也包含空气区域灰度值，因此通过设置分割比例系数，并根据校正模体区域的灰度和空气区域的灰度之间关系设置分割比例系数，从而能够更精确的将校正图像中包含特征标记的区域筛选出。
进一步地，所述根据所述有效连通区域计算得到所述坐标包括：
计算所述有效连通区域的质心点；
根据所述质心点得到所述坐标。
由上述描述可知，通过获取效连通区域的质心点并根据质心点得到坐标，由于质心点为每一特征标记区域内的特征值，因此根据质心对应的坐标就能够精度的确定每一特征标记区域的坐标。
进一步地，所述以第一预设层对应的所述坐标为参考基准，对其余各层对应的所述坐标进行矩阵变化计算，得到各层对应的几何校正矩阵包括：
建立变换矩阵M：Ii(Mi*pij)＝Ii′(pi′j)；
得到几何校正变换方程组：Mi*Pij＝Pi′j j＝1,2...n；
根据所述几何校正变换方程组计算得到所述几何校正矩阵Mi；
其中，pij为第i层平板的第j个坐标[x,y,j]；Ii为第i层图像，Ii′为所述第一预设层图像；Mi为第i层相对所述第一预设层的矫正矩阵；n为匹配点数。
由上述描述可知，通过建立变化矩阵，并根据各层对应的坐标以及第一预设层对应的坐标得到几何校正变换方程组，再根据得到的几何校正变换方程组求解几何校正矩阵Mi，进而根据几何校正矩阵Mi能够确定各层中坐标与第一预设层中坐标的对应关系，并实现图像校正。
进一步地，所述根据所述几何校正矩阵对各层平板的位置实际拍摄图像进行校正包括：
根据所述几何校正矩阵Mi对其对应层的所述拍摄图像坐标进行转换；
对完成转换的所述拍摄图像进行双线性插值，得到所述拍摄图像对应的变换图像。
由上述描述可知，先根据几何校正矩阵Mi对其对应层的拍摄图像坐标进行转换后，再使用双线性插值获取变化后的图像，从而消除了层级图像之间存在相对平移、内旋、外旋偏差的问题。
一种几何校正模体，所述几何校正模体包括具有一定X射线衰减系数且能够在平板探测器上显影的材料；
所述几何校正模体包括至少两组特征标记；
至少一组所述特征标记设置在所述几何校正模体的中心。
由上述描述可知，通过将至少一组特征标记设置在几何校正模体的中心，使得多层平板探测器能够快速的确认位于几何校正模体中心的特征标记，从而能够根据中心的特征标记的区域大小确定其余特征标记的位置，不仅提高分割特征标记的效率，并且提高分割精度。
进一步地，所述特征标记包括任意可求出质心和顶点的图形。
一种用于多层平板探测器的几何校正装置，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述的一种用于多层平板探测器的几何校正方法中的各个步骤。
本发明上述用于多层平板探测器的几何校正方法及装置，能够消除层级图像之间存在相对平移、内旋、外旋偏差的问题，以下通过具体实施方式进行说明：
实施例一
请参照图1，一种用于多层平板探测器的几何校正方法，包括步骤：
S1、通过多层平板探测器采集几何校正模体对应的校正图像，所述几何校正模体上设置有特征标记；其中，所述几何校正模体上设置有至少两组所述特征标记；
具体的，通一次x射线曝光同时采集多层平板探测器的几何校正模体对应的所述校正图像；由于多层平板探测器是由多层感光材料相互叠加组成，因此只需要曝光一层，不同层的感光材料就会接收到不同能级的X射线，每一层感光材料都会生成一张对应能级的图像，所以只需要像普通探测器一样进行一次曝光，就可以生成多张不同能级的x光图像；
S2、根据所述多层平板探测器中各层的所述校正图像获取每一校正图像中的特征标记的坐标；并根据所述校正图像中的多组所述坐标得到特征坐标组；
具体的，包括S21、获取所述校正图像的亮度均值；其中，若所述特征标记设置在所述几何校正模体的中心，则获取到所述校正图像中心的亮度均值；如获取所述校正图像中心宽高150*150的区域，并求出该区域的亮度均值；其中，计算所述亮度均值的区域只要包含几何校正模体即可，将几何校正模体放在探测器中心区域计算中心区域的所述亮度均值为最佳；并且所述多层平板探测器各层的所述亮度均值不相同，即每一层都需要分别获取一次所述亮度均值，且越靠近底层图像的所述亮度值会越低；
S22、根据所述亮度均值对所述校正图像进行区域分割，得到多组连通区域并标记所述连通区域；
S221、获取分割比例系数，根据所述亮度均值以及所述分割比例系数得到区域分割阈值；
在一种可选的实施方式中，将所述亮度均值乘以所述分割比例系数得到所述区域分割阈值：所述分割比例系数与所述几何校正模体区域的灰度以及空气区域的灰度有关；如所述几何校正模体中心区域的图像亮度均值是3000，而空气区域的灰度是17000，则用中心区域的灰度均值乘以1.5的所述分割比例系数作为所述区域分割阈值，将大于该阈值的区域分割出来；
S222、根据所述区域分割阈值对所述校正图像进行区域分割，得到多组连通区域并标记所述连通区域；
S23、根据预设的筛选阈值对所述连通区域进行筛选，得到有效连通区域；
由于所述几何校正模体外的空气区域也可能被标记为所述连通区域，并且也可能存在有较小的噪点区域被标记为所述连通区域；因此，通过设置面积阈值即所述筛选阈值能够有效将噪点区域去除；如宽高为3072*3072的所述校正图像中，若所述特征标记的大小为2cm的圆孔，则可设定应当去除面积超过2πcm*cm+/-20％的所述连通区域筛选出圆孔；如所述特征标记所占的像素大小约为350-450个像素之间，则设最大的所述筛选阈值为500，最小的所述筛选阈值为300，即能够将不在这两个阈值之间的所述连通区域去除，进而得到所述有效连通区域；
S24、根据所述有效连通区域计算得到所述坐标；
S241、计算所述有效连通区域的质心点，根据所述质心点得到所述坐标；
具体的，记录一个被标记的所述有效连通区域内所有点的X坐标和Y坐标，求所有点的X坐标的均值和Y坐标的均值，得到所述坐标；并将多个质心对应的所述坐标生成所述特征坐标组；
S3、以第一预设层对应的所述坐标为参考基准，对其余各层对应的所述坐标进行矩阵变化计算，得到各层对应的几何校正矩阵；
具体的，建立变换矩阵M：Ii(Mi*pij)＝Ii′(pi′j)；
得到几何校正变换方程组：Mi*Pij＝Pi′j j＝1,2...n；
根据所述几何校正变换方程组计算得到所述几何校正矩阵Mi；
其中，pij为第i层平板的第j个坐标[x,y,j]；Ii为第i层图像，Ii′为所述第一预设层图像；Mi为第i层相对所述第一预设层的矫正矩阵；n为匹配点数，应大于或等于2；对于各层平板之间角度极小的情况，m31，m32近似于0，剩下6个未知数，2个匹配点即可建立线性方程求解；对于各层平板之间角度较大的情况，n应大于等于3；其中，各层对应的所述几何校正矩阵均为独立的；
例如有两个标记区域在多层探测器的第一层质心坐标为分别为(339,508)、(339,699)；在第二层的质心坐标分别为(336,511)、(335,703)；则可以构建方程组Pi，即第一层的方程组为P1＝[339,508,1；339,699,2]；第二层的方程组为P2＝[336,511,1；335,703,2]；并以第一层为参考基准，则通过P1、P2构建方程组：P2＝M2*P1求解后就得到所述几何校正矩阵M2；
采用更多的匹配点对时可以建立超定方程，使用最小二乘法求解，增加匹配点对更有利于减小检测误差的影响；
S4、根据所述几何校正矩阵对各层平板的位置以及实际拍摄图像进行校正；
根据所述几何校正矩阵Mi对其对应层的所述拍摄图像坐标进行转换：pti＝Mi*pi；其中，pti为变化图像的坐标；
对完成转换的所述拍摄图像进行双线性插值：Ii(pi)＝interpolate(Ii(pti))，得到所述拍摄图像对应的变换图像；
实施例二
一种几何校正模体，所述几何校正模体包括具有一定X射线衰减系数且能够在平板探测器上显影的材料；
所述几何校正模体包括至少两组特征标记；至少一组所述特征标记设置在所述几何校正模体的中心；所述特征标记包括任意可求出质心和顶点的图形；且所述特征标记与所述几何校正模体的基底形成强对比；
请参照图2，在一个可选的实施方式中，所述几何校正模体由质地均匀的铜材料制成，整体呈正方形，尺寸为20cm×20cm；所述几何校正模体的四周和中心位置分别设置了9个所述特征标记，所述特征标记为直径为2cm的圆孔；
拍摄所述几何校正模体时，由于受铜衰减的影响，所述特征标记的灰度远大于所述几何校正模体基底区域的灰度；因此，所述特征标记能够与所述几何校正模体的基底形成强对比；
其中，在采集所述校正图像之前还包括步骤：
S01、打开束光器，保证光野覆盖整个探测器的幅面；
S02、对多层平板探测器的各层分别进行平板校正，保证拍摄的空气图均匀性良好；所述平板校正包含：暗校正、增益校正以及坏点坏线校正；
S03、将所述几何校正模体放置在多层平板探测器的中心位置，并选择合适的剂量进行一次曝光；从而同时获取各层探测器的所述几何校正模对应的所述校正图像。
实施例三
请参照图3，一种用于多层平板探测器的几何校正装置，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述述的一种用于多层平板探测器的几何校正方法中的各个步骤；
在一种可选的实施方式中，所述几何校正模体设置在几何校正装置上；
请参照图4-5，分别为通过多层平板探测器获取到的顶层胸部图像和底层胸部图像；
其中，图6为未通过几何校正的顶层胸部图像和底层胸部图像相减效果；可以明显观察到图像存在较严重的图像伪影；图7为通过上述几何校正方法步骤后的顶层胸部图像和底层胸部图像相减效果，可以明显观察到图像中的伪影消失。
综上所述，本发明提供的一种用于多层平板探测器的几何校正方法及装置，通过多层平板探测器对几何校正模体进行照射后，获取到多层平板探测器中各层的校正图像，而由于几何校正模体上设置有特征标记，使得照射后得到的每一校正图像中都有与特征标记对应的坐标，从而在后续校正的过程中，能够以第一预设层对应的特征标记的坐标为参考基准结合其余各层对应的特征标记的坐标计算得到各层对应的几何校正矩阵，从而得到各层与第一预设层之间的几何位置偏差，并最终通过几何校正矩阵对各层的位置进行校正，实现不同层图像的像素信息一一对应，进而消除第一预设层与各层之间的几何位置偏差，消除了层级之间存在相对平移、内旋、外旋偏差的问题，实现对二维投影图像之间的几何位置差异的矫正。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种用于多层平板探测器的几何校正方法，其特征在于，包括步骤：
通过多层平板探测器采集几何校正模体对应的校正图像，所述几何校正模体上设置有特征标记；
根据所述多层平板探测器中各层的所述校正图像获取每一校正图像中的特征标记的坐标；
以第一预设层对应的所述坐标为参考基准，对其余各层对应的所述坐标进行矩阵变化计算，得到各层对应的几何校正矩阵；
根据所述几何校正矩阵对各层平板的位置以及实际拍摄图像进行校正。
2.根据权利要求1所述的一种用于多层平板探测器的几何校正方法，其特征在于，所述几何校正模体上设置有至少两组所述特征标记；
根据所述多层平板探测器中各层的所述校正图像获取每一校正图像中的特征标记的坐标之后还包括：
根据所述校正图像中的多组所述坐标得到特征坐标组。
3.根据权利要求1所述的一种用于多层平板探测器的几何校正方法，其特征在于，所述根据所述多层平板探测器中各层的所述校正图像获取每一校正图像中的特征标记的坐标包括：
获取所述校正图像的亮度均值；
根据所述亮度均值对所述校正图像进行区域分割，得到多组连通区域并标记所述连通区域；
根据预设的筛选阈值对所述连通区域进行筛选，得到有效连通区域；
根据所述有效连通区域计算得到所述坐标。
4.根据权利要求3所述的一种用于多层平板探测器的几何校正方法，其特征在于，所述根据所述亮度均值对所述校正图像进行区域分割包括：
获取分割比例系数，根据所述亮度均值以及所述分割比例系数得到区域分割阈值；
根据所述区域分割阈值对所述校正图像进行区域分割。
5.根据权利要求3所述的一种用于多层平板探测器的几何校正方法，其特征在于，所述根据所述有效连通区域计算得到所述坐标包括：
计算所述有效连通区域的质心点；
根据所述质心点得到所述坐标。
6.根据权利要求1所述的一种用于多层平板探测器的几何校正方法，其特征在于，所述以第一预设层对应的所述坐标为参考基准，对其余各层对应的所述坐标进行矩阵变化计算，得到各层对应的几何校正矩阵包括：
建立变换矩阵M：Ii(Mi*pij)＝Ii′(pi′j)；
得到几何校正变换方程组：Mi*Pij＝Pi′j j＝1,2...n；
根据所述几何校正变换方程组计算得到所述几何校正矩阵Mi；
其中，pij为第i层平板的第j个坐标[x,y,j]；Ii为第i层图像，Ii′为所述第一预设层图像；Mi为第i层相对所述第一预设层的矫正矩阵；n为匹配点数。
7.根据权利要求6所述的一种用于多层平板探测器的几何校正方法，其特征在于，所述根据所述几何校正矩阵对各层平板的位置实际拍摄图像进行校正包括：
根据所述几何校正矩阵Mi对其对应层的所述拍摄图像坐标进行转换；
对完成转换的所述拍摄图像进行双线性插值，得到所述拍摄图像对应的变换图像。
8.一种几何校正模体，其特征在于，所述几何校正模体包括具有一定X射线衰减系数且能够在平板探测器上显影的材料；
所述几何校正模体包括至少两组特征标记；
至少一组所述特征标记设置在所述几何校正模体的中心。
9.根据权利要求8所述的一种几何校正模体，其特征在于，所述特征标记包括任意可求出质心和顶点的图形。
10.一种用于多层平板探测器的几何校正装置，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1-7任意一项所述的一种用于多层平板探测器的几何校正方法中的各个步骤。
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