CN115755155A - 一种探测器图像质量监控方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种探测器图像质量监控方法及系统，涉及图像质量监控领域，包括通过获取探测器自身的实时温度数据、电压数据和电流数据，以及原始图像数据的标准差、信噪比和平均灰度，计算获得图像质量系数IMQa并与预设的图像质量系数IMQb进行比；来实时监测探测器输出图像的多个变量，并结合探测器自身若干影响输出图像质量的数据，来达到判断和实时监测探测器输出图像质量的目的，为探测器的问题分析、问题定位以及产品改进提供数据支撑；而相比目前现有的图像监控系统及方法，本申请中引用影响图像质量的变量更加全面、丰富，因此在图像质量监控上也更加的准确。
Description
技术领域
本发明涉及图像质量监控领域，具体而言，涉及一种探测器图像质量监控方法及系统。
背景技术
CMOS辐射成像探测器由于像素、读出电路等存在制造工艺的差异，不能保证每个像素特征的一致性，而由于暗电流、ADC器件噪声和分辨率、温度以及曝光时间的问题，最终会导致图像各个像素在无射线照射的情况下存在差异，同时在射线照射情况下也会出现响应不一致的情况，因此，需要通过图像校正来使其特征基本保持一致。
由于校正是在某一特定温度、电源特征、曝光时间以及辐射剂量下完成的，因此，在使用过程中会出现图像失校准的情况；现有的系统及方法是采用定期校正的方法，同时考虑的变量较少且不够全面，存在一定的局限性，因此很难分析、定位、改进。针对上述问题，如何设计一种探测器图像质量监控方法及系统是我们目前需要解决的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种探测器图像质量监控方法及系统，其能够实时监测影响图像质量的多个变化量，并通过这些变化量来计算图像质量系数，以对探测器输出图像质量进行评估，从而达到实时监测探测器图像质量的目的。
本发明的实施例是这样实现的：
一方面，本申请实施例提供了一种探测器图像质量监控方法，包括以下步骤：
获取探测器的温度数据、电压数据和电流数据，并通过探测器内的图像获取原始图像数据；
将原始图像数据分成MxN块子图像；
获取MxN块子图像中每一块子图像的标准差、信噪比和平均灰度；
根据标准差、信噪比、平均灰度、温度数据、电压数据和电流数据，计算获得图像质量系数IMQa；
将图像质量系数IMQa与预设并存储于探测器内的图像质量系数IMQb进行比较；当图像质量系数IMQa大于图像质量系数IMQb时，进行图像质量过低报警。
本发明的有益效果是：通过实时监测探测器输出图像的多个变量(标准差、信噪比、平均灰度)，并结合探测器自身若干影响输出图像质量的数据，从而来达到判断和实时监测探测器输出图像质量的目的，为探测器的问题分析、问题定位以及产品改进提供数据支撑；而相比目前现有的图像监控系统及方法，本申请中引用影响图像质量的变量更加全面、丰富，包括使用频率(即探测器本身运行数据)以及温度气候的变化，因此在图像质量监控上也更加的准确。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，上述根据标准差、信噪比、平均灰度、温度数据、电压数据和电流数据，计算图像质量系数IMQa，其中，标准差、信噪比、平均灰度的计算方法为：
ImgSnr＝20*Log10(AvgGv-ImgStd)；
式中，AvgGV表示平均灰度，ImgStd表示标准差，ImgSnr表示信噪比；n为子图像的最大像素数；n是MxN块子图像中的最大像素个数；GVi表示MxN块子图像中第i个像素点的灰度，0≤i≤n；
其中，通过第一公式，计算图像质量系数IMQa，第一公式为：
IMQa＝α*F(T,V,I)+(1-α)*MAX{1≤j≤MxN|F(AvgGVj,ImgStdj,ImgSnrj)}；
其中,0.0≤α≤1.0，j表示MxN块子图像的下标序号，1≤j≤MxN；
上式中，
上式中，ImgSnrcali表示标定的MxN块子图像的信噪比；ImgStdcali表示标定的MxN块子图像的标准差；AvgGVcali表示标定的MxN块子图像的平均灰度；Cali表示所标定图像的下标。
进一步，上述还包括：
将图像质量过低报警对应的子图像标准差、信噪比、平均灰度，探测器的温度数据、电压数据、电流数据和图像质量系数IMQa进行存储。
采用上述进一步方案的有益效果是：通过将触发图像质量过低报警的标准差、信噪比、平均灰度、温度数据、电压数据、电流数据和图像质量系数IMQa进行存储，再通过外接接头导出，便克服了缺少图像质量过低报警时的数据的问题，由此便于对探测器图像输出质量的分析、定位和改进。
另一方面，本申请实施例提供了一种探测器图像质量监控系统，应用于上述任一的探测器图像质量监控方法，包括：
监测量采集单元，用于获取探测器的温度数据、电压数据和电流数据，并通过探测器内的图像获取原始图像数据；
监测量计算单元，用于将原始图像数据分成MxN块子图像，并获取MxN块子图像每一块的标准差、信噪比和平均灰度；
图像质量系数计算单元，用于根据标准差、信噪比、平均灰度、温度数据、电压数据和电流数据，计算图像质量系数IMQa；
图像质量判断单元，用于将图像质量系数IMQa与预设并存储于探测器内的图像质量系数IMQb进行比较，当图像质量系数IMQa大于图像质量系数IMQb时，进行图像质量过低报警。
本发明的有益效果是：采用监测量采集单元实时监测图像的标准差、信噪比和平均灰度，以及探测器自身的电压数据、电流数据，并通过变化量计算出图像质量系数IMQa，与图像质量系数IMQb进行比较，从而达到对探测器输出图像的质量进行评估的效果。
进一步，上述还包括：
数据存储单元，用于存储预设的图像质量系数IMQb，以及触发图像质量过低报警的标准差、信噪比、平均灰度、温度数据、电压数据、电流数据和图像质量系数IMQa。
进一步，上述还包括：
通知单元，用于在进行图像质量过低报警后，输出图像质量过低报警通知。
另一方面，本申请实施例提供了一种电子设备，其包括：至少一个处理单元；以及与处理单元连接的至少一个存储器、总线；
其中，处理单元、存储器通过总线完成相互间的通信；
处理单元用于调用存储器中的程序指令，以执行上述任一的方法。
另一方面，本申请实施例提供了一种非暂态计算机可读存储介质，非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，计算机指令使计算机执行上述任一的方法。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
图1为本发明实施例中的方法流程图；
图2为本发明实施例中探测器图像质量监控的连接框图；
图3为本发明实施例中原始图像数据分成MxN块子图像的原理图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
实施例
一方面，本申请实施例提供了一种探测器图像质量监控方法，其包括以下步骤：
S1、获取探测器的温度数据、电压数据和电流数据，并通过探测器内的图像获取原始图像数据；原始图像数据是探测器通过图像芯片采集到的未经过处理的图像数据，为16位的灰度(黑白)图像，而接触较多的是8位的彩色图像(RGB分量各8位共计24位)；探测器的工作原理是，通过射线检测技术使用X射线探测材料内部的不连续性，并在记录介质上显示出图像；而探测器内的图像即是探测器内所记录的图像。
S2、将原始图像数据分成MxN块子图像；如图3所示
S3、获取MxN块子图像中每一块子图像的标准差、信噪比和平均灰度；
其中，标准差std:
Sqrt(((GV1-AvgGV)^2+(GV2-AvgGV)^2+...(GVn-AvgGV)^2)/n)；
上式中，Sqrt是开方操作，GV1..n为每一个像素灰度，AvgGV为图像或子图像的平均灰度。
S4、根据标准差、信噪比、平均灰度、温度数据、电压数据和电流数据，计算获得图像质量系数IMQa；
S5、将图像质量系数IMQa与预设并存储于探测器内的图像质量系数IMQb进行比较；当图像质量系数IMQa大于图像质量系数IMQb时，进行图像质量过低报警。
本发明的有益效果是：通过实时监测探测器输出图像的多个变量(标准差、信噪比、平均灰度)，并结合探测器自身若干影响输出图像质量的数据，从而来达到判断和实时监测探测器输出图像质量的目的，为探测器的问题分析、问题定位以及产品改进提供数据支撑；而相比目前现有的图像监控系统及方法，本申请中引用影响图像质量的变量更加全面、丰富，包括使用频率(即探测器本身运行数据)以及温度气候的变化，因此在图像质量监控上也更加的准确。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，上述根据标准差、信噪比、平均灰度、温度数据、电压数据和电流数据，计算图像质量系数IMQa，其中，标准差、信噪比、平均灰度的计算方法为：
ImgSnr＝20*Log10(AvgGv-ImgStd)；
式中，AvgGV表示平均灰度，ImgStd表示标准差，ImgSnr表示信噪比；n为子图像的最大像素数；n是MxN块子图像中的最大像素个数；GVi表示MxN块子图像中第i个像素点的灰度，0≤i≤n；
其中，通过第一公式，计算图像质量系数IMQa，第一公式为：
IMQa＝α*F(T,V,I)+(1-α)*MAX{1≤j≤MxN|F(AvgGVj,ImgStdj,ImgSnrj)}；
其中,0.0≤α≤1.0，j表示MxN块子图像的下标序号，1≤j≤MxN；
上式中，
上式中，ImgSnrcali表示标定的MxN块子图像的信噪比；ImgStdcali表示标定的MxN块子图像的标准差；AvgGVcali表示标定的MxN块子图像的平均灰度；Cali表示所标定图像的下标。
采用上述进一步方案的有益效果是：将影响探测器输出图像质量的多个变量(标准差、信噪比、平均灰度)与探测器自身影响输出图像质量的变量相结合、计算，以得到图像质量系数IMQa。
进一步，上述还包括：
将图像质量过低报警对应的子图像标准差、信噪比、平均灰度，探测器的温度数据、电压数据、电流数据和图像质量系数IMQa进行存储。
采用上述进一步方案的有益效果是：通过将触发图像质量过低报警的标准差、信噪比、平均灰度、温度数据、电压数据、电流数据和图像质量系数IMQa进行存储，再通过外接接头导出，便克服了缺少图像质量过低报警时的数据的问题，由此便于对探测器图像输出质量的分析、定位和改进。
另一方面，本申请实施例提供了一种探测器图像质量监控系统，应用于上述任一的探测器图像质量监控方法，本系统可用于CMOS探测器、直接转换探测器、光子计数探测器等固态成像探测器；其包括：
监测量采集单元，用于获取探测器的温度数据、电压数据和电流数据，并通过探测器内的图像获取原始图像数据；
监测量计算单元，用于将原始图像数据分成MxN块子图像，并获取MxN块子图像每一块的标准差、信噪比和平均灰度；
图像质量系数计算单元，用于根据标准差、信噪比、平均灰度、温度数据、电压数据和电流数据，计算图像质量系数IMQa；
图像质量判断单元，用于将图像质量系数IMQa与预设并存储于探测器内的图像质量系数IMQb进行比较，当图像质量系数IMQa大于图像质量系数IMQb时，进行图像质量过低报警。
探测器，通过射线检测技术使用X射线探测材料内部的不连续性，并在记录介质上显示出图像。而随着技术的不断进步，射线检测从传统的以胶片为记录介质的照相方法不断扩展，形成了多种数字化射线检测手段，如底片的数字化处理技术(FilmDigitisation)、射线实时成像技术(Radioscopy)、计算机射线成像系统(ComputedRadiography)和射线数字直接成像检测技术(Direct Radiography)等。实际应用中需要根据检测要求的分辨率和相对灵敏度选用合适的方法。相对于其它射线记录介质(如CCD、多晶硅等)，CMOS(互补的金属氧化硅)技术更具有性能优势。
以CMOS探测器为例，目前，CMOS探测器的最小像素尺寸可达39μm，检测精度较高，温度适应性好，结构适应性强。较之庞大的增强器成像系统，CMOS射线扫描探测器结构小巧，内部芯片集成度高。较之CCD成像方式，CMOS的每个探测点都有自己的放大器进行单独配置。CMOS在其内部通过转换屏将接收到的射线转换为光线，直接与转换屏接触的探测点单元将光线转换为电子，每个探测点单元有自己的放大器将电信号放大，最后在探测器内对信号进行A/D转换，形成二进制编码传送到计算机。CMOS主要适用于20～320kV射线能量，80/μm的空间分辨率，无几何放大情况下检测分辨率为6lp/mm，检测图像达到4096级灰度。
本发明的有益效果是：采用监测量采集单元实时监测图像的标准差、信噪比和平均灰度，以及探测器自身的电压数据、电流数据，并通过变化量计算出图像质量系数IMQa，与图像质量系数IMQb进行比较，从而达到对探测器输出图像的质量进行评估的效果。
进一步，上述还包括：
数据存储单元，用于存储预设的图像质量系数IMQb，以及触发图像质量过低报警的标准差、信噪比、平均灰度、温度数据、电压数据、电流数据和图像质量系数IMQa。
进一步，上述还包括：
通知单元，用于在进行图像质量过低报警后，输出图像质量过低报警通知。
另一方面，本申请实施例提供了一种电子设备，其包括：至少一个处理单元；以及与处理单元连接的至少一个存储器、总线；
其中，处理单元、存储器通过总线完成相互间的通信；
处理单元用于调用存储器中的程序指令，以执行上述任一的方法。
另一方面，本申请实施例提供了一种非暂态计算机可读存储介质，非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，计算机指令使计算机执行上述任一的方法。
对于本领域技术人员而言，显然本申请不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本申请的精神或基本特征的情况下，能够以其它的具体形式实现本申请。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本申请的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本申请内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
Claims (8)
1.一种探测器图像质量监控方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取探测器的温度数据、电压数据和电流数据，并通过所述探测器内的图像获取原始图像数据；
将所述原始图像数据分成MxN块子图像；
获取所述MxN块子图像中每一块子图像的标准差、信噪比和平均灰度；
根据所述标准差、信噪比、平均灰度、温度数据、电压数据和电流数据，计算获得图像质量系数IMQa；
将所述图像质量系数IMQa与预设并存储于探测器内的图像质量系数IMQb进行比较；当所述图像质量系数IMQa大于所述图像质量系数IMQb时，进行图像质量过低报警。
2.根据权利要求1所述的一种探测器图像质量监控方法，其特征在于，所述根据所述标准差、信噪比、平均灰度、温度数据、电压数据和电流数据，计算图像质量系数IMQa，其中，所述标准差、信噪比、平均灰度的计算方法为：
ImgSnr＝20*Log10(AvgGv-ImgStd)；
式中，AvgGV表示平均灰度，ImgStd表示标准差，ImgSnr表示信噪比；n为子图像的最大像素数；n是MxN块子图像中的最大像素个数；GVi表示MxN块子图像中第i个像素点的灰度，0≤i≤n；
其中，通过第一公式，计算图像质量系数IMQa，所述第一公式为：
IMQa＝α*F(T,V,I)+(1-α)*MAX{1≤j≤MxN|F(AvgGVj,ImgStdj,ImgSnrj)}；
其中,0.0≤α≤1.0，j表示MxN块子图像的下标序号，1≤j≤MxN；
上式中，
上式中，ImgSnrcali表示标定的MxN块子图像的信噪比；ImgStdcali表示标定的MxN块子图像的标准差；AvgGVcali表示标定的MxN块子图像的平均灰度；Cali表示所标定图像的下标。
3.根据权利要求2所述的一种探测器图像质量监控方法，其特征在于，还包括：
将所述图像质量过低报警对应的子图像标准差、信噪比、平均灰度，探测器的温度数据、电压数据、电流数据和图像质量系数IMQa进行存储。
4.一种探测器图像质量监控系统，应用于上述权利要求1-3任一所述的探测器图像质量监控方法，其特征在于，包括：
监测量采集单元，用于获取探测器的温度数据、电压数据和电流数据，并通过所述探测器内的图像获取原始图像数据；
监测量计算单元，用于将所述原始图像数据分成MxN块子图像，并获取MxN块子图像每一块的标准差、信噪比和平均灰度；
图像质量系数计算单元，用于根据所述标准差、信噪比、平均灰度、温度数据、电压数据和电流数据，计算图像质量系数IMQa；
图像质量判断单元，用于将所述图像质量系数IMQa与预设并存储于探测器内的图像质量系数IMQb进行比较，当所述图像质量系数IMQa大于所述图像质量系数IMQb时，进行图像质量过低报警。
5.根据权利要求4所述的一种探测器图像质量监控系统，其特征在于，还包括：
数据存储单元，用于存储预设的所述图像质量系数IMQb，以及触发图像质量过低报警的标准差、信噪比、平均灰度、温度数据、电压数据、电流数据和图像质量系数IMQa。
6.根据权利要求4所述的一种探测器图像质量监控系统，其特征在于，还包括：
通知单元，用于在进行图像质量过低报警后，输出图像质量过低报警通知。
7.一种电子设备，其特征在于，其包括：至少一个处理单元；以及与所述处理单元连接的至少一个存储器、总线；
其中，所述处理单元、存储器通过所述总线完成相互间的通信；
所述处理单元用于调用所述存储器中的程序指令，以执行权利要求1-3中任一所述的方法。
8.一种非暂态计算机可读存储介质，其特征在于，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令使所述计算机执行权利要求1-3中任一所述的方法。
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