CN1264062C - 一种多视角x射线立体成像的方法与系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种多视角X射线立体成像方法及其系统，首先根据X射线成像系统参数和数据采集参数，对沿圆周轨迹或螺旋轨迹采集的一系列投影图像数据的像素列建立角度和距离索引，并对索引进行排序存储以便快速查找；然后根据选择的观察视点、视线方向和视差效果，计算需要合成的立体图像对上的像素角度和距离参数，由此查找存储索引及对应图像数据并进行图像合成。因此，本发明提供可指定视点位置、视线方向，可调节视差效果的多视角X射线立体成像显示，从而使得检查人员可以进行交互的立体射线影像检查，更好的理解被检物体的空间结构。

Description

一种多视角X射线立体成像的方法与系统

技术领域

本发明涉及辐射成像数字图像处理领域，尤其涉及一种多视角X射线立体成像的方法与系统。

背景技术

X射线成像技术广泛应用于工业无损检测、医学诊断和科学研究领域。三维或立体显示技术被用来增强射线成像的空间位置信息，让检查人员能更好的理解缺陷或异物在空间上的相互关系。计算机断层成像技术通过获取一系列不同角度的扫描图像，采用断层重建算法计算出物体断层图像，并通过三维可视化方法绘制出三维图像。计算机断层成像技术虽然能够获得精确的三维空间信息，但是重建计算和三维绘制的计算量都非常大，需要较长的计算时间，难以满足实时应用的要求，而整个系统的价格也非常昂贵。

立体X射线成像从20世纪初提出以来，绝大多数的立体X射线成像系统都是利用视差原理设计的。其原理是通过采用各种方法获得对应于左右两眼的两幅X射线图像，然后利用各种显示方式让左眼只看到对应左眼的图像，而右眼只看到对应右眼的图像，最后经过人脑合成为立体的影像。立体影像能增强图像的空间位置信息，提高对检测物体空间结构关系的观察效果。获取立体X射线图像对最常用的方法是在两次曝光之间偏移一下射线源，或者移动一下成像屏。另一种方法则通过小角度旋转射线源和成像屏，或者小角度旋转物体获得两幅不同角度的图像作为立体图像对。尽管获取方法不同，他们都存在一个缺点，就是只能提供拍摄角度的立体图像，视点位置、视线方向和视差都固定，不一定适合人眼观察物体的视差要求，要获得其它角度的立体图像只能换个位置重新拍摄。

发明内容

针对现有技术存在的问题和不足，本发明的目的在于提供了一种多视角X射线立体成像方法和系统。它提供可指定视点位置、视线方向，可调节视差效果的多视角X射线立体成像显示，从而使得检查人员可以进行交互的立体射线影像检查，更好的理解被检物体的空间结构。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方案，提供一种多视角X射线立体成像方法，包括如下步骤：

1)通过测量或标定的方式获得成像系统参数；

2)投影图像采样，旋转数字成像获取装置或放在其中的物体，使数字成像获取装置和物体发生相对圆周或螺旋运动，每θ度采集一幅投影图像(Gk(θ))，θ为任意数值；

3)建立图像索引，将采集的图像数据根据需要进行数据压缩并存储到计算机内存，对所有图像像素依据成像系统参数建立角度和距离两级排序索引；

4)设置视点参数，用户通过交互界面，根据观察的需要，设置立体图像对的视点参数，以获得不同角度观察效果的立体图像对；

5)计算视线参数，所述视点参数确定了当前立体图像对，对于图像上的每个像素计算其对应的视线的参数；

6)图像索引查找：根据步骤5)中计算得到的所述视线参数，在步骤3)中建立的图像索引表里，查找与所述视线参数相邻的射线束；

7)像素合成：根据计算机运算性能和用户对图像精度的需要，采用各种滤波插值方式对相邻射线束进行插值合成计算，合成所述视线(L’ij)对应的图像像素(p’(i，j))，重复步骤3)到步骤5)完成立体图像对上所有像素点的计算；

8)图像处理：根据用户需要，通过交互界面对图像进行增强处理；

9)立体显示：通过立体显示装置完成立体图像对的显示，使得用户左眼看到对应左眼视角的图像，右眼看到对应右眼视角的图像，形成立体影像。

根据本发明的另一个方案，提供一种多视角X射线立体成像系统，包括由X射线源(1)和平板X射线探测器(3)组成的X射线数字成像获取装置、可多自由度旋转的载物台(2)、扫描控制与数据获取单元(4)、多自由度控制单元(5)、立体显示图形卡(7)、图像分析处理单元(6)、显示器(8)和立体眼镜(9)，其特征在于：

所述的X射线数字成像获取装置能实现圆周轨迹或螺旋轨迹扫描；

所述扫描控制与数据获取单元，用于通过测量或标定方法获得成像系统参数；旋转数字成像获取装置或放在其中的物体，使数字成像获取装置和物体发生相对圆周运动，每θ度采集一幅投影图像Gk(θ)，θ为任意数值；

所述图像分析处理单元(6)，用于建立图像索引，将采集的图像数据根据需要进行数据压缩并存储到计算机内存，对所有图像像素依据成像系统参数建立两级排序索引；设置视点参数，用户通过交互界面，根据观察的需要，设置立体图像对的视点参数，以获得不同角度观察效果的立体图像对；计算视线参数，对于图像上的每个像素计算其对应的视线的参数，视点参数确定了当前立体图像对；图像索引查找：并根据步骤所述计算得到的所述视线参数在所述图像索引表里，查找与所述视线参数相邻的射线束；像素合成，根据计算机运算性能和用户对图像精度的需要，采用各种滤波插值方式对相邻射线束进行插值合成计算，合成所述视线(L’ij)对应的图像像素(p’(i，j))，从而完成立体图像对上所有像素点的计算；图像处理，根据用户需要，通过交互界面对图像进行增强处理；立体显示，通过立体显示装置完成立体图像对的显示，使得用户左眼看到对应左眼视角的图像，右眼看到对应右眼视角的图像，形成立体影像。

附图说明

图1为本发明的X射线数字成像获取装置的成像示意图；

图2为本发明的多视角X射线立体图像对合成方法的采样图像数据索引与图像重采样计算几何原理图；

图3为本发明的多视角X射线立体图像对合成方法的采样图像数据二级索引存储方式示意图；

图4为本发明图像分析处理单元的工作流程图；

图5为本发明多视角X射线立体成像系统的具体实施系统机构图。

以下结合附图详细说明本发明的具体方法和实施方式。

具体实施方式

本发明的多视角X射线立体成像方法，首先根据X射线成像系统参数和数据采集参数，对沿圆周及螺旋轨迹采集的一系列投影图像数据的像素列建立角度和距离索引，并对索引进行排序存储以便快速查找；然后根据选择的观察视点、视线方向和视差效果，计算需要合成的立体图像对上的像素角度和距离参数，由此查找存储索引及相应图像数据并进行图像合成。本发明中的多视角X射线立体成像系统，包括具有能实现圆周及螺旋轨迹扫描的X射线数字成像获取装置、计算机装置和立体显示装置。X射线数字成像获取装置将X射线图像输入计算机装置，所述计算机装置根据本发明的多视角立体成像方法合成立体图像并通过立体显示装置显示立体图像，其结构特点在于，所述计算机装置包括扫描控制与数据获取单元和图像分析处理单元。

X射线数字成像获取装置的成像示意图如图1所示。X射线源产生锥形射线束，射线源靶点位于图中S处。常用的辐射成像射线源有X光机、加速器、同位素源等等，可根据检测物体的具体情况选择使用。数字化X射线面阵探测器将透射检测物体的X射线通过闪烁晶体转换屏或荧光屏转换为光信号，再经过光电转换和模拟数字转换获得计算机可处理的数字图像数据。常用的数字化X射线面阵探测器有面阵CCD探测器、数字平板探测器等。

被检测物体置于X射线源与面阵探测器中间，在本发明所描述的X射线数字成像获取装置中，X射线源与面阵探测器的距离为L，X射线源与物体旋转中心0的距离为D，面阵探测器的像素间距为d₀(该参数通常由面阵探测器厂家提供)。在成像获取装置调整和校准中，调整X射线源垂直于面阵探测器的射线通过物体旋转轴，并标定该垂直射线在面阵探测器上对应的像素位置P0(i0，j0)。标定P0(i0，j0)的方法根据设备的具体参数有所不同，通常通过标定物的多幅图像的几何关系计算完成，可以参考相关的专业技术资料。在成像数据扫描获取过程中，X射线源与面阵探测器的距离L、X射线源与物体旋转中心距离D、面阵探测器的像素间距d₀、垂直射线在面阵探测器上对应的像素位置P0(i0，j0)均保持不变。

所述扫描控制与数据获取单元的工作流程为：1)通过测量或标定方法获得成像系统参数；2)旋转数字成像获取装置或放在其中的物体，使数字成像获取装置和物体发生相对圆周及螺旋运动，以一定的角度间隔采集一系列投影图像数据。

所述图像分析处理单元的工作流程为：1)建立采集图像的像素索引，计算二级排序索引存储表；2)视点参数设置；3)视线参数计算；4)图像索引表查找；5)像素插值合成；6)图像处理；7)立体显示。

本发明所述的多视角X射线立体成像方法，所涉及的图像数据获取采样计算和立体图像合成重采样计算的几何关系和相关参数如图2所示。由于本发明合成多视角X射线立体图像的重采样视点轨迹位于射线源所在的垂直于旋转轴的旋转平面内，图2描述的是采样图像与重采样图像中需要计算的射线束垂直投影到旋转平面内的几何关系，图中所标注各角度均指在旋转平面内的平面角度。

本发明所述的多视角X射线立体成像方法，首先对由扫描控制与数据获取单元获取的投影图像序列建立图像像素索引，计算二级排序索引存储表。图2中，旋转物体或者成像获取装置，在相对旋转角度θ位置采集第k幅投影图像时，定义X射线源所处的位置为采样视点P_k，定义投影图像像素P0(i0，j0)对应的射线束为采样中心线，该采样中心线通过物体旋转中心且与面阵探测器垂直，定义旋转角度θ为采样中心线与位于旋转平面内的基准坐标轴的水平夹角。图中所示的采样圆周半径即为X射线源到物体旋转中心的距离D。

在旋转角度θ位置采集的第k幅投影图像G_k(θ)上，设像素p(i，j)对应的X射线束为L_ij。对投影图像G_k(θ)建立图像像素索引，也就是计算图像上每个像素p(i，j)对应的X射线束L_ij与基准坐标轴的水平夹角α_i，及射线L_ij到物体旋转中心轴的水平距离d_i，如图2所示。

为计算α_i和d_i，需要先计算射线束L_ij与采样中心射线在旋转平面内的水平夹角β_i。由于采样中心射线垂直于面阵探测器平面，所以采样中心线、射线束L_ij在旋转平面内的投影线与面阵探测器的两个交点和采样视点P_k构成一个平面直角三角形的三个顶点。根据直角三角形的边角几何关系，夹角β_i所对的直角边的边长为(i-i₀)×d₀，另一直角边的边长为X射线源到面阵探测器距离L，所以有：

${\mathrm{\β}}_i={\tan }^{-1}\left[\frac{(i-i_0)\×d_0}{L}\right]---\left(1\right)$

其中i₀为投影图像中对应旋转中心轴的像素列的序号，d₀为面阵探测器像素间距，L为X射线源到面阵探测器距离。β_i的符号正负表示射线束L_ij在采样中心射线的左侧还是右侧。在本案例中，当β_i＜0时，L_ij在采样中心射线的左侧，当β_i＞0时，L_ij在采样中心射线的右侧。

过采样视点做平行于基准坐标轴的平行线，则X射线束L_ij与该平行线的夹角等于α_i，且由平行线的几何角度关系，α_i可由角度β_i与采样视点旋转角度θ计算得到。为了便于建立索引表，规定索引射线L_ij的角度α_i的取值范围为α_i∈[0，2π]，根据θ与角度β_i的大小关系，α_i可由下式计算得到：

${\mathrm{\&alpha;}}_i=\left\{\begin{array}{cc}\mathrm{\&theta;}-{\mathrm{\&beta;}}_i+2\mathrm{\&pi;}& ({\mathrm{\&beta;}}_i>\mathrm{\&theta;})\\ \mathrm{\&theta;}-{\mathrm{\&beta;}}_i& ({\mathrm{\&beta;}}_i<\mathrm{\&theta;}<{\mathrm{\&beta;}}_i+2\mathrm{\&pi;})\\ \mathrm{\&theta;}-{\mathrm{\&beta;}}_i-2\mathrm{\&pi;}& (\mathrm{\&theta;}>{\mathrm{\&beta;}}_i+2\mathrm{\&pi;})\end{array}\right.---\left(2\right)$

X射线L_ij束到物体旋转中心轴的距离d_i为过旋转中心做L_ij的垂直线所得，该垂直线与L_ij及采样中心线构成直角三角形，根据直角三角形的几何关系，d_i可通过下式计算得到：

d_i＝D×sin(β_i)                      (3)

其中，D为射线源到物体旋转轴的距离，即采样视点到物体旋转轴的距离，也就是直角三角形中的斜边。与β_i类似，d_i的符号正负表示了在射线L_ij在旋转中心轴的左侧或右侧。在本案例中，当d_i＜0时，L_ij在采样中心射线的左侧，当时d_i＞0，L_ij在采样中心射线的右侧。

经过以上计算，采样投影图像上的每一列像素对应的射线束可以由投射角α_i和中心距离d_i来索引。为了在合成图像时能够对索引的快速查找，本发明建立距离d_i优先的二级查找索引表，将索引表存储如图3所示的二级索引结构中。其中，第一级索引表中存储射线束到旋转中心轴的距离d_i、像素列编号和对应的第二级索引表指针；每个第二级索引表中存储距离d_i相同的投影角角度α_i和投影图像编号。第一级索引按照d_i排序，第二级索引按照投影角度α_i排序，以利于在合成图像重采样计算时采用二分法查找算法快速查找索引，提高图像合成效率。

当给定一个观测视点、视线方向和视差时，首先根据立体视觉成像几何计算立体图像对上的左右眼各自所在的视点和视线方向(可参考的立体视觉相关教科书)，然后分别对左右眼图像上的所有像素求出其对应的射线束L_ij＇与基准坐标轴的夹角α_i＇，和L_ij＇到物体旋转中心轴的距离d_i＇，并选取具有最接近α_i＇、d_i＇值的采样射线束来插值合成射线L_ij＇对应的图像像素。图2示意了在合成立体图像重采样时一个重采样视点R_l处的重采样合成计算所根据的几何关系，在计算立体图像对时需分别对左右眼视点做相同的计算。图像合成重采样的视点R_l位于数据获取时采样视点所在的旋转平面内，由R_l与基准坐标轴的旋转方位角ω、R_l与数据获取时的物体旋转中心轴的距离r表示；视线方向则由与视点R_l、物体旋转轴连线偏离φ角度的重采样中心射线表示。

与计算投影图像的索引相类似，首先需要根据成像系统参数和图像合成重采样参数计算射线束L_ij＇与重采样视线中心的夹角β_i＇，参考公式(1)的推导，有

${\mathrm{\&beta;}}_i^{\&prime;}={\tan }^{-1}\left[\frac{(i-i_0)\&times;d_0}{L}\right]---\left(4\right)$

式中β_i＇的符号正负表示射线束L_ij＇在重采样中心射线的左侧还是右侧。在本案例中，当β_i＇＜0时，L_ij＇在重采样中心射线的左侧，当时β_i＇＞0，L_ij′在重采样中心射线的右侧。此处的，假设了重采样的视野与采样时的视野相同。

根据几何角度关系，视线L_ij＇与基准坐标轴的夹角α_i＇由以下公式计算：

α_i＇＝ω-(φ+β_i′)                     (5)

其中ω为视点旋转方位角，根据计算结果需将α_i＇规范到取值范围α_i＇∈[0，2π]。

类似公式(3)的推导过程，L_ij＇到物体旋转中心的距离d_i＇的计算公式为：

d_i＇＝r×sin(φ+β_i＇)                         (6)

获得待合成图像像素对应射线束L_ij＇的投影角度α_i′和距离d_i′参数后，需要在二级索引表中查找具有最接近α_i＇、d_i＇值的图像像素列的索引，并根据图像合成速度和图像质量要求，选取适当的插值算法合成图像。

当重点考虑算法的图像合成速度时，可以选择最邻近插值算法，只需依次在两级索引表中查找出α_i＇、d_i＇值最接近的一列图像数据合成即可。

当重点考虑算法的图像质量时，可使用双线性插值以获得更精确的图像。首先在第一级查找表中使用二分法查找与距离参数d_i′最相近的两个第二级索引表指针，记此两个索引对应的距离参数为d₁和d₂(d₁＜d_i＇＜d₂)；在两个第二级索引表中各自查找与投影角参数α_i′最接近的两个索引，记此四个索引对应的投影角参数为α₁₁、α₁₂和α₂₁、α₂₂，，设α₁₁＜α_i＇＜α₁₂、α₂₁＜α_i′＜α₂₂。对查找索引表得到的四列最接近像素P₁₁、P₁₂、P₂₁、P₂₂以权重因子r₁、r₂、r₃、r₄进行插值合成：

P_ij＝r₁P₁₁+r₂P₁₂+r₃P₂₁+r₃P₂₂                      (7)

其中，权重因子r₁、r₂、r₃、r₄为

$r_1=\frac{d_2-{d^{\&prime;}}_i}{d_2-d_1}\&CenterDot;\frac{{\mathrm{\&alpha;}}_{12}-{{\mathrm{\&alpha;}}^{\&prime;}}_i}{{\mathrm{\&alpha;}}_{12}-{\mathrm{\&alpha;}}_{11}},r_2=\frac{d_2-{d^{\&prime;}}_i}{d_2-d_1}\&CenterDot;\frac{{{\mathrm{\&alpha;}}^{\&prime;}}_i-{\mathrm{\&alpha;}}_{11}}{{\mathrm{\&alpha;}}_{12}-{\mathrm{\&alpha;}}_{11}}$

$r_3=\frac{{d^{\&prime;}}_i-d_1}{d_2-d_1}\&CenterDot;\frac{{\mathrm{\&alpha;}}_{22}-{{\mathrm{\&alpha;}}^{\&prime;}}_i}{{\mathrm{\&alpha;}}_{22}-{\mathrm{\&alpha;}}_{21}},r_4=\frac{{d^{\&prime;}}_i-d_1}{d_2-d_1}\&CenterDot;\frac{{{\mathrm{\&alpha;}}^{\&prime;}}_i-{\mathrm{\&alpha;}}_{21}}{{\mathrm{\&alpha;}}_{22}-{\mathrm{\&alpha;}}_{21}}$

基于圆周采样合成的立体图像对缺乏高度方向的视差，故在高度方向直接以合成的同一列像束进行插值求取，以保持合成图像在高度与宽度方向的大小比例一致。假设视线深度为物体旋转中心到射线源的距离D，计算其视线L_ij＇中j′对应的图像行j：

$j=\frac{(j^{\&prime;}-j_0)\&times;r}{D}+j_0---\left(8\right)$

其中j₀为采样中心射线对应的像素行序号。通常在该列合成像素中直接选择第j行的像素作为最终合成图像的第j′行像素即可。

所述的多视角X射线立体成像方法可用流程图4表示，工作流程中各技术处理步骤具体说明如下：

1)系统参数测量与标定：通过测量或标定方法获得成像系统参数：L，D，P0(i0，j0)，d0。

2)圆周及螺旋轨迹投影图像采样：旋转数字成像获取装置或放在其中的物体，使数字成像获取装置和物体发生相对圆周及螺旋运动，每θ度采集一幅投影图像G_k(θ)，θ为任意数值。

3)计算二级排序索引表：将采集的图像数据加载到计算机内存，可以根据需要进行数据压缩。在计算机中，对所有图像像素依据成像系统参数建立角度和距离索引。具体方法为：第k幅投影图像采样点位于P_k，其旋转角度θ为采样中心射线(即对应物体旋转中心的射线)与位于旋转平面内的基准坐标轴的夹角，D为采样圆周半径。投影图像G_k(θ)上的像素p(i，j)对应的射线束为L_ij，根据成像系统参数可以计算出L_ij与采样中心射线的夹角β_i，L_ij与基准坐标轴的夹角α_i，以及L_ij到物体旋转中心的距离d_i。将各图像各列对应的α_i和d_i保存在二级排序索引表中。

4)视点参数设置：用户通过交互界面，根据观察的需要，设置立体图像对的视点参数，以获得不同角度观察效果的立体图像对。通过交互操作，用户可以设置的参数包括视点位置、观察视线方向、视景体和立体显示的视差参数等。

5)视线参数计算：视点参数确定了当前立体图像对，对于图像上的每个像素计算其对应的视线的参数。像素点p′(i，j)对应的视线为L_ij′，计算出视线L_ij＇与基准坐标轴的夹角α_i＇，L_ij＇到物体旋转中心的距离d_i＇，并以物体旋转中心到源距离计算其视线L_ij＇高度对应的图像行j。根据视点参数计算左右眼对应的立体图像对，均可采用同样的方法，只是两视点在垂直视线中心方向偏差tc距离。

6)索引表查找：根据步骤中计算得到的视线L_ij′与基准坐标轴的夹角α_i＇，L_ij＇到物体旋转中心的距离d_i′，在建立的图像索引表里，查找与L_ij＇参数相邻的射线束。相邻射线束的数量和选择方式与步骤7)选用的图像像素合成滤波方法有关。

7)像素插值合成：可根据计算机运算性能和用户对图像精度的需要，采用各种滤波插值方式对相邻射线束进行插值合成计算，合成视线L_ij＇对应的图像像素点p′(i，j)。常用的滤波插值方法有领域插值，双线性插之，二次插值等。重复步骤5)到步骤7)完成立体图像对上所有像素点的计算。

8)图像处理：根据用户需要，通过交互界面提供图像增强处理功能，如灰度变换、伪彩色、边缘增强等，增强立体显示的效果。

9)立体显示：通过立体显示装置完成立体图像对的显示，使得用户左眼看到对应左眼视角的图像，右眼看到对应右眼视角的图像，形成立体影像。重复步骤3)到步骤9)，用户可以不断改变观察视点位置、观察视线方向、视差，达到多角度立体显示的检查效果。

所述的多视角X射线立体成像系统如图5所示，包括由X射线源1和平板X射线探测器3组成的X射线成像装置、可多自由度旋转的载物台2、扫描控制与数据获取单元4、多自由度控制单元5、立体显示图形卡7、图像分析处理单元6、显示器8和立体眼镜9。所述载物台2置于所述X射线源1和平板X射线探测器3之间。所述扫描控制与数据获取单元4通过数据采集卡获取平板X射线探测器3发送的图像数据，扫描控制与数据获取单元4通过通讯口获取多自由度控制单元5发送的载物台2的扫描位置信息。所述图像分析处理单元6根据扫描控制与数据获取单元4发送的数据完成图像处理并合成立体图像，所述图像分析处理单元6通过立体显示图形卡7将立体图像对翻转显示在显示器8上，并驱动立体眼镜9。扫描控制与数据获取单元4和图像分析处理单元6可以安装在同一台PC上，也可以安装在两台通过网络连接的不同的PC上。其中扫描控制和数据获取单元、图像分析处理单元按照所述的多视角X射线立体成像方法工作。

本发明由计算机装置根据成像系统参数和数字成像获取装置采集的投影图像G_k(θ)进行图像处理并合成立体图像。因此，本发明提供可指定视点位置、视线方向，可调节视差效果的多视角X射线立体成像显示，从而使得检查人员可以进行交互的立体射线影像检查，更好的理解被检物体的空间结构。本发明能在高档微机上实现快速的立体图像合成，能流畅改变视角观察立体图像的变化，增强运动视差带来的立体效果。

虽然，以上结合实施例对本发明进行了描述，但本领域的普通技术人员可以理解，本发明除了可以采用圆周或螺旋轨迹采样以外，还可以采用其它的采样方式，同时本发明所述系统中的X射线源、X射线探测器、多自由度旋转的载物台、立体显示设备、计算机装置可由任意数量或规格的设备组成。故本发明的保护范围并不局限于所述的特定实现系统。

Claims (21)

1、一种多视角X射线立体成像方法，包括如下步骤：

1)通过测量或标定的方式获得成像系统参数；

2)投影图像采样，旋转数字成像获取装置或放在其中的物体，使成像获取装置与物体发生相对圆周或螺旋运动，每θ度采集一幅投影图像(G_k(θ))，θ为任意数值；

3)建立图像索引，对所有图像像素依据成像系统参数建立两级排序索引；

4)设置视点参数，用户通过交互界面，根据观察的需要，设置立体图像对的视点参数，以获得不同角度观察效果的立体图像对；

5)计算视线参数，所述视点参数确定了当前立体图像对，对于图像上的每个像素计算其对应的视线的参数；

6)图像索引查找：根据步骤5)中计算得到的所述视线参数，在步骤3)中建立的图像索引表里，查找与所述视线参数相邻的射线束；

7)像素合成：根据计算机运算性能和用户对图像精度的需要，采用各种滤波插值方式对相邻射线束进行插值合成计算，合成所述视线(L’_ij)对应的图像像素(p’(i，j))，重复步骤3)到步骤5)完成立体图像对上所有像素点的计算；

8)图像处理：根据用户需要，通过交互界面对图像进行增强处理；

9)立体显示：通过立体显示装置完成立体图像对的显示，使得用户左眼看到对应左眼视角的图像，右眼看到对应右眼视角的图像，形成立体影像。

2.如权利要求1所述的立体成像方法，其中，所述的步骤3)中所述的两级索引是角度和距离索引。

3.如权利要求1所述的立体成像方法，其中，所述的步骤3)还包括：

计算二级排序索引存储表。

4.如权利要求3所述的立体成像方法，其中，所述的步骤3)

包括：使第k幅投影图像采样点位于采样圆周的采样视点(P_k)，其旋转角度(θ)为对应物体旋转中心射线的采样中心射线与位于旋转平面内的基准坐标轴的夹角，D为采样圆周半径，投影图像G_k(θ)上的像素(p(i，j))对应射线束(L_ij)，根据成像系统参数可以计算出所述射线束(L_ij)与采样中心射线的夹角(β_i)，所述射线束(L_ij)与基准坐标轴的夹角(α_i)以及所述射线束(L_ij)到物体旋转中心的距离(d_i)，将各图像各列对应的所述夹角(α_i)和所述距离(d_i)保存在所述二级排序索引表中建立索引。

5.如权利要求1所述的成像方法，其特征在于：所述的设置视点参数步骤4)包括：

通过交互操作，用户可以设置的参数包括视点位置、观察视线方向、视景体和立体显示的视差参数。

6.如权利要求1所述的成像方法，其特征在于：所述的计算视线参数步骤5)包括：

计算出所述像素点(p’(i，j))对应的视线(L’_ij)与基准坐标轴的夹角(α’_i)，所述视线(L’_ij)到物体旋转中心的距离(d’_i)，并以物体旋转中心到射线源的距离计算所述视线(L’_ij)高度对应的图像行(j)；

采用同样的方法，根据视点参数计算左右眼对应的立体图像对，其中两视点在垂直视线中心方向偏差一个距离(tc)。

7.如权利要求1所述的成像方法，其特征在于：所述的步骤6)中相邻射线束的数量和选择方式与所述步骤7)中选用的图像像素合成滤波方法有关。

8.如权利要求1所述的成像方法，其特征在于：所述的步骤7)中所述的滤波插值方法包括邻域插值，双线性插值，二次插值。

9.如权利要求1所述的成像方法，其特征在于：所述的步骤8)中所述的对图像处理包括：灰度变换、伪彩色、边缘增强，增强立体显示。

10.如权利要求1所述的成像方法，其特征在于：重复步骤2)到步骤7)，用户可以不断改变观察视点位置、观察视线方向、视差，达到多角度立体显示。

11.一种多视角X射线立体成像系统，包括由X射线源(1)和平板X射线探测器(3)组成的X射线数字成像获取装置、可多自由度旋转的载物台(2)、扫描控制与数据获取单元(4)、多自由度控制单元(5)、立体显示图形卡(7)、图像分析处理单元(6)、显示器(8)和立体眼镜(9)，其特征在于：

所述的X射线数字成像获取装置能实现圆周轨迹或螺旋轨迹扫描；

所述扫描控制与数据获取单元，用于通过测量或标定方法获得成像系统参数；旋转数字成像获取装置或放在其中的物体，使成像获取装置与物体发生相对圆周运动，每θ度采集一幅投影图像G_k(θ)，θ为任意数值；

所述图像分析处理单元(6)，用于建立图像索引，将采集的图像数据根据需要进行数据压缩并存储到计算机内存，对所有图像像素依据成像系统参数建立两级排序索引；设置视点参数，用户通过交互界面，根据观察的需要，设置立体图像对的视点参数，以获得不同角度观察效果的立体图像对；计算视线参数，对于图像上的每个像素计算其对应的视线的参数，视点参数确定了当前立体图像对；图像索引查找：并根据步骤所述计算得到的所述视线参数在所述图像索引表里，查找与所述视线参数相邻的射线束；像素合成，根据计算机运算性能和用户对图像精度的需要，采用各种滤波插值方式对相邻射线束进行插值合成计算，合成所述视线(L’_ij)对应的图像像素(p’(i，j))，从而完成立体图像对上所有像素点的计算；图像处理，根据用户需要，通过交互界面对图像进行增强处理；立体显示，通过立体显示装置完成立体图像对的显示，使得用户左眼看到对应左眼视角的图像，右眼看到对应右眼视角的图像，形成立体影像。

12.如权利要求11所述的X射线立体成像系统，其特征在于：所述载物台(2)置于所述X射线源(1)和平板X射线探测器(3)之间，所述扫描控制与数据获取单元(4)通过数据采集卡获取平板X射线探测器(3)发送的图像数据，所述扫描控制与数据获取单元(4)通过通讯口获取多自由度控制单元(5)发送的载物台(2)的扫描位置信息，所述图像分析处理单元(6)根据扫描控制与数据获取单元(4)发送的数据完成图像处理并合成立体图像，所述图像分析处理单元(6)通过立体显示图形卡(7)将立体图像对翻转显示在显示器(8)上，并驱动立体眼镜(9)。

13.如权利要求11所述的X射线立体成像系统，其特征在于：其中，所述的所述图像分析处理单元(6)依据成像系统参数建立的所述两级排序索引是角度和距离索引。

14.如权利要求12所述的X射线立体成像系统，其特征在于：其中，所述图像分析处理单元(6)还用于计算二级排序索引存储表。

15.如权利要求13所述的X射线立体成像系统，其特征在于：所述图像分析处理单元(6)：使第k幅投影图像采样点位于采样圆周的采样视点(P_k)，其旋转角度(θ)为对应物体旋转中心射线的采样中心射线与位于旋转平面内的基准坐标轴的夹角，D为采样圆周半径，投影图像G_k(θ)上的像素(p(i，j))对应射线束(L_ij)，根据成像系统参数可以计算出所述射线束(L_ij)与采样中心射线的夹角(β_i)，所述射线束(L_ij)与基准坐标轴的夹角(α_i)以及所述射线束(L_ij)到物体旋转中心的距离(d_i)，将各图像各列对应的所述夹角(α_i)和所述距离(d_i)保存在所述二级排序索引表中建立索引。

16.如权利要求11所述的X射线立体成像系统，其特征在于：所述图像分析处理单元(6)，通过交互操作，使用户可以设置的视点参数包括视点位置、观察视线方向、视景体和立体显示的视差参数。

17.如权利要求11所述的X射线立体成像系统，其特征在于：所述图像分析处理单元(6)，通过以下方式来计算视线参数：

计算出所述像素点(p’(i，j))对应的视线(L’_ij)与基准坐标轴的夹角(α’_i)，所述视线(L’_ij)到物体旋转中心的距离(d’_i)，并以物体旋转中心到射线源的距离计算所述视线(L’_ij)高度对应的图像行(j)；

并采用同样的方法，根据视点参数计算左右眼对应的立体图像对，其中两视点在垂直视线中心方向偏差一个距离(tc)。

18.如权利要求11所述的X射线立体成像系统，其特征在于：所述的所述图像分析处理单元(6)中相邻射线束的数量和选择方式与选用的所述图像像素合成滤波方法有关。

19.如权利要求11所述的X射线立体成像系统，其特征在于：所述的所述图像分析处理单元(6)进行的所述的滤波插值方法包括邻域插值，双线性插值，二次插值。

20.如权利要求11所述的X射线立体成像系统，其特征在于：所述的所述图像分析处理单元(6)执行的所述图像处理包括：灰度变换、伪彩色、边缘增强、增强立体显示。

21.如权利要求11所述的X射线立体成像系统，其特征在于：所述的所述图像分析处理单元(6)，重复执行所述投影图像采样，建立图像索引，设置视点参数，图像索引查找，像素合成，用户可以不断改变观察视点位置、观察视线方向、视差，达到多角度立体显示。

Images