CN201022713Y - 基于图像增强器的线扫描x射线成像装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型为基于图像增强器的线扫描X射线成像装置，涉及检测装置领域，现有技术由于透视图像的信噪比很低，不能用于运动物体的检测，在诊断过程中会使病人接受较大的辐射伤害，为此本实用新型采用了采样频率为80KHz的线扫描摄像机和具有处理线阵列数字摄像机积分时间，线采样频率软件的PC计算机组成的成像装置，降低了图像噪声、提高了系统的信噪比，从而达到了对运动物体实施X射线照相，并获得低噪声，高灵敏透视图像的目的。
Description
技术领域
本实用新型涉及检测装置领域，尤其是辐射成像装置。
背景技术
用X射线实时成像在医疗诊断和工业检测领域已被广泛应用，其中图像增强器是一种将X射线转换为明亮的可见光图像的射线探测仪器，利用模拟或数字摄像机摄取在图像增强器输出屏上的可见光图像，然后在视频显示器或计算机屏幕上显示出来。这一装置的最大优点是被检测物体的运动与屏幕上显示的透视图像之间无时间间隔，适合于对运动物体的连续检测。但由于图像增强器和摄像机本身存在的噪声的影响以及在射线照射下进一步加大，所以透视图像的信噪比很低，表现为透视图像的噪声大，对比度和灵敏度低，不利于操作人员对图像做出正确的诊断和识别，而且随着射线能量的提高，图像劣化越严重。采用帧叠加法或者多帧平均法的计算机图像处理技术可以降低图像噪声提高信噪比，但需要保持被透照物体静止不动，否则处理结果会变得模糊不清。所以，基于图像增强器的X射线实时成像技术一般只能用于对透视图像质量要求不高的运动物体检测。
对运动物体进行射线透视检测并要求获得较高图像质量的方法是使用线扫描成像技术。线扫描成像每一个采样周期只采集一行图像数据，但由于行采样频率可以达到数千赫兹，因此可以在非常短的时间内采集数行图像数据，然后进行叠加或者计算平均值来降低噪声，而不会产生明显的运动不清晰度，从而获得高质量的透视图像。
德国NTB公司、芬兰DT公司使用闪烁层和线形图像传感器配合相关的电子电路开发了线扫描X射线探测器，可以获得较高的图像质量。但由于闪烁层的发光亮度低使得扫描速度受到限制不能满足对运动速度较快的物体检测的需要，尤其在医疗诊断过程中将使病人接受更大的辐射伤害。虽然通过像素合并的方法可以适当提高扫描速度，但由于图像分辨率的降低不能检测出细小的组织和结构。同时，这种系统的造价非常高，不利于推广和应用。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种能够获得快速运动物体的高质量透视图像的基于图像增强器的线扫描X射线成像装置。
本实用新型的原理是利用图像增强器对输入屏闪烁层低亮度图像的聚焦增强效果，得到输出屏上的明亮图像，线扫描摄像机用高达80KHZ的行频对该图像进行采集并进行降噪处理，有效降低了图像噪声、提高了图像质量，检测速度也大幅度提高。
本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：
1、基于图像增强器的线扫描X射线成像装置，具有一台图像增强器，在图像增强器后装有一组光学系统，在光学系统的另一端装有采样频率为80KHz的线扫描摄像机，线扫描摄像机再与装有图像采集卡和处理线阵列数字摄像机的积分时间、线采样频率软件的PC计算机连接。
2、在图像增强器输出屏上装有黑色光栏，光栏直径比输出屏直径大2-5mm，在光栏中心开有一条长度与输出屏直径相同，宽度为0.2-1.0mm的透光孔，在图像增强器的输入屏上装有一组光栅。
3、线扫描摄像机与光学系统安装在一个密闭的壳体内，密闭壳体与图像增强器输出屏端部固定。
4、安装在PC计算机内的处理软件具有参数设置、摄像机校正、图像采集与合成显示、图像处理与存储。
本实用新型工作时，X射线穿过被透照物体以后，在图像增强器输入荧光屏上产生光电效应激发出二次电子，二次电子通过聚焦回路在高压电场作用下加速向输出磷光屏运动从而在输出屏上产生明亮的可见光图像；光学系统将可见光图像导入线扫描摄像机内的图像传感器上感光并转化为电信号，然后通过A/D模数转化变成数字信号，保存在计算机内存中，图像数据通过软件完成数据处理，显示和存储。安装在图像增强器输出屏上的黑色光栏的作用是遮挡摄像区域以外的光线，减少光散射对图像质量的影响；为了防止X射线散射线的影响和防止非检测区域受到强射线照射，在图像增强器的输入屏上也安装有一组光栅。
安装在PC计算机内的系统软件具有：参数设置、摄像机校准、图像采集与合成显示、图像处理与存储等主要功能。其中，参数设置是通过采集卡设置线扫描摄像机的行采样频率、摄像机曝光时间、采样积分次数；摄像机校准是用软件的办法消除像素之间的非一致性；图像采集与合成显示是按照设置的参数将行采样数据处理成为一幅在计算机屏幕上滚动显示的动态图像，便于操作人员对图像识别；图像处理和存储是通过对比度亮度增强、浮雕算法、高通滤波、边缘检测等算子对图像进行数字变换将检测图像的细节更加清楚地表现出来，检测图像可以存储在计算机硬盘、光盘内，也可以利用网络进行远程通讯。
通过设置的软件对线阵列数字摄像机的积分时间，线采样频率进行设置，行采样频率为0-80KHz，像素数目为512-8000，A/D转换器位数为8-16Bit。与现有的X射线实时成像技术相比，图像质量明显提高；与现有的线扫描X射线探测器相比，扫描速度提高5倍以上，造价降低1/2。
本实用新型技术与现有技术相比所具有的特点：
1、现有的基于图像增强器的X射线成像系统都是采用面阵列摄像机摄取输出屏的图像，采样频率一般为25帧/秒或30帧/秒。由于采样频率低，同时受计算机总线和处理速度的限制，无法实时地对采集数据进行降噪处理，因此屏幕上显示的运动物体透照图像噪声大、检测灵敏度低。
2、现有的线扫描X射线探测器，利用了闪烁体材料吸收X射线后的发光原理，直接将闪烁体材料发出的光线耦合到光电二极管或CMOS线形图像传感器，实现光电转化。由于闪烁体材料发出的光线非常微弱，采用的线形图像传感器采集一行图像数据的时间相对较长，使得检测速度降低，不适合高速检测。为了改善这种技术的不足，一般采用加大射线能量和使用象素合并的方法。加大射线能量必然使被透照物体接受更大剂量的辐照，在医疗诊断时是严格禁止采用的，象素合并必然导致图像分辨率的成倍降低。
3、本实用新型的技术采用线阵列摄像机，每次只采集一行图像数据，使得处理的数据量大幅度减小，但采样频率最高达到80KHz，可以利用对多次采样数据进行实时积分的方法，降低图像噪声、提高系统的信噪比，从而达到提高对运动物体实施X射线透照并获得低噪声、高灵敏度透视图像的目的。
附图说明：
图1为本实用新型基于图像增强器的线扫描X射线成像装置原理示意图；
图2为适用于工业检测领域的本实用新型结构示意图；
图3为适用于医疗诊断领域的本实用新型结构示意图。
图中各序号所代表的组件名称为：
1-图像增强器、2-光学系统、3-线阵列数字摄像机、4-图像采集卡、5-安装有图像处理软件的PC计算机、6-储存设备、7-输入屏光栅、8-输出屏光栏、9-安装外壳、10-反射镜。
具体实施方式
图2显示了本实用新型用于工业检测的一种实施例。
X射线照射到输入屏光栅7，只有中心位置的射线能够照射到图像增强器1的输入屏上，经过转换与增强以后在图像增强器输出屏上显示为明亮的图像，输出屏光栏8将输出屏图像的可视范围保持为一个线状的直线照射到反射镜10上，经过45°角反射后经过光学镜头2聚焦在线扫描数字摄像机3的感光面上，经过A/D转换后将图像数据由安装在PC计算机5内部的采集卡接收并由系统软件进行处理，处理后的图像可以在计算机显示器上进行显示或由硬盘、光盘进行保存。
反射镜10、光学镜头2和线阵列数字摄像机3安装在防护与安装外壳9里面成为一个整体。由于射线照射方向与线扫描数字相机垂直，因此避免了X射线直接照射到线阵列数字摄像机上引起摄像机的图像品质变坏或损坏摄像机。
该结构适用于射线能量超过160KV的场合，尤其是工业检测领域。
图3显示了本实用新型用于医疗诊断的一种实施例。
X射线照射到输入屏光栅7，只有中心位置的射线能够照射到图像增强器1的输入屏上，经过转换与增强以后在图像增强器输出屏上显示为明亮的图像，输出屏光栏8将输出屏图像的可视范围保持为一个线状的直线经过光学镜头2聚焦在线扫描数字摄像机3的感光面上，经过A/D转换后将图像数据由安装在PC计算机5内部的采集卡接收并由系统软件进行处理，处理后的图像可以在计算机显示器上进行显示或由硬盘、光盘进行保存。
光学镜头2和线阵列数字摄像机3安装在外壳9里面成为以一个整体。由于X射线直接照射到线阵列数字摄像机上，因此该结构只适用于射线能量低于160KV的场合，尤其是医疗诊断领域。
Claims (5)
1.基于图像增强器的线扫描X射线成像装置，具有一台图像增强器，在图像增强器后装有一组光学系统，其特征为在光学系统的另一端装有采样频率为80KHz的线扫描摄像机，线扫描摄像机再与装有图像采集卡和处理线阵列数字摄像机的积分时间、线采样频率软件的PC计算机连接。
2.根据权利要求1所述的基于图像增强器的线扫描X射线成像装置，其特征为在图像增强器输出屏上装有黑色光栏，光栏直径比输出屏直径大2-5mm，在光栏中心开有一条长度与输出屏直径相同，宽度为0.2-1.0mm的透光孔，在图像增强器的输入屏上装有一组光栅。
3.根据权利要求1或2所述的基于图像增强器的线扫描X射线成像装置，其特征为线扫描摄像机与光学系统安装在一个密闭的壳体内，密闭壳体与图像增强器输出屏端部固定。
4.根据权利要求1或2所述的基于图像增强器的线扫描X射线成像装置，其特征为安装在PC计算机内的处理软件具有参数设置、摄像机校正、图像采集与合成显示、图像处理与存储。
5.根据权利要求3所述的基于图像增强器的线扫描X射线成像装置，其特征为安装在PC计算机内的处理软件具有参数设置、摄像机校正、图像采集与合成显示、图像处理与存储。
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2007
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