本发明专利技术公开了一种X射线闪烁体成像系统的光场捕捉和后处理方法，包括用于高分辨CT成像系统中投影图像的捕捉，其特征在于采用了结合添加微透镜阵列的图像传感器来捕捉X射线闪烁体成像系统中经过显微光学系统放大的投影图像，得到闪烁体发出的光场原始数据，即包含了方向和强度信息；还包括了可以处理光场图像数据的图像处理软件，可以重聚焦出闪烁体中的某一个发光层面清晰图像信息。本发明专利技术拓展了原有显微光学系统的景深，减少了对闪烁体厚度的要求，进而降低了薄闪烁体加工带来的一系列困难问题，并且提高了整个系统的图像采集效率。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及利用基于微透镜阵列的光场成像技术对X射线闪烁体光学成像系统的光场进行捕捉，更具体的涉及了光场源数据的获取以及软件后处理方法。应用领域为高分辨或者显微CT成像中，清晰投影图像的捕捉。技术背景X射线显微成像作为一种新的显微无损检测方法，在近年来被广泛地研究。在X射线显微成像系统中，X射线穿过物体，由高分辨率X射线探测器接收，该探测器包由闪烁体和光学系统构成的转换器和CCD探测器。在该结构中，闪烁体将X射线光子转化为可见光光子，产生的可见光图像由光学组件聚焦放大，投射到CCD探测器上。这样的二级放大技术就减少了对几何放大的依赖程度，这就形成了在大工作距离提供亚微米级分辨率的显著优点，使得大的样品同样也能获得较高的分辨率。到目前为止，针对X射线显微成像的研究主要集中在耦合闪烁体的检测器上，即X射线闪烁体探测器，目标是进一步提高闪烁体的分辨率和光子转化率。对X射线闪烁体探测器的研发，刺激了对闪烁体材料特性地研究，使X射线成为闪烁体的一种表征方式，为闪烁体材料的制备和加工提供了有益的参考。在X射线显微成像系统中，显微光学系统主要由显微物镜、管镜和目镜组成，整个光路系统的分辨率主要取决于其中的显微物镜。显微物镜的分辨率与数值孔径(Numeric Aperture，即NA)的关系有：分辨率＝0.61*λ/NA。当光学系统的NA较小的时候，光学系统是受衍射限制的，系统景深较大，离焦部分不会影响到系统成像性能；当光学系统NA较大的时候，系统景深较小，离焦部分会影响了图像的质量。在显微光学系统中，系统放大倍数和NA都比较大，当闪烁体的厚度比景深范围要小时，这样图像是清晰的；当闪烁体的厚度大于系统景深时，离焦部分会造成图像的退化，降低系统分辨率。例如，一个5x/0.25NA的显微物镜，其景深大小约为：0.535*1/0.25^2＝8.56um，要求把闪烁体的厚度控制在10um左右，这对闪烁体的加工技术要求很高，5微米几乎已经是加工的极限，极易造成碎裂。同时，闪烁体的发光效率和厚度相关，厚度越薄发光效率就越低，造成了整个系统的采集效率降低。在图像质量方面，闪烁体在制作、加工过程中造成的瑕疵，比如裂纹、突起和气孔等，都会对最终的图像质量造成较大的影响。本专利技术提出了将光场成像技术应用到X射线闪烁体成像系统中，拓展光学系统的景深，减少系统对闪烁体厚度的要求，从而降低闪烁体加工带来的困难，达到预期的图像质量。
技术实现思路
本专利技术公开了一种X射线闪烁体成像系统的光场捕捉和后处理方法，包括用于高分辨CT成像系统中投影图像的捕捉，拓展了原有显微光学系统的景深，减少了对闪烁体厚度的要求，进而降低了薄闪烁体加工带来的一系列困难问题，并且提高了整个系统的图像采集效率。还包括了可以处理光场图像数据的图像处理软件，可以重聚焦出闪烁体中的每个发光层面清晰图像信息。优选的，每个显微物镜系统包括物镜、闪烁体和基底这三部分，其中闪烁体和基底粘合在一起，显微物镜通过螺纹和前面的闪烁体连接在一起。优选的，基底的折射系数同时与显微物镜和闪烁体材料相匹配，为了增加数值孔径尽量选择折射率较大的基底。优选的，闪烁体材料采用发光效率、分辨率较高的材料。优选的，采用了结合微透镜阵列的图像传感器来替代原有的普通图像传感器，放置在显微光学系统的中间成像面位置，捕捉X射线闪烁体成像系统中经过显微光学系统放大的投影图像，得到闪烁体发出的光场原始数据，即包含了方向和强度信息。优选的，微透镜阵列平面需要放置于显微物镜成像的中间像平面上，如果该平面位于管径的内部，需要用转接镜将图像面导出到微透镜表面。优选的，采用的微透镜阵列类型为正交或者六边形分布，每个微透镜形状可以是圆形也可以是方形，微透镜阵列平行放置于图像传感器靶面前一倍微透镜焦距处，每个微透镜下覆盖若干个图像传感器像元。优选的，微透镜阵列的单个透镜直径比较小的情况下，相应的焦距比较小，普通的图像传感器表面都有保护玻璃覆盖，厚度很小，因此需要去除表面保护玻璃，并将微透镜放置在靶面位置以上一倍微透镜焦距处。优选的，图像传感器靶面像素排列为正交分布，微透镜阵列表面也为正交或者六边形分布，因此安装时需要减少两个平面之间的旋转误差，否则会对图像后处理的效果造成影响。优选的，如果微透镜阵列与成像探测器的物理距离不能满足高斯成像要求，会导致光场方向信息的混叠和成像目标空间分布的混叠，降低光场相机的空间分辨率和对焦准确度。优选的，假设主透镜的光瞳直径为D，焦距为F，微透镜的直径为d，焦距为f。光场成像中最需要关注的就是主透镜的F数(镜头焦距与透镜孔径的比值)和微透镜相匹配：(F+f)/D＝f/d由于微透镜的焦距相对于主透镜的焦距无穷小，所以以上公式满足：F/D＝f/d。如果主透镜的F数增大，那么每个微透镜覆盖的图像就会变小，很多像元没有光线到达，浪费了探测器的分辨率。相反，如果主透镜的F数减小，微透镜下覆盖的图像大小会超过微透镜大小，相邻两个透镜下图像会产生重叠部分，这样是不利于图像后处理的。对于显微光学系统，微透镜的NA必须和显微物镜的像方数值孔径匹配，物镜的F数满足以下公式：F_number=M2NA]]>其中，M是物镜的放大倍数，NA是数值孔径。优选的，软件后处理中获取子孔径图像是通过选取每个微透镜阵列下覆盖图像对应的像素点，组成一张图像，这样就能获得一组图像序列，图片数量和微透镜下覆盖的像素个数有关。每个子孔径图像可以看成是对相机主透镜的采样，每两个子孔径图像间存在一定的视差，也就是存在了不同的角度信息，为光场图像的重建提供了可能。通过数字重聚焦技术，重建出位于不同闪烁体发光层面的图像，提高最终图像的清晰度，降低对闪烁体厚度的要求。附图说明图1为系统捕捉到的光场源图像；图2为捕捉到暗场的二值化图像；图3为四个方向上的包含视差图像；图4为采用了数字重聚焦技术分别聚焦在焦平面之前和之后的图像；图5为光场的四维参数化表示；图6为光场图像数字重聚焦原理示意图；图7为本专利技术提出的X射线闪烁体成像系统的光场捕捉装置示意图；图8为基于微透镜阵列的光场图像传感器示意图；图9为光场图像后处理流程图；图10为本专利技术的方法流程图。具体实施例举例说明通过软件后处理的方式得到闪烁体每层清晰的图像，本专利技术不局限于例子中所用到的方法。在显微光学系统中添加了微透镜阵列，微透镜为正交分布，每个微透镜的形状为正方形，下面覆盖5*5个图像传感器像素点。整个软件处理过程分为：光场源图像获取、去除暗电流、图像旋转误差校正、子孔径图像获本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种X射线闪烁体成像系统的光场捕捉方法，其特征在于采用结合微透镜阵列的图像传感器来捕捉X射线闪烁体成像系统中经过显微光学系统放大的投影图像，得到包含了方向和强度信息的光场图像。
【技术特征摘要】
1.一种X射线闪烁体成像系统的光场捕捉方法，其特征在于采用结合微透镜阵列的图像传感器来捕捉X射线闪烁体成像系统中经过显微光学系统放大的投影图像，得到包含了方向和强度信息的光场图像。
2.根据权利要求1所述的一种X射线闪烁体成像系统的光场捕捉方法，其特征在于使用的闪烁体将X射线光子转化为可见光光子，X射线经过物体衰减后的图像，经过闪烁体转化为可见光图像，闪烁体成为一个图像光源。
3.根据权利要求1所述的一种X射线闪烁体成像系统的光场捕捉方法，其特征在于所述显微光学系统起到图像放大的作用，聚焦在闪烁体中某个层面，将图像放大，并投射到结合了微透镜阵列的图像传感器上。
4.根据权利要求3所述的一种X射线闪烁体成像系统的光场捕捉方法，其特征在于所述的结合了微透镜阵列的图像传感器将聚焦的图像重新散焦，投射到图像传感器上，微透镜阵列的位置位于显微光学系统的一次成像面上。
5.根据权利要求4所述的一种X射线闪烁体成像系统的光场捕捉方法，其中所述微透镜的图像传感器中图像传感器靶面（可见光CCD）位于微透镜的焦距上。
6.根据权利要求1所述的一种X射线闪烁体成像系统的光场捕捉方法，其还包括重聚焦出闪烁体中的某一个发光层面清晰图像信息。
7.根据权利要求1所述的一种X射线闪烁体成像...
【专利技术属性】
技术研发人员：罗守华，王小龙，李光，顾宁，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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