一种用于X射线光栅相位衬度成像的背景扣除方法技术

本发明专利技术公开了一种用于X射线光栅相位衬度成像的背景扣除方法，成像系统包括X光机(1)、源光栅(2)、分束光栅(3)、样品室(4)、分析光栅(5)和X射线探测器(6)。本发明专利技术利用相位步进法采集到的图像，通过循环移动样品图像和背景图像的顺序，而使各像素的初始相位远离相位跳变区，从而可以使样品产生的相位没有跨过跳变区，进而可以避免相位纠缠现象的发生。同时基于本发明专利技术专利的背景扣除方法可以灵活调节相位测量的范围，如调节为(-π+3，π+3]，而传统方法的相位测量范围是固定在(-π，π]区间内的，本发明专利技术专利因此可以在某些应用情况下获得优势。

【技术实现步骤摘要】
一种用于X射线光栅相位衬度成像的背景扣除方法
本专利技术涉及X射线相位衬度成像
，具体涉及一种用于X射线光栅相位衬度成像的背景扣除方法。
技术介绍
对于那些由轻元素组成的物质，硬X射线相位衬度成像技术能够提供比传统吸收成像高达上千倍的图像衬度和测量灵敏度，该技术因而在生物软组织成像方面有巨大的应用前景(参考文件[1，2])。在目前众多的X射线相位衬度成像技术中，基于三块光栅的X射线相位衬度成像技术是最有可能获得推广和实际运用的(参考文件[3-5])，这是因为该方法可以利用普通的X光机进行X射线相位衬度成像，从而使X射线相位衬度成像技术摆脱了同步辐射光源和微焦点光源的约束。在基于光栅干涉仪的X射线相位衬度成像技术中，为了得到纯样品的折射信息，背景扣除是一个必不可少的步骤(参考文件[6，7])。在实际试验中，往往是首先把样品移入成像视场，利用相位步进方法采集一套图像，然后把样品移出成像视场，采集另一套数据，最后利用这两套数据进行背景扣除运算。目前普遍采用的背景扣除方法主要有两种，第一种方法称为Arg(S)-Arg(B)，该方法的相位测量范围是(-2π，2π]，缺点是在样品产生的相位没有超出(-π，π]范围的时候，也很有可能会产生相位纠缠现象(参考文件[6，7])；第二种方法称为Arg(S/B)法(参考文件[8])，该方法的相位测量范围是固定在区间(-π，π]内的，缺点是在样品产生的相位超出(-π，π]范围的时候，该方法会产生相位缠绕现象(参考文件[7])，而解除相位缠绕现象需要非常复杂的算法(参考文件[9，10])。参考文献：[1]A.Momose，″RecentadvancesinX-rayphaseimaging，″JapaneseJournalofAppliedPhysics，vol.44，p.6355，2005.[2]A.Bravin，P.Coan，andP.Suortti，″X-rayphase-contrastimaging：frompre-clinicalapplicationstowardsclinics，″Physicsinmedicineandbiology，vol.58，p.R1，2013.[3]F.Pfeiffer，T.Weitkamp，O.Bunk，andC.David，″Phaseretrievalanddifferentialphase-contrastimagingwithlow-brillianceX-raysources，″NaturePhysics，vol.2，pp.258-261，Apr2006.[4]F.Pfeiffer，C.Kottler，O.Bunk，andC.David，″Hardx-rayphasetomographywithlow-brilliancesources，″Physicalreviewletters，vol.98，p.108105，2007.[5]F.Pfeiffer，M.Bech，O.Bunk，P.Kraft，E.F.Eikenberry，C.etal.，″Hard-X-raydark-fieldimagingusingagratinginterferometer，″Naturematerials，vol.7，pp.134-137，2008.[6]A.Momose，W.Yashiro，Y.Takeda，Y.Suzuki，andT.Hattori，″PhasetomographybyX-rayTalbotinterferometryforbiologicalimaging，″Japanesejournalofappliedphysics，vol.45，p.5254，2006.[7]I.Zanette，″InterférométrieXàféseauxpourl′imagerieetl′analysedefrontd′ondesausynchrotron，″UniversitédeGrenoble，2011，Page44.[8]S.Wang，R.Hu，Z.Wang，K.Gao，K.Zhang，A.Momose，etal.，″ExperimentalresearchonthefeatureofTalbot-Lauinterferometervs.tubeacceleratingvoltage，″arXivpreprintarXiv：1410.7655，2014.[9]T.R.JudgeandP.Bryanston-Cross，″Areviewofphaseunwrappingtechniquesinfringeanalysis，″OpticsandLasersinEngineering，vol.21，pp.199-239，1994.[10]K.Itoh，″Analysisofthephaseunwrappingalgorithm，″AppliedOptics，vol.21，pp.2470-2470，1982.
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本专利技术指在提出一种新的背景扣除方法，用于X射线光栅相位衬度成像中，一方面消除样品引起相位没有超出(-π，π]时候产生的相位纠缠现象；另一方面调节测量相位的范围，如调节测量范围到(-π+3，π+3]，从而可以适应于不同的应用环境。(二)技术方案本专利技术提出一种用于X射线光栅相位衬度成像的背景扣除方法，应用于X射线相位衬度成像系统，该系统包括X光机(1)、源光栅(2)、分束光栅(3)、样品室(4)、分析光栅(5)和X射线探测器(6)。所述方法包括如下步骤：S1、在垂直于光路的横向平面上，沿垂直于分析光栅栅条的方向上使分析光栅在一个光栅周期内逐步移动，在原始位置和每步移动后的位置均分别采集样品图像和背景图像，得到的样品图像记为Sj，得到的背景图像记为Bj，j表示图像序号并有j＝0，1，……，M-1；S2、利用如下公式计算所述样品图像和背景图像的折射角矩阵Φ：其中(x，y)是所述样品图像或背景图像的像素坐标，是折射角矩阵Φ的元素，表示像素坐标(x，y)处的折射角，zT是样品和分析光栅之间的距离，k是整数，Ik(x，y)代表所述像素坐标(x，y)处图像的灰度值，简写为Ik，arg[]表示对[]中的复数求复角运算，其中：当I0，I1，…，IM-1分别为样品图像S0，S1，…，SM-1的像素的灰度值时，得到样品图像的折射角矩阵其内部元素为当I0，I1，…，IM-1分别为背景图像B0，B1，…，BM-1的像素的灰度值时，得到背景图像的折射角矩阵其内部元素为当I0，I1，…，IM-1分别为样品图像SM-1，S0，S1，…，SM-2的像素的灰度值时，得到样品图像的折射角矩阵其内部元素为当I0，I1，…，IM-1分别为背景图像BM-1，B0，B1，…，BM-2的像素的灰度值时，得到背景图像的折射角矩阵其内部元素为……；当I0，I1，…，IM-1分别为样品图像S1，S2，…，SM-1，S0的像素的灰度值时，得到样品图像的折射角矩阵其内部元素为当I0，I1，…，IM-1分别为背景图像B1，B2，…，BM-1，B0的像素的灰度值时，得到背景图像的折射角矩阵其内部元素为S3、对于背影图像的折射角矩阵中像素坐标(1，1)的各元本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于X射线光栅相位衬度成像的背景扣除方法，应用于X射线相位衬度成像系统，该系统包括X光机(1)、源光栅(2)、分束光栅(3)、样品室(4)、分析光栅(5)和X射线探测器(6)，其特征在于，包括如下步骤：S1、在垂直于光路的横向平面上，沿垂直于分析光栅栅条的方向上使分析光栅在一个光栅周期内逐步移动，在原始位置和每步移动后的位置均分别采集样品图像和背景图像，得到的样品图像记为Sj，得到的背景图像记为Bj，j表示图像序号并有j＝0，1，……，M‑1；S2、利用如下公式计算所述样品图像和背景图像的折射角矩阵Φ：其中(x，y)是所述样品图像或背景图像的像素坐标，是折射角矩阵Φ的元素，表示像素坐标(x，y)处的折射角，zT是样品和分析光栅之间的距离，k是整数，Ik(x，y)代表所述像素坐标(x，y)处图像的灰度值，简写为Ik，arg[]表示对[]中的复数求复角运算，其中：当I0，I1，…，IM‑1分别为样品图像S0，S1，…，SM‑1的像素的灰度值时，得到样品图像的折射角矩阵其内部元素为当I0，I1，…，IM‑1分别为背景图像B0，B1，…，BM‑1的像素的灰度值时，得到背景图像的折射角矩阵其内部元素为当I0，I1，…，IM‑1分别为样品图像SM‑1，S0，S1，…，SM‑2的像素的灰度值时，得到样品图像的折射角矩阵其内部元素为当I0，I1，…，IM‑1分别为背景图像BM‑1，B0，B1，…，BM‑2的像素的灰度值时，得到背景图像的折射角矩阵其内部元素为……；当I0，I1，…，IM‑1分别为样品图像S1，S2，…，SM‑1，S0的像素的灰度值时，得到样品图像的折射角矩阵其内部元素为当I0，I1，…，IM‑1分别为 背景图像B1，B2，…，BM‑1，B0的像素的灰度值时，得到背景图像的折射角矩阵其内部元素为S3、对于背影图像的折射角矩阵中像素坐标(1，1)的各元素比较其绝对值的大小，取其中绝对值最小的元素的从而确定其对应的样品图像的折射角矩阵中的元素i为自然数且不大于M，通过公式计算得到扣除背景后的样品图像的像素坐标(1，1)处的折射角S4、对背景图像和样品图像中的每一个像素(x，y)，重复步骤S3，从而得到样品的折射角矩阵Φi的每一个元素...

【技术特征摘要】
1.一种用于X射线光栅相位衬度成像的背景扣除方法，应用于X射线相位衬度成像系统，该系统包括X光机(1)、源光栅(2)、分束光栅(3)、样品室(4)、分析光栅(5)和X射线探测器(6)，其特征在于，包括如下步骤：S1、在垂直于光路的横向平面上，沿垂直于分析光栅栅条的方向上使分析光栅在一个光栅周期内逐步移动，在原始位置和每步移动后的位置均分别采集样品图像和背景图像，得到的样品图像记为Sj，得到的背景图像记为Bj，所述采集样品图像或背景图像的数量为M，j表示图像序号并有j＝0，1，……，M-1；S2、利用如下公式计算所述样品图像和背景图像的折射角矩阵Φ：其中(x，y)是所述样品图像或背景图像的像素坐标，是折射角矩阵Φ的元素，表示像素坐标(x，y)处的折射角，d为所述分析光栅的周期，zT是样品和分析光栅之间的距离，k是整数，Ik(x，y)代表所述像素坐标(x，y)处图像的灰度值，简写为Ik，arg[]表示对[]中的复数求复角运算，其中：当I0，I1，…，IM-1分别为样品图像S0，S1，…，SM-1的像素的灰度值时，得到样品图像的折射角矩阵其内部元素为当I0，I1，…，IM-1分别为背景图像B0，B1，…，BM-1的像素的灰度值时，得到背景图像的折射角矩阵其内部元...

【专利技术属性】
技术研发人员：王圣浩，吴自玉，张灿，杨萌，韩华杰，高昆，王志立，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34