一种X射线成像系统中的变电流投影融合方法技术方案

本发明专利技术公开了一种X射线成像系统中的变电流投影融合方法，克服了现有技术中，已有变电流投影融合技术中，人工选择融合阈值的缺陷问题。该发明专利技术具体步骤如下：（1）采集成像物体在各投影角度下不同电流的投影数据；（2）构造不同电流投影的灰度值-有效边缘梯度序列；（3）使用动态时间弯曲方法求解最佳融合阈值；（4）计算缩放因子；（5）投影图像融合；（6）CT图像重建。该发明专利技术方法能够避免人工选择融合阈值的主观性，有效扩展探测器的动态范围。探测器动态范围得到扩展后，实验对于探测器的成像需求得到降低，从而减少硬件成本。基于融合后投影的CT图像SNR优于传统人工选择固定阈值的融合方法。

【技术实现步骤摘要】

该专利技术涉及X射线成像技术，特别是涉及一种X射线成像系统中的变电流投影融 合方法。
技术介绍
工业计算机断层成像（ComputedTomography,CT)利用X射线的透射能力对物体 成像，通过采集物体在不同角度下的投影数据，基于一定的重建算法获取物体内部的二维 或三维CT图像。为了获得优质的成像效果，CT数据采集需要根据物体设置合适的扫描参 数。然而，对于一些衰减系数差异明显的多材料物体，传统单一扫描参数的成像模式容易造 成探测器曝光不足或曝光过度的现象，由此带来的CT图像伪影或信息缺失极大地影响了 CT图像质量，变扫描参数成像方法是解决这类问题的常用方法。 经过对现有技术的文献检索发现，变扫描参数成像方法可以分为变电压和变电流 两类。变电压成像方法根据扫描电压决定X射线穿透物体厚度的原理，2009年，杨莹等人 在《光子学报》上发表文章"基于小波变换的X射线图像超动态范围重建"，提出了利用小 波变换对不同电压下采集的投影进行融合的方法，该方法首先对投影进行多分辨率分解， 然后基于不同策略分别计算高、低频系数，最后经过小波逆变换融合出高动态范围的投影。 基于小波变换的投影融合方法在求解重构系数时易受伪边缘的影响，融合后的投影可能出 现灰阶混乱。为了避免该问题，2013年，Chen等人在《Optik》上发表文章"Multi-voltage imagestackreconstructioninX-raydigitalimaging'，，提出了一种灰度加权模型，对 不同电压下采集的投影序列，首先选择对比度最好的区域作为最佳灰度带，提取待融合的 子图像，再通过设置合适的加权系数完成子图像的融合。这种方法没有考虑不同电压的能 谱变化，加权系数的求解精度有待提高。2014年，Liu等人在《JournalofX-rayscience andtechnology〉〉上发表文章"Multi-energyimagesequencefusionbasedonvariable energyX-rayimaging"，文章所提方法在计算加权系数前，首先通过射束硬化校正保证投 影灰度值和物体厚度之间服从线性关系，但是硬化校正要求阶梯状工件和被扫描物体是 同一材料的，多材料物体的投影融合问题有待进一步研究。 变电流成像方法基于改变电流只会使光子数量发生变化，不会影响X射线能谱特 性的原理，研究该类方法对多材料物体成像具有较高的实用价值。2010年，Kramer等人在 ((MeasurementScienceandTechnology〉〉上发表文章"Multi-energyimagestackfusion incomputedtomography"，利用人工设置的融合阈值判断未超出探测器动态范围的投影 区域，并计算缩放因子完成投影融合，在对铝和有机玻璃组成的楔形工件成像中获得了更 加准确的几何测量结果，但是人工选择投影融合阈值存在主观性。
技术实现思路
本专利技术克服了已有变电流投影融合技术中，人工选择融合阈值的缺陷，提供了一 种X射线成像系统中的变电流投影融合方法。 本专利技术的技术解决方案是，提供一种具有以下步骤的X射线成像系统中的变电流 投影融合方法：一种X射线成像系统中的变电流投影融合方法，具体步骤如下：（1)采集成 像物体在各投影角度下不同电流的投影数据；（2)构造不同电流投影的灰度值-有效边缘 梯度序列；（3)使用动态时间弯曲（DynamicTimeWraping，DTW)方法求解最佳融合阈值； (4)计算缩放因子；（5)投影图像融合；（6)CT图像重建。 所述步骤（1)包括设置合适的扫描电压和电流，采集不同角度下的变电流投影图 像，在探测器没有校正的情况下，大、小电流对应的投影分别处于曝光过度和未曝光过度的 状态，并且不同电流的投影图像之间存在均未曝光过度的重叠区域，该重叠区域至少为物 体投影区域的10%。 所述步骤（2)根据当前投影的灰度值，分别在相同角度下大、小电流的投影中首 先确定有效边缘点的位置，然后计算其梯度，每一个灰度值Val都对应了一个有效边缘梯 度grff，因此可以构成两组灰度值-有效边缘梯度序列。 所述步骤（3)首先将步骤（2)中构造的不同电流序列进行预处理，并构造具有梯 度方向的新序列X'和Y'，然后以DTW距离最短为目标计算新序列X'和Y'间的最佳相似匹 配路径Q%最后根据匹配中疑似突变点附近的子序列Xsub和Ysub计算相关系数P，相关系数 最小的点记为最佳融合阈值Th所在的点。 所述步骤（4)根据步骤（3)确定的最佳融合阈值判断大电流投影中未超出探测器 动态范围的区域，并计算不同电流投影在相同位置区域的灰度值比例关系，以此作为缩放 因吁 所述步骤（5)以小电流投影图像为基底，使用步骤⑷计算缩放因子S，将 大电流投影中未超出探测器动态范围的区域经过比例缩放后加以替换，融合后的投影 所述步骤（6)针对步骤（5)中融合的投影，使用同一种解析类或迭代类图像重建 算法重建CT图像，并以信噪比（SignaltoNoiseRatio,SNR)评价融合效果。 与现有技术相比，本专利技术X射线成像系统中的变电流投影融合方法具有以下优 点：该专利技术方法能够避免人工选择融合阈值的主观性，有效扩展探测器的动态范围。探测器 动态范围得到扩展后，实验对于探测器的成像需求得到降低，从而减少硬件成本。基于融合 后投影的CT图像SNR优于传统人工选择固定阈值的融合方法。【附图说明】图1是本专利技术X射线成像系统中的变电流投影融合方法实验过程中实际工业零件 位置关系示意图；图2是本专利技术X射线成像系统中的变电流投影融合方法的流程图；图3是本专利技术X射线成像系统中的变电流投影融合方法在大电流下的实际CT图 像；图4是本专利技术X射线成像系统中的变电流投影融合方法在不同阈值下融合投影实 际CT图像比较：（a)小电流；(b)最小融合阈值；（c)平均融合阈值；（d)本专利方法；图5是本专利技术X射线成像系统中的变电流投影融合方法中实际变电流投影融合CT 图像的SNR比较图。【具体实施方式】 下面结合附图和【具体实施方式】对本专利技术X射线成像系统中的变电流投影融合方 法作进一步说明：本专利技术设计一套易于操作且精度较高的变电流投影融合方法。本专利技术是 通过以下技术方案实现的，具体步骤如下： 本专利技术的技术解决方案是，提供一种具有以下步骤的X射线成像系统中的变电流 投影融合方法：具体步骤如下：（1)采集成像物体在各投影角度下不同电流的投影数据； (2)构造不同电流投影的灰度值-有效边缘梯度序列；（3)使用动态时间弯曲（Dynamic TimeWraping，DTW)方法求解最佳融合阈值；（4)计算缩放因子；（5)投影图像融合；（6)CT 图像重建。 所述步骤（1)包括设置合适的扫描电压和电流，采集不同角度下的变电流投影图 像，在探测器没有校正的情况下，大、小电流对应的投影分别处于曝光过度和未曝光过度的 状态，并且不同电流投影的图像之间存在均未曝光过度的重叠区域，该重叠区域至少为物 体投影区域的10%。 所述步骤（2)根据当前投影的灰度值，分别在相同角度下大、小电流的投影中首 先确定有效边缘点的位置，然后计算其梯度，每一个灰度值Val都对应了一个有效边本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种X射线成像系统中的变电流投影融合方法，其特征在于：具体步骤如下：(1)采集成像物体在各投影角度下不同电流的投影数据；(2)构造不同电流投影的灰度值‑有效边缘梯度序列；(3)使用动态时间弯曲方法求解最佳融合阈值；(4)计算缩放因子；(5)投影图像融合；(6)CT图像重建。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李磊，张翔，闫镔，席晓琦，陈思宇，张峰，乔凯，王敬雨，
申请(专利权)人：中国人民解放军信息工程大学，
类型：发明
国别省市：河南;41