光信号长积分模式成像方法及成像系统技术方案

本发明专利技术公开了一种光信号长积分模式成像方法及成像系统，成像系统可实现同步或异步的长积分模式成像；成像方法包括：根据光源预设的发光条件，采集序列曝光图像，并在执行偏置校正和增益校正后，进行合并运算，生成平均图像作为目标图像；或者采集序列曝光图像后，先进行合并运算，生成平均图像后，再执行偏置校正和增益校正，生成目标图像。通过长积分图像合成方式，提高了光信号接收装置的动态范围；通过合成图像生成的平均曝光图像，对比序列中单帧曝光图像，提高了图像的信噪比；既解决因器件物理因素限制导致的光信号接收装置动态范围不足的问题，又解决光源单次曝光强度或剂量不足的问题，从而有效解决了物体成像信噪比不足的情形。

Long Integral Mode Imaging Method and Imaging System for Optical Signals

【技术实现步骤摘要】
光信号长积分模式成像方法及成像系统
本专利技术涉及成像影像设备领域，特别涉及一种光信号长积分模式成像方法及成像系统。
技术介绍
在工业检测和某些特殊应用领域，感兴趣区对于待成像物体，往往有着非常低的对比度差异，而受限于光源提供的光照强度和光信号接受装置本身的饱和剂量等因素，致使在常规光照剂量下，难以得到满足检测要求的高信噪比图像；鉴于此，本专利技术提供一种新的长积分模式成像系统及其实现方法，解决上述图像信噪比不足导致的检测应用问题。该成像系统将支持该长积分模式在其内部实现。该方法的基本原理，是基于相同采集条件下，在时间轴上进行多帧图像叠加和平均运算，最终生成的图像信噪比SNR会得到改善。同时，多帧图像叠加运算，可以在数字域中，解决因模数转换器ADC位深限制导致的动态范围不足问题。
技术实现思路
为了解决单帧曝光信号不足导致的图像信噪比难以满足实际应用的问题，本专利技术提供了一种光信号长积分模式成像方法及成像系统，以改善单次曝光不足引起的成像效果不佳的问题。所谓长积分模式，是指发光装置进行连续或间歇性发光的持续时间，应覆盖多帧(两帧或两帧以上)图像的成像时间。本专利技术的技术方案如下：一方面，本专利技术提供了第一种光信号长积分模式成像方法，基于成像系统，所述成像系统包括光源和光信号接收装置，所述成像方法包括：根据预设的成像系统配置参数条件和曝光条件，采集原始序列曝光图像；在保持与获取原始序列曝光图像相同的成像系统配置参数条件下，获取未曝光的原始序列暗场图像，生成偏置校正用图像；在预设曝光条件下，获取无物体的原始序列曝光图像，生成增益校正用图像；根据所述偏置校正用图像和增益校正用图像，对所述原始序列曝光图像中的每一帧曝光图像进行偏置校正和增益校正，得到校正后图像；获取原始序列曝光图像对应的校正后图像的平均图像，得到目标图像。另一方面，本专利技术提供了第二种光信号长积分模式成像方法，基于成像系统，所述成像系统包括光源和光信号接收装置，所述成像方法包括：根据预设的成像系统配置参数条件和曝光条件，采集原始序列曝光图像；获取所述原始序列曝光图像的平均曝光图像；在保持与获取原始序列曝光图像相同的成像系统配置参数条件下，获取未曝光的原始序列暗场图像，生成偏置校正用图像；根据所述偏置校正用图像，对所述平均曝光图像进行偏置校正；在预设曝光条件下，获取无物体的原始序列曝光图像，生成增益校正用图像；根据所述增益校正用图像，对完成偏置校正的图像进行增益校正，得到目标图像。再一方面，本专利技术提供了第三种光信号长积分模式成像方法，基于成像系统，所述成像系统包括光源和光信号接收装置，所述成像方法包括：根据预设的成像系统配置参数条件和曝光条件，采集原始序列曝光图像；对所述原始序列曝光图像求和，得到曝光序列和图像；在保持与获取原始序列曝光图像相同的成像系统配置参数条件下，获取与原始序列曝光图像相同帧数的未曝光的原始序列暗场图像，并对所述原始序列暗场图像求和，得到暗场序列和图像；根据所述暗场序列和图像，对所述曝光序列和图像进行偏置校正；在预设曝光条件下，获取无物体的原始序列曝光图像，生成增益校正用图像；根据所述增益校正用图像，对完成偏置校正的图像进行增益校正，得到目标图像。进一步地，所述成像方法还包括：确保光信号接收装置未达到饱和值，以使每一帧曝光图像均为未达到饱和状态；判断成像过程中像素值是否溢出，若产生溢出，则扩展像素位宽，以使保持叠加图像像素值的有效性。进一步地，所述生成偏置校正用图像包括：在保持与获取原始序列曝光图像相同的成像系统配置参数条件下，获取未曝光的序列暗场图像；对所述序列暗场图像求和，得到暗场序列和图像；根据所述序列暗场图像的帧数，获取所述暗场序列和图像的平均图像，作为偏置校正用图像。进一步地，所述生成增益校正用图像及增益校正方法包括：在保持与获取原始序列曝光图像相同的成像系统配置参数条件下，设置特定曝光条件，获取所述无物体的原始序列曝光图像；对序列中所有原始图像进行求和，然后进行平均得到该原始序列曝光图像的平均图像；将该平均图像减去偏置校正用图像，得到经偏置校正后的平均图像；计算该平均图像的均值，利用均值除以每个像素值，得到对应像素点的增益系数，作为增益校正用图像；将待增益校正的图像的各个像素点乘以增益校正用图像相对应的像素所表示的增益系数，得到增益校正后的新图像像素，所述生成增益校正用图像和执行增益校正的过程均应用浮点数实现。进一步地，所述预设的成像系统配置参数条件包括光信号接收装置的电压参数、增益水平、帧采集周期或频率；曝光条件包括光源的照射强度、照射时间和照射距离，成像物体的相对位置，射线过滤条件以及光信号接收装置的状态；所述保持与获取原始序列曝光图像相同的配置参数条件包括：待成像物体与光源和光信号接收装置的相对位置保持不变。进一步地，所述光源与光信号接收装置之间的距离大于预设距离阈值，待成像物体静止设置于在所述光源与光信号接收装置之间，在曝光过程中，所述待成像物体与光源和光信号接收装置的相对位置保持不变。本专利技术还提供了一种光信号长积分模式成像系统，包括光源、光信号接收装置和图像工作站，所述光信号接收装置与图像工作站通信连接，所述光源按照预设的成像系统配置参数条件向光信号接收装置发射光信号，所述光信号接收装置将接收到的光信号转换为第一原始序列曝光图像并发送至图像工作站；在相同的成像系统配置参数条件下，所述光信号接收装置接收未曝光的原始序列暗场图像和无物体的第二原始序列曝光图像，并将其发送至图像工作站；所述图像工作站根据未曝光的原始序列暗场图像和无物体的第二原始序列曝光图像分别得到偏置校正用图像和增益校正用图像，并对第一原始序列曝光图像进行偏置校正和增益校正，得到目标图像。进一步地，所述光源包括X光发生器及球管，所述光源按照预设的发光条件产生连续X光信号或脉冲式X光信号；所述光信号接收装置用于接收光源产生的光信号，并转换为数字图像；所述偏置校正及增益校正处理为在光信号接收装置中进行，或者传输至外部图像工作站中进行。本专利技术提供的光信号长积分模式成像方法能够产生以下有益效果：a.提供一种长积分模式的实现方法，解决因器件物理参数限制，导致的数字域饱和问题；b.既能保持单帧图像所需要的灵敏度响应，又提供了高动态范围的解决方案。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术实施例提供的X射线成像系统的结构示意图；图2是本专利技术实施例提供的X射线源三种发光方式对应的光波图；图3是使用连续发光装置实现长积分模式所要求的积分和图像采集序列的示意图；图4是使用异步发光装置实现长积分模式所要求的积分和图像采集序列的示意图；图5是本专利技术实施例提供的第一种光信号长积分模式成像方法的流程图；图6是本专利技术实施例提供的偏置校正用图像生成方法的流程图；图7是本专利技术实施例提供的增益校正方法流程图；图8是本专利技术实施例提供的第一种光信号长积分模式成像操作示意图；图9是本专利技术实施例提供的第二种光信号长积分模式成像方法的流程图；图10是本专利技术实施例提供的第二种光信号长本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光信号长积分模式成像方法，基于成像系统，所述成像系统包括光源和光信号接收装置，其特征在于，所述成像方法包括：根据预设的成像系统配置参数条件和曝光条件，采集原始序列曝光图像；在保持与获取原始序列曝光图像相同的成像系统配置参数条件下，获取未曝光的原始序列暗场图像，生成偏置校正用图像；在预设曝光条件下，获取无物体的原始序列曝光图像，生成增益校正用图像；根据所述偏置校正用图像和增益校正用图像，对所述原始序列曝光图像中的每一帧曝光图像进行偏置校正和增益校正，得到校正后图像；获取原始序列曝光图像对应的校正后图像的平均图像，得到目标图像。

【技术特征摘要】
1.一种光信号长积分模式成像方法，基于成像系统，所述成像系统包括光源和光信号接收装置，其特征在于，所述成像方法包括：根据预设的成像系统配置参数条件和曝光条件，采集原始序列曝光图像；在保持与获取原始序列曝光图像相同的成像系统配置参数条件下，获取未曝光的原始序列暗场图像，生成偏置校正用图像；在预设曝光条件下，获取无物体的原始序列曝光图像，生成增益校正用图像；根据所述偏置校正用图像和增益校正用图像，对所述原始序列曝光图像中的每一帧曝光图像进行偏置校正和增益校正，得到校正后图像；获取原始序列曝光图像对应的校正后图像的平均图像，得到目标图像。2.一种光信号长积分模式成像方法，基于成像系统，所述成像系统包括光源和光信号接收装置，其特征在于，所述成像方法包括：根据预设的成像系统配置参数条件和曝光条件，采集原始序列曝光图像；获取所述原始序列曝光图像的平均曝光图像；在保持与获取原始序列曝光图像相同的成像系统配置参数条件下，获取未曝光的原始序列暗场图像，生成偏置校正用图像；根据所述偏置校正用图像，对所述平均曝光图像进行偏置校正；在预设曝光条件下，获取无物体的原始序列曝光图像，生成增益校正用图像；根据所述增益校正用图像，对完成偏置校正的图像进行增益校正，得到目标图像。3.一种光信号长积分模式成像方法，基于成像系统，所述成像系统包括光源和光信号接收装置，其特征在于，所述成像方法包括：根据预设的成像系统配置参数条件和曝光条件，采集原始序列曝光图像；对所述原始序列曝光图像求和，得到曝光序列和图像；在保持与获取原始序列曝光图像相同的成像系统配置参数条件下，获取与原始序列曝光图像相同帧数的未曝光的原始序列暗场图像，并对所述原始序列暗场图像求和，得到暗场序列和图像；根据所述暗场序列和图像，对所述曝光序列和图像进行偏置校正；在预设曝光条件下，获取无物体的原始序列曝光图像，生成增益校正用图像；根据所述增益校正用图像，对完成偏置校正的图像进行增益校正，得到目标图像。4.根据权利要求1-3中任意一项所述的成像方法，其特征在于，还包括：确保光信号接收装置未达到饱和值，以使每一帧曝光图像均为未达到饱和状态；判断成像过程中像素值是否溢出，若产生溢出，则扩展像素位宽，以使保持叠加图像像素值的有效性。5.根据权利要求1或2所述的成像方法，其特征在于，所述生成偏置校正用图像包括：在保持与获取原始序列曝光图像相同的成像系统配置参数条件下，获取未曝光的序列暗场图像；对所述序列暗场图像求和，得到暗场序...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘建强，黄显国，赵杰，徐永，潘东华，
申请(专利权)人：江苏康众数字医疗设备有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32