一种基于霍夫变换法的X射线光栅干涉仪成像方法技术

本发明专利技术公开了一种基于霍夫变换法的X射线光栅干涉仪成像方法，是应用于沿Z轴向上依次设置有X射线源、相位调制光栅、吸收分析光栅、图像探测器所构成的X射线光栅干涉仪中，且在沿Y轴向上中心对齐；X射线入射到相位调制光栅被空间调制，出射的调制X射线在穿透被成像物后，入射到分析调制光栅，X射线的空间调制被转换成光强变化后，被图像探测器测量并记录；利用提出的霍夫变换法处理图像探测器记录的投影图像，可获取被成像物的吸收信号、折射信号和暗场信号。本发明专利技术能够解决在有显著的脉冲噪声和探测器饱和噪声时，被成像物的吸收、折射和暗场信号的准确提取问题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于霍夫变换法的X射线光栅干涉仪成像方法
本专利技术涉及X射线成像方法领域，具体的说是一种基于霍夫变换法的X射线光栅干涉仪成像方法。
技术介绍
经过十多年来的研究和应用探索，X射线光栅干涉仪成像方法有望发展成为现有X射线成像技术的强力补充。原理上，X射线光栅干涉仪是利用相位调制光栅对入射X射线的相位进行空间调制。而物体内部折射率的空间分布的差异会导致X射线空间调制的局部扭曲。这些局部扭曲被吸收分析光栅转换成可被探测器直接测量的强度变化。X射线光栅干涉仪具有多模式成像能力，能够同时获取被成像物体的吸收信号、折射信号和散射信号。三种信号互为补充，实现对被成像物体空间结构信息的多维度表征。特别地，X射线光栅干涉仪能够有效利用大焦点X射线源来获取被成像物体的折射信号和散射信号，被普遍认为是最有希望推广到临床应用的X射线多模式成像方法之一。同时，X射线光栅干涉仪成像方法还具有高空间分辨率、高灵敏度等优点，在临床乳腺成像、公共安全检查、食品安全检测等众多领域具有广阔的推广应用价值。目前，X射线光栅干涉仪成像方法通常采用相位步进法来提取被成像物体的吸收信号、折射信号和散射信号。相位步进法是利用最小二乘法原理来提取被成像物体的三种信号的。因此，相位步进法能够有效抑制投影图像中的高斯白噪声，消除这些噪声导致的三种信号提取结果的不准确性。而实验上采集的投影图像，总是不可避免地带有一定的脉冲噪声或探测器饱和噪声。这些噪声的统计行为不服从高斯分布，因此相位步进法不能够有效抑制这些噪声。当投影图像中存在显著的脉冲噪声或探测器饱和噪声时，相位步进法不能准确提取被成像物体的吸收信号、折射信号和散射信号。这就限制了X射线光栅干涉仪成像方法在公共安全检查、工业无损检测等领域的推广应用。因此，发展新的X射线光栅干涉仪成像方法，克服相位步进法不能抑制脉冲噪声、不能抑制探测器饱和噪声的局限性，就成为X射线光栅干涉仪成像方法实际推广应用中亟需解决的问题之一。
技术实现思路
本专利技术为避免现有成像方法的不足之处，提出一种基于霍夫变换法的X射线光栅干涉仪成像方法，以期能在显著脉冲噪声时，准确提取被成像物的吸收、折射和散射信号；在显著探测器饱和噪声时，准确提取被成像物的吸收、折射和散射信号，从而为实现准确、定量、普适的X射线多模式成像提供新途径。为达到上述专利技术目的，本专利技术采用如下技术方案：本专利技术一种基于霍夫变换法的X射线光栅干涉仪成像方法的特点应用于由X射线源、相位调制光栅、吸收分析光栅、图像探测器组成的X射线光栅干涉仪中，以所述X射线源的位置点为坐标系原点O，以射线轴方向为Z轴向，垂直于射线轴、且平行于所述相位调制光栅的栅线结构方向为Y轴向，以共同垂直于射线轴和所述相位调制光栅的栅线结构方向为X轴向，建立直角坐标系O-XYZ；在沿Z轴向上依次设置有所述X射线源、相位调制光栅、吸收分析光栅和图像探测器；且所述X射线源、相位调制光栅、吸收分析光栅和图像探测器在沿Y轴向上中心对齐；其特征是，所述X射线光栅干涉仪成像方法是按如下步骤进行：步骤1、设置各器件相关位置，且满足：0＜d12＜d13＜d14，其中，d12为所述X射线源与所述相位调制光栅在沿Z轴向上的相对距离，d13为所述X射线源与所述吸收分析光栅在沿Z轴向上的相对距离，d14为所述X射线源与所述图像探测器在沿Z轴向上的相对距离；步骤2、获取背景投影图像：步骤2.1、定义正整数m为获取的投影图像的序号，并初始化m＝1；步骤2.2、设置所述分析吸收光栅与所述相位调制光栅在沿X轴向上的相对位移为(m×p2)/M；启动所述X射线源后，利用所述图像探测器按照所述曝光时长t获取第m个背景投影图像其中，p2是所述分析吸收光栅的周期；M是获取的投影图像的总数目，且M为正整数，并满足M≥6；步骤2.3、将m+1赋值给m后，判断m＞M是否成立，若成立，则执行步骤2.4；否则，返回步骤2.2；步骤2.4、关闭所述X射线源；步骤3、获取被成像物的投影图像：步骤3.1、将所述被成像物沿Z轴向放置在所述相位调制光栅和所述吸收分析光栅的中间；并将所述X射线源与所述被成像物在沿Z轴向上的相对距离记为d15，且满足d12＜d15＜d13；设置所述被成像物与所述相位调制光栅在沿Y轴向上中心对齐；步骤3.2、初始化m＝1；步骤3.3、设置所述分析吸收光栅与所述相位调制光栅在沿X轴向上的相对位移为(m×p2)/M；启动所述X射线源后，利用所述图像探测器按照所述曝光时长t获取所述被成像物的第m个投影图像步骤3.4、将m+1赋值给m后，判断m＞M是否成立，若成立，则执行步骤3.5；否则，返回步骤3.3；步骤3.5、关闭所述X射线源；步骤4、利用逐像素的霍夫变换获得背景投影图像的参数：步骤4.1、定义投影图像的行数为W，列数为H；定义N1为当前行数，N2为当前列数，并初始化N1＝1；步骤4.2、初始化N2＝1；步骤4.3、利用式(1)计算像素(N1,N2)的第一背景参数A1(N1,N2)，式(1)中，表示所述第m个背景投影图像中像素(N1,N2)的数值，且满足1≤m≤M；步骤4.4、定义维度为2×M的背景矩阵X，且满足：对背景矩阵X的M个列向量分别作霍夫变换，得到霍夫空间的M条背景直线；获取M条背景直线的背景交点[V1(N1,N2),V2(N1,N2)]，其中，V1(N1,N2)是背景交点的横坐标，V2(N1,N2)是背景交点的纵坐标；利用式(2)计算像素(N1,N2)的第二背景参数A2(N1,N2)、第三背景参数A3(N1,N2)：式(2)中，tan-1表示反正切操作；步骤4.5、将N2+1赋值给N2后，判断N2＞H是否成立，若成立，则执行步骤4.6；否则，返回步骤4.4；步骤4.6、将N1+1赋值给N1后，判断N1＞W是否成立，若成立，表示背景投影图像的逐像素霍夫变换结束，得到所有像素的第一背景参数A1、第二背景参数A2、第三背景参数A3；否则，返回步骤4.2；步骤5、利用逐像素的霍夫变换获得所述被成像物(5)的投影图像的参数：步骤5.1、初始化N1＝1；步骤5.2、初始化N2＝1；步骤5.3、利用式(3)计算像素(N1,N2)的第一物体参数B1(N1,N2)，式(1)中，表示所述第m个所述被成像物(5)的投影图像中像素(N1,N2)的数值，且满足1≤m≤M；步骤5.4、定义维度为2×M的物体矩阵Y，且满足：对物体矩阵Y的M个列向量分别作霍夫变换，得到霍夫空间的M条物体直线；获取M条物体直线的物体交点[U1(N1,N2),U2(N1,N2)]，其中，U1(N1,N2)是物体交点的横坐标，U2(N1,N2)是物体交点的纵坐标；利用式(4)计算像素(N1,N2)的第二物体参数B2(N1,N2)、第三物体参数B3(N1,N2)：...

【技术保护点】
1.一种基于霍夫变换法的X射线光栅干涉仪成像方法，其特征应用于由X射线源(1)、相位调制光栅(2)、吸收分析光栅(3)、图像探测器(4)组成的X射线光栅干涉仪中，/n以所述X射线源(1)的位置点为坐标系原点O，以射线轴方向为Z轴向，垂直于射线轴、且平行于所述相位调制光栅(2)的栅线结构方向为Y轴向，以共同垂直于射线轴和所述相位调制光栅(2)的栅线结构方向为X轴向，建立直角坐标系O-XYZ；/n在沿Z轴向上依次设置有所述X射线源(1)、相位调制光栅(2)、吸收分析光栅(3)和图像探测器(4)；且所述X射线源(1)、相位调制光栅(2)、吸收分析光栅(3)和图像探测器(4)在沿Y轴向上中心对齐；其特征是，所述X射线光栅干涉仪成像方法是按如下步骤进行：/n步骤1、设置各器件相关位置，且满足：0＜d

【技术特征摘要】
1.一种基于霍夫变换法的X射线光栅干涉仪成像方法，其特征应用于由X射线源(1)、相位调制光栅(2)、吸收分析光栅(3)、图像探测器(4)组成的X射线光栅干涉仪中，
以所述X射线源(1)的位置点为坐标系原点O，以射线轴方向为Z轴向，垂直于射线轴、且平行于所述相位调制光栅(2)的栅线结构方向为Y轴向，以共同垂直于射线轴和所述相位调制光栅(2)的栅线结构方向为X轴向，建立直角坐标系O-XYZ；
在沿Z轴向上依次设置有所述X射线源(1)、相位调制光栅(2)、吸收分析光栅(3)和图像探测器(4)；且所述X射线源(1)、相位调制光栅(2)、吸收分析光栅(3)和图像探测器(4)在沿Y轴向上中心对齐；其特征是，所述X射线光栅干涉仪成像方法是按如下步骤进行：
步骤1、设置各器件相关位置，且满足：0＜d12＜d13＜d14，其中，d12为所述X射线源(1)与所述相位调制光栅(2)在沿Z轴向上的相对距离，d13为所述X射线源(1)与所述吸收分析光栅(3)在沿Z轴向上的相对距离，d14为所述X射线源(1)与所述图像探测器(4)在沿Z轴向上的相对距离；
步骤2、获取背景投影图像：
步骤2.1、定义正整数m为获取的投影图像的序号，并初始化m＝1；
步骤2.2、设置所述分析吸收光栅(3)与所述相位调制光栅(2)在沿X轴向上的相对位移为(m×p2)/M；启动所述X射线源(1)后，利用所述图像探测器(4)按照所述曝光时长t获取第m个背景投影图像其中，p2是所述分析吸收光栅(3)的周期；M是获取的投影图像的总数目，且M为正整数，并满足M≥6；
步骤2.3、将m+1赋值给m后，判断m＞M是否成立，若成立，则执行步骤2.4；否则，返回步骤2.2；
步骤2.4、关闭所述X射线源(1)；
步骤3、获取被成像物的投影图像：
步骤3.1、将所述被成像物(5)沿Z轴向放置在所述相位调制光栅(2)和所述吸收分析光栅(3)的中间；并将所述X射线源(1)与所述被成像物(5)在沿Z轴向上的相对距离记为d15，且满足d12＜d15＜d13；设置所述被成像物(5)与所述相位调制光栅(2)在沿Y轴向上中心对齐；
步骤3.2、初始化m＝1；
步骤3.3、设置所述分析吸收光栅(3)与所述相位调制光栅(2)在沿X轴向上的相对位移为(m×p2)/M；启动所述X射线源(1)后，利用所述图像探测器(4)按照所述曝光时长t获取所述被成像物(5)的第m个投影图像
步骤3.4、将m+1赋值给m后，判断m＞M是否成立，若成立，则执行步骤3.5；否则，返回步骤3.3；
步骤3.5、关闭所述X射线源(1)；
步骤4、利用逐像素的霍夫变换获得背景投影图像的参数：
步骤4.1、定义投影图像的行数为W，列数为H；定义N1为当前行数，N2为当前列数，并初始化N1＝1；
步骤4.2、初始化N2＝1；
步骤4.3、利用式(1)计算像素(N1,N2)的第一背景参数A1(...

【专利技术属性】
技术研发人员：王志立，陈恒，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34