一种基于针孔阵列的x射线光场成像及标定方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于针孔阵列的X射线光场成像及标定方法，包括步骤1：建立基于针孔阵列的X射线光场成像模型，包括X射线光源阵列、针孔阵列和X射线图像传感器；步骤2：建立线性曝光映射图，实现X射线光场影像的曝光归一化；步骤3：标定X射线光场影像的针孔中心，以提取每个针孔影像的中心位置；步骤4：根据步骤3中获得的针孔影像中心，提取每个X射线光源影像；步骤5：根据步骤4提取每个X射线光源影像，提取每个针孔影像中相同位置处的像素，重组为一帧X射线光源影像；步骤6：将所提取的X射线光源影像转换为正交排列的X射线光源影像。本发明将可见光的光场成像理论拓展到X射线成像中，满足了临床诊疗中对X射线影像的成像质量的要求。
【专利说明】一种基于针孔阵列的X射线光场成像及标定方法
【技术领域】
本发明涉及X射线医学影像领域中的光场成像技术，特别是指一种基于针孔阵列的X射线光场成像及标定方法。
【背景技术】
光场成像是在传统成像设备的基础上，通过相机阵列、编码孔径或微透镜阵列来实现光场采集。在基于相机阵列的光场成像方面，美国斯坦福大学M.Levoy在1996年构建了由128个相机组成的4维光场采集平台 [1]。美国南加州大学P.Debevec在2000年首次实现了用于人脸采集的4维静态变光照采集系统[2]，国内清华大学戴琼海教授搭建了国内首个直径6米，包含40台相机和310个LED光源的变光照动态光场采集系统[3]。2012年项目组与清华大学在杭州电子科技大学共同搭建了目前亚洲最大的直径10米、高7米的七维动态光场采集系统[4]。
A.Levinta和A.Veeraraghavan[6]等人提出了基于编码孔径的光场捕获技术。它是在传统相机的镜头光圈处插入模式遮光片，利用透镜模型推导出目标到焦平面的距离与散焦模糊间的关系，并结合概率模型恢复深度信息和全焦点图像。但该方法需要较长的曝光时间且图像信噪比较低。
美国麻省理工E.Adelson在1992年首次提出了光场相机m的概念，2005年美国斯坦福大学R.Ng[8]进一步完善。该方法在传统相机的成像平面处插入微透镜阵列，用以记录入射光的辐射角分布，并通过一个中继透镜传递到光电传感器上实现4维静态光场成像。其核心思想是以微透镜阵列取代相机阵列，以牺牲成像空间分辨率换取辐射角分辨率，不可避免地存在空间分辨率低的缺陷。近期A.Lumsdaine和T.Georgiev等人提出了会聚式光场相机Plen0ptic2.0[9a°]，结合超分辨率重建技术可重构出较高空间分辨率的视图。相对于相机阵列和编码孔径方法，基于微透镜阵列的光场成像技术更趋于成熟，2012年美国硅谷的创业公司LytiO推出了全球首款消费级的便携式光场相机，可实现先拍照后对焦功能。德国Raytrix公司也推出了科研和工业应用级的光场相机。
光场成像技术突破了传统成像模型的局限，这为医学影像成像和计算也提供了新思路和新方法。然而现已提出的光场成像技术都是基于可见光反射成像原理，而在医学影像中通常是透射衰减成像，在成像机理上存在本质上的差异，两者影像亮度所代表的物理含义也不相同。近年来国内外研究人员一直致力于将光场成像技术与医学影像相结合，M.Levoy提出了基于可见光透射成像的光场显微镜[11];国内胡家升等人提出了基于编码孔径的X射线成像及其高精度图像重构[12];王小龙等人提出了采用LytiO相机的X射线成像闪烁体成像方法[13]。然而上述方法目前都无法满足临床诊疗中对X射线影像的成像质量。
【发明内容】
本发明针对现有技术的不足，将可见光的光场成像理论拓展到X射线成像中，以解决临床诊疗中X射线影像丢失深度信息，造成不同深度影像重叠且难以区分的问题，而提出一种无深度信息丢失，无影像重叠、具有低剂量、快速成像、满足临床诊疗中对X射线影像的成像质量要求的基于针孔阵列的X射线光场成像及标定方法。
本发明实现其技术目的所采用的技术方案是:一种基于针孔阵列的X射线光场成像及标定方法，包括以下步骤:
步骤1:建立基于针孔阵列的X射线光场成像模型，包括X射线光源阵列、针孔阵列和X射线图像传感器，所述的X射线光源阵列是由多个X射线光源组成MXN正交排列的二维平面阵列，所述的针孔阵列是由一组设置在X射线掩模板上呈PXQ六边形排列的针孔组成，所述的X射线图像传感器为一组X射线可直接成像的数字图像传感器；
步骤2:建立线性曝光映射图，实现X射线光场影像的曝光归一化，具体为:
在X光源阵列中所有X光源关闭的情况下获取一帧光场影像作为噪声影像In ；
在X光源阵列中所有X光源打开，X射线图像传感器电子快门时间设置为最短的情况下，获取一帧光场影像作为低曝光影像I1 ；
在X光源阵列中所有X光源打开，X射线图像传感器电子快门时间设置为最长的情况下，获取一帧光场影像作为高曝光影像Ih ；
建立线性曝光映射图M:
【权利要求】
1.一种基于针孔阵列的X射线光场成像及标定方法，其特征在于:包括以下步骤:步骤1:建立基于针孔阵列的X射线光场成像模型，包括X射线光源阵列、针孔阵列和X射线图像传感器，所述的X射线光源阵列是由多个X射线光源组成MXN正交排列的二维平面阵列，所述的针孔阵列是由一组设置在X射线掩模板上呈PXQ六边形排列的针孔组成，所述的X射线图像传感器为一个X射线可直接成像的数字图像传感器； 步骤2:建立线性曝光映射图，实现X射线光场影像的曝光归一化，具体为: 在X射线光源阵列中所有X射线光源关闭的情况下获取一帧X射线光场影像作为噪声影像In ; 在X射线光源阵列中所有X射线光源打开，X射线图像传感器电子快门时间设置为最短的情况下，获取一帧X射线光场影像作为低曝光影像I1 ； 在X射线光源阵列中所有X射线光源打开，X射线图像传感器电子快门时间设置为最长的情况下，获取一帧X射线光场影像作为高曝光影像Ih ； 建立线性曝光映射图M:
2.根据权利要求1所述的一种基于针孔阵列的X射线光场成像及标定方法，其特征在于:所述的X射线光源阵列中相邻两X射线光源的间距u满足:
3.根据权利要求1所述的一种基于针孔阵列的X射线光场成像及标定方法，其特征在于:针孔阵列中每个针孔形成的针孔影像空间分辨率为wXw像素，其中w取M和N的最大值；针孔阵列中相邻针孔间距P为X.w ; 针孔直径d满足:
【文档编号】A61B6/00GK104013417SQ201410172371
【公开日】2014年9月3日 申请日期:2014年4月25日 优先权日:2014年4月25日
【发明者】林丽莉, 周文晖, 王秀萍 申请人:浙江工商大学