一种平板探测器系统及其图像降噪方法与流程

本发明涉及探测器技术领域，特别是涉及一种平板探测器系统及其图像降噪方法。

背景技术：

数字化X射线摄影(Digital Radiography，简称DR)，是上世纪90年代发展起来的X射线摄影新技术，以其更快的成像速度、更便捷的操作、更高的成像分辨率等显著优点，成为数字X射线摄影技术的主导方向，并得到世界各国的临床机构和影像学专家认可。DR的技术核心是平板探测器，平板探测器是一种精密且贵重的设备，对成像质量起着决定性的作用。平板探测器是DR系统中X射线的接收装置。在DR系统中，高压发生器和球管控制X射线的输出，X射线穿过物体并发生衰减，衰减后的X射线经过平板探测器后转变为可见光后，并经过光电转换变为电信号，再经模拟/数字转换器(Analog/Digital Converter，ADC)转为数字信号，输入到计算机处理。

X射线平板探测器系统主要包括：X射线传感器、采集驱动电路、主CPU控制处理单元、图像显示单元等。X射线平板探测器的成像过程需要经历“X射线”到“可见光”再到“电子”的转化过程。在图像拍摄过程中，透过人体后衰减的X射线首先会入射到X射线传感器上表面的光电转化层(即闪烁体层，一般选材碘化铯或硫氧化钆)，光电转化层将X射线转化为可见光，X射线传感器中位于光电转化层下的光电二极管又将可见光转换为电荷信号，存储在光电二极管自身的电容中。在图像采集过程中，通过采集驱动电路逐行驱动扫描积分读出这些电荷信号，再将这些电荷信号转换为量化的数字图像信号，从而完成图像采集。然后将数字图像信号传送到主CPU控制处理单元进行图像处理校正等操作，最后传输到图像显示单元显示出来。

平板探测器系统通常采用开关电源为其各组成单元提供工作电源，因为开关电源采用直流电压变换方式，整体效率较线性电源高，不易产生不必要的热量，从而避免X射线传感器部分温升过高，减少漏电流，进而提升图像质量。但同时开关电源会辐射电磁波，由于X射线传感器中的电荷容易受到外界电磁变化的干扰，开关电源辐射的电磁波会对电荷造成近场噪声干扰，从而使得平板探测器噪声受开关电源影响较大，进而对图像产生条纹噪声干扰，影响图像噪声水平，最终获得的图像质量较差，造成临床使用中的不便。现有技术中，可以通过在平板探测器系统内部增加屏蔽单元来屏蔽开关电源带来的近场噪声干扰，但屏蔽单元的成本过高。

因此，如何在平板探测器使用开关电源供电的同时，避免开关电源带来的近场噪声干扰，是亟待解决的问题。

技术实现要素：

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种平板探测器系统及其图像降噪方法，用于解决现有技术中开关电源带来近场噪声干扰，影响图像质量的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种平板探测器系统，其中，所述平板探测器系统至少包括：

X射线传感器，用于接收X射线，并将所述X射线转化为可见光，再将所述可见光转化为电荷信号；

采集驱动电路，连接于所述X射线传感器，用于驱动扫描所述X射线传感器，然后采集所述电荷信号，再将所述电荷信号积分放大，并转化为数字图像信号；

主CPU控制处理单元，连接于所述采集驱动电路，用于对所述数字图像信号进行图像处理，以得到X射线数字图像；

图像显示单元，连接于所述主CPU控制处理单元，用于显示所述X射线数字图像；

低噪声稳压电路，连接于所述采集驱动电路和所述主CPU控制处理单元，用于分别为所述采集驱动电路和所述主CPU控制处理单元提供低噪声工作电源；

备份超级电容，连接于所述低噪声稳压电路，用于在图像采集时刻为所述低噪声稳压电路提供备份电源；

充电单元，分别连接于所述主CPU控制处理单元和所述备份超级电容，用于在非图像采集时刻为所述备份超级电容充电；

开关电源，分别连接于所述主CPU控制处理单元、所述低噪声稳压电路和所述充电单元，用于在非图像采集时刻为所述低噪声稳压电路和所述充电单元提供工作电源；以及

外部输入电源，连接于所述开关电源，用于为所述开关电源提供外部总电源；

其中，所述主CPU控制处理单元还用于对所述采集驱动电路、所述图像显示单元、所述充电单元和所述开关电源进行同步时序控制；其中，在图像采集时刻，所述主CPU控制处理单元还用于关闭所述开关电源和所述充电单元，并同步启用所述备份超级电容。

优选地，在图像采集时刻，所述采集驱动电路还用于采用与所述主CPU控制处理单元的同步时序控制周期相同的频率来驱动扫描所述X射线传感器，以使所述X射线传感器进行行扫描时对应的倍频与所述开关电源的振荡频率一致，从而滤除低频图像噪声。

优选地，在非图像采集时刻，所述主CPU控制处理单元还用于启用所述开关电源和所述充电单元，并同步关闭所述备份超级电容。

优选地，所述备份超级电容采用容量为0.1F～3000F的超级电容器或者超级电容器组。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种平板探测器系统的图像降噪方法，其中，采用如上所述的平板探测器系统，所述平板探测器系统的图像降噪方法至少包括：

所述主CPU控制处理单元对所述采集驱动电路、所述图像显示单元、所述充电单元和所述开关电源进行同步时序控制；

在图像采集时刻，所述主CPU控制处理单元关闭所述开关电源和所述充电单元，并同步启用所述备份超级电容，所述备份超级电容为所述低噪声稳压电路提供备份电源。

优选地，所述平板探测器系统的图像降噪方法还包括：在图像采集时刻，所述采集驱动电路采用与所述主CPU控制处理单元的同步时序控制周期相同的频率来驱动扫描所述X射线传感器，以使所述X射线传感器进行行扫描时对应的倍频与所述开关电源的振荡频率一致，从而滤除低频图像噪声。

优选地，所述平板探测器系统的图像降噪方法还包括：在非图像采集时刻，所述主CPU控制处理单元启用所述开关电源和所述充电单元，并同步关闭所述备份超级电容，所述外部输入电源为所述开关电源提供外部总电源，所述开关电源为所述低噪声稳压电路和所述充电单元提供工作电源，所述充电单元为所述备份超级电容充电。

优选地，所述非图像采集时刻至少包括曝光时刻和图形处理显示时刻，所述平板探测器系统的图像降噪方法还包括：

所述低噪声稳压电路分别为所述采集驱动电路和所述主CPU控制处理单元提供低噪声工作电源；

在曝光时刻，所述X射线传感器接收X射线，并将所述X射线转化为可见光，再将所述可见光转化为电荷信号；

在图像采集时刻，所述采集驱动电路驱动扫描所述X射线传感器，然后采集所述电荷信号，再将所述电荷信号积分放大，并转化为数字图像信号；

在图像处理显示时刻，所述主CPU控制处理单元对所述数字图像信号进行图像处理，以得到X射线数字图像，所述图像显示单元显示所述X射线数字图像。

优选地，所述备份超级电容采用容量为0.1F～3000F的超级电容器或者超级电容器组。

如上所述，本发明的平板探测器系统及其图像降噪方法，具有以下有益效果：本发明允许平板探测器内部使用高效率的开关电源供电，同时提供避免对探测器图像产生条纹噪声干扰的改善方法，减少了内部屏蔽成本，改善了图像噪声，提高了图像噪声的稳定性。具体地说，本发明采用高效率开关电源，平板探测器的X射线传感器部分受整体功耗及温度影响较小，降低了漏电流。本发明通过增加同步时序控制，在图像采集时刻关闭开关电源，使开关电源停止工作，以减弱近场噪声干扰，同时为了保持数字电路的正常运转，增加备份超级电容，保证采集周期内的电源供给。另外，本发明还增加充电单元，在开关电源工作的同时对备份超级电容快速充电，以便提供短时间的摄片周期切换。

附图说明

图1显示为本发明第一实施方式的平板探测器系统示意图。

图2显示为本发明第二实施方式的平板探测器系统的图像降噪方法的流程示意图。

元件标号说明

1 X射线传感器

2 采集驱动电路

3 主CPU控制处理单元

4 图像显示单元

5 低噪声稳压电路

6 备份超级电容单元

7 充电单元

8 开关电源

9 外部输入电源

S1～S2 步骤

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图1，本发明的第一实施方式涉及一种平板探测器系统。需要说明的是，本实施方式中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

如图1所示，本实施方式的平板探测器系统至少包括：X射线传感器1，连接于X射线传感器1的采集驱动电路2，连接于采集驱动电路2的主CPU控制处理单元3，连接于主CPU控制处理单元3的图像显示单元4，分别连接于采集驱动电路2和主CPU控制处理单元3的低噪声稳压电路5，连接于低噪声稳压电路5的备份超级电容6，分别连接于主CPU控制处理单元3和所述低噪声稳压电路5的开关电源8，分别连接于主CPU控制处理单元3、备份超级电容6和开关电源8的充电单元7，以及连接于开关电源8的外部输入电源9。其中：

X射线传感器1用于接收X射线，并将X射线转化为可见光，再将可见光转化为电荷信号。在本实施方式中，采用现有的X射线传感器1，其最上层为光电转化层(即闪烁体层，一般选材碘化铯或硫氧化钆)，光电转化层下方为光电二极管。在图像拍摄过程中，透过人体后衰减的X射线首先会入射到X射线传感器1上表面的光电转化层，光电转化层将X射线转化为可见光，X射线传感器1中位于光电转化层下的光电二极管又将可见光转换为电荷信号，存储在光电二极管自身的电容中。

采集驱动电路2用于驱动扫描X射线传感器1，然后采集电荷信号，再将电荷信号积分放大，并转化为数字图像信号。在本实施方式中，采用现有的采集驱动电路2，实现对光电二极管的驱动扫描和信号采集。在图像采集过程中，通过采集驱动电路2逐行驱动扫描并积分读出每行光电二极管中存储的电荷信号，再将这些电荷信号放大后转换为量化的数字图像信号，从而完成图像采集。在图像采集完成后，采集驱动电路2会将采集到的包含临床人体图像数据的数字图像信号传送给主CPU控制处理单元3。

主CPU控制处理单元3用于对数字图像信号进行图像处理，以得到X射线数字图像。在本实施方式中，采用现有的主CPU控制处理单元3，自动或者基于上位机手动对上述数字图像信号进行图像处理，包括图像校正等操作，从而得到最终的X射线数字图像。在图像处理完成后，主CPU控制处理单元3会将X射线数字图像传送给图像显示单元4。

图像显示单元4用于显示X射线数字图像。在本实施方式中，采用现有的图像显示单元4，在接收到由主CPU控制处理单元3传送来的X射线数字图像后，将其显示出来，供医护人员临床诊断或查看。

低噪声稳压电路5用于分别为采集驱动电路2和主CPU控制处理单元3提供低噪声工作电源。在本实施方式中，采用现有的低噪声稳压电路7，将备份超级电容6提供的电源进行稳压降噪处理后转换为图像采集时刻(即采集驱动电路2对电荷信号进行积分和采集时)所需的低噪声工作电源，可以保证图像噪声不受影响，保持良好的图像噪声水平；同时将开关电源8提供的电源进行稳压降噪处理后转换为非图像采集时刻(例如主CPU控制处理单元3对数字图像信号进行图像处理时)所需的低噪声工作电源，以降低电路干扰噪声，防止开关电源8工作时对图像噪声产生影响。

备份超级电容6用于在图像采集时刻为所述低噪声稳压电路提供备份电源。在本实施方式中，备份超级电容6采用容量为0.1F～3000F的超级电容器或者超级电容器组，优选容量为2100F的超级电容器，由于超级电容器可以提供瞬间大电流，能够保证从开关电源8供电切换到备份超级电容6供电时，快速稳定地转换供电，保证信号采集周期内的电源供给。

充电单元7用于在非图像采集时刻为所述备份超级电容充电。开关电源8用于在非图像采集时刻为所述低噪声稳压电路和所述充电单元提供工作电源，其中，开关电源8的打开和关闭通过控制其自身的振荡频率来实现，关闭开关电源8的振荡频率即能使开关电源8停止工作。外部输入电源9用于为开关电源8提供外部总电源。需要说明的是，在本实施方式中，非图像采集时刻至少包括曝光时刻和图形处理显示时刻；当然，也可以包括除了采集驱动电路2处于工作状态的图像采集时刻之外的，平板探测器系统其他结构所能实现的其他功能时刻。

需要解释的是，在本实施方式中，主CPU控制处理单元3还用于对采集驱动电路2、图像显示单元4、充电单元7和开关电源8进行同步时序控制。具体地说，主CPU控制处理单元3可以对采集驱动电路2、图像显示单元4、充电单元7和开关电源8的时序控制进行同步设定，主CPU控制处理单元3设定为在采集驱动电路2处于工作状态的图像采集时刻，控制关闭开关电源8和充电单元7，并同步启用备份超级电容6。相应的，主CPU控制处理单元3还设定为在采集驱动电路2处于非工作状态的非图像采集时刻(可以是曝光时刻、图像处理时刻或者图像显示时刻)，控制启用开关电源8和充电单元7，并同步关闭备份超级电容6。由此设定，在图像采集时刻，主CPU控制处理单元3还用于关闭开关电源8和充电单元7，并同步启用备份超级电容6；在非图像采集时刻，主CPU控制处理单元3还用于启用开关电源8和充电单元7，并同步关闭备份超级电容6。

另外，在本实施方式中，在图像采集时刻，采集驱动电路2还用于采用与主CPU控制处理单元3的同步时序控制周期相同的频率来驱动扫描X射线传感器1，以使X射线传感器1进行行扫描时对应的倍频与开关电源8的振荡频率一致，从而滤除低频图像噪声。

由此可见，本实施方式的平板探测器系统，使用高效率的开关电源8供电，平板探测器的X射线传感器1部分受整体功耗及温度影响较小，降低了漏电流；通过增加同步时序控制，在图像采集时刻关闭开关电源8的振荡频率，使开关电源8停止工作，以减弱近场噪声干扰，同时为了保持数字电路的正常运转，增加备份超级电容6，保证采集周期内的电源供给；还增加充电单元7，在开关电源8工作的同时对备份超级电容6快速充电，以便提供短时间的摄片周期切换。

值得一提的是，本实施方式中所涉及到的各单元均为逻辑单元，在实际应用中，一个逻辑单元可以是一个物理单元，也可以是一个物理单元的一部分，还可以以多个物理单元的组合实现。此外，为了突出本发明的创新部分，本实施方式中并没有将与解决本发明所提出的技术问题关系不太密切的单元引入，但这并不表明本实施方式中不存在其它的单元。

请参阅图2，本发明第二实施方式涉及一种平板探测器系统的图像降噪方法，采用本发明第一实施方式涉及的平板探测器系统。本实施方式的平板探测器系统的图像降噪方法至少包括：

步骤S1，主CPU控制处理单元3对采集驱动电路2、图像显示单元4、充电单元7和开关电源8进行同步时序控制；在图像采集时刻，主CPU控制处理单元3关闭开关电源8和充电单元7，并同步启用备份超级电容6。

步骤S2，备份超级电容6为低噪声稳压电路5提供备份电源。

此外，本实施方式的平板探测器系统的图像降噪方法还包括：

步骤S3，低噪声稳压电路5为采集驱动电路2提供低噪声工作电源。

步骤S4，采集驱动电路2驱动扫描X射线传感器1，然后采集电荷信号，再将电荷信号积分放大，并转化为数字图像信号。

其中，在步骤S4中，采集驱动电路2采用与主CPU控制处理单元3的同步时序控制周期相同的频率来驱动扫描X射线传感器1，以使X射线传感器1进行行扫描时对应的倍频与开关电源8的振荡频率一致，从而滤除低频图像噪声。

此外，本实施方式的平板探测器系统的图像降噪方法还包括：

步骤S1’，主CPU控制处理单元3对采集驱动电路2、图像显示单元4、充电单元7和开关电源8进行同步时序控制；在非图像采集时刻，主CPU控制处理单元3启用开关电源8和充电单元7，并同步关闭备份超级电容6。

步骤S2’，外部输入电源9为开关电源8提供外部总电源，开关电源8为低噪声稳压电路5和充电单元7提供工作电源，同时充电单元7为备份超级电容6充电。

步骤S3’，低噪声稳压电路5为主CPU控制处理单元3提供低噪声工作电源。

步骤S4’，在曝光时刻，X射线传感器1接收X射线，并将X射线转化为可见光，再将可见光转化为电荷信号；在图像处理显示时刻，主CPU控制处理单元3对数字图像信号进行图像处理，以得到X射线数字图像，图像显示单元4显示X射线数字图像。

其中，备份超级电容采用容量为0.1F～3000F的超级电容器或者超级电容器组，优选容量为2100F的超级电容器，由于超级电容器可以提供瞬间大电流，能够保证从开关电源8供电切换到备份超级电容6供电时，快速稳定地转换供电，保证信号采集周期内的电源供给。

由上可见，本实施方式的平板探测器系统的图像降噪方法通过增加同步时序控制，在图像采集时刻关闭开关电源8的振荡频率，使开关电源8停止工作，以减弱近场噪声干扰，同时为了保持数字电路的正常运转，增加备份超级电容6，保证采集周期内的电源供给。也就是说，本实施方式提供了一种降低由开关电源8引起的探测器图像产生条纹噪声干扰的方法，减少了内部屏蔽成本，改善了图像噪声，提高了图像噪声的稳定性。

上面各种方法的步骤划分，只是为了描述清楚，实现时可以合并为一个步骤或者对某些步骤进行拆分，分解为多个步骤，只要包含相同的逻辑关系，都在本专利的保护范围内；对算法中或者流程中添加无关紧要的修改或者引入无关紧要的设计，但不改变其算法和流程的核心设计都在该专利的保护范围内。

不难发现，本实施方式为与第一实施方式相对应的方法实施方式，本实施方式可与第一实施方式互相配合实施。第一实施方式中提到的相关技术细节在本实施方式中依然有效，为了减少重复，这里不再赘述。相应地，本实施方式中提到的相关技术细节也可应用在第一实施方式中。

综上所述，本发明的平板探测器系统及其图像降噪方法，具有以下有益效果：本发明允许平板探测器内部使用高效率的开关电源供电，同时提供避免对探测器图像产生条纹噪声干扰的改善方法，减少了内部屏蔽成本，改善了图像噪声，提高了图像噪声的稳定性。具体地说，本发明采用高效率开关电源，平板探测器的X射线传感器部分受整体功耗及温度影响较小，降低了漏电流。本发明通过增加同步时序控制，在图像采集时刻关闭开关电源，使开关电源停止工作，以减弱近场噪声干扰，同时为了保持数字电路的正常运转，增加备份超级电容，保证采集周期内的电源供给。另外，本发明还增加充电单元，在开关电源工作的同时对备份超级电容快速充电，以便提供短时间的摄片周期切换。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。