一种自适应x线滤线栅栅影去除的方法
【专利摘要】本发明涉及一种自适应X线滤线栅栅影去除的方法，其包括以下步骤：对配有低密度滤线栅的X线影像设备中的栅影信号进行标定；自动检测图像中是否存在栅影信号；自适应定位图像中的栅影信号；去除图像中的栅影。本发明通过设计一套自适应的滤线栅栅影去除流程和配套算法，为使用低密度滤线栅的X线影像设备提供了一套滤线栅栅影去除的解决方案，并将此方案集成到X线图像采集系统中，作为X线图像增强的预处理模块。采用本方案，可以精确地去除低密度滤线栅栅影，并尽可能减少对图像中有效信息的影响。
【专利说明】
一种自适应X线滤线栅栅影去除的方法
技术领域
[0001] 本发明具体涉及一种自适应X线滤线栅栅影去除的方法，属于数字X线影像设备技 术领域。
【背景技术】
[0002] 在穿过厚目标体时，X线将发生康普顿散射效应，此时散射射线将使得所采集得到 的X线图像细节模糊、对比度下降。因此，在数字X线影像设备中通常采用滤线栅来过滤散射 线，从而提高X线影像的细节对比度，进而提高图像质量。
[0003] 高密度滤线栅由于其栅密度已经远超平板探测器的最高分辨能力，其栅影无法在 采集得到的图像中观测到，故使用高密度滤线栅的设备无需使用栅影去除的装置和方法。 相比高密度滤线栅，低密度滤线栅在散射线的控制方面虽有所不足，且采集得到的影像中 存在可观测到的栅影，但是低密度滤线栅在制造成本上，以及对剂量的衰减程度上都优于 高密度滤线栅，故在目前X线影像设备中，仍有很多依旧采用的是低密度滤线栅。但当用低 密度滤线栅时，由于常用的数字化平板探测器的采样频率接近两倍的栅影信号频率，故采 样中混叠成份很小，栅影信号将在图像中清晰可见。
[0004] 此外，当存在栅影的图像在显示器上缩小显示时，将会看到因再采样导致的moire 伪影，它将直接影响对目标体的观察。低密度滤线栅因所配备的平板探测器空间分辨率不 同，安装位置的差异，将导致栅影的模式不尽相同。如何自适应地定位栅影信号、如何去除 栅影信号，才能使得原图像中目标不再受栅影的影响，并且需要尽可能避免目标信号的损 失，以上需求组成了所需解决的问题。
[0005] 目前常见的滤线栅栅影去除方法在模型构建上不够精确，主要只考虑了平板探测 器的空间分辨率与滤线栅线对密度的关系，而忽略了 X线射源到平板探测器的距离，滤线栅 安装位置到平板探测器的距离，以及滤线栅安装位置与平板探测器之间可能存在少量偏转 角度等影响因素。通过简化模型去除滤线栅栅影将可能发生栅影去除不净，存在残影的情 况;也有可能在去除滤线栅栅影的同时，却过度地损失了图像中的有效目标。
【发明内容】
[0006] 本发明通过设计一套自适应的滤线栅栅影去除流程和配套算法，为使用低密度滤 线栅的X线影像设备提供了一套滤线栅栅影去除的解决方案，并将此方案集成到X线图像采 集系统中，作为X线图像增强的预处理模块。采用本方案，可以精确地去除低密度滤线栅栅 影，并尽可能减少对图像中有效信息的影响。
[0007] 具体的，本发明公开了一种自适应X线滤线栅栅影去除的方法，所述方法包括以下 步骤： 步骤一，对带低密度滤线栅的数字X线成像设备进行空曝光拍摄，分析并提取拍摄的图 像频谱中的栅影特征参数； 步骤二，根据栅影特征参数，判断感兴趣区域内是否存在栅影，并初步定位栅影信号的 位置； 步骤三，获取全图的频谱，在栅影信号初步定位的基础上，对栅影信号进行精确定位； 步骤四，根据栅影特征参数构造陷波滤波器，在频域上移除栅影信号，最后复原到空域 获得无栅影的图像。
[0008] 进一步，如上所述的自适应X线滤线栅栅影去除的方法，所述步骤一进一步包括如下步 骤： 步骤（1):安装好待标定的低密度滤线栅和X线平板探测器，分别在最大SID处和最小 SID处采集空曝光图像； 步骤(2):对空曝光图像的二维傅里叶频谱图像进行分割，获得栅影信号的初步定位； 步骤(3):使用优选法求出栅影信号的中心到频谱中心的距离il;建立试探模板，将探 测到频谱信号的和值作为权函数进行优选迭代，并设定迭代截止的条件是距离精度满足预 先设定值:其中％#是当前迭代计算得到的栅影信号中心到频谱中心距离， 錢_是上一轮迭代计算得到的栅影信号中心到频谱中心距离； 步骤(4):建立罚函数^?，采用优选法求出栅影信号的有效半径鳥;优选 法搜索的截止条件是半径精度满足预先设定值其中是当前迭代计算得 到的栅影信号有效半径，爲#是上一轮迭代计算得到的栅影信号有效半径。
[0009] 进一步，如上所述的自适应X线滤线栅栅影去除的方法，所述步骤二进一步包括如下步 骤： 步骤(1):在采集得到的X线图像建立感兴趣检测区i，求取感兴趣检测区频谱1; 步骤(2):根据栅影信号的有效半径馬建立探测模板，
；其中饮为一 预先设定的常数； 步骤（3):在预设极角集合釋内优选搜索最大响应值
与极坐标I議處I;其中，凝__爾为频谱值。
[0010]步骤(4):根据极角为 < 极轴上最大响应值释:的统计学意义判别是否存在栅 影信号。
[0011] 进一步，如上所述的自适应X线滤线栅栅影去除的方法，所述步骤二进一步包括如下步 骤： 步骤(5):若无栅影存在，那么将不再对图像进行处理;若判定存在栅影，那么将初步定 位的栅影信号的极坐标作为步骤三的输入信号。
[0012] 进一步，如上所述的自适应X线滤线栅栅影去除的方法，所述步骤三进一步包括如下步 骤： 步骤a):将步骤二得到的栅影信号的极坐标作为初值； 步骤(2):固定相角:择二露，在職内进行径向优选法搜索，得到精 确距离值_;其中，搜索的半径为栅影信号的有效半径_，径向搜索截止的条件是距离精 度满足预先设定值其中#是当前迭代计算得到精确距离值，if"是上一 轮迭代计算得到的精确距离值； 步骤(3):固定距离α，在義甚?内进行环向优选法搜索，得到精确 角度值其中，搜索的半径为栅影信号的有效半径爲:，环向搜索截止的条件是角度精度满 足预先设定值:;其中《Γ是当前迭代计算得到精确角度值，f #是上一轮迭代 计算得到的精确角度值； 步骤(4):确定栅影信号中心的精确极坐标为lilyfl。
[0013] 进一步，如上所述的自适应X线滤线栅栅影去除的方法，所述步骤四进一步包括如下步 骤： 步骤(1):将待处理原始图像进行二维傅里叶变换，将其转换到频域下； 步骤（2):根据步骤一获得的栅影特征参数设计滤波器：
其中 0、，调节N值使滤波器的值下降至预设值TH，其中&为栅影信号有效半径； 步骤(3):根据步骤三获得的精确栅影中心坐标，并根据频域下的中心对称性， 将分别以|%#|与1?擔为中心坐标应用上述滤波器 步骤(4):将处理后的频域数据通过二维逆傅里叶变换，将其转换回空域下，即得到无 栅影的图像。
[0014] 另外，本发明还公开了一种自适应X线滤线栅栅影去除的装置，所述装置包括以下模 块： 栅影标定模块:通过对带低密度滤线栅的数字X线成像设备进行空曝光拍摄，分析并提 取拍摄的图像频谱中的栅影特征参数； 栅影检测模块:根据栅影特征参数，判断感兴趣区域内是否存在栅影，并初步定位栅影 信号的位置； 自适应栅影定位模块:获取全图的频谱，在栅影信号初步定位的基础上，对栅影信号进 行精确定位； 栅影去除模块:根据栅影特征参数构造陷波滤波器，在频域上移除栅影信号，最后复原 到空域获得无栅影的图像。
[0015] 本发明提供了一套自适应去除低密度滤线栅栅影的解决方案，通过一次性的标定获取 栅影特征参数，再通过对存在栅影的图像进行自适应栅影去除操作。自适应的栅影去除可 以精确定位栅影信号，并且在移除栅影信号的同时尽可能地保留有效目标信号。该解决方 案可以制作成X线图像后处理的预处理模块，其将作为图像采集系统的内置模块存在。
[0016]
【附图说明】
[0017] 图1为本发明自适应去除滤线栅栅影流程图； 图2为栅影标定模块流程图； 图3为优选法求取栅影信号中心示意图； 图4为优选法求取栅影信号有效半径示意图； 图5为自动检测模块流程图； 图6(A)为感兴趣检测区域设计一示意图； 图6(B)为感兴趣检测区域设计二示意图； 图7为在不同极角下优选搜索示意图； 图8为自适应栅影信号定位模块流程图； 图9为径向优选搜索示意图； 图10为环向优选搜索示意图； 图11为栅影去除模块流程图； 图12为滤波器设计示意图。
[0018]
【具体实施方式】
[0019] 下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
[0020] 如图1所示，为了去除低密度滤线栅栅影对数字X线图像的影响，本发明提供了一 套自适应去除低密度滤线栅栅影的解决方案。
[0021] 它由以下几个模块构成： 1号模块:栅影标定模块； 2号模块:栅影检测模块； 3号模块:栅影定位模块； 4号模块:栅影去除模块。
[0022] 其中，1号模块用于标定栅影信号的特征参数。对于一套低密度滤线栅与X线成像 设备的组合只需标定一次，即可获得栅影信号的特征参数;2号模块用于检测该X线成像设 备所拍摄的图像中是否存在栅影信号。因为在实际应用中滤线栅是视情况可以移除的，所 以此时若没有检测到栅影信号，那么将不会继续进行栅影去除操作，保障图像中有效信息 不受损;反之，若存在栅影信号，2号模块则将对栅影信号在频谱中的位置进行初步定位;3 号模块用于精确定位栅影信号。它基于2号模块提供的初步定位信息，将对栅影信号分别进 行径向精确搜索和环向精确搜索，从而获得栅影信号的准确位置。4号模块用于移除图像中 的滤线栅栅影。它首先根据1号模块所得的栅影信号特征参数构造陷波滤波器，然后将滤波 器应用于精确搜索得到的栅影信号上，从频域上去除栅影信号后再复原到空间域上，从而 得到无栅影图像。
[0023] 本发明设计了一种栅影信号自动标定模块，流程图如图2所示，其主要包括以下步骤： 步骤（1):安装好待标定的低密度滤线栅和X线平板探测器，分别在最大SID处和最小 SID处采集空曝光图像； 步骤(2):对空曝光图像的二维傅里叶频谱图像进行分割，获得栅影信号的初步定位； 步骤(3):使用优选法求出栅影信号的中心到频谱中心的距离:1?，步骤如图3所示。建 立试探模板，将探测到频谱信号的和值作为权函数进行优选迭代，并设定迭代截止的条件 是距离精度满足预先设定值：调;其中是当前迭代计算得到的栅影信号中 心到频谱中心距离，是上一轮迭代计算得到的栅影信号中心到频谱中心距离； 步骤(4):建立罚函数裏滅馬_，采用优选法求出栅影信号的有效半径馬，步 骤如图4所示。优选法搜索的截止条件是半径精度满足预先设定值其中錢_ 是当前迭代计算得到的栅影信号有效半径，愚^是上一轮迭代计算得到的栅影信号有效半 径。
[0024] 使用自动标定模块可以获得栅影信号的关键参数：中心距离:?和有效半径栅 影信号关键参数将作为后续自动检测模块、栅影去除模块的输入参数。
[0025] 本发明设计了一种栅影信号自动检测模块，流程图如图5所示，其主要包括以下步骤： 步骤(1):在采集得到的X线图像建立感兴趣检测区V，求取感兴趣检测区频谱矣。其中 感兴趣检测区的设计如图6所示；
步骤(2):根据栅影信号的有效半径（建立探测模板，模板的半径 ：其中贫为一 预先设定的常数； 步骤（3):在预设极角集合爲j内优选搜索最大响应值
(与位置坐标，其设计如图7所示;其中，-为频谱 值。
[0026] 步骤(4):根据极角<为极轴上最大响应值&的统计学意义判别是否存在栅 影信号。
[0027] 栅影信号自动检测模块将自动判别X线图像中是否存在栅影信号。若无栅影存在，那么 将不再对图像进行处理，避免因后处理损失原图像中有效信息;若判定存在栅影，那么将初 步定位的栅影信号的极坐标h乍为自适应栅影信号定位模块的输入。
[0028] 本发明设计了一种自适应栅影信号定位模块，流程图如图8所示，其主要包括以下步 骤： 步骤(1):将自动检测模块得到的栅影信号的极坐标?获：、€)作为初值； 步骤(2):固定相角，在遞内进行径向优选法搜索，得到精 确距离值，其流程如图9所示。其中，搜索的半径为栅影信号的有效半径&，径向搜索截 止的条件是距离精度满足预先设定值其中〗是当前迭代计算得到精确 距离值，Ilf是上一轮迭代计算得到的精确距离值； 步骤（3):固定距离，在&内进行环向优选法搜索，得到精 确角度值％，其流程如图10所示。其中，搜索的半径为栅影信号的有效半径瑪:，环向搜索截 止的条件是角度精度满足预先设定值被;其中是当前迭代计算得到精确角 度值，是上一轮迭代计算得到的精确角度值； 步骤(4):确定栅影信号中心的精确极坐标为
[0029] 本发明设计了一种栅影信号去除模块，流程图如图11所示，其主要包括以下步骤： 步骤(1):将待处理原始图像进行二维傅里叶变换，将其转换到频域下； 步骤（2):根据标定模块获得的栅影特征参数设计滤波器：
其中 ，调节适合的N值使滤波器轉_的值下降至预设值TH，其中为栅影信号有效 半径。其设计如图12所示； 步骤(3):根据自适应定位模块获得的精确栅影中心坐标并根据频域下的中 心对称性，将分别以与为中心坐标应用滤波器:賴_#|; 步骤(4):将处理后的频域数据通过二维逆傅里叶变换，将其转换回空域下，即得到无 栅影的图像。
[0030] 显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和 范围。这样，倘若对本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其同等技术的范围之 内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
【主权项】
1. 一种自适应X线滤线栅栅影去除的方法，其特征在于： 所述方法包括W下步骤： 步骤一，对带低密度滤线栅的数字X线成像设备进行空曝光拍摄，分析并提取拍摄的图 像频谱中的栅影特征参数； 步骤二，根据栅影特征参数，判断感兴趣区域内是否存在栅影，并初步定位栅影信号的 位置； 步骤Ξ，获取全图的频谱，在栅影信号初步定位的基础上，对栅影信号进行精确定位； 步骤四，根据栅影特征参数构造陷波滤波器，在频域上移除栅影信号，最后复原到空域 获得无栅影的图像。2. 如权利要求1所述的自适应X线滤线栅栅影去除的方法，其特征在于： 所述步骤一进一步包括如下步骤： 步骤（1):安装好待标定的低密度滤线栅和X线平板探测器，分别在最大SID处和最小 SID处采集空曝光图像； 步骤(2):对空曝光图像的二维傅里叶频谱图像进行分割，获得栅影信号的初步定位； 步骤(3):使用优选法求出栅影信号的中屯、到频谱中屯、的距离辑;;建立试探模板，将探 测到频谱信号的和值作为权函数进行优选迭代，并设定迭代截止的条件是距离精度满足预 先设定：|扮W…巧。其中％，是当前迭代计算得到的栅影信号中屯、到频谱中屯、距离， 巧^,，,是上一轮迭代计算得到的栅影信号中屯、到频谱中屯、距离； 步骤(4):建立罚函数采用优选法求出栅影信号的有效半径馬；优选 法捜索的截止条件是半径精度满足预先设定:j聽^.…:iiy妹装;其中聲W是当前迭代计算得 到的栅影信号有效半径，馬。。是上一轮迭代计算得到的栅影信号有效半径。3. 如权利要求1或2所述的自适应X线滤线栅栅影去除的方法，其特征在于： 所述步骤二进一步包括如下步骤： 步骤(1):在采集得到的X线图像建立感兴趣检测区美，求取感兴趣检测区频谱豁 步骤(2):根据栅影信号的有效半径藏建立探测模板，模板的半径；其中巧为一预 先设定的常数； 步骤（3 ):在预设极角集合内优选捜索最大响应值其中，緣#紙錢为频谱值； 步骤(4):根据极角为濃极轴上最大响应值的统计学意义判别是否存在栅影信 号。4. 如权利要求3所述的自适应X线滤线栅栅影去除的方法，其特征在于： 所述步骤二进一步包括如下步骤： 步骤巧）:若无栅影存在，那么将不再对图像进行处理;若判定存在栅影，那么将初步定 位的栅影信号的极坐标1??壤I作为步骤Ξ的输入信号。5. 如权利要求3或4所述的自适应X线滤线栅栅影去除的方法，其特征在于： 所述步骤Ξ进一步包括如下步骤： 步骤(1):将步骤二得到的栅影信号的极坐标作为初值； 步骤(2):固定相角參《^然，在内进行径向优选法捜索，得到精确 距离值游:;其中，捜索的半径为栅影信号的有效半径礙，径向捜索截止的条件是距离精度 满足预先设定值姿;其中是当前迭代计算得到精确距离值，授f是上一轮 迭代计算得到的精确距离值； 步骤(3):固定距离;擬-=稱|，在 化W内进行环向优选法捜索，得到精确 角度值％;其中，捜索的半径为栅影信号的有效半径竭，环向捜索截止的条件是角度精度满 足预先设定值：其中:是当前迭代计算得到精确角度值，"是上一轮迭代 计算得到的精确角度值； 步骤(4):确定栅影信号中屯、的精确极坐标为(坟,，沒,、)。6. 如权利要求5所述的自适应X线滤线栅栅影去除的方法，其特征在于： 所述步骤四进一步包括如下步骤： 步骤(1):将待处理原始图像进行二维傅里叶变换，将其转换到频域下； 步骤（2):根据步骤一获得的栅影特征参数设计滤波器：其中 终黎*歎6,调节N值使滤波器的值下降至预设值TH，其中餐为栅影信号有效半径； 步骤(3):根据步骤Ξ获得的精确栅影中必坐标I%;，雖3;，并根据频域下的中必对称性， 将分别W|喝打竣)与|鱗妹洋为中必坐标应用上述滤波器;欄解教I; 步骤(4):将处理后的频域数据通过二维逆傅里叶变换，将其转换回空域下，即得到无 栅影的图像。7. -种自适应X线滤线栅栅影去除的装置，其特征在于： 所述装置包括W下模块： 栅影标定模块:通过对带低密度滤线栅的数字X线成像设备进行空曝光拍摄，分析并提 取拍摄的图像频谱中的栅影特征参数； 栅影检测模块:根据栅影特征参数，判断感兴趣区域内是否存在栅影，并初步定位栅影 信号的位置； 自适应栅影定位模块:获取全图的频谱，在栅影信号初步定位的基础上，对栅影信号进 行精确定位； 栅影去除模块:根据栅影特征参数构造陷波滤波器，在频域上移除栅影信号，最后复原 到空域获得无栅影的图像。
【文档编号】A61B6/00GK105832359SQ201610162863
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年3月22日
【发明人】叶盛, 黄华平
【申请人】广州七喜医疗设备有限公司