本发明涉及x射线成像技术领域，尤其涉及一种x射线稳定成像的装置及方法。
背景技术：
同步辐射x射线是储存环中高速偏转运动的电子产生的。储存环是由多个磁聚焦结构组成的。当电子束流在磁聚焦结构中运动时，由于束流轨道的不稳定性，电子束流会偏离磁铁的中心位置，则电子束产生的形似高斯分布的x射线光源位置、出射角度会发生变化。光源位置及出射角度的微小变化使探测器探测到的光强分布随时间发生变化。并且，同步辐射x射线光源从产生到被探测器接收，中间需要经过许多光学器件，这些部件的不稳定性也会使入射光图像和出射光图像的光强分布发生变化。
目前通常使用一个探测器分别探测x射线形成的入射光图像和x射线照射样品后形成的携带样品信息的出射光图像，从而获得携带样品信息的图像。
现有技术存在以下缺点，一是不能同时拍摄入射光图像和出射光图像，无法避免光源和光学部件的不稳定性造成的光强变化；二是反复移动样品拍摄入射光图像和出射光图像的过程中，受位移台振动的影响，样品的位置发生不定向改变，极大的增加了成像的不稳定性来源；为了使入射光图像和出射光图像的像素点一一对应，理论上需要不断探测入射光图像并反复调整样品的位置，但由于样品方向改变的不确定性，实际中无法通过调整样品位置让入射光图像和出射光图像的像素点一一对应；三是反复移动样品会极大浪费宝贵的同步辐射x射线光源机时。
技术实现要素：
鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种x射线稳定成像的装置及方法，用以解决现有技术中x射线成像不稳定的问题。
一方面，本发明提供了一种x射线稳定成像的装置，该装置包括同步辐射x射线装置，用于产生x射线；入射光成像组件，用于接收所述x射线，将其中的部分x射线转化为可见光图像，并探测可见光图像获得入射光图像；出射光成像组件，用于接收未被所述入射光成像组件吸收和转化的剩余部分x射线垂直照射样品后获得的携带样品信息的x射线，将其转化为携带样品信息的可见光图像，并探测所述携带样品信息的可见光图像获得携带样品信息的出射光图像；图像处理器，用于根据所述入射光图像和出射光图像获得携带样品信息的图像。
进一步的，所述图像处理器通过下述方式获得所述携带样品信息的图像：
根据对应像素点在入射光图像中的光强i1i和在出射光图像中的光强i2i通过下述公式获得携带样品信息的图像的像素点值：
其中，i为第i个像素点，k为x射线透过入射光成像组件的百分比。
进一步的，所述入射光成像组件包括：
第一预处理组件，用于将接收的x射线转化可见光图像；
第一反射镜，用于反射可见光图像发出的光线；
第一无限共轭光学组件，用于放大反射后的所述可见光图像发出的光线获得第一光线；
第一相机，用于接收所述第一光线获得入射光图像。
进一步的，所述出射光成像组件包括：
第二预处理组件，用于接收携带样品信息的x射线并将其转化为携带样品信息的可见光图像；
第二反射镜，用于反射所述携带样品信息的可见光图像发出的光线；
第二无限共轭光学组件，用于放大反射后的所述携带样品信息的可见光图像发出的光线获得第二光线；
第二相机，用于接收所述第二光线获得出射光图像。
进一步的，所述第一预处理组件和第二预处理组件均包括碳膜和闪烁晶体，所述碳膜用于接收x射线并屏蔽外界可见光，所述闪烁晶体用于将接收的x射线转化为可见光图像，所述碳膜位于所述闪烁晶体前侧；
所述第一预处理组件还包括普通玻璃，位于所述闪烁晶体后侧；
所述第二预处理组件还包括铅玻璃，位于所述闪烁晶体后侧。
进一步的，还包括位移台，用于在水平方向和竖直方向调整入射光成像组件和出射光成像组件对准，以使获得的入射光图像和出射光图像的像素点一一对应。
进一步的，具体通过下述方式使获得的入射光图像和出射光图像的像素点一一对应：
调整同步辐射x射线装置产生的x射线垂直入射第一预处理组件，透过第一反射镜后照射样品并垂直入射第二预处理组件；
调整第一无限共轭光学组件的光轴平行于第二无限共轭光学组件的光轴；
调整第一相机和第二相机的芯片分别位于所述第一无限共轭光学组件和第二无限共轭光学组件的像方焦平面上，并使第一相机和第二相机的芯片中心分别位于所述第一无限共轭光学组件和第二无限共轭光学组件的光轴上。
进一步的，所述第一反射镜与第一预处理组件、第一无限共轭光学组件的光轴的夹角均为45°，所述第二反射镜与第二预处理组件、第二无限共轭光学组件的光轴的夹角均为45°，以使可见光图像和携带样品信息的可将光图像经反射后形成的虚像分别位于第一无限共轭光学组件和第二无限共轭光学组件的物方焦平面上。
根据上述技术方案，本发明的有益效果如下：
1、本发明利用同一光源和高度一致性的两组探测组件同时探测入射光图像和出射光图像，避免了x射线光源和光学部件不稳定性造成的光强大小和位置的不断变化，提高了成像的稳定性；
2、本发明通过调整两组探测组件的位置使获得的入射光图像和出射光图像像素点一一对应，测量过程中避免了反复调整待测样品的位置，减少了不稳定性的来源，大大提高了成像效率，并充分利用了同步辐射x射线光源，减少了资源浪费。
另一方面，本发明提供了一种x射线稳定成像的方法，包括以下步骤：
同步辐射x射线装置，产生x射线；
接收x射线，将部分x射线转化为可见光图像，并探测可见光图像获得入射光图像；
接收未被转化的剩余部分x射线垂直照射样品后获得的携带样品信息的x射线，将其转化为携带样品信息的可见光图像，并探测所述携带样品信息的可见光图像获得携带样品信息的出射光图像；
根据所述入射光图像和出射光图像获得携带样品信息的图像。
进一步的，通过下述方式获得所述携带样品信息的图像：
根据对应像素点在入射光图像中的光强i1i和在出射光图像中的光强i2i通过下述公式获得携带样品信息的图像的像素点值：
其中，i为第i个像素点，k为x射线透过入射光成像组件的百分比。
由于本发明中的x射线稳定成像的方法与上述x射线稳定成像的装置原理相同，所以该方法也具有与上述装置相应的技术效果。
本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。
附图说明
附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
图1为x射线稳定成像的装置示意图；
图2为本发明实施例x射线稳定成像方法的流程图。
附图标记：
1-x射线；2-1-碳膜；3-1-闪烁晶体；4-1-普通玻璃；5-1-第一反射镜；6-1-物镜；7-1-管镜；8-1-第一相机；2-2-碳膜；3-2-闪烁晶体；4-2-铅玻璃；5-2-第二反射镜；6-2-物镜；7-2-管镜；8-2-第二相机；9-样品。
具体实施方式
下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。
装置实施例
x射线光源光强的不稳定性是指探测器或相机位置处探测到的x射线成像的光强分布随着时间推移发生变化。
本发明的一个具体实施例，公开了一种x射线稳定成像的装置，如图1所示。该装置包括同步辐射x射线装置，用于产生x射线；入射光成像组件，用于接收所述x射线，将其中的部分x射线转化为可见光图像，并探测可见光图像获得入射光图像；出射光成像组件，用于接收未被所述入射光成像组件吸收和转化的剩余部分x射线垂直照射样品后获得的携带样品信息的x射线，将其转化为携带样品信息的可见光图像，并探测所述携带样品信息的可见光图像获得携带样品信息的出射光图像；图像处理器，用于根据所述入射光图像和出射光图像获得携带样品信息的图像。
基于本装置，可同时探测得到入射光图像和携带样品信息的出射光图像，并获得携带样品信息的图像，避免了同步辐射x射线光源和光学部件的不稳定性以及反复移动样品造成的获得的携带样品信息的图像不清晰的缺陷，提高了成像稳定性和成像效率。
现有技术中，利用出射光成像组件探测获得入射光图像和出射光图像以获得清晰的携带样品信息的图像，但为了解决入射x射线的不稳定性以及反复移动样品引起的样品位置不定向改变所导致的不稳定性，本发明在具体实施过程中，利用入射光成像组件和出射光成像组件分别探测获得入射光图像和出射光图像，在不放置样品时，入射光成像组件中，部分x射线转化为可见光图像，并探测可见光图像获得入射光图像，出射光成像组件中，未被转化的剩余部分x射线被转化为可见光图像，并探测可见光图像获得出射光图像，此时，入射光图像和出射光图像的像素点可以一一对应，但对应像素点的光强不同。所以在实际测量样品信息的过程中，图像处理器通过引入吸收系数对入射光图像和携带样品信息的出射光图像对应像素点光强进行校正以获得清晰的携带样品信息的图像：
根据对应像素点在入射光图像中的光强i1i和在出射光图像中的光强i2i通过下述公式获得携带样品信息的图像的像素点值：
其中，i为第i个像素点，k为x射线透过入射光成像组件的百分比。
入射光成像组件和出射光成像组件中的各光学器件分别固定于相同的壳体内，透过百分比k可以由下式确定：
k＝e-μd，
其中，μ为入射光成像组件的线吸收系数，d为入射光成像组件的厚度。
具体的，照射到入射光成像组件的x射线光强为i1i，透过入射光成像组件的x射线光强为i1，光强为i1的x射线照射样品后获得的x射线光强为i2i，即出射光成像组件探测到的x射线光强，其中，
i1＝k×i1i，
i2i＝i1×ii，
根据上式可以得到携带样品信息的图像的像素点值：
其中，当需要探测样品局部信息时，则利用x射线照射样品局部，获得的携带样品信息的图像的像素点均携带样品信息，即样品图像；当需要探测整个样品的信息时，x射线照射样品的范围应大于或等于样品的大小；当x射线照射样品的范围大于样品的尺寸时，获得的携带样品信息的图像中部分像素点不携带样品信息，对应像素点值的大小约为1；当x射线照射样品的范围等于样品的尺寸时，获得的携带样品信息的图像中的像素点均携带样品信息，即样品图像。
本装置中，入射光成像组件和出射光成像组件的结构及成像原理均相同，优选的，所述入射光成像组件包括：
第一预处理组件，用于将接收的x射线转化可见光图像；
第一反射镜，用于反射可见光图像发出的光线；
第一无限共轭光学组件，用于放大反射后的所述可见光图像发出的光线获得第一光线；
第一相机，用于接收所述第一光线获得入射光图像。
优选的，所述出射光成像组件包括：
第二预处理组件，用于接收携带样品信息的x射线并将其转化为携带样品信息的可见光图像；
第二反射镜，用于反射所述携带样品信息的可见光图像发出的光线；
第二无限共轭光学组件，用于放大反射后的所述携带样品信息的可见光图像发出的光线获得第二光线；
第二相机，用于接收所述第二光线获得出射光图像。
携带样品信息的x射线指未被入射光成像组件吸收和转化的剩余部分x射线垂直照射样品后获得的携带样品信息的x射线。
其中，未被入射光成像组件吸收和转化的剩余部分x射线是指经第一反射镜透射的x射线。
具体的，第一反射镜与第二反射镜结构参数相同，优选的，反射镜的表面是银镀层，该镀层的厚度约为10微米，反射镜的衬底为石英玻璃，其厚度约为4毫米，以使第一反射镜和第二反射镜对可见光的反射率达到90％以上，同时使x射线能够线易穿透并垂直照射样品。
优选的，所述第一无限共轭光学组件和第二无限共轭光学组件相同，均包括相同的物镜和管镜，所述物镜用于汇聚经反射镜反射的可见光图像发出的光线获得平行光，所述管镜用于聚焦所述平行光，所述物镜的光轴和所述管镜的光轴位于同一直线上，即所述无限共轭光学组件的光轴。
所述第一相机与第二相机也相同，便于调整入射光图像和出射光图像像素点一一对应，同时第一相机和第二相机将探测到的入射光图像和出射光图像的光信号转换为电信号并输出至图像处理器，图像处理器根据接收到的电信号获得清晰的携带样品信息的图像并输出。
优选的，所述第一预处理组件和第二预处理组件均包括碳膜和闪烁晶体，所述碳膜用于接收x射线并屏蔽外界可见光，所述闪烁晶体用于将接收的x射线转化为可见光图像，所述碳膜位于所述闪烁晶体前侧；
所述第一预处理组件还包括普通玻璃，位于所述闪烁晶体后侧，用于防止外界灰尘对闪烁晶体的污染；
所述第二预处理组件还包括铅玻璃，位于所述闪烁晶体后侧，用于防止外界灰尘对闪烁晶体的污染，还用于吸收未被闪烁晶体吸收转化的x射线，以减少x射线对无限共轭光学组件的辐射损伤。
为了调整入射光成像组件和出射光成像组件保持高度一致性，本装置还包括位移台，用于在水平方向和竖直方向调整入射光成像组件和出射光成像组件对准，以使获得的入射光图像和出射光图像的像素点一一对应，位移台的精度可以达到200nm量级，其精度高于本装置的400nm空间分辨率的探测精度，满足本装置的调整精度需求。
具体调节时，在水平方向或者竖直方向移动位移台，以调整内部固定有入射光成像组件的壳体和内部固定有出射光成像组件的壳体对准。
为了使探测器能够同时、准确探测到入射光图像和出射光图像，具体通过下述方式使获得的入射光图像和出射光图像的像素点一一对应：
调整同步辐射x射线装置产生的x射线垂直入射第一预处理组件，透过第一反射镜后照射样品并垂直入射第二预处理组件；
调整第一无限共轭光学组件的光轴平行于第二无限共轭光学组件的光轴；
调整第一相机和第二相机的芯片分别位于所述第一无限共轭光学组件和第二无限共轭光学组件的像方焦平面上，并使第一相机和第二相机的芯片中心分别位于所述第一无限共轭光学组件和第二无限共轭光学组件的光轴上。
优选的，所述第一反射镜与第一预处理组件、第一无限共轭光学组件的光轴的夹角均为45°，所述第二反射镜与第二预处理组件、第二无限共轭光学组件的光轴的夹角均为45°，以使可见光图像和携带样品信息的可将光图像经反射后形成的虚像分别位于第一无限共轭光学组件和第二无限共轭光学组件的物方焦平面上，如图1所示，入射光成像组件中，经闪烁晶体转化后获得的可见光图像中的一点a经反射镜反射后在第一无限共轭光学组件的物方焦平面形成虚像点a1，并在第一相机上成像对应点a2，同理，出射光成像组件中，经闪烁晶体转化后获得的携带样品信息的可见光图像中的一点b经反射镜反射后在第二无限共轭光学组件的物方焦平面形成虚像点b1，并在第二相机上成像对应点b2。
本实施例提供的x射线稳定成像的装置，与现有技术相比，首先，本装置利用同一光源和高度一致性的两组探测组件同时探测入射光图像和出射光图像，避免了x射线光源和光学部件不稳定性造成的光强大小和位置的不断变化，提高了成像的稳定性；其次，通过调整两组探测组件的位置使获得的入射光图像和出射光图像像素点一一对应，测量过程中避免了反复调整待测样品的位置，减少了不稳定性的来源，大大提高了成像效率，并充分利用了同步辐射x射线光源，减少了资源浪费。
方法实施例
本发明的另一个具体实施例，公开了一种x射线稳定成像的方法，具体包括以下步骤：
同步辐射x射线装置，产生x射线；
接收x射线，将部分x射线转化为可见光图像，并探测可见光图像获得入射光图像；
接收未被转化的剩余部分x射线垂直照射样品后获得的携带样品信息的x射线，将其转化为携带样品信息的可见光图像，并探测所述携带样品信息的可见光图像获得携带样品信息的出射光图像；
根据所述入射光图像和出射光图像获得携带样品信息的图像。
具体的，通过下述流程获得所述携带样品信息的图像：
根据对应像素点在入射光图像中的光强i1i和在出射光图像中的光强i2i通过下述公式获得携带样品信息的图像的像素点值：
其中，i为第i个像素点，k为x射线透过入射光成像组件的百分比。
本实施例提供的x射线稳定成像的方法，与现有技术相比，首先，本装置利用同一光源和高度一致性的两组探测组件同时探测入射光图像和出射光图像，避免了x射线光源和光学部件不稳定性造成的光强大小和位置的不断变化，提高了成像的稳定性；其次，通过调整两组探测组件的位置使获得的入射光图像和出射光图像像素点一一对应，测量过程中避免了反复调整待测样品的位置，减少了不稳定性的来源，大大提高了成像效率，并充分利用了同步辐射x射线光源，减少了资源浪费。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。