基于旋转测量的单像素辐射成像方法及系统

本发明涉及单像素辐射成像，特别是一种基于旋转测量的单像素辐射成像方法及系统。

背景技术：

1、归类于辐射成像的单像素成像不同于一般的单像素成像。由于射线穿透本领远强于光线，目前只能通过射线在编码板中的物理衰减起到对入射射线的编码。

2、考虑一般的像素数为k*k的单像素辐射成像，需要将每一次测量所需的不同编码板全部制作出来，通过机械移动完成对射线的调制。而这类成像要求的编码板，其编码板像素数量多达k^4，数量庞大的编码板的制造难度和制造成本都很高，其机械移动也极大地延长了测量时间。

3、一种实现快速测量的方案认为，不必每次完整地移动或更换一个分编码板，每次测量后只需移动一列，即可视作调制效果发生了改变。实验证明，该类方案兼顾编码板小型化的同时保证了成像质量。总的来说，这类方案在实现快速测量的同时，极大减小了编码板尺寸(制造难度)。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于旋转测量的新型单像素辐射成像方法，该方法利用旋转编码板进行单像素辐射成像。

2、为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、本发明提供的基于旋转测量的单像素辐射成像方法，包括以下步骤：

4、确定射束区域的边界线；

5、根据系统矩阵上下边界线的穿过情况计算在不同角度下射束经过物体各像素的面积；

6、得到分编码板按照预设角度进行旋转调制后的射线场；

7、使用所有分编码板的射线场得到系统矩阵；

8、使用重建算法以及系统矩阵进行物体图像重建。

9、进一步，所述编码板包括若干按照预设方式设计的分编码板，用于部分抵挡射向分编码板的射线；以使得所述射线通过各分编码板调制后得到分布呈射束状态的射线场；

10、进一步，所述分编码板为条纹状编码板；所述条纹状编码板中设置有允许射线通过的区域。

11、进一步，所述射束区域和边界线按照以下方式进行计算：

12、将图像区域划分为若干个像素网格区域；

13、根据射束边界方程分别计算上边界射线和下边界射线；

14、根据上边界射线和下边界射线确定射束区域；

15、进一步，所述系统矩阵按照以下方式计算：

16、沿上下边界线循环遍历计算在不同角度下射束(射线场)经过物体各像素的面积；

17、根据两条边界线穿过像素的情况对射线穿过像素的面积进行修正；

18、使用所有分编码板的射线场得到系统矩阵。

19、进一步，所述射束边界按照以下方式进行计算：

20、设射束边界方程为y＝mx+b，其与某像素相交的纵向截距先后为d1和d2，其中该像素左下角顶点为(xa,yj)，则两个截距表达式为：

21、d1＝mxa+b-yj

22、d2＝m(xa+δ)+b-yj

23、根据d1、d2确定射线情况以及穿过的像素号码；

24、其中，d1表示上边界线对像素的截距；d2表示下边界线对像素的截距；δ表示单位像素的边长；m表示当前射束的斜率；b表示当前射线对坐标系纵轴的截距；

25、进一步，所述根据射束与所穿过的像素相交情况分别计算上边界射线和下边界射线穿过像素的面积，具体包括以下五种情况：

26、第i种情况：

27、下边界：

28、上边界：

29、第ii种情况：

30、下边界：

31、上边界：

32、第iii种情况：

33、下边界：

34、上边界：

35、第vi种情况：

36、下边界：

37、上边界：

38、第v种情况：

39、下边界：

40、上边界：

41、其中，saa'c、sacgjb'、saa'g、sahjb'、saa'gh、sb'ahj、sb'a'gik、skij、sb'a'ld、sdlgj分别表示为射束区域与像素重合部分的面积。

42、建立一个矩阵p作系统矩阵，用于记录所有编码板的调制效果，pi作系统矩阵p的一行，记录一个分编码板一次旋转后的调制效果。

43、进一步，所述系统矩阵按照以下方式进行更新：

44、根据上下两条边界射线这两条射线间穿过像素的情况进行分类；

45、沿边界线穿过的像素编号进行遍历，对于上下边界射线不同的穿过情况，系统矩阵中对应像素位置的面积根据分类情况进行更新；

46、进一步，所述根据上下两条边界射线这两条射线间穿过像素的情况进行分类，具体包括三种情况：1)两条射线穿过同一个像素网格，2)分别穿过两个不同像素且两个不同的像素间没含有均未穿过的像素，3)分别穿过两个不同像素并且两个不同的像素间含有均未穿过的其它像素；

47、所述系统矩阵中对应像素的面积按照以下方式进行更新：

48、(1)两条射线穿过同一个像素网格；

49、wi＝w1-i+w2-i-δ2；

50、其中，wi表示对第i个像素的调制面积；w1-i表示下边界对i号像素的面积；w2-i表示上边界对i号像素的面积；

51、(2)分别穿过两个不同像素且两个不同的像素间没含有均未穿过的像素，满足条件的像素的调制效果不变；

52、(3)分别穿过两个不同像素并且两个不同的像素间含有均未穿过的其它像素，则这之中的空域元素面积记录为wi＝δ2。

53、本发明提供的基于旋转测量的单像素辐射成像系统，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现上述方法。

54、本发明的有益效果在于：

55、本发明提供的基于旋转测量的新型单像素辐射成像方法及系统，确定图像中射束区域和边界线；根据边界线穿过像素的情况计算在不同角度下射束经过物体各像素的面积；得到分编码板按照预设角度进行旋转调制后的射线场；循环遍历所有像素得到系统矩阵，用重建算法结合系统矩阵得到物体的重建图像。该方法提供的新型的成像方案，增加测量形式变化的维度，将平移测量改进为旋转测量，利用单个分编码板的空间变化实现射线调制，并构建算法以得到不同角度下的系统矩阵。实现了通过对一块分编码板的旋转复用，提高单个分编码板的利用率，用极少的分编码板完成对射线的调制，达到减少成本和制造难度，并同时获得高质量的成像结果的目的。

56、本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

技术特征：

1.基于旋转测量的单像素辐射成像方法，其特征在于：包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的基于旋转测量的单像素辐射成像方法，其特征在于：所述分编码板按照预设方式设计，用于部分抵挡射向分编码板的射线；以使得所述射线被各分编码板调制后得到分布呈射束状态的射线场。

3.如权利要求1所述的基于旋转测量的单像素辐射成像方法，其特征在于：所述分编码板为条纹状编码板；所述条纹状编码板中设置有允许射线通过的区域。

4.如权利要求1所述的基于旋转测量的单像素辐射成像方法，其特征在于：所述射束区域和边界线按照以下方式进行计算：

5.如权利要求1所述的基于旋转测量的单像素辐射成像方法，其特征在于：所述系统矩阵按照以下方式计算：

6.如权利要求1所述的基于旋转测量的单像素辐射成像方法，其特征在于：所述射束区域的边界线按照以下方式进行计算：

7.如权利要求4所述的基于旋转测量的单像素辐射成像方法，其特征在于：所述根据射束与所穿过的像素相交情况分别计算上边界射线和下边界射线穿过像素的面积，具体包括以下五种情况：

8.如权利要求5所述的基于旋转测量的单像素辐射成像方法，其特征在于：所述系统矩阵按照以下方式进行更新：

9.如权利要求8所述的基于旋转测量的单像素辐射成像方法，其特征在于：所述根据上下两条边界射线间穿过像素的情况进行分类，具体包括三种情况：1)两条射线穿过同一个像素，2)分别穿过两个不同像素且两个不同的像素间没含有均未穿过的像素，3)分别穿过两个不同像素并且两个不同的像素间含有均未穿过的其它像素；

10.基于旋转测量的单像素辐射成像系统，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现上述权利要求1至9任一项所述的方法。

技术总结
本发明公开一种基于旋转测量的单像素辐射成像方法及系统，确定图像中射束区域和边界线；根据边界线穿过像素的情况计算在不同角度下射束经过物体各像素的面积；得到分编码板按照预设角度进行旋转调制后的射线场；循环遍历所有像素得到系统矩阵，用重建算法结合系统矩阵得到物体的重建图像。该方法提供的新型的恢复方案，增加测量形式变化的维度，将平移测量改进为旋转测量，利用单个编码板的空间变化实现等效的调制，并构建算法以得到不同角度下的系统矩阵。实现了通过对一块编码板的旋转复用，用极少的编码板完成对射线场充分的调制，以获得高质量的成像结果。实现对射线场的多次调制，提高单个编码板的利用率，达到减少成本和制造难度的目的。

技术研发人员：李三刚,廖山,周智,杨明,谭清山,苏蓉蓉,赵楚湘,成毅
受保护的技术使用者：成都理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12