一种适用于连续可变帧率的本底值补偿方法与流程

本发明涉及探测器领域，特别是涉及一种适用于连续可变帧率的本底值补偿方法。

背景技术：

在x射线连续透视系统中(如骨科c臂)，需要具有亮度自动控制功能，以实现受检者不同体厚(胖瘦、老幼)、不同器官或其他变化(如有无滤线栅、焦点到增强器输入屏的距离等)时，根据被测物体对x射线的吸收，通过调节加载因素，如高压球管的管电压kv、高压球管的管电流ma或x射线的曝光时间ms，保持探测器(如影像增强器、非晶硅平板探测器或cmos探测器)稳定的平均图像亮度，简称自动亮度控制(abc)。

但增加高压球管的管电压kv或高压球管的管电流ma会增加患者对x射线的吸收剂量，违反尽可能的低辐射剂量原则(aslowasreasonablyachievable)；在运动伪影可接受的情况下，尽量增加x射线的曝光时间ms，以提高单帧剂量实现提升图像质量，而无需增加患者对x射线的吸收剂量。

通常情况下，增加x射线的曝光时间ms会降低帧率，而帧率变化时，漏电流将使暗场图像的稳定性不在满足，这就会对自动亮度控制带来误差；此时就需要对图像进行本底值补偿，以消除误差。因此，如何提供一种适用于连续可变帧率的本底值补偿方法是现在迫切需要解决的技术问题。

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适用于连续可变帧率的本底值补偿方法，用于解决现有技术中没有适用于连续可变帧率的本底值补偿方法的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种适用于连续可变帧率的本底值补偿方法，所述本底值补偿方法包括：

选取若干采样帧率，并采集每一所述采样帧率下的暗场图像；

对所述采样帧率及其对应的暗场图像进行拟合，以获取帧率-暗场图像拟合模型；

基于所述帧率-暗场图像拟合模型，获取实际帧率下的补偿暗场图像；并基于所述补偿暗场图像对所述实际帧率下的亮场图像进行本底值补偿，以消除漏电流引起的本底偏置。

可选地，选取若干所述采样帧率的方法包括：于最小帧率和最大帧率所在帧率范围内选取m个采样帧率，并且m个采样帧率中包括最小帧率和最大帧率；其中m为大于2的整数。

可选地，m个所述采样帧率等间隔排布。

可选地，对所述采样帧率及其对应的暗场图像进行拟合，以获取帧率-暗场图像拟合模型的方法包括：通过幂级数拟合公式y＝ax³+bx²+cx+d对所述采样帧率及其对应的暗场图像进行拟合，以获取帧率-暗场图像拟合模型；其中，y为暗场图像，x为帧率，a、b、c、d均为拟合系数。

可选地，对所述采样帧率及其对应的暗场图像进行拟合，以获取帧率-暗场图像拟合模型的方法包括：通过指数拟合公式y＝α*e^βx+γ*e^δx+d对所述采样帧率及其对应的暗场图像进行拟合，以获取帧率-暗场图像拟合模型；其中，y为暗场图像，x为帧率，α、β、γ、δ、d均为拟合系数。

可选地，获取实际帧率的方法包括：连续采集外部触发信号的两个脉冲，并将两个脉冲之间的时间间隔取倒数，以作为所述实际帧率。

可选地，对所述实际帧率下的亮场图像进行本底值补偿的方法包括：利用所述亮场图像减去所述补偿暗场图像，以实现对所述亮场图像进行本底值补偿。

可选地，在探测器的工作温度随开机时长的增加而升高的情况下，通过所述帧率-暗场图像拟合模型获取所述补偿暗场图像时，还包括对所述补偿暗场图像进行温度补偿；包括：更新最高帧率下的暗场图像，并基于最高帧率及其更新后的暗场图像对所述补偿暗场图像进行温度补偿。

可选地，对所述补偿暗场图像进行温度补偿的方法包括：在所述帧率-暗场图像拟合模型为y＝ax³+bx²+cx+d时，根据温度补偿公式yoffset＝yhightes+ax³+bx²+cx+d对所述补偿暗场图像进行温度补偿；其中yoffset为温度补偿后的补偿暗场图像，yhightes为更新后最高帧率所对应的暗场图像，x为最高帧率的倒数与实际帧率的倒数之差，a、b、c、d均为所述帧率-暗场图像拟合模型的拟合系数。

可选地，对所述补偿暗场图像进行温度补偿的方法包括：在所述帧率-暗场图像拟合模型为y＝α*e^βx+γ*e^δx+d时，根据温度补偿公式yoffset＝yhightes+α*e^βx+γ*e^δx+d对所述补偿暗场图像进行温度补偿；其中yoffset为温度补偿后的补偿暗场图像，yhightes为更新后最高帧率所对应的暗场图像，x为最高帧率的倒数与实际帧率的倒数之差，α、β、γ、δ、d均为所述帧率-暗场图像拟合模型的拟合系数。

可选地，在探测器的工作温度随开机时长的增加而升高的情况下，设定更新时长，并基于所述更新时长重新采集每一所述采样帧率下的暗场图像进行重新拟合，以对所述帧率-暗场图像拟合模型进行定时更新，实现对所述帧率-暗场图像拟合模型的温度补偿。

如上所述，本发明的一种适用于连续可变帧率的本底值补偿方法，具有以下有益效果：

本发明通过采样帧率及其暗场图像进行模型拟合时，可根据选取采样帧率的数量调节帧率-暗场图像拟合模型的精度，从而实现帧率-暗场图像拟合模型的高精度。本发明还通过帧率-暗场图像拟合模型实现了暗场图像随帧率的实时变化，也即暗场漏电流随曝光时间的实时变化，以在通过所述帧率-暗场图像拟合模型对实际帧率下的亮场图像进行本底值补偿时，通过帧率-暗场图像拟合模型可得到任一实际帧率所对应的补偿暗场图像，也即任一曝光时间所对应的暗场漏电流，从而实现帧率连续可调时的本底值补偿，以实现自动亮度调节，进而解决了帧率不匹配时的模板失校正问题，大大调高了图像的平均灰度值和均匀性。本发明更通过帧率-暗场图像拟合模型实现了连续可调的多个帧率共用一个补偿模板，从而在帧率改变时大大节省了模板的更新时间。

本发明通过对帧率-暗场图像拟合模型进行温度补偿或对实际帧率下的补偿暗场图像进行温度补偿，以消除因探测器的工作温度随开机时长的增加而升高时所引起的误差，实现了温度补偿，从而进一步提高了探测精度。

附图说明

图1显示为本发明所述本底值补偿方法的流程图。

图2显示为本发明采样帧率及其对应暗场图像的拟合模型示意图。

图3显示为本发明所述本底值补偿方法的时序图。

图4显示为通过本发明所述本底值补偿方法补偿前后本底值与帧率的对比示意图。

图5显示为通过本发明所述本底值补偿方法补偿前的图像示意图。

图6显示为通过本发明所述本底值补偿方法补偿后的图像示意图。

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至图6。需要说明的是，本实施例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，本实施例提供一种适用于连续可变帧率的本底值补偿方法，所述本底值补偿方法包括：

选取若干采样帧率，并采集每一所述采样帧率下的暗场图像；

对所述采样帧率及其对应的暗场图像进行拟合，以获取帧率-暗场图像拟合模型；

基于所述帧率-暗场图像拟合模型，获取实际帧率下的补偿暗场图像；并基于所述补偿暗场图像对所述实际帧率下的亮场图像进行本底值补偿，以消除漏电流引起的本底偏置。

作为示例，选取若干所述采样帧率的方法包括：于最小帧率和最大帧率所在帧率范围内选取m个采样帧率，并且m个采样帧率中包括最小帧率和最大帧率；其中m为大于2的整数。具体的，所述采样帧率的采样数量与拟合精度呈正比，与拟合时间也呈正比，即所述采样帧率的采样数量越多，后续拟合模型的精度越高，拟合模型所需时间也越长，反之所述采样帧率的采样数量越少，后续拟合模型的精度越低，拟合模型所需时间也越短；故在实际应用中，可根据实际应用场合的要求，选取合适数量的采样帧率，以同时满足精度和时间的要求。可选地，m个所述采样帧率等间隔排布，如1fps、6fps、11fps、16fps、21fps、26fps、31fps等，以进一步提高后续拟合模型的精度。

作为示例，采集所述采样帧率下的暗场图像的方法包括：在没有x射线照射时，基于所述采样帧率，通过探测器对待检对象进行图像采集，以得到该所述采样帧率下所述待检对象的暗场图像。需要注意的是，在对多个所述采样帧率进行暗场图像采集时，只需改变采样帧率的值即可，待检对象等其他条件不变；而且由于暗场图像是由探测器本身引起的，即相同条件下，不同探测器采集的暗场图像可能不同，故可通过本实施例所述本底值补偿方法对每一台探测器进行本底值校正，以保证每一台探测器的测量精度。

作为一示例，对所述采样帧率及其对应的暗场图像进行拟合，以获取帧率-暗场图像拟合模型的方法包括：通过幂级数拟合公式y＝ax³+bx²+cx+d对所述采样帧率及其对应的暗场图像进行拟合，以获取帧率-暗场图像拟合模型；其中，y为暗场图像，x为帧率，a、b、c、d均为拟合系数。在通过幂级数拟合公式y＝ax³+bx²+cx+d进行模型拟合时，为了获取拟合系数a、b、c、d的值，至少需要选取四组采样帧率及其对应的暗场图像，如图2所示。

作为另一示例，对所述采样帧率及其对应的暗场图像进行拟合，以获取帧率-暗场图像拟合模型的方法包括：通过指数拟合公式y＝α*e^βx+γ*e^δx+d对所述采样帧率及其对应的暗场图像进行拟合，以获取帧率-暗场图像拟合模型；其中，y为暗场图像，x为帧率，α、β、γ、δ、d均为拟合系数。在通过指数拟合公式y＝α*e^βx+γ*e^δx+d进行模型拟合时，为了获取拟合系数α、β、γ、δ、d的值，至少需要选取五组采样帧率及其对应的暗场图像。

对于帧率-暗场图像拟合模型而言，由于帧率与曝光时间呈倒数关系，并且不同帧率下的暗场图像对应的暗场漏电流不同，故本实施例通过帧率-暗场图像拟合模型即可得到暗场漏电流随曝光时间变化的情况。

作为示例，获取实际帧率的方法包括：连续采集外部触发信号的两个脉冲，并将两个脉冲之间的时间间隔取倒数，以作为所述实际帧率。外部触发信号的相邻两个脉冲之间的时间间隔即为实际曝光时间，由于帧率与曝光时间之间呈倒数关系，故将实际曝光时间取倒数即可得到实际帧率。

作为示例，获取实际帧率下的补偿暗场图像的方法包括：在没有x射线照射时，基于所述实际帧率，通过探测器对待检对象进行图像采集，以得到所述实际帧率下所述待检对象的补偿暗场图像。

作为示例，获取实际帧率下的亮场图像的方法包括：在x射线照射下，基于所述实际帧率，通过探测器对待检对象进行图像采集，以得到所述实际帧率下的所述待检对象的亮场图像。

作为示例，对所述实际帧率下的亮场图像进行本底值补偿的方法包括：利用所述亮场图像减去所述补偿暗场图像，以实现对所述亮场图像进行本底值补偿。本实施例的实现原理在于：在曝光时间相同时，同一帧率下的亮场图像和暗场图像的漏电流相同，故通过利用实际帧率下的亮场图像减去实际帧率下的补偿暗场图像，即可消除漏电流引起的本底偏置，实现对实际帧率下的亮场图像进行本底值补偿。具体如图3所示，本实施例通过利用采样帧率及其对应的暗场图像进行模型拟合，以提前创建暗场漏电流随曝光时间变化的帧率-暗场图像拟合模型；在收到准备信号(prep)后，探测器进行清空(clr)操作，以消除长时间暗电流累积的历史影响；然后在x射线持续出线(xon)的情况下，探测器根据图像灰度自动改变帧率(如light2到light3，曝光时长增加)时，利用提前创建的帧率-暗场图像拟合模型实现对实际帧率下的亮场图像进行本底值补偿。

作为一示例，在探测器的工作温度随开机时长的增加而升高的情况下，通过所述帧率-暗场图像拟合模型获取所述补偿暗场图像时，还包括对所述补偿暗场图像进行温度补偿；包括：更新最高帧率下的暗场图像，并基于最高帧率及其更新后的暗场图像对所述补偿暗场图像进行温度补偿。

具体的，对所述补偿暗场图像进行温度补偿的方法包括：在所述帧率-暗场图像拟合模型为y＝ax³+bx²+cx+d时，根据温度补偿公式yoffset＝yhightes+ax³+bx²+cx+d对所述补偿暗场图像进行温度补偿；其中yoffset为温度补偿后的补偿暗场图像，yhightes为更新后最高帧率所对应的暗场图像，x为最高帧率的倒数与实际帧率的倒数之差，a、b、c、d均为所述帧率-暗场图像拟合模型的拟合系数。

具体的，对所述补偿暗场图像进行温度补偿的方法包括：在所述帧率-暗场图像拟合模型为y＝α*e^βx+γ*e^δx+d时，根据温度补偿公式yoffset＝yhightes+α*e^βx+γ*e^δx+d对所述补偿暗场图像进行温度补偿；其中yoffset为温度补偿后的补偿暗场图像，yhightes为更新后最高帧率所对应的暗场图像，x为最高帧率的倒数与实际帧率的倒数之差，α、β、γ、δ、d均为所述帧率-暗场图像拟合模型的拟合系数。

作为另一示例，在探测器的工作温度随开机时长的增加而升高的情况下，设定更新时长，并基于所述更新时长重新采集每一所述采样帧率下的暗场图像进行重新拟合，以对所述帧率-暗场图像拟合模型进行定时更新，实现对所述帧率-暗场图像拟合模型的温度补偿。

需要注意的是，由于漏电流随温度有显著变化(如图2所示，同一帧率下，不同温度所对应的暗场图像不同，即暗场漏电流不同)，故在探测器的工作温度随开机时长的增加而升高的情况下，为了提高探测精度，需要对补偿暗场图像或帧率-暗场图像拟合模型进行温度补偿。对所述帧率-暗场图像拟合模型进行温度补偿时，由于需要重新采集每一采样帧率下的暗场图像，并进行重新拟合，故其所耗费的时间较长，但其精度相对较高；而对所述实际帧率下的补偿暗场图像进行温度补偿时，由于其只需重新采集最高帧率所对应的暗场图像，并基于温度补偿公式直接获取温度补偿后的补偿暗场图像，故其所耗费的时间相对较短，但其精度相对前者也较低。因此，在实际应用中，可根据实际应用场合的要求，选择不同的温度补偿方式对探测器进行温度补偿；也可同时选择两种温度补偿方式以满足更高的精度要求，如对每一实际帧率下的补偿暗场图像进行温度补偿，然后根据更新时长，定时重新更新帧率-暗场图像拟合模型。

下面请参阅图1至图6对本实施例所述本底值补偿方法进行举例说明，其中本实施例所述探测器的工作温度为温度2，实际帧率为12fps。

步骤一：选取若干采样帧率，并采集每一所述采样帧率下的暗场图像。

具体的，如图2所示，选取5组采样帧率(1fps、5fps、10fps、15fps和30fps)，并采集每一所述采样帧率下的暗场图像为y1、y2、y3、y4和y5。

步骤二：对所述采样帧率及其对应的暗场图像进行拟合，以获取暗场漏电流随曝光时间变化的帧率-暗场图像拟合模型。

具体的，本实施例通过幂级数拟合公式y＝ax³+bx²+cx+d对5组所述采样帧率(1fps、5fps、10fps、15fps和30fps)及其对应的暗场图像(y1、y2、y3、y4和y5)进行拟合，以获取帧率-暗场图像拟合模型，如图2所示；其中，y为暗场图像，x为帧率，a、b、c、d均为拟合系数。

步骤三：基于所述帧率-暗场图像拟合模型，获取实际帧率下的补偿暗场图像；并基于所述补偿暗场图像对所述实际帧率下的亮场图像进行本底值补偿，以消除漏电流引起的本底偏置。

具体的，由于本实施例所述探测器的工作温度随开机时长的增加会发生升高现象，故为了进一步提高探测精度，本实施例在通过所述帧率-暗场图像拟合模型获取所述补偿暗场图像时，包括对所述补偿暗场图像进行温度补偿的步骤；实际获取补偿暗场图像的方法如下：更新最高帧率(30fps)下的暗场图像(yhightes)，并根据温度补偿公式yoffset＝yhightes+ax³+bx²+cx+d对所述补偿暗场图像进行温度补偿；其中yoffset为温度补偿后的补偿暗场图像，yhightes为更新后最高帧率所对应的暗场图像，x为最高帧率的倒数与实际帧率的倒数之差(1/30-1/12)，a、b、c、d均为所述帧率-暗场图像拟合模型的拟合系数。

具体的，在获取温度补偿后的补偿暗场图像yoffset后，基于所述补偿暗场图像对所述实际帧率(12fps)下的亮场图像(y)进行本底值补偿，即通过公式ycorrect＝y-yoffset＝y-(yhightes+ax³+bx²+cx+d)进行本底值补偿；其中ycorrect为实际帧率(12fps)下经过本底值补偿后的亮场图像，y为实际帧率(12fps)下本底值补偿前的亮场图像。

补偿前后的本底值与帧率的对比示意图如图4所示，补偿前后图像的示意图如图5和图6所示，从图4至图6可以看出，进行本底值补偿和温度补偿后，图像的平均灰度值和均匀性更好。

综上所述，本发明的一种适用于连续可变帧率的本底值补偿方法，具有以下有益效果：本发明通过采样帧率及其暗场图像进行模型拟合时，可根据选取采样帧率的数量调节帧率-暗场图像拟合模型的精度，从而实现帧率-暗场图像拟合模型的高精度。本发明还通过帧率-暗场图像拟合模型实现了暗场图像随帧率的实时变化，也即暗场漏电流随曝光时间的实时变化，以在通过所述帧率-暗场图像拟合模型对实际帧率下的亮场图像进行本底值补偿时，通过帧率-暗场图像拟合模型可得到任一实际帧率所对应的补偿暗场图像，也即任一曝光时间所对应的暗场漏电流，从而实现帧率连续可调时的本底值补偿，以实现自动亮度调节，进而解决了帧率不匹配时的模板失校正问题，大大调高了图像的平均灰度值和均匀性。本发明更通过帧率-暗场图像拟合模型实现了连续可调的多个帧率共用一个补偿模板，从而在帧率改变时大大节省了模板的更新时间。本发明通过对帧率-暗场图像拟合模型进行温度补偿或对实际帧率下的补偿暗场图像进行温度补偿，以消除因探测器的工作温度随开机时长的增加而升高时所引起的误差，实现了温度补偿，从而进一步提高了探测精度。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。