消除阵列CT图像畸变的方法

消除阵列ct图像畸变的方法
技术领域
1.本发明属于显微ct成像技术领域，尤其涉及一种消除阵列ct图像畸变的方法。


背景技术：

2.显微ct是一种在不损坏被测物的情况下获取样品内部结构信息的检测手段。因显微ct的高分辨力优点，在工业工程，医疗教育等方面均有着重要的应用。光耦探测器作为显微ct系统x射线成像获取的重要器件，具有灵敏度高、抗强光、抗震动等优势。光耦探测器系统主要包括光学器件、高分辨 ccd 等，在成像过程中，系统由于无法避免成像过程出现几何畸变的现象，导致图像失真，降低图像的成像质量。待测样品经过几何畸变后会分别出现线性畸变，径向畸变和切向畸变。一般相机成像过程中，在保证制造工艺的情况下难以出现切向畸变，即大部分相机的畸变问题主要包括线性畸变和径向畸变。
3.针对上述畸变问题，在可见光相机领域中，目前主要有两种解决方案，分为网格畸变校正法和多项式畸变校正法。网格畸变校正法主要通过成像系统对标准网格进行成像，通过实际成像情况，与理想网格成像进行配准。通过网格内的控制点进行区域划分，针对网格内各个区域进行实际控制点与理想控制点的校准，最终将整体图像通过网格的变换实现畸变校正。采用网格畸变校正法在进行显微ct系统校正时，由于图像往往灰度分布集中，该方法将难以实现图像有效的畸变矫正。多项式畸变校正法主要需要使用标定板进行成像。通过对标定板上图案的特殊点或特征进行标注，根据标定板上特殊点或特征间的固定几何关系进行理想点的坐标求取，通过对实际特征集合与理想特征集合进行多项式仿真，最终求取整幅图像的畸变参数，通过参数进行推导，最终实现对图像的集合畸变校正。
4.显微ct采用x射线源进行成像，x射线源为点光源，因此在成像过程中，图像中心点（x射线源的正投影位置）的亮度高，周围区域偏暗，也就是说，显微ct对待成像物进行成像后，存在图像周边灰度较低的情况，设备进行畸变校正的过程中，可能无法识别标定板上图案的特殊点或特征，造成无法准确进行畸变校正的情况发生。


技术实现要素：

5.为克服上述相关技术中的缺陷，本发明提供一种消除阵列ct图像畸变的方法，可以针对当前ct成像的缺陷进行灰度补偿以及畸变校正。
6.为达到上述目的，本发明提供一种消除阵列ct图像畸变的方法。所述消除阵列ct图像畸变的方法应用于阵列ct成像系统，消除阵列ct图像畸变的方法包括：获取所述阵列ct成像系统的灰度补偿参考公式。获取标定板成像，对所述标定板成像进行灰度补偿，并获取所述阵列ct成像系统的畸变消除特征公式。根据所述阵列ct成像系统对待成像物形成所述待成像物图像，根据所述畸变消除特征公式对所述待成像物图像进行畸变校正。根据所述阵列ct成像系统对待成像物形成所述待成像物图像，根据所述畸变消除特征公式对所述待成像物图像进行畸变校正。
7.优选地，所述阵列ct成像系统包括x射线源、夹持件和成像单元，其中，所述x射线
源、夹持件和成像单元在同一直线上依次排列。其中，所述获取所述阵列ct成像系统的灰度补偿参考公式的方法包括：无物成像和标准金属板成像。其中，无物成像包括所述夹持件上的被夹持物数量为零，所述x射线源照射至成像单元形成第一图像，在所述第一图像上建立第一图像坐标系，且所述第一图像坐标系的坐标原点与所述第一图像的中心点重合，并获取所述第一图像的灰度补偿三维曲面公式。标准金属板成像包括所述夹持件上的被夹持物为标准金属板，所述x射线源照射标准金属板形成第二图像，在所述第二图像上建立第二图像坐标系，且所述第二图像坐标系的坐标原点与所述第二图像的中心点重合，并获取所述第二图像的灰度补偿三维曲面公式。
8.优选地，所述获取所述阵列ct成像系统的畸变消除特征公式的方法包括：所述夹持件上设置有标准标定板，所述阵列ct成像系统对所述标准标定板形成第三图像。在所述第三灰度补偿图像上建立第三图像坐标系，根据所述灰度补偿参考公式对所述第三图像进行灰度补偿形成第三灰度补偿图像。在第三灰度补偿图像上获取多个特征的图像坐标点。所述标准标定板在所述第三图像所在的平面上的正投影形成的图像上建立世界坐标系，并获取与所述多个特征的图像坐标点在所述世界坐标系对应位置的世界坐标点。根据所述图像坐标点和对应的所述世界坐标点获取所述畸变消除特征公式。
9.优选地，所述根据所述多个图像坐标点和对应的所述世界坐标点获取所述畸变消除特征公式的方法包括：采用粒子群算法，结合多个图像坐标点和对应的所述世界坐标点进行拟合，获取所述畸变消除特征公式。
10.优选地，在根据所述畸变消除特征公式对所述待成像物图像进行畸变校正之前，根据所述灰度补偿参考公式对所述待成像物图像进行灰度补偿形成待成像灰度补偿图像。根据所述畸变消除特征公式，对所述待成像灰度补偿图像进行畸变校正。
11.本发明的有益效果在于：获取灰度补偿参考公式，可以对待成像物图像进行灰度补偿，使待成像物图像在待成像物厚度相同的情况下，其灰度保持一致，便于后续进行畸变校正处理。同时待成像物图像周边区域经过灰度补偿后，待成像物图像上的特殊点或特征便于被设备识别，可以提高畸变校正的准确性。
附图说明
12.为了更清楚地说明本发明实施例或相关技术中的技术方案，下面将对实施例或相关技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
13.图1为本发明提供的一种阵列ct成像系统的结构图；图2为本发明提供的x射线源的x射线的结构图；图3为本发明提供的消除阵列ct图像畸变的方法的步骤图；图4为本发明提供的获取所述阵列ct成像系统的灰度补偿参考公式的方法的步骤图；图5为本发明提供的一种第一图像；图6为本发明提供的第一图像和建立的第一图像坐标系的示意图；
图7为本发明提供的获取所述阵列ct成像系统的畸变消除特征公式的方法的步骤图；图8为本发明提供的一种第三图像；图9为本发明提供的第三图像和建立的第三图像坐标系的示意图；图10为本发明提供的标准标定板和建立的世界坐标系的示意图。
具体实施方式
14.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，均属于本发明保护的范围。
15.术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
16.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；术语“相连”可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通；对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
17.在一些实施例中，如图1所示，阵列ct成像系统可以包括x射线源1、夹持件2和成像单元3，其中，x射线源1、夹持件2和成像单元3在同一直线上依次排列。
18.在一些示例中，工业设备的x射线源1一般采用x射线管，其原理是利用高压电场，让高速运动的电子轰击阳极靶材，产生电子跃迁，放出初级x射线。再用初级x射线去照射样品，产生电子跃迁，放出次级x射线。可以理解的是，x射线源1一般为点光源，也就是说，x射线源1向一个方向照射时，x射线呈现圆锥状，例如图2所示。
19.夹持件2用于夹持被成像物体，例如可以为待成像物或者其它用于测试的金属件等。
20.成像单元3用于接收穿过被夹持件2的x射线，形成设置于夹持件上的被成像物体的影像。
21.因为成像单元3的成像原理与接收的x射线强度关系较大，例如，穿过被成像物体的较厚区域时，x射线衰减强度大，成像单元3接收的x射线较弱，成像单元3对该较厚区域成像的灰度较低；相应地，穿过被成像物体的较薄区域时，x射线衰减强度小，成像单元3接收的x射线较强，成像单元3对该较薄区域成像的灰度较高。
22.x射线呈现圆锥状照射被成像物体，以被成像物体为厚度均匀的板且被成像物体的中心与该圆锥状结构的中心线共线为例，可以知道，圆锥状结构的中心线附近的x射线强度大于圆锥状结构的边缘区域的x射线；另外，x射线通过圆锥状结构的中心线照射至被成像物体的距离，小于x射线通过圆锥状结构的边缘区域照射至被成像物体的距离，x射线在空气中经过的距离越长，其衰减幅度越大。综上，圆锥状结构的中心线附近的x射线照射至
被成像物体上的强度，大于圆锥状结构的边缘区域附近的x射线照射至被成像物体上的强度。因此，被成像物体成像的中心区域灰度高，被成像物体成像的边缘区域的灰度低。
23.在一些实施例中，成像单元3成像过程中存在线性畸变和径向畸变的问题。一般而言，成像的边缘区域的畸变幅度较大，而成像的边缘区域的灰度较低，因此设备在处理畸变校正的过程中，过暗的成像的边缘区域可能因设备无法准确识别特殊点或特征，导致畸变校正失败。
24.基于此，在本发明的一些实施例中提供消除阵列ct图像畸变的方法。所述消除阵列ct图像畸变的方法应用于阵列ct成像系统，其中，如图3所示，消除阵列ct图像畸变的方法包括步骤s1至步骤s3，s1、获取所述阵列ct成像系统的灰度补偿参考公式。
25.s2、获取标定板成像，对所述标定板成像进行灰度补偿，并获取所述阵列ct成像系统的畸变消除特征公式。
26.s3、根据所述阵列ct成像系统对待成像物形成所述待成像物图像，根据所述畸变消除特征公式对所述待成像物图像进行畸变校正。
27.在一些示例中，获取阵列ct成像系统的灰度补偿参考公式。在获取畸变消除特征公式的过程中，需要阵列ct成像系统对标定板进行成像，因x射线源为点光源，标定板的成像具有中心灰度高，周边灰度低的特征，为提高设备对周边特征的识别效果，采用上述灰度补偿参考公式对标定板的成像进行灰度补偿，便于提高标定板的成像周边的灰度，使标定板的成像周边的特征分辨率较高，便于设备识别，利于进行获取准确的畸变消除特征公式。
28.阵列ct成像系统对待成像物形成所述待成像物图像，结合畸变消除特征公式可实现待成像物图像畸变校正。
29.在对标定板的成像进行灰度补偿后获取的畸变消除特征公式准确率高，因此对待成像物图像进行畸变校正的结果相对准确，利于阵列ct成像系统提高对待成像物的成像质量。
30.需要说明的是，标定板的成像是阵列ct成像系统对标准标定板进行成像，其中，标准标定板可以是包括阵列排布的多个通孔的金属板，每个通孔在标准板成像上可以为一个特征，例如在一个标准板成像上一个特征即为一个灰度较高的圆点（灰度相对整个标准板成像）。每个通孔的位置和对应的特征在标准板成像上的位置寻找便捷，快速准确的寻找坐标点，可便于获取畸变消除特征公式。
31.在一些实施例中，如图4所示，所述获取所述阵列ct成像系统的灰度补偿参考公式的方法包括：步骤s11和步骤s12。
32.其中，s11为无物成像；所述无物成像包括：所述夹持件上的被夹持物数量为零，所述x射线源照射至成像单元形成第一图像，在所述第一图像上建立第一图像坐标系，且所述第一图像坐标系的坐标原点与所述第一图像的中心点重合，并获取所述第一图像的灰度补偿三维曲面公式。
33.s12为标准金属板成像；所述标准金属板成像包括：所述夹持件上的被夹持物为标准金属板，所述x射线源照射标准金属板形成第二图像，在所述第二图像上建立第二图像坐标系，且所述第二图像坐标系的坐标原点与所述第二图像的中心点重合，并获取所述第二图像的灰度补偿三维曲
面公式。
34.在一些示例中，阵列ct成像系统进行无物成像，即在夹持件上无任何物品时，x射线源直接照射至成像单元上进行成像，通过上述实施例可以知道，x射线源为点光源，x射线呈现圆锥状，无物成像形成的第一图像，如图5所示，在第一图像4的中心位置，x射线形成的圆锥状结构的中心线经过的位置，此处x射线的能量密度较高、x射线衰减幅度最低，因此第一图像4中心位置的灰度较高；在第一图像4的周边位置，因x射线倾斜照射至第一图像4所在平面，此处x射线的能量密度较低、x射线衰减幅度最大，因此第一图像4周边位置的灰度较低。
35.可以理解的是，第一图像4的周边与x射线源的距离、第一图像4的中心与x射线源的距离一致，为使第一图像4中心的灰度表示的距离与第一图像4周边的灰度表示的距离相同，可以对第一图像4周边的灰度补偿至与第一图像4中心的灰度相同。
36.以第一图像4中心的灰度为参考，对第一图像4周边的灰度进行补偿。具体地，例如图6所示，可以在第一图像4上建立第一图像坐标系xyz，例如，第一图像坐标系xyz的原点与第一图像4的中心重合，其中，第一图像坐标系xyz包括第一坐标x、第二坐标y和第三坐标z。其中，第一坐标x、第二坐标y和第三坐标z相互垂直，且第一坐标x和第二坐标y所在平面与第一图像4重叠，第一坐标x和第二坐标y可以表示第一图像4上的坐标位置，第三坐标z可以表示第一图像4上对应的坐标位置需要补偿的灰度值，如此，第一坐标x、第二坐标y和第三坐标z形成第一图像4的灰度补偿三维曲面，其中，灰度补偿三维曲面为椭圆曲面，并根据灰度补偿三维曲面的多个坐标点的值建立第一图像4的灰度补偿三维曲面公式。
37.在一些示例中，标准金属板可以是厚度和材质与标准标定板一致，对标准金属板进行成像形成第二图像，采用如上述示例对第一图像建立第一图像的灰度补偿三维曲面公式的方式生成第二图像的灰度补偿三维曲面公式。
38.在一些实施例中，如图7所示，所述获取所述阵列ct成像系统的畸变消除特征公式的方法包括步骤s21至s25：s21、所述夹持件上设置有标准标定板，所述阵列ct成像系统对所述标准标定板形成第三图像。
39.s22、在所述第三灰度补偿图像上建立第三图像坐标系，根据所述灰度补偿参考公式对所述第三图像进行灰度补偿形成第三灰度补偿图像。
40.s23、在第三灰度补偿图像上获取多个特征的图像坐标点。
41.s24、所述标准标定板在所述第三图像所在的平面上的正投影形成的图像上建立世界坐标系，并获取与所述多个特征的图像坐标点在所述世界坐标系对应位置的世界坐标点。
42.s25、根据所述图像坐标点和对应的所述世界坐标点获取所述畸变消除特征公式。
43.在一些示例中，如图8所示，对标准标定板进行成像形成第三图像5，标准标定板可以是阵列布置多个通孔的金属板，标准标定板的材质、厚度和标准金属板一致。
44.根据第一图像的灰度补偿三维曲面公式和第二图像的灰度补偿三维曲面公式可以对第三图像的灰度进行补偿，具体地，如图9所示，在第三图像5上建立第三图像坐标系abc，其中，第三图像坐标系abc的原点与第三图像5的中心点重合，第三图像坐标系abc包括第四坐标a、第五坐标b和第六坐标c。其中，第四坐标a和第五坐标b位于第三图像5上，其中，
第四坐标a和第五坐标b可以表示第三图像5各点的位置。可以知道的是，第三图像5包括金属板成像和多个特征，例如，第三图像5上金属板成像在第四坐标a和第五坐标b的坐标位置与第二图像在第二图像坐标系对应的位置处具有相同的灰度补偿；第三图像5上的特征在第四坐标a和第五坐标b的坐标位置与第一图像在第一图像坐标系对应的位置处具有相同的灰度补偿。如此可以实现对第三图像5灰度补偿形成第三灰度补偿图像。
45.第三灰度补偿图像的特征与金属板成像之间具有明显的区分，便于设备识别特征，设备可以准确的寻找第三图像上的特征以及特征在第三图像上的坐标。
46.所述标准标定板在所述第三图像所在的平面上的正投影形成的图像上建立世界坐标系，也就是说，如图10所示，在标准标定板6的面向成像单元的一侧建立世界坐标系nmo，为便于计算，可以将世界坐标系nmo的原点与标准标定板6的面向成像单元的一侧的中心重合。获取标准标定板6上各通孔的在世界坐标系nmo中的坐标，根据第三图像上的特征在第三图像上的坐标和该特征对应的标准标定板6的通孔的位置计算畸变消除特征公式。
47.在一些实施例中，可以通过建立畸变消除曲线公式，例如畸变消除曲线公式如下：在一些实施例中，可以通过建立畸变消除曲线公式，例如畸变消除曲线公式如下：其中，x表示某个通孔对应的特征在第三图像坐标系的第四坐标a上的值，y表示某个通孔对应的特征在第三图像坐标系的第五坐标b上的值。u表示畸变校正后该通孔对应的特征在第三图像坐标系的第四坐标a上的值，v表示畸变校正后该通孔对应的特征在第三图像坐标系的第五坐标b上的值。
48.其中，a0至a9以及b0至b9为参数，通过获取的x和y的值以及对应的u和v的值，可以实现a0至a9以及b0至b9的计算。通过非线性回归最终确认参数，实现建立畸变消除曲线公式。
49.在另一些实施例中，所述根据所述多个图像坐标点和对应的所述世界坐标点获取所述畸变消除特征公式的方法包括：采用粒子群算法，结合多个图像坐标点和对应的所述世界坐标点进行拟合，获取所述畸变消除特征公式。
50.示例性地，获取多个通孔对应的特征在第三图像坐标系上的第四坐标a上的值和多个通孔对应的特征在第三图像坐标系上的第五坐标b上的值，以及对应的特征在第三图像坐标系的第四坐标a上畸变校正后的值和第三图像坐标系的第五坐标b上畸变校正后的值，经过粒子群算法获取畸变消除特征公式。
51.其中，基于粒子群算法计算多项式优化属于现有技术，本领域技术人员可以通过上述示例的值进行获取畸变消除特征公式，在此不做详细参数。
52.在一些实施例中，在根据所述畸变消除特征公式对所述待成像物图像进行畸变校正之前，根据所述灰度补偿参考公式对所述待成像物图像进行灰度补偿形成待成像灰度补偿图像。根据所述畸变消除特征公式，对所述待成像灰度补偿图像进行畸变校正。
53.示例性地，在对多个标准标定板形成第三图像并计算畸变消除特征公式的过程中，可以获知在第三图像坐标系中不同的位置的不同灰度对应的灰度补偿值，例如，在第三图像坐标系内的坐标为（a1，b1），该（a1，b1）坐标的灰度为100（灰度等级可以为0~255），可
以知道该（a1，b1）坐标的灰度对应的灰度补偿值，例如该（a1，b1）坐标补偿后的灰度可以为110。
54.如此对整个待成像物图像进行灰度补偿，可以提高待成像物图像的准确率和分别率。
55.在本说明书的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
56.以上仅为本发明的具体实施方式，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。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。