一种基于全局二值化的ct图像分辨率自动测试方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种CT图像分辨率的自动测试方法。
【背景技术】
[0002] CT技术不仅是放射诊断医学领域的里程碑，也是现代工业无损检测和勘探领域的 重要手段。工业CT技术不受被检测物体材料、形状、表面状况等因素影响，能够给出被检测 物体二维、Ξ维直观图像，成为工业设备或部件无损检测和质量评估的重要手段。如加速器 CT(能量>1MV)在航天航空、石油勘测、汽车装配业中的应用，微焦点CT(能量低于lOOkV)在 精密仪器制造、生物学等领域的应用，W及锥束CT在Ξ维尺寸测量、逆向重构、考古等领域 的应用，医学CT的发展和应用在医学领域更是不可或缺。
[0003] CT系统质量保证及图像可靠性评定是CT研究领域的重要方向，CT系统性能指标测 试方法的研究已在医学、工业CT领域中开展。CT系统的空间分辨率和密度分辨率是重要性 能表征参数，也是CT检测质量保证的关键因素。空间分辨率，指从CT图像中能够分辨特定的 最小几何细节的能力，定量的表示为能分辨两个细节特征的最小间距，医学临床上体现为 对小病灶或结构的成像能力，工业CT上体现为对细节特征(气孔、裂纹)的辨别能力;密度分 辨率是CT系统分辨给定面积映射到CT图像上射线衰减系数差别(对比度)的能力，定量的表 示为给定面积上能够分辨的细节(给定面积)与基体材料的最小对比度。
[0004] 目前，国内工业CT设备生产厂家有清华固鸿、重庆真测、四川中物院等多家单位， 国内仅加速器CT就多达60余套，而低能CT、微焦点CT据统计超过百套(多为进口、拼装设备） 应用在国家国防、石油、汽车、铁道等重要行业，医学CT更是多种多样。仅在工业CT领域，不 同厂家设备性能指标测试方法不一，测试标准试件种类繁多，通常采用标准物质(试件）的 直接测试方法来测试CT系统的空间、密度分辨能力。如空间分辨率测试中采用具有周期性 结构的标准试件进行扫描成像，分析CT图像中按一定规律排布的周期性结构图像(通常有 线对、圆孔、条形孔等），w视觉上能分辨单位距离内的最多条纹或圆孔数目来测定极限空 间分辨率，密度分辨率测试中采用密度差试件是在一均匀的基体材料的特定范围含有其它 种类材料，运些材料的密度与基体材料略有差异，通过测试一定范围的平均灰度值的差异， 来区分密度差。该方法简单、直观，但受到人为主观因素影响。随着工业CT技术的发展，微 CT、锥束CT的逐步应用，标准试件的制作的成本、难度加大。在医学CT中对密度分辨率要求 较高，通常采用系列分布的低对比度试件制作的体模来测试密度分辨能力。
[0005] 在CT关键性能参数自动测量技术发展方面，目前法国科学家化rraf To计eh等人 在研究中尝试将性能测试模拟软件做入医用CT设备中，通过输入设备参数即可实时计算出 该参数下的各项性能指标，该项技术对医学CT性能指标实时监测中发挥重要作用，而在工 业CT中，目前国内外设备厂家多采用标准试件及视觉分辨来测试系统空间、密度分辨率。
【发明内容】
[0006] 本发明所要解决的技术问题是提供一种二维CT图像分辨率自动测试方法，该方法 可W用于测试CT图像的空间分辨率和密度分辨率。
[0007] 本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为:一种基于全局二值化的CT图像分 辨率自动测试方法，包括采用圆盘标准试件进行测试，其特征在于:包括W下步骤：
[0008] 1)获取圆盘标准试件的CT图像；
[0009] 2)对CT图像进行自动阔值分割的全局二值化处理，并且在全局二值化处理后的CT 图像中找圆盘标准试件的圆屯、W及圆盘轮廓线，并且计算圆盘的半径。
[0010] 3)根据步骤2)中找出的圆盘标准试件的圆屯、W及圆盘轮廓线和半径，计算CT图像 的密度分辨率和空间分辨率。
[0011] 为了使圆屯、、半径和圆周的确定更加准确，上述步骤2)中的自动阔值分割的全局 二值化处理包括将步骤1)中测得的图像的灰度值分为0到m级，灰度值为i的像素数为m，贝。 总的像素数戈
，各灰度出现的概率为Pi=m/N，将灰度值分为c〇={〇-M和ci=化+ 1-m}，则C0出现的概率为
可W推出 C0平均值呆
是 阔值为k时的灰度平均值
是整体图像的灰度平均值，运样两极之间的方差就可W 用下式表示：
[0012]
[0013] 从0到m之间改变k值，计算上式求其最大值便是所求的阔值，然后根据阔值将CT图 像二值化，背景为0,圆盘为1;
[0014] 采用从图像四周向图像中屯、设置捜索线，查找最外侧的灰度值为1的边界点，作为 圆盘的轮廓线;对于获得的圆盘轮廓坐标进行圆周拟合得出圆屯、，并且计算得出半径。
[0015] 优选地，上述步骤3)中测试空间分辨率的方法具体包括先获取边界响应函数 化RF)曲线，然后根据先获取边界响应函数巧RF)曲线获得点扩散函数(PSF)曲线，最后根据 点扩散函数脚巧曲线，获得调制传递函数(MW)曲线。
[0016] 优选地，获取边界响应函数化RF)曲线的步骤，具体包括根据步骤2)中确定的圆盘 半径R和圆屯、，选取圆环区域，圆环区域的外径为R+15个像素，内径为R-15个像素，该圆环区 域覆盖圆盘标准试件的CT图像的边界，计算圆环区域内所有像素点到圆屯、的距离，并将距 离相同的像素点归为一组，计算每组像素点的灰度值的而平均值，建立每组像素点到圆屯、 的距离与像素灰度值的平均值之间的关系曲线，即边界响应函数巧RF)曲线，并对该边界响 应函数化RF)曲线采用分段插值法和最小二乘立方拟合，获得平滑边界响应函数化RF)曲 线。
[0017] 优选地，获取点扩散函数（PSF)曲线的具体步骤包括，对获取的边界响应函数 化RF)曲线进行分段拟合，并对每一次拟合得出的多项式进行求导，计算中间点在每个导数 解析式对应的值，得出距离与到数值的关系函数，对函数进行归一化处理，得出点扩散函数 (PS巧曲线。
[0018] 优选地，该获取调制传递函数(MTF)曲线为将点扩散函数进行离散傅里叶变换后 的幅值在零频处归一化得到。
[0019] 优选地，步骤3)中测试密度分辨率的方法具体包括，根据步骤2)中获取的圆盘标 准试件的圆屯、和半径，选取图像中屯、的方形数据分析区域，并且将方形数据分析区域进行η Χη分割成方块，η可W为任意自然数，计算每个方块的像素灰度平均值然后通过每个方块 内的像素灰度平均值计算整个R0I区域的标准偏差，即得出该η数下该方形数据分析区域的 平均标准偏差0,选取不同的η，将不同η下的平均标准偏差表示为占该方形数据区域的像素 的灰度平均值的百分比，建立不同的方块尺寸与该百分比之间的关系曲线即对比度鉴别函 数(CD巧曲线。
[0020] 优选地，该圆盘标准试件的直径选择为工业CT系统成像范围尺寸的70%，厚度不 小于20毫米。
[0021] 与现有技术相比，本发明的优点在于该基于全局二值化的CT图像分辨率自动测试 方法，能够快速、自动得测试出CT图像的空间分辨率和密度分辨率，并且由于在图像的中屯、 和轮廓的确定计算中利用全局二值化后的CT图像，使得圆屯、、半径和轮廓的确定更加准确， 进而使得分辨率的测试也更加准确。
【附图说明】
[0022] 图1为本发明实施例的空间分辨率的测试方法的流程图。
[0023] 图2为本发明实施例的空间分辨率的测试方法所用的圆盘的图像示意图。
[0024] 图3为本发明实施例的空间分辨率的测试方法中得出的MTF曲线的示意图。
[0025] 图4为本发明实施例的密度分辨率的测试方法的流程图。
[0026] 图5为本发明实施例的密度分辨率的测试方法中的R0I区域的示意图。
[0027] 图6为本发明实施例的密度分辨率的测试方法中得出的CDF曲线的示意图。
【具体实施方式】
[0028] W下结合附图实施例对发明作进一步详细描述。
[0029] 本发明的CT图像分辨率的自动测试方法，采用一种高精度加工、材料密度均一的 圆盘试件作为标准试件。一般圆盘标准试件直径选择为工业CT系统成像范围尺寸的70%， 厚度不小于20毫米。
[0030] 调制传递函数(MTF)曲线反映了系统对周期性细节响应的特性，是表征工业CT系 统空间分辨率的重要方法，由于实际中理想的点状物体成像很难实现，因此可W采用圆盘 边界计算调制传递函数，即，先测试计算圆盘的边界响应函数化RF)，一阶求导后获得点扩 散函数(PSF)，对点扩散函数进行傅里叶变换得到系统的调制传递函数(MW)。
[0031] 所W该测试CT图像的空间分辨率的方法包括W下步骤:如图1的流程图所示。
[0032] 1、CT图像的获取。
[0033] 将标准试件置于CT系统的转台中屯、位置，调节CT设备至正常工作状态，设置扫描 参数，获取圆盘标准试件的CT图像。
[0034] 2、图像初步处理阶段，在输入CT图像后，对整幅CT图像进行自动阔值分割的全局 二值化处理，并且在全局二值化处理后的CT图像中找出圆盘标准试件的圆屯、W及圆盘轮廓 线并且计算圆盘的半径。该方法具体包括：
[0035] 自动阔值分割的全局二值化处理为采用最小二乘法的阔值分割。具体的实现方法 如下:设一幅图像的灰度值可W分为0到m级，灰度值为i的像素数为m，则总的像素数为：
[0036]
(1)
[0037] 那么各灰度值出现的概率为Pi = m/N，然后将灰度值分为两组：C0={0-k巧日C1 = 化+l-m}，则CO出现的概率为：
[0045] 其中
是整体图像的灰度平均值。 运样两极之间的方差就可W用下式表示：
[0046] 〇2(k)= ω〇(ιι-ιιο)2+ωι(山-u)2 (6)
[0047] 从0到m之间改变k值，计算上式求其最大值便是所求的阔值。
[0048] 阔值分割W后，进行CT图像二值化，背景为0,圆盘为1。采用从图像四周向图像中 屯、设置捜索线，查找最外侧的灰度值为1的边界点，作为圆盘外环