一种影像擦除装置以及影像扫描系统的制作方法
【专利摘要】本申请实施例提供一种影像擦除装置以及影像扫描系统，其中装置包括：N×M个相同的光源，所述N为行的数量，所述M为列的数量，且第i行中任意相邻两个光源的发光中心距离di相同；所述N≥1，所述M≥2。相比现有技术，本实用新型通过提供一种由多个具有相同发光特性的光源组成的光源面阵，使得影像板的所有区域能够受到均匀的光强照射，提高了光照的均匀性和影像擦除装置的工作效率，获得了完全且一致的擦除效果。
【专利说明】
一种影像擦除装置以及影像扫描系统
技术领域
[0001]本实用新型属于X射线计算机摄影成像领域，尤其是对影像板进行擦除的装置以及影像扫描系统。
【背景技术】
[0002]使用X射线机行计算机X射线摄影术(ComputedRad1logy ,CR)时，当X射线穿透成像物体，入射到含有光激励焚光粉的影像板(Imaging Plate，IP)上，会产生一帧潜影(Latent Image)并存储在影像板中。用一定波长的激光激励影像板，影像板会发射出强度和潜影能量分布一致的荧光，这些荧光被收集、转换成电信号并数字化，从而将潜影转换成可以传输和存储的二维数字图像。
[0003]在正常的影像读取工作完成之后，影像板上不可避免地存在残余影像，为了确保影像板可以快速重复使用，需要人为地对残余影像进行擦除。
[0004]影像擦除一般使用较为高效的红光LED光源，但是单个光源光强有限，且发光角度不能太大，因此难以保证有一定面积的影像板上所有区域都能获得足够且均匀的光强照射。因此如何提高光强且提高大面积光照射的均匀性以提高影像擦除装置的工作效率，是目前要解决的关键问题。
【实用新型内容】
[0005]本实用新型的目的在于提供一种影像擦除装置及扫描系统，以提高光照的均匀性和影像擦除装置的工作效率，获得完全且一致的擦除效果。
[0006]为实现上述目的，本实用新型实施例一方面提供一种影像擦除装置，所述影像擦除装置包括:NXM个相同的光源，所述N为行的数量，所述M为列的数量，且第i行中任意相邻两个光源的发光中心距离CU相同;所述N 2 I，所述M 2 2。
[0007]优选的，所有行中任意相邻两个光源的发光中心距离Cl1相同。
[0008]优选的，所述同一行中任意相邻两个光源的发光中心距离Cl1 2 do，所述do为两光源的最小的发光中心距离。
[0009]优选的，所述2，且所述光源的每列所在的直线与所述光源的每行所在的直线为非垂直的关系。
[0010]优选的，每一列中任意相邻两个光源的发光中心距离cUP do，其中所述屯为同一列中第i行和第j行光源的发光中心距离，且所述j = i+l。
[0011]优选的，dpNXd'^d'o为同一列中两个光源的发光中心距离在行方向的投影距离的最小值。
[0012]优选的，LQ=(l/N+M-2)di，
[0013]所述Lo为光强均匀分布区域的长度；
[0014]所述影像板在垂直于其运动方向上的宽度w< Lo。
[0015]本实用新型另一方面还提供了一种影像扫描系统，所述影像扫描系统，包括影像板和对所述影像板进行扫描以获得图像的影像扫描装置；
[0016]所述影像扫描装置包括:如上述的影像擦除装置、中央控制模块以及与所述中央控制模块均电性连接的影像板传动模块、影像扫描模块以及图像处理模块；
[0017]所述影像板传动模块包括位置检测单元和影像板传动单元，所述图像处理模块包括图像初定位模块、图像精确定位模块以及图像旋转模块；
[0018]所述位置检测单元用于对所述影像板的位置进行检测获得第一位置检测结果并对所述影像扫描模块的激光位置进行检测获得第二位置检测结果；
[0019]所述影像板传动单元用于根据所述第一位置检测结果判断到所述影像板进入所述影像扫描模块的进片口后带动所述影像板向所述影像扫描模块的出口移动；
[0020]所述中央控制模块用于根据所述第一位置检测结果判断到所述影像板进入所述影像扫描模块的进片口时控制所述影像扫描模块开启图像扫描；
[0021]所述影像扫描模块用于利用激光旋转方式对所述影像板进行行扫描，获得每行的数字信号流并通过所述中央控制模块发送所述数字信号流至所述图像处理模块；
[0022]所述图像初定位模块用于根据所述第一位置检测结果、所述第二位置检测结果和所述数字信号流进行图像初始定位，生成初始图像矩阵；
[0023]所述图像精确定位模块用于判断所述初始图像矩阵的每行、每列是否存在信号并根据判断结果生成精确图像矩阵，所述精确图像矩阵为包含有效图像区域的最小矩阵；
[0024]所述图像旋转模块用于根据所述精确图像矩阵的顶点坐标计算图像倾斜角度Φ，若Φ在0，则通过图像旋转算法将图像顺时针或逆时针旋转角度Φ以生成最终图像矩阵。
[0025]优选的，所述位置检测单元包括位置传感器R和位置传感器A;
[0026]所述位置传感器R位于所述影像扫描模块的进片口处，用于检测所述影像板是否到达所述进片口；
[0027]所述位置传感器A用于检测所述影像扫描模块发射的激光的位置，所述位置传感器A位于所述影像扫描模块内且位于所述影像板的行区域之外；
[0028]所述图像初定位模块，用于在判断到所述影像板到达预开始位置时，在下一行启动数字信号采集和记录，在判断到所述激光到达所述位置传感器A时，启动当前行的数字信号记录，在判断到所述激光到达行结束位置时，结束当前行的数字信号记录，在判断到所述影像板到达预结束位置时，在下一行结束数字信号采集和记录，
[0029]所述预开始位置为所述位置传感器R的位置或位于所述位置传感器R和所述激光的扫描平面之间，所述预结束位置位于所述激光扫描平面和所述影像扫描模块的出片口之间，所述行结束位置位于所述影像扫描模块内且与所述位置传感器A分别位于所述影像板的行区域的两侧且均不被所述影像板遮挡，且所述激光在执行一行扫描时先扫描到位置传感器A再扫描到行结束位置。
[0030]优选的，所述位置检测单元还包括位置传感器P、Q、B;
[0031]其中所述位置传感器P位于所述预开始位置处，所述位置传感器Q位于所述预结束位置处，所述位置传感器B位于所述行结束位置处。
[0032]优选的，所述位置传感器R、P、Q均有至少一组光源和接收器组成，所述位置传感器A、B由激光接收器组成。
[0033]优选的，所述影像扫描装置还包括至少一个定时器用于定时；所述定时的时间长短根据影像板移动速度和/或者激光扫描速度进行调节；
[0034]所述图像初定位模块，用于根据所述定时器的定时结果判断所述影像板是否到达所述预开始位置、预结束位置并判断所述激光是否到达行结束位置。
[0035]优选的，所述影像扫描装置还包括影像擦图模块，用于擦除从所述影像扫描模块出来的影像板的潜影。
[0036]优选的，所述影像擦除装置的LED光源使用红光，且光波长峰值为600nm-700nmo
[0037]优选的，所述影像板为柔性影像板，所述影像板传动单元包括用于通过挤压使所述柔性影像板弯成圆弧形的张紧轮，所述激光到所述影像板同一行各位置的距离相同。
[0038]优选的，所述影像扫描系统还包括计算机，用于接收所述影像扫描装置输出的图像，并根据用户需求将所述图像分析、保存或显示。
[0039]优选的，所述影像扫描系统应用于牙科中。
[0040]本实用新型还提供一种如上述权利要求所述的影像扫描装置。
[0041]本实用新型还提供一种影像扫描方法，应用于上述的影像扫描系统中，所述影像扫描方法包括:
[0042]所述位置检测单元对所述影像板的位置进行检测获得第一位置检测结果并对所述影像扫描模块的激光位置进行检测获得第二位置检测结果；
[0043]所述影像板传动单元根据所述第一位置检测结果判断到所述影像板进入所述影像扫描模块的进片口后带动所述影像板向所述影像扫描模块的出口移动；
[0044]所述中央控制模块根据所述第一位置检测结果判断到所述影像板进入所述影像扫描模块的进片口时控制所述影像扫描模块开启图像扫描；
[0045]所述影像扫描模块利用激光旋转方式对所述影像板进行行扫描，获得每行的数字信号流并通过所述中央控制模块发送所述数字信号流至所述图像处理模块；
[0046]所述图像初定位模块根据所述第一位置检测结果、所述第二位置检测结果和所述数字信号流进行图像初始定位，生成初始图像矩阵；
[0047]所述图像精确定位模块判断所述初始图像矩阵的每行、每列是否存在信号并根据判断结果生成精确图像矩阵，所述精确图像矩阵为包含有效图像区域的最小矩阵；
[0048]所述图像旋转模块根据所述精确图像矩阵的顶点坐标计算图像倾斜角度Φ，若Φ在0，则通过图像旋转算法将图像顺时针或者逆时针旋转角度Φ以生成最终图像矩阵。
[0049]优选的，所述位置检测单元包括位置传感器R和位置传感器A;
[0050]所述位置传感器R检测所述影像板是否到达所述进片口，所述位置传感器R位于所述影像扫描模块的进片口处；
[0051]所述位置传感器A检测所述影像扫描模块发射的激光的位置，所述位置传感器A位于所述影像扫描模块内且位于所述影像板的行区域之外；
[0052]所述图像初定位模块，在判断到所述影像板位于预开始位置时，在下一行启动数字信号采集和记录，在判断到所述激光到达所述位置传感器A时，启动当前行的数字信号记录，在判断到所述激光到达行结束位置时，结束当前行的数字信号记录，在判断到所述影像板位于预结束位置时，在下一行结束数字信号采集和记录，
[0053]所述预开始位置为所述位置传感器R的位置或位于所述位置传感器R和所述激光的扫描平面之间，所述预结束位置位于所述激光扫描平面和所述影像扫描模块的出片口之间，所述行结束位置位于所述影像扫描模块内且与所述位置传感器A分别位于所述影像板的行区域的两侧且均不被所述影像板遮挡，且所述激光在执行一行扫描时总是先扫描到位置传感器A再扫描到行结束位置。
[0054]优选的，所述影像扫描装置还包括至少一个定时器以进行定时；所述定时的时间长短根据影像板移动速度和/或者激光扫描速度进行调节;所述图像初定位模块根据所述定时器的定时结果判断所述影像板是否到达所述预开始位置、预结束位置并判断所述激光是否到达行结束位置。
[0055]优选的，所述影像板为柔性影像板，所述影像板传动单元包括用于通过挤压使所述柔性影像板完成圆弧形的张紧轮，所述激光到所述影像板同一行各位置的距离相同。
[0056]优选的，所述影像扫描系统还包括计算机；
[0057]所述计算机接收所述影像扫描装置输出的图像，并根据用户需求将所述图像分析、保存或显示。
[0058]优选的，所述影像扫描方法应用于牙科中。
[0059]本实用新型通过提供一种由多个具有相同发光特性的光源组成的光源面阵，使得影像板的所有区域能够受到均匀的光强照射，提高了光照的均匀性和影像擦除装置的工作效率，获得了完全且一致的擦除效果。
【附图说明】
[0060]为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有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申请中记载的一些实施例，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他的附图。
[0061]图1是影像板尺寸不意图；
[0062]图2A是单个LED光源的发光角度示意图；
[0063]图2B是单个LED光源的照射光强分布示意图；
[0064]图3是一排LED光源组成的影像擦除光源面阵结构示意图；
[0065]图4A是一排LED光源照射影像板正面示意图；
[0066]图4B是一排LED光源照射影像板侧面示意图；
[0067]图5是一排LED光源线阵中每个LED光源在影像板上的光照强度分布情况示意图；
[0068]图6是一排LED光源线阵的光强分布的合成效果不意图；
[0069]图7是影像擦除光源面阵(NXM)结构示意图；
[0070]图8是NXM光源面阵结构的尺寸约束示意图；
[0071]图9是NXM光源面阵在垂直于影像板运动方向上的光源位置分布示意图；
[0072]图10是两排LED光源面阵在垂直于影像板运动方向上的照射等效光强合成曲线示意图；
[0073]图11A、IIB是两排LED光源面阵存在的两种布局结构示意图；
[0074]图12是扫描系统结构图；
[0075]图13是影像扫描装置结构图；
[0076]图14是影像传动模块结构图；
[0077]图15是影像扫描模块结构图；
[0078]图16是中央控制模块与其他模块连接示意图；
[0079]图17是影像扫描处理流程图；
[0080]图18是位置传感器R、P、Q安装位置示意图；
[0081]图19A、19B是本实用新型激光扫描平面示意图；
[0082]图20是图像初定位实施例一流程图；
[0083]图21是图像初定位实施例二流程图；
[0084]图22是图像初定位后获得的图像矩阵；
[0085]图23A、23B、24—26是图像精确定位示意图；
[0086]图27是图像精确定位后的图像矩阵；
[0087]图28是图像旋转后的图像矩阵；
[0088]图29是图像精确定位流程图。
【具体实施方式】
[0089]为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
[0090]本实用新型涉及的影像擦除装置，主要提供一定功率、且光强分布均匀的红光光源，用于擦除CR影像板上的残影信息。所述的影像板是具有一定尺寸的柔性板，如图1所示，我们假设影像板沿着运动方向的长度尺寸为h，垂直于运动方向的宽度尺寸为W。
[0091]所述的红光光源以模块组件的形式存在。所述的影像板在传动机构的带动下，以匀速运动的形式缓慢通过该影像擦除装置。在此过程中，红光光源持续点亮，使得影像板的所有区域获得充足且均匀的光强照射，以使残影完全消除。
[0092]本实用新型涉及的影像擦除装置由若干红光LED光源组成。每个LED光源的发光峰值波长在600?700nm，典型值为620nm，确保残影擦除效率较高。多个LED光源须采用统一的规格，统一的功率控制，统一的开关时间控制，确保每个LED光源在影像板的残影擦除中起同样的作用。
[0093]LED光源的光强分布具有典型的角度分布特征，同时，照射到影像板上还需考虑球面扩散特征。不失一般性，我们假设单个LED光源的发光角度及照射光强分布如下图2A、2B所示。
[0094]其中，1为光强峰值，一般在LED出光面的法线方向得到；Θ为发光角度。可见不同角度下发光光强也不同，偏离法线方向角度越大，光强越小。理论上，为确保单位面积上有足够的光强，应选用发光角度较小的LED光源。
[0095]考虑到影像板具有一定的面积(wXh)，而LED光源具有发光角度分布特性，如果只用一个LED光源来照射影像板，难以获得较大面积的均匀光强，因此必须考虑多个LED光源形成阵列，组合使用。该光源阵列必须在垂直于影像板运动方向上形成、或可以等效形成光源等间距排列。本实用新型提供如下两种形式的光源阵列:
[0096](I)—维线阵光源
[0097]该实施例涉及的多个LED光源阵列是一维线阵，S卩:采用多个LED光源，在垂直于影像板运动方向上布置成一条线性阵列，布局如图3和图4A、4B所示(图中包含DlOl?D106共6个LED光源，光源个数仅为示意)。要求所有LED光源的发光特性一致，且任意相邻位置的LED光源发光中心的距离一致，设为CU。若光源线阵总长度设SL1，表示光源线阵中两端的两个LED光源的发光中心距离。假设光源线阵由N个LED光源组成，则有关系式:
[0098]Li= (N-l)di
[0099]—排LED光源线阵在垂直于影像板运动方向上产生的光强分布效果如图5和图6所示。其中，图5中展示的是该线阵中单个LED光源在影像板上的光照强度分布情况，在每个LED光源的法线方向上光强最大，为Ιο。图中，CU仍是任意相邻位置的LED光源发光中心的距离，L1仍表示光源线阵中首尾两端的两个LED光源的中心距。图6是该LED光源线阵在垂直于影像板运动方向上产生的光强分布的合成效果，具有空间分布的周期规律性。由于光强叠加，使得在一定空间范围内形成了相对均匀的照射光强，这有利于实现均匀的影像擦除。
[0100]不难得出，光强均匀分布区域的空间长度应等于线阵长度L1，临近光强峰谷值之间的距离应等于临近光源间距CU。假设光强均匀分布区域内的光强最大值为IUP>1，光强最小值为Idn, I，应有IUP, OIdn, i，且IUP, i Mo，其中1仍为单个光源的最大光强。
[0101]由图6可见，只要影像板在垂直于其运动方向上的宽度wSL1，即可实现影像板上的残影均匀擦除。
[0102]另外，假设光强均匀分布区域内的光强最小值与光强最大值的比值为R1,则有:
[0103]Rl = Idn,l/lup,I
[0104]理想的光强均匀分布情况下，仏应趋近于I，这就要求相邻两个LED光源的间距CU尽量小。但是实际受限于LED光源尺寸、一维线阵布局、光源散热等限制条件，CU难以做到很小。假设对于特定的LED光源，结构设计上存在光源间距最小值do，实际设计时应有eh > do。
[0105]因此，需要考虑采用多排光源阵列设计，以确保在垂直于影像板运动方向上的等效光源分布等间距，且能够有效突破光源最小间距do的限制。
[0106](2)多排光源阵列
[0107]使用多排光源阵列设计影像擦除装置，目的是突破一维线阵对光源间距do的限制，使得光强比值仏更趋近于I，达到近似均匀分布的效果。
[0108]不失一般性地，本实用新型设计如图7所示的NXM光源面阵，此处2，M2 2，该光源面阵具有以下特点:
[0109]在影像擦除装置垂直于影像板运动方向上布置N排LED光源线阵，每排均有M个LED光源组成。如图7所示，第一排光源编号依次为D11、D12、D13、…DIM;第二排光源编号依次为
021、022、023^"021;第三排光源编号依次为031、032、033^"031;……第N排光源编号依次*DN1、DN2、DN3、."DNM0
[0110]要求每个LED光源的光强及其角度分布特性完全或近似相同；
[0111]阵列中每个LED光源位置交错放置，但遵从一定的布局规律。具体如图7和图8所示。图7中，第二排第一个LED光源相对于第一排第一个LED光源，缩进一定的距离放置，设在垂直于影像板运动方向上缩进的距离为d’o;第三排第一个LED光源相对于第二排第一个LED光源，同样缩进距离d ’ ο放置；……以此类推，第N排第一个LED光源相对于第N-1排第一个LED光源，缩进距离d ’ ο放置;而第一排第二个LED光源相对于第N排第一个LED光源，依然缩进距离d ’ ο放置;第二排第二个LED光源相对于第一排第二个LED光源，同样缩进距离d ’ ο放置；……如此往复，直到完成所有LED光源的布置。即所述光源的每列所在的直线与所述光源的每行所在的直线为非垂直的关系。本实用新型所设计的LED光源面阵，在垂直于影像板运动方向上可以形成如图8所示的等效一维等间距线阵分布。
[0112]正是LED光源面阵在垂直于影像板运动方向上存在上述等效的一维等间距线阵排布，才确保了在该方向上形成比较均匀的光强分布特征。
[0113]基于上述光源面阵中各LED光源位置的要求，易于得出在垂直于影像板运动方向上，每一排线阵的M个LED光源中，任意相邻两个LED光源的中心距相同。假设第一排相邻两个LED光源的中心距为CU，第二排相邻两个LED光源的中心距为d2，第三排相邻两个LED光源的中心距为d3，...第i排相邻两个LED光源的中心距为CU，第N排相邻两个LED光源的中心距为dN;同时假设分属于相邻LED线阵、但是距离最邻近的两个LED光源中心距分别为d12、d23、d34、."di, j(j=i+l).....dN-Ι,Ν，则有以下关系式成立:
[0114]di = d2 = d3 = -,-=dN=NXd,o > do
[0115]di2 > do，d23 > do，d34 > do，…，cIn-1,n > do
[0?16] 但是不要求di2 = d23 = d34 =…=dN-ι, N。上式中，do仍为LED光源间距最小限值。
[0117]基于上面的关系式，可以得出:
[0118]d’o = di/N
[0119]由上式确定了各排LED光源缩进的距离要求，建立了缩进距离d’o与每排相邻LED光源中心距CU之间的联系。
[0120]假设各线阵长度分别为Ll、L2、L3、…Ln，则容易得出=L1 = L2 = L3 =…= Ln= (M-1)CU，即各排线阵的长度相等。
[0121]本实用新型所述的LED光源阵列，在垂直于影像板运动方向上可以形成的光强分布图如图10所示。假设光强均匀分布区域内的光强最大值为Iup,i，光强最小值为Idn,i，光强最小值与光强最大值的比值为1^，1^=1(11^/1111^，应有1111^>1(11^，1111),0 1()，且1?1<1^<1，其中1为单个光源的最大光强，R1为前述一排LED光源线阵的光强比值。理想的光强均匀分布情况下，Rn应趋近于I，这就要求相邻两个LED光源的间距cb尽量小。
[0122]图10中，仍假设光强均匀分布区域的长度为Lo，则可推导出Lo与该NXM的LED光源阵列布局的关系式为:
[0123]Lo=(l/N+M-2)di
[0124]同样地，只要保证影像板在垂直于其运动方向上的宽度Lo，即可实现影像板上的残影均匀擦除。
[0125]需要说明的是:
[0126]上述NXM的LED光源阵列布局设计，对于一维线阵的特殊设计同样适用，对于上述过程描述，只要N=I即可。
[0127]上述对于各排排布顺序的要求，并不是一成不变的，各排的次序可以调整，仅需要各排LED光源线阵仍能排成图6所示的等效光源线阵，并且满足任意相邻两个LED光源的中心距不小于限制条件do即可。对于图8中的N排LED光源阵列，其中任意一排，比如第N排LED光源线阵可以调整其位置，可以放在第一排，也可以放在第二排、第三排、……第N-1排;其他排的光源线阵类似。因此，理论上对于N排光源阵列，有NX (N-1)X (N-2) X…X2X I种排列方式。比如当排数N = 3时，LED光源面阵可以有6种布局结构；而当排数N = 2时，仍有两种布局结构，如图11所示。图中，无论是第一排缩进还是第二排缩进，缩进的距离均为cU/2，其中CU为任意一排光源线阵中相邻LED光源的中心距。
[0128]本实用新型通过优化LED光源阵列的结构布局，在更大的二维空间布置LED光源，使得对于发光特性相同或相似的多个LED光源，可以在垂直于影像板运动方向上获得光强较为均匀的光照区域，而且光强得以增大，能够有效突破一维线阵在各LED光源间距上的限制，也有利于提高影像擦除的速度和影像擦除装置散热。
[0129]本实用新型涉及一种用于计算机X射线的影像扫描系统。如图12所示，该系统包括记录有已曝光潜像的影像板(Imaging Plate，也称IP板)、通过使用激光连续快速扫描该影像板、对激发的荧光进行收集、光电转换、A/D转换并将记录在影像板上的潜像转换成数字信息后合成一幅二维图像的影像扫描装置以及用于接收影像扫描装置输出的图像的工作台。
[0130]该工作台可以为人机交互平台，通过软件的支持，可以进行扫描对象注册，启动影像扫描，浏览、分析、保存图像等功能。具体的，该工作台可以与扫描装置通过有线(如串口线、USB线、RJ45网线等)或者无线(如蓝牙、wif1、3G/4G等)的方式进行连接。当然该工作台还可以接受用户的指令对影像扫描装置进行控制。
[0131]如图13所示，上述的影像扫描装置主要由影像板传动模块、影像扫描模块、图像处理模块、网络驱动模块、电源模块以及中央控制模块组成。
[0132]需要注意的是，图13中的影像板并非影像扫描装置的有机组成部分，只是作为插入的待扫描对象用于示意。
[0133]上述的影像板传动模块包括位置检测单元和影像板传动单元，图像处理模块包括图像初定位模块、图像精确定位模块以及图像旋转模块。
[0134]上述位置检测单元用于对影像板的位置进行检测获得第一位置检测结果并对影像扫描模块的激光位置进行检测获得第二位置检测结果。
[0135]影像板传动单元用于根据第一位置检测结果判断到影像板进入影像扫描模块的进片口后带动影像板向影像扫描模块的出口移动。
[0136]中央控制模块用于根据第一位置检测结果判断到影像板进入影像扫描模块的进片口时控制影像扫描模块开启图像扫描。
[0137]影像扫描模块用于利用激光旋转方式对影像板进行行扫描，获得每行的数字信号流并通过中央控制模块发送数字信号流至图像处理模块。
[0138]图像初定位模块用于根据第一位置检测结果、第二位置检测结果和数字信号流进行图像初始定位，生成初始图像矩阵。
[0139]图像精确定位模块用于判断初始图像矩阵的每行、每列是否存在信号并根据判断结果生成精确图像矩阵，精确图像矩阵为包含有效图像区域的最小矩阵。
[0140]图像旋转模块用于根据精确图像矩阵的顶点坐标计算图像倾斜角度Φ，若Φ在0，则通过图像旋转算法将图像顺时针或者逆时针旋转角度Φ以生成最终图像矩阵。
[0141]如图14所示，为影像传动模块结构示意图，其中影像传动单元包括传送带、主动轮、从动轮、张紧轮、支撑结构、电机#I，以及电机驱动和控制电路#I。其中，其中，主动轮、从动轮、张紧轮用于带动和紧固传送带;影像板张紧轮用于紧固影像板和影像板弧面塑形(柔性影像板)。电机#1与传送带一起工作，带动影像板持续向前移动。所述的电机驱动及控制电路#1，用于驱动电机#1运行，并提供速度精度控制。
[0142]位置检测单元包括位置传感器以及位置检测电路。所述的位置传感器由多组光电对管或者光敏二极管构成，不仅能够检测到影像板是否插入(第一位置检测结果)或者移出扫描模块，还能对每行影像扫描进行初始零定位(第二位置检测结果)。所述的位置检测电路，用于驱动位置传感器工作，并进行有效信号检测。
[0143]影像扫描模块主要功能是，启动激光器至输出稳定功率的激光光束，光速经过聚焦至一定的光斑大小后，垂直入射到影像板上某个很小的区域上，在该区域激发出与潜像灰度值成比例关系的荧光信号。激发的荧光信号经过光路收集，并经过光电转换、A/D转换等步骤，被等比例转换为数字信号流。所述的激光光束一定经过一个镜面反射装置，该装置会在电机带动下高速旋转，因此实现了影像板上所有区域的扫描。如图15所示，影像扫描模块至少包括以下组件:
[0144]激光器以及激光器驱动电路。所述的激光器为影像扫描提供光源。激光器输出红光，光波长在600nm?700nm之间，可选择使用氦氖激光器或者特定波长的半导体激光器。所述的激光器驱动电路，为激光器提供恒流驱动，并确保激光器的温度稳定性。
[0145]激光调整光路。由一组透镜及其支撑结构组成，对激光器的输出光源进行调整，确保投射到影像板上的光斑大小持续稳定在所要求的范围内，比如光斑应小于50微米。
[0146]电机#2，以及电机驱动和控制电路#2。电机#2，用于带动激光调整光路，尤其是带动其中的光反射镜旋转，使得激光能够持续、匀速地沿圆周进行扫描。所述的电机驱动及控制电路#2，用于驱动电机#2运行，并提供速度精度控制。
[0147]荧光收集光路。激光光斑投射到影像板相应位置上，会瞬间激发出一定波长范围的荧光，荧光的强度与影像板上记录的潜像信息存在比例关系。荧光按照一定的角度分布规律向外散射，由荧光收集光路进行收集。荧光收集光路由一组透镜或反射镜组成，目的是将散射出来的荧光进行聚焦，并投射到对应的光电转换器件的光收集窗口中。
[0148]光电转换器件。用于收集经过聚焦的荧光信号，并放大，并按比例转换成一定强度的电流信号。典型地，激光扫描装置采用光电倍增管(PMT)进行光信号放大和光电转换的工作。
[0149]信号采集控制电路。一方面为光电转换器件提供驱动和控制，另一方面实现电信号的A/D采样，将电流信号转换为数字信号。采样率由中央控制器设定。
[0150]上述图像处理模块，主要是在中央控制模块的调度下，完成从采集的信号流中将影像板潜影信息提取出来，并且准确无误地拼成一幅二维矩形图像。
[0151]所述的图像处理模块可以与中央控制模块集成在一起，也可以由单独的硬件构成，比如FPGA、DSP等。
[0152]所述的图像处理模块，用于图像初定位、精确定位以及图像旋转:
[0153]图像初定位，基于固定位置的传感器，比如光电对管或者光电二极管，或结合传感器与定时器，实现对影像板行列位置的初步确定。图像精确定位。基于采集的影像信息，通过信号强度分析，精确确定影像板的边界。图像旋转。对由于影像板位置不正造成的图像倾斜，通过图像旋转如顺时针旋转进行校正。
[0154]上述的网络驱动模块用于实现扫描装置的中央控制模块与工作台或者其他控制平台之间的互连，便于工作台向扫描装置发送控制参数和控制指令，以及扫描装置向工作台传输图像数据、工作状态信息以及异常信息。
[0155]本实用新型中网络驱动模块包括但不限于:
[0156](I)USB驱动模块。用于实现工作台与扫描装置的USB通信。
[0157](2)以太网驱动模块。用于实现工作台与扫描装置的千兆或者百兆以太网通信。
[0158](3)wifi驱动模块。用于实现移动式工作台与扫描装置之间的短距离无线通信。
[0159](4)蓝牙模块。用于实现移动式工作台与扫描装置短距离无线通信。
[0160](5)3G/4G通信模块。用于实现移动式工作台或者远程平台与扫描装置移动通信。[0161 ]上述电源模块用于整个扫描装置的各个功能模块供电，电压不超过24V。由中央控制模块进行供电控制。
[0162]如图16所示，为中央控制模块与其他各个模块连接图。中央控制模块用于连接和控制外围各个执行功能模块，控制整个扫描装置的有序运行。中央控制单元可以是ARM+FPGA平台，可以是FPGA+DSP平台，也可以是单独的FPGA模块。
[0163]本实用新型的影像扫描装置还包括上述提到的影像擦除装置。
[0164]经过激光遍历扫描的影像板，仍有可能含有残余的潜影信息。为了确保影像板能够重复使用，且多次扫描影像不会互相干扰，需要将残余的潜影擦除掉。
[0165]对已经经过上述激光扫描的影像板区域，使用上述描述的LED光源面阵，对影像板上残余的潜影进行擦除。所述的LED光源使用红光，且光波长峰值为600nm-700nm。通过擦除，使得被X射线激发的电子完全复位，影像板可以重复利用。
[0166]图17为影像扫描的整个处理流程:
[0167]扫描装置处理的对象是经过X射线照射后的影像板，该影像板保留有X射线照射部位的潜影信息，如患者的牙齿、胸腔、四肢等。所述影像板须经人工手动插入到扫描装置的进片口。
[0168]—般情况下，扫描装置开机后即进入待机状态。在待机状态下，位置检测电路会持续运行，当检测到影像板已经插入进片口后，由中央控制模块会启动影像板扫描流程。
[0169]第一步，启动电机#2驱动电路，通过电机#2带动激光调整光路高速旋转，通过速度精度控制，确保电机在设定转速下匀速运动；
[0170]第二步，启动电机#1驱动电路，使电机#1在较低速度下匀速运动，通过传送带传送影像板匀速地进入扫描区域。通过张紧轮的挤压作用，使影像板弯成圆弧形，通过结构设计确保圆弧的圆心与电机#2的旋转轴心重合；
[0171 ]第三步，启动激光器驱动电路，点亮激光器并使其功率稳定。经过激光调整光路聚焦的小尺寸光斑，会垂直地入射到影像板上，并且在电机#2带动下，光斑会一圈又一圈地在影像板上扫过，形成连续的扫描线。在电机#1和电机#2的协同作用下，能够实现扫描线遍历整个影像板；
[0172]第四步，通过荧光收集光路收集，收集散射的荧光并进行聚焦。聚焦的荧光送入到光电转换器件的入光口；
[0173]第五步，通过光电转换器件对荧光进行杂波滤除，对有用的荧光信号进行放大，并转换成电流信号输出；
[0174]第六步，通过信号采集控制电路，对经过光电转换器件输出的电流信号进行放大和A/D转换，形成数字化的信号流。
[0175]第七步，通过图像处理模块，并结合位置传感器信息，在上述数字化的信号流中，进行图像初定位、图像精确定位和图像旋转步骤，获得有效的二维图像信息；
[0176]第八步，通过中央控制模块，封装二维图像信息，并通过特定的网络驱动模块将图像传送至工作台，进行显示和存档。
[0177]以下对上述流程中的图像的初定位进行详细介绍:
[0178]位置检测单元包括位置传感器R和位置传感器A;
[0179]所述位置传感器R位于所述影像扫描模块的进片口处，用于检测所述影像板是否到达所述进片口；
[0180]所述位置传感器A用于检测所述影像扫描模块发射的激光的位置，所述位置传感器A位于所述影像扫描模块内且位于所述影像板的行区域之外；
[0181]所述图像初定位模块，用于在判断到所述影像板位于预开始位置时，在下一行启动数字信号采集和记录，在判断到所述激光到达所述位置传感器A时，启动当前行的数字信号记录，在判断到所述激光到达行结束位置时，结束当前行的数字信号记录，在判断到所述影像板位于预结束位置时，在下一行结束数字信号采集和记录，
[0182]所述预开始位置位于所述位置传感器R和所述激光的扫描平面之间，所述欲结束位置位于所述激光扫描平面和所述影像扫描模块的出片口之间，所述行结束位置位于所述影像扫描模块内且与所述位置传感器A分别位于所述影像板的行区域的两侧。
[0183]以下为图像初始定位的两个具体实施例，分别为最多位置传感器和最少位置传感器的情况:
[0184]实施例一
[0185]上下边沿初定位
[0186]图像初定位，主要是对影像板的定位。为了对影像板进行定位，影像传动模块可包括下图18所示的R、P、Q位置传感器。
[0187]位置传感器R，位于进片口，用于检测影像板是否插入进片口；位置传感器P，位于传感器R的下方，激光扫描平面ACDB的上方，用于确定影像板的下边沿，指示影像板即将进入扫描区域，作为影像数据采集的起始位置;位置传感器Q，位于传感器R的下方，且也在激光扫描平面的下方，用于确定影像板移出扫描区域时的上边沿，指示影像板即将完全移出扫描区域，作为影像数据采集的结束位置。
[0188]上述所说的下方，是一种假定，即假定传送带在扫描装置中竖直放置，影像板自上而下插入进片口。无论如何，当影像板推进时，传感器P在传感器R的前方，传感器Q在传感器P的前方。
[0189]R、P、Q传感器应使用配对的光源和光接收器，光源和接收器分离放置，如光电对管等。每个位置传感器可以由一组或多组光源和接收器组成。
[0190]所述的光源，发出的光应能够直射到光接收器上。所述接收器应能够根据是否感应到光而输出对应的电平状态。比如，当光源未发光、或者光源发出的光被影像板遮挡后，接收器输出低电平;而当光源发出的光直射到接收器时，接收器输出高电平。反之亦然。
[0191]左右边沿初定位
[0192]图19A、19B反映的扫描平面ACDB的示意图，激光扫描线只在该平面内高速旋转。图中，r为扫描半径，0为影像板对应的扫描角度。由于影像板的弯曲弧度有限，因此r不能太小，也就决定了9不会太大。说明激光扫描一周，大部分时间处于空扫状态。为了确定每行扫描过程中影像板的位置，在扫描平面内也要设置位置传感器，以确定每行扫描有效数据的起始位置和结束位置。
[0193] 如下图所示，设置位置传感器A和B，并约定激光扫描线由A扫到的安装位置经过优化设计，须满足以下条件:
[0194](1)必须位于扫描平面内，能够被激光扫描线照射到；
[0195](2)传感器A距离影像板左侧边沿、传感器B距离影像板右侧边沿均有合理的距离， 距离不能过远，也不能被影像板遮挡。这一条适用于所有尺寸规格的影像板。如图19B，应有 91>0,92>0〇
[0196]上述所说的左侧和右侧，是一种位置的假定，也可以反向表述。无论如何，当激光扫描线持续扫描时，总是在扫描到影像板之前，先扫描到传感器A;在扫描到影像板之后，才会扫描到传感器B。
[0197]A和B仅由激光接收器构成，可以有效感应扫描激光光斑，并且输出指示电平，可以为高电平，也可以为低电平。
[0198]激光扫描线在电机#2的带动下高速旋转，每旋转一周，都会顺序地经过位置传感器A和B，激光强度会被A和B感应。当经过A时，启动图像数据记录，作为图像行数据的起始端。当经过B时，停止图像数据记录，作为图像行数据的末端。传感器A、B的电平信号采集与激光扫描信号(图像行数据)采集应严格同步。
[0199]该实施例的具体流程见图20所示。[〇2〇〇] 实施例2[〇2〇1]上下边沿初定位
[0202]如果上述图18中的传感器P或者Q其一不存在，或者P和Q都不存在，那么可以通过特定的距离关系即结合定时器的定时计算获得影像采集的起始位置和结束位置。如图18所示，设计位置传感器R到P的距离为hi，到激光扫描平面的距离为hl+h2，到Q的距离为hl+h2+ h3，并假设影像板的尺寸为h X w(长X宽)，影像板传送的速度为v，激光扫描线旋转角速度为《，则当传感器P感应到影像板插入之后，[〇2〇3] 在间隔tl时间后，即影像板下边沿理论上应到达了位置传感器P的位置，此时应启动影像数据采集。实际由于运动误差和控制延时的存在，准确的到达时间难以估计。所述的 tl计算公式为:
[0204]tl=hl/v
[0205]在间隔t2时间后，影像板下边沿理论上应到达扫描平面。所述的t2计算公式为:
[0206]t2 = (hl+h2)/v
[0207]在间隔t3时间后，影像板上边沿理论上应到达扫描平面。所述的t3计算公式为:
[0208]t3 = (hl+h2+h)/v
[0209]在间隔t4时间后，影像板上边沿理论上应到达位置传感器Q所在的位置，此时应停止影像数据采集。所述的t4计算公式为:
[0210]t4= (hl+h2+h3+h)/v
[0211]左右边沿初定位
[0212]传感器B可以不是有形的实物，还可以等效地通过距离估计得到，如在激光扫描线照射到传感器A时启动图像行数据记录，当激光扫描线再扫描角度0+01+02,即到达虚拟传感器B的位置后，可停止图像行数据的记录，同样完成一行图像数据的初步定位和采集。由A 至IjB的时间间隔t5可表示为:
[0213]t5 = (0+01+02)/?
[0214]流程图如21所示
[0215]在上述实施例2中其实质是借助了定时器预估影像板或激光是否到达了设定的位置。
[0216]通过图像初定位过程所获得的图像行数据，经过倒序重组，形成的图像矩阵如下图23所示。[〇217]该图像在有效成像区域EFGH周围可能包含有较大的空白区域，形成了图像矩阵 JKLM。实际图像分析过程中，这些空白区域是无用的，还有可能形成干扰。同时，包含空白区域的图像尺寸较大，影像图像处理和传输速度。因此，有必要将空白区域全部去除，这涉及到图像精确定位操作。
[0218]图像精确定位包括图29所示的各个步骤。[〇219]按照图23A所示的顺序(L1，L2，L3，L4，L5，…)，由上到下对图像矩阵JKLM进行行扫描，并逐行对信号强度进行分析，判断当前行是否有信号存在，即:是否存在连续的、幅度值偏离噪声值较大的图像信号存在(图23B)，如L4的S点到T点判为信号，L5的U点到W点判为信号，其余为噪声。
[0220]由于在行号L4判断有信号存在，即可将L4作为有效图像行起点，即上边沿。[〇221]按照图24所示的顺序仏1丄2氺3丄4丄5，?)，由下到上对图像矩阵11^进行行扫描，并逐行对信号强度进行分析，判断当前行是否有图像信号存在。判断条件是图像信号强度远大于背景噪声，可通过设定阈值的方式寻找图像信号边界。将发现图像信号的第一行作为有效图像行的结束点，即下边沿。
[0222]按照图25所示的顺序(L1，L2，L3，L4，L5，…)，由左到右对图像矩阵JKLM进行列扫描，并逐列对信号强度进行分析，判断当前列是否有信号存在。将发现信号的第一列作为图像列的起始点，即左侧边沿。
[0223]按照图26所示的顺序(LI，L2，L3，L4，L5，…)，由右到左对图像矩阵JKLM进行列扫描，并逐列对信号强度进行分析，判断当前列是否有信号存在。将发现信号的第一列作为图像列的结束点，即右侧边沿。
[0224]通过图像精确定位，得到的图像矩阵为J’K’L’M’，是包含有效图像区域EFGH的最小矩阵。如图27所示。
[0225]更进一步地，如果在搜索图像信号前，对扫描行或列信号进行平滑滤波，则更有利于提尚图像边沿提取的精度。[〇226]更进一步地，如果在采样时采用了比Nyquist定律所要求的采样率高得多频率进行图像像素采样，则可以对图像边沿提取得更加准确。
[0227]考虑到影像板插入进片口时不容易做到理想的竖直放置，因此采集到的有效图像区域EFGH与上述精确定位的图像矩阵J’K’L’M’难以重合，需要进行图像旋转。
[0228]通过图像矩阵J’K’L’M’中E、F、G、H点的坐标，计算图像倾斜角度?。采用通用的图像旋转算法，将图像顺时针旋转角度?，从而获得最终的图像矩阵￡卞’6’矿。如图28所示。
[0229]经过上述步骤，能够获得影像板记录的潜影图像。[〇23〇]需要说明的是，上述系统具体可应用在牙科中。
[0231]对应上述系统，本实用新型还提供了一种影像扫描装置和扫描方法，相关内容可参见系统部分描述。
[0232]虽然通过实施例描绘了本申请，本领域普通技术人员知道，本申请有许多变形和变化而不脱离本申请的精神，希望所附的权利要求包括这些变形和变化而不脱离本申请的精神。
【主权项】
1.一种影像擦除装置，其特征在于，所述影像擦除装置包括:N XM个相同的光源，所述N为行的数量，所述M为列的数量，且第i行中任意相邻两个光源的发光中心距离CU相同；所述N之1，月斤2。2.如权利要求1所述的影像擦除装置，其特征在于，所有行中任意相邻两个光源的发光中心距离di相同。3.如权利要求1所述的影像擦除装置，其特征在于，所述同一行中任意相邻两个光源的发光中心距离CU 2 do，所述do为两光源的最小的发光中心距离。4.如权利要求1所述的影像擦除装置，其特征在于，所述N> 2，且所述光源的每列所在的直线与所述光源的每行所在的直线为非垂直的关系。5.如权利要求4所述的影像擦除装置，其特征在于，每一列中任意相邻两个光源的发光中心距离Cllj^ do，其中所述du为同一列中第i行和第j行光源的发光中心距离，且所述j = i+16.如权利要求4所述的影像擦除装置，其特征在于，dFNXdid'o为同一列中两个光源的发光中心距离在行方向的投影距离的最小值。7.如权利要求1所述的影像擦除装置，其特征在于， Lo=(l/N+M-2)di， 所述Lo为光强均匀分布区域的长度； 所述影像板在垂直于其运动方向上的宽度w < Lo。8.一种影像扫描系统，其特征在于，所述影像扫描系统，包括影像板和对所述影像板进行扫描以获得图像的影像扫描装置； 所述影像扫描装置包括:如权利要求1-6中任一项所述的影像擦除装置、中央控制模块以及与所述中央控制模块均电性连接的影像板传动模块、影像扫描模块以及图像处理模块； 所述影像板传动模块包括位置检测单元和影像板传动单元，所述图像处理模块包括图像初定位模块、图像精确定位模块以及图像旋转模块； 所述位置检测单元用于对所述影像板的位置进行检测获得第一位置检测结果并对所述影像扫描模块的激光位置进行检测获得第二位置检测结果； 所述影像板传动单元用于根据所述第一位置检测结果判断到所述影像板进入所述影像扫描模块的进片口后带动所述影像板向所述影像扫描模块的出口移动； 所述中央控制模块用于根据所述第一位置检测结果判断到所述影像板进入所述影像扫描模块的进片口时控制所述影像扫描模块开启图像扫描； 所述影像扫描模块用于利用激光旋转方式对所述影像板进行行扫描，获得每行的数字信号流并通过所述中央控制模块发送所述数字信号流至所述图像处理模块； 所述图像初定位模块用于根据所述第一位置检测结果、所述第二位置检测结果和所述数字信号流进行图像初始定位，生成初始图像矩阵； 所述图像精确定位模块用于判断所述初始图像矩阵的每行、每列是否存在信号并根据判断结果生成精确图像矩阵，所述精确图像矩阵为包含有效图像区域的最小矩阵； 所述图像旋转模块用于根据所述精确图像矩阵的顶点坐标计算图像倾斜角度Φ，若Φ在0，则通过图像旋转算法将图像顺时针或逆时针旋转角度Φ以生成最终图像矩阵。9.如权利要求8所述的影像扫描系统，其特征在于，所述位置检测单元包括位置传感器R和位置传感器A; 所述位置传感器R位于所述影像扫描模块的进片口处，用于检测所述影像板是否到达所述进片口； 所述位置传感器A用于检测所述影像扫描模块发射的激光的位置，所述位置传感器A位于所述影像扫描模块内且位于所述影像板的行区域之外； 所述图像初定位模块，用于在判断到所述影像板到达预开始位置时，在下一行启动数字信号采集和记录，在判断到所述激光到达所述位置传感器A时，启动当前行的数字信号记录，在判断到所述激光到达行结束位置时，结束当前行的数字信号记录，在判断到所述影像板到达预结束位置时，在下一行结束数字信号采集和记录， 所述预开始位置为所述位置传感器R的位置或位于所述位置传感器R和所述激光的扫描平面之间，所述预结束位置位于所述激光扫描平面和所述影像扫描模块的出片口之间，所述行结束位置位于所述影像扫描模块内且与所述位置传感器A分别位于所述影像板的行区域的两侧且均不被所述影像板遮挡，且所述激光在执行一行扫描时先扫描到位置传感器A再扫描到行结束位置。10.如权利要求9所述的影像扫描系统，其特征在于，所述位置检测单元还包括位置传感器P、Q、B; 其中所述位置传感器P位于所述预开始位置处，所述位置传感器Q位于所述预结束位置处，所述位置传感器B位于所述行结束位置处。11.如权利要求10所述的影像扫描系统，其特征在于，所述位置传感器R、P、Q均有至少一组光源和接收器组成，所述位置传感器A、B由激光接收器组成。12.如权利要求9所述的影像扫描系统，其特征在于，所述影像扫描装置还包括至少一个定时器用于定时；所述定时的时间长短根据影像板移动速度和/或者激光扫描速度进行调节； 所述图像初定位模块，用于根据所述定时器的定时结果判断所述影像板是否到达所述预开始位置、预结束位置并判断所述激光是否到达行结束位置。13.如权利要求8所述的影像扫描系统，其特征在于，所述影像板为柔性影像板，所述影像板传动单元包括用于通过挤压使所述柔性影像板弯成圆弧形的张紧轮，所述激光到所述影像板同一行各位置的距离相同。
【文档编号】H04N5/32GK205610785SQ201620193359
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年3月14日
【发明人】蒯多杰, 曹强荣
【申请人】天逸瑞狮（苏州）口腔医疗科技股份有限公司