專利名稱：用于量子顯微ct cone beam成像衰減的補償系統(tǒng)及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于量子顯微CT CONE BEAM成像衰減的補償技術(shù)系統(tǒng)領(lǐng)域，尤其是一種可以提高成像質(zhì)量的用于量子顯微CT CONE BEAM成像衰減的補償系統(tǒng)及其控制方法。該系統(tǒng)基于非線性衰減補償函數(shù)對于量子顯微CT CONE Beam成像光源(如X-光源、UV光源、 可見VIS光源等)在CMOS或CCD成像器的成像平面形成的角錐狀投影非線性衰減進行補償，提高成像質(zhì)量。
背景技術(shù)：
現(xiàn)在通用的量子顯微CT CONE BEAM成像系統(tǒng)，由于存在成像衰減的問題，成像質(zhì)量受到影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種可以提高成像質(zhì)量的用于量子顯微CT C0NEBEAM成像衰減的補償系統(tǒng)及其控制方法。本發(fā)明的技術(shù)方案是用于量子顯微CT CONE BEAM成像衰減的補償系統(tǒng)，其特征是由成像光源(I)、CMOS或CCD成像器(3)和嵌入式成像和光源控制系統(tǒng)(6)組成，其中， 成像光源(I)與嵌入式成像和光源控制系統(tǒng)(6)通過RS232串行線(7)連接，CMOS或CXD 成像器(3)與嵌入式成像和光源控制系統(tǒng)(6)用USB控制連線(8)連接；所述的嵌入式成像和光源控制系統(tǒng)￠)由32比特RISC CPU(15)、成像單元、RJ45 接口(17)和RF無線通訊單元(18)組成；其中，成像單元由成像器(20)和成像單元控制電路(21)連接組成，所述的32比特RISC CPU(15)分別與RJ45接口 (17)和成像單元控制電路(21)連接，RJ45接口(17)與RF無線通訊單元(18)連接。用于量子顯微CT CONE BEAM成像衰減的補償系統(tǒng)的控制方法，其特征是包括下列步驟A :建立非線性衰減特性方程和衰減補償方程成像光源位于X軸上，距離三維坐標原點的距離為D ;CM0S或C⑶成像器的成像平面，該平面為ZY平面，由本三維坐標示意可見光源主射線RCentCT (ray equation)與X軸重合，到達成像平面為最強光，當光源S形成的角錐狀投影(CONE Projection)，其邊緣射線Rtoipheral與成像平面相交，其交點與三維坐標原點連線形成以此線段，X軸，和邊緣射線組成的一個直角三角型，根據(jù)這個三角型，建立非線性衰減特性方程(I)f(z，y;z 0, y0) = I/ (sqrt ((z~z0) '2+ (y-y0) ~2+D'2). . . (I)根據(jù)此衰減方程，建立衰減補償方程(2)g(z, y ；z0, y0) = 1-f (z, y ；z0, yO). . . (2)
所述衰減補償方程的計算方法描述如下第一步選取兩維卷積用高斯kernel, G(z, y ；uz, uy, S),如方程(3),其中uz, uy和S根據(jù)圖像質(zhì)量選取，uz, uy常見選取值UZ = 0, uy = 0,表現(xiàn)了對稱高斯kernel的選取，S = 20，其單位為像素(pixel)為常見的經(jīng)驗值，定義了高斯kernel的形狀大小；第二步用高斯kernel與Cone Beam Pro jection圖像I (z, y)進行兩維卷積運算， 即 G(z, y ；uz, uy, S)*I (z, y)，找出卷積 G(z, y ；uz, uy, S)*I (z, y)極大值獲取的位置(zO, yO)，將此值代入衰減補償方程(2)中，獲得微調(diào)后的衰減補償方程；第三步使用微調(diào)后的衰減補償方程對Cone Beam Projection圖像I(z, y)進行如下運算，以獲得對圖像I (z，y)的非線性失真補償
0015]Inew(z, y) = g(z, y ；z0, yO) I (z, y). . . (3)至此運算結(jié)束；B :運用非線性衰減特性方程和衰減補償方程進行圖象補償計算，包括下列步驟選取兩維卷積用高斯kernel,然后讀取CONE圖像,如沒有讀入此圖像,貝U重新讀入圖像，如已經(jīng)成功讀入此圖像，則用高斯kernel進行二維卷積；用高斯kernel與Cone Beam Pro jection圖像I (z, y)進行兩維卷積運算，求出卷積G(z，y ；uz, uy, S)*I(z，y)極大值獲取的位置(zO，yO)，即最強光位置，根據(jù)計算結(jié)果判斷是否需要采用人工經(jīng)驗值計算，如是，則進行人工經(jīng)驗值手動計算，否則計算非線性失真衰減補償方程，使用微調(diào)后的衰減補償方程對Cone Beam Projection圖像I(z, y)進行非線性失真補償計算。本發(fā)明的效果是本發(fā)明系統(tǒng)基于非線性衰減補償函數(shù)對于量子顯微CONEBeam 成像光源(如X-光源、UV光源、可見VIS光源等)在CMOS或CCD成像器的成像平面形成的角錐狀投影非線性衰減進行補償，提高成像質(zhì)量。下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明做進一步的說明。


圖I是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是圖I的俯視圖；圖3是圖I中成像和光源控制系統(tǒng)的電路原理圖；圖4是量子顯微CT CONE Beam成像非線性失真三維坐標示意圖；圖5是本發(fā)明工作原理框圖。
具體實施例方式本發(fā)明為用于量子顯微CT CONE BEAM成像衰減的補償技術(shù)系統(tǒng)，該系統(tǒng)基于非線性衰減補償函數(shù)對于量子顯微CONE Beam成像光源(如X-光源、UV光源、可見VIS光源等)在CMOS或CCD成像器的成像平面形成的角錐狀投影非線性衰減進行補償，提高成像質(zhì)量。本發(fā)明適于在量子顯微CONE BEAM成像中使用。圖I中，用于量子顯微CT CONE BEAM成像衰減的補償系統(tǒng)，由成像光源I、CMOS或 CXD成像器3和嵌入式成像和光源控制系統(tǒng)6組成，其中，成像光源I與嵌入式成像和光源控制系統(tǒng)6通過RS232串行線7連接，CMOS或CXD成像器3與嵌入式成像和光源控制系統(tǒng) 6用USB控制連線8連接。圖I中，2為被測三維物體，3為CMOS或CXD成像器，該成像器形成數(shù)字圖像1ImCT(Ly)，4為光源主射線RcentOT (ray equation) ;5為在光源S下形成的角錐狀投影(CONE Projection)的邊緣射線Rtoipteral ;6為嵌入式成像和光源控制系統(tǒng)；7為連接X光源到嵌入式控制系統(tǒng)的RS232串行線；8為CMOS或CXD成像器的USB控制連線。圖2中，I為成像光源(X-光源)S ;2為被測三維物體剖面，3為CMOS或CXD成像器的成像平面俯視圖，4為光源主射線Rcento (ray equation) ;5為在光源S下形成的角錐狀投影(CONE Projection)的邊緣射線RP_hOTal ;由本圖可以清晰看出光源主射線直射成像平面，而邊緣射線RPCTipteMl則與成像平面形成小于90度的成像角。由此原因，成像器每個像素(Pixel)被光源S的光子(Photon)轟擊強度隨成像角度的減小而變?nèi)?，從而出現(xiàn)了一個從光子強度成像器中心為最強到成像器邊緣為最弱的非線性衰減特性。圖3中，嵌入式成像和光源控制系統(tǒng)6由32比特RISC CPU15、成像單元、RJ45接口 17和RF無線通訊單元18組成；其中，成像單元由成像器20和成像單元控制電路21連接組成，所述的32比特RISC CPU 15分別與RJ45接口 17和成像單元控制電路21連接，RJ45 接口 17與RF無線通訊單元18連接。16為嵌入式系統(tǒng)的接口 J1，實現(xiàn)USB與成像單元的通信和管理；22為USB連線；23為成像單元的USB接口 J2，用以連接嵌入式系統(tǒng)。用于量子顯微CONE BEAM成像衰減的補償系統(tǒng)的控制方法，其特征是包括下列步驟A :建立非線性衰減特性方程和衰減補償方程圖4中，24為成像光源(X-光源)S，其位于X軸上，距離三維坐標原點的距離為D ； 25為CMOS或CXD成像器的成像平面，該平面為ZY平面。由本三維坐標示意可見光源主射線Reente (ray equation)與X軸重合，到達成像平面為最強光，當光源S形成的角錐狀投影 (CONE Projection)，其邊緣射線RPOTiphCTal與成像平面相交，其交點與三維坐標原點連線形成以此線段，X軸，和邊緣射線組成的一個直角三角型。根據(jù)這個三角型，可建立非線性衰減特性方程(I)。f (z, y ；z0, yO) = I/(sqrt ((z_z0) ~2+(y-y0) ~2+D~2) (I)根據(jù)此衰減方程,我們建立衰減補償方程(2)。g(z, y ；z0, yO) = 1-f (z, y ；z0, yO). . . (2)該衰減補償方程的計算方法描述如下。第一步選取兩維卷積用高斯kernel, G(z, y ；uz, uy, S)，如方程(3),其中uz, uy 和S根據(jù)圖像質(zhì)量選取，uz, uy常見選取值uz = 0, uy = 0,表現(xiàn)了對稱高斯kernel的選取，S = 20，其單位為像素(pixel)為常見的經(jīng)驗值，定義了高斯kernel的形狀大小。第二步用高斯kernel與Cone Beam Pro jection圖像I (z, y)進行兩維卷積運算， 即 G(z, y ；uz, uy, S)*I (z, y)，找出卷積 G(z, y ；uz, uy, S)*I (z, y)極大值獲取的位置(zO, y0)，將此值代入衰減補償方程(2)中，獲得微調(diào)后的衰減補償方程。第三步使用微調(diào)后的衰減補償方程對Cone Beam Projection圖像I (z, y)進行如下運算，以獲得對圖像I (z，y)的非線性失真補償Inew(z, y) = g(z, y ；z0, yO) I (z, y). . . (3)至此運算結(jié)束。
B :運用非線性衰減特性方程和衰減補償方程進行圖象補償計算，包括下列步驟圖5 中
步驟24,選取兩維卷積用高斯kernel ;
步驟25，然后讀取CONE圖像，如沒有讀入此圖像，則進入步驟27，重新讀取CONE 圖像，如已經(jīng)成功讀入此圖像，則進入步驟26 ；步驟26,用高斯kernel與Cone Beam Pro jection圖像I (z, y)進行兩維卷積運算；步驟27，讀取CONE圖像；步驟28求出卷積G(z, y ；uz, uy, S)*I (z, y)極大值獲取的位置(zO, yO),即最強光位置；步驟29，根據(jù)步驟28計算結(jié)果判斷是否需要采用人工經(jīng)驗值計算，如果需要采用人工經(jīng)驗值計算，則進入步驟30，否則進入步驟31 ；步驟30，進行人工經(jīng)驗值手動計算；步驟31,計算非線性失真衰減補償方程；步驟32,使用微調(diào)后的衰減補償方程對CT Cone Beam Pro jection圖像I (z, y)進行非線性失真補償計算。
權(quán)利要求
1.用于量子顯微CTCONE BEAM成像衰減的補償系統(tǒng)，其特征是由成像光源(I)、CMOS 或CCD成像器(3)和嵌入式成像和光源控制系統(tǒng)(6)組成，其中，成像光源(I)與嵌入式成像和光源控制系統(tǒng)(6)通過RS232串行線(7)連接，CMOS或CXD成像器(3)與嵌入式成像和光源控制系統(tǒng)(6)用USB控制連線(8)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于量子顯微CTCONE BEAM成像衰減的補償系統(tǒng)，其特征是所述的嵌入式成像和光源控制系統(tǒng)￠)由32比特RISC CPU (15)、成像單元、RJ45接口(17) 和RF無線通訊單元(18)組成；其中，成像單元由成像器(20)和成像單元控制電路(21)連接組成，所述的32比特RISC CPU(15)分別與RJ45接口 (17)和成像單元控制電路(21)連接，RJ45接口(17)與RF無線通訊單元(18)連接。
3.一種如權(quán)利要求I或2所述的用于量子顯微CT CONE BEAM成像衰減的補償系統(tǒng)的控制方法，其特征是包括下列步驟A :建立非線性衰減特性方程和衰減補償方程成像光源位于X軸上，距離三維坐標原點的距離為D ;CM0S或C⑶成像器的成像平面，該平面為ZY平面，由本三維坐標示意可見光源主射線Rcento (ray equation)與X軸重合，到達成像平面為最強光，當光源S形成的角錐狀投影(CONE Projection)，其邊緣射線Rtoipheral與成像平面相交，其交點與三維坐標原點連線形成以此線段，X軸，和邊緣射線組成的一個直角三角型，根據(jù)這個三角型，建立非線性衰減特性方程(I)f(z, y ；z0, y0) = I/(sqrt((z~z0)~2+(y-y0)~2+D~2). . . (I)根據(jù)此衰減方程，建立衰減補償方程(2) g(z, y ；z0, y0) = 1-f (z, y ；z0, yO). . . (2)所述衰減補償方程的計算方法描述如下第一步選取兩維卷積用高斯kernel, G(z, y ；uz, uy, S),如方程(3),其中uz, uy和S 根據(jù)圖像質(zhì)量選取，uz, uy常見選取值uz = 0, uy = 0,表現(xiàn)了對稱高斯kernel的選取，S =20，其單位為像素(pixel)為常見的經(jīng)驗值，定義了高斯kernel的形狀大??；第二步用高斯kernel與Cone Beam Projection圖像I (z, y)進行兩維卷積運算,即 G(z,y ;1^,1^,5)*1(2,7),找出卷積6(2,7 ；uz,uy, S)*I (z, y)極大值獲取的位置(z0,y0), 將此值代入衰減補償方程(2)中，獲得微調(diào)后的衰減補償方程；第三步使用微調(diào)后的衰減補償方程對Cone Beam Projection圖像I(z, y)進行如下運算，以獲得對圖像I (z，y)的非線性失真補償INEW(z，y) = g(z, y ；z0, yO) I (z, y). . . (3)至此運算結(jié)束；B :運用非線性衰減特性方程和衰減補償方程進行圖象補償計算，包括下列步驟 選取兩維卷積用高斯kernel，然后讀取CONE圖像，如沒有讀入此圖像，則重新讀入圖像，如已經(jīng)成功讀入此圖像，則用高斯kernel進行二維卷積；用高斯kernel與Cone Beam Projection圖像I(z, y)進行兩維卷積運算,求出卷積 G(z,y ；uz,uy,S)*I(z,y)極大值獲取的位置(zO，yO)，即最強光位置，根據(jù)計算結(jié)果判斷是否需要采用人工經(jīng)驗值計算，如是，則進行人工經(jīng)驗值手動計算，否則計算非線性失真衰減補償方程，使用微調(diào)后的衰減補償方程對Cone Beam Projection圖像I(z, y)進行非線性失真補償計算。
全文摘要
一種可以提高成像質(zhì)量的用于量子顯微CT CONE BEAM成像衰減的補償系統(tǒng)，技術(shù)方案是其特征是由成像光源(1)、CMOS或CCD成像器(3)和嵌入式成像和光源控制系統(tǒng)(6)組成，其中，成像光源(1)與嵌入式成像和光源控制系統(tǒng)(6)通過RS232串行線(7)連接，CMOS或CCD成像器(3)與嵌入式成像和光源控制系統(tǒng)(6)用USB控制連線(8)連接。本發(fā)明還公開了所述系統(tǒng)的控制方法。
文檔編號G02B21/36GK102621681SQ201210062359
公開日2012年8月1日 申請日期2012年3月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月9日
發(fā)明者李華 申請人:李華