一種自適應x線濾線柵柵影去除的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種自適應X線濾線柵柵影去除的方法，其包括以下步驟：對配有低密度濾線柵的X線影像設備中的柵影信號進行標定；自動檢測圖像中是否存在柵影信號；自適應定位圖像中的柵影信號；去除圖像中的柵影。本發(fā)明通過設計一套自適應的濾線柵柵影去除流程和配套算法，為使用低密度濾線柵的X線影像設備提供了一套濾線柵柵影去除的解決方案，并將此方案集成到X線圖像采集系統(tǒng)中，作為X線圖像增強的預處理模塊。采用本方案，可以精確地去除低密度濾線柵柵影，并盡可能減少對圖像中有效信息的影響。
【專利說明】
一種自適應X線濾線柵柵影去除的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明具體涉及一種自適應X線濾線柵柵影去除的方法，屬于數(shù)字X線影像設備技 術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 在穿過厚目標體時，X線將發(fā)生康普頓散射效應，此時散射射線將使得所采集得到 的X線圖像細節(jié)模糊、對比度下降。因此，在數(shù)字X線影像設備中通常采用濾線柵來過濾散射 線，從而提高X線影像的細節(jié)對比度，進而提高圖像質(zhì)量。
[0003] 高密度濾線柵由于其柵密度已經(jīng)遠超平板探測器的最高分辨能力，其柵影無法在 采集得到的圖像中觀測到，故使用高密度濾線柵的設備無需使用柵影去除的裝置和方法。 相比高密度濾線柵，低密度濾線柵在散射線的控制方面雖有所不足，且采集得到的影像中 存在可觀測到的柵影，但是低密度濾線柵在制造成本上，以及對劑量的衰減程度上都優(yōu)于 高密度濾線柵，故在目前X線影像設備中，仍有很多依舊采用的是低密度濾線柵。但當用低 密度濾線柵時，由于常用的數(shù)字化平板探測器的采樣頻率接近兩倍的柵影信號頻率，故采 樣中混疊成份很小，柵影信號將在圖像中清晰可見。
[0004] 此外，當存在柵影的圖像在顯示器上縮小顯示時，將會看到因再采樣導致的moire 偽影，它將直接影響對目標體的觀察。低密度濾線柵因所配備的平板探測器空間分辨率不 同，安裝位置的差異，將導致柵影的模式不盡相同。如何自適應地定位柵影信號、如何去除 柵影信號，才能使得原圖像中目標不再受柵影的影響，并且需要盡可能避免目標信號的損 失，以上需求組成了所需解決的問題。
[0005] 目前常見的濾線柵柵影去除方法在模型構(gòu)建上不夠精確，主要只考慮了平板探測 器的空間分辨率與濾線柵線對密度的關(guān)系，而忽略了 X線射源到平板探測器的距離，濾線柵 安裝位置到平板探測器的距離，以及濾線柵安裝位置與平板探測器之間可能存在少量偏轉(zhuǎn) 角度等影響因素。通過簡化模型去除濾線柵柵影將可能發(fā)生柵影去除不凈，存在殘影的情 況;也有可能在去除濾線柵柵影的同時，卻過度地損失了圖像中的有效目標。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明通過設計一套自適應的濾線柵柵影去除流程和配套算法，為使用低密度濾 線柵的X線影像設備提供了一套濾線柵柵影去除的解決方案，并將此方案集成到X線圖像采 集系統(tǒng)中，作為X線圖像增強的預處理模塊。采用本方案，可以精確地去除低密度濾線柵柵 影，并盡可能減少對圖像中有效信息的影響。
[0007] 具體的，本發(fā)明公開了一種自適應X線濾線柵柵影去除的方法，所述方法包括以下 步驟： 步驟一，對帶低密度濾線柵的數(shù)字X線成像設備進行空曝光拍攝，分析并提取拍攝的圖 像頻譜中的柵影特征參數(shù)； 步驟二，根據(jù)柵影特征參數(shù)，判斷感興趣區(qū)域內(nèi)是否存在柵影，并初步定位柵影信號的 位置； 步驟三，獲取全圖的頻譜，在柵影信號初步定位的基礎上，對柵影信號進行精確定位； 步驟四，根據(jù)柵影特征參數(shù)構(gòu)造陷波濾波器，在頻域上移除柵影信號，最后復原到空域 獲得無柵影的圖像。
[0008] 進一步，如上所述的自適應X線濾線柵柵影去除的方法，所述步驟一進一步包括如下步 驟： 步驟（1):安裝好待標定的低密度濾線柵和X線平板探測器，分別在最大SID處和最小 SID處采集空曝光圖像； 步驟(2):對空曝光圖像的二維傅里葉頻譜圖像進行分割，獲得柵影信號的初步定位； 步驟(3):使用優(yōu)選法求出柵影信號的中心到頻譜中心的距離il;建立試探模板，將探 測到頻譜信號的和值作為權(quán)函數(shù)進行優(yōu)選迭代，并設定迭代截止的條件是距離精度滿足預 先設定值:其中％#是當前迭代計算得到的柵影信號中心到頻譜中心距離， 錢_是上一輪迭代計算得到的柵影信號中心到頻譜中心距離； 步驟(4):建立罰函數(shù)^?，采用優(yōu)選法求出柵影信號的有效半徑鳥;優(yōu)選 法搜索的截止條件是半徑精度滿足預先設定值其中是當前迭代計算得 到的柵影信號有效半徑，爲#是上一輪迭代計算得到的柵影信號有效半徑。
[0009] 進一步，如上所述的自適應X線濾線柵柵影去除的方法，所述步驟二進一步包括如下步 驟： 步驟(1):在采集得到的X線圖像建立感興趣檢測區(qū)i，求取感興趣檢測區(qū)頻譜1; 步驟(2):根據(jù)柵影信號的有效半徑馬建立探測模板，
；其中飲為一 預先設定的常數(shù)； 步驟（3):在預設極角集合釋內(nèi)優(yōu)選搜索最大響應值
與極坐標I議處I;其中，凝__爾為頻譜值。
[0010]步驟(4):根據(jù)極角為 < 極軸上最大響應值釋:的統(tǒng)計學意義判別是否存在柵 影信號。
[0011] 進一步，如上所述的自適應X線濾線柵柵影去除的方法，所述步驟二進一步包括如下步 驟： 步驟(5):若無柵影存在，那么將不再對圖像進行處理;若判定存在柵影，那么將初步定 位的柵影信號的極坐標作為步驟三的輸入信號。
[0012] 進一步，如上所述的自適應X線濾線柵柵影去除的方法，所述步驟三進一步包括如下步 驟： 步驟a):將步驟二得到的柵影信號的極坐標作為初值； 步驟(2):固定相角:擇二露，在職內(nèi)進行徑向優(yōu)選法搜索，得到精 確距離值_;其中，搜索的半徑為柵影信號的有效半徑_，徑向搜索截止的條件是距離精 度滿足預先設定值其中#是當前迭代計算得到精確距離值，if"是上一 輪迭代計算得到的精確距離值； 步驟(3):固定距離α，在義甚?內(nèi)進行環(huán)向優(yōu)選法搜索，得到精確 角度值其中，搜索的半徑為柵影信號的有效半徑爲:，環(huán)向搜索截止的條件是角度精度滿 足預先設定值:;其中《Γ是當前迭代計算得到精確角度值，f #是上一輪迭代 計算得到的精確角度值； 步驟(4):確定柵影信號中心的精確極坐標為lilyfl。
[0013] 進一步，如上所述的自適應X線濾線柵柵影去除的方法，所述步驟四進一步包括如下步 驟： 步驟(1):將待處理原始圖像進行二維傅里葉變換，將其轉(zhuǎn)換到頻域下； 步驟（2):根據(jù)步驟一獲得的柵影特征參數(shù)設計濾波器：
其中 0、，調(diào)節(jié)N值使濾波器的值下降至預設值TH，其中&為柵影信號有效半徑； 步驟(3):根據(jù)步驟三獲得的精確柵影中心坐標，并根據(jù)頻域下的中心對稱性， 將分別以|%#|與1?擔為中心坐標應用上述濾波器 步驟(4):將處理后的頻域數(shù)據(jù)通過二維逆傅里葉變換，將其轉(zhuǎn)換回空域下，即得到無 柵影的圖像。
[0014] 另外，本發(fā)明還公開了一種自適應X線濾線柵柵影去除的裝置，所述裝置包括以下模 塊： 柵影標定模塊:通過對帶低密度濾線柵的數(shù)字X線成像設備進行空曝光拍攝，分析并提 取拍攝的圖像頻譜中的柵影特征參數(shù)； 柵影檢測模塊:根據(jù)柵影特征參數(shù)，判斷感興趣區(qū)域內(nèi)是否存在柵影，并初步定位柵影 信號的位置； 自適應柵影定位模塊:獲取全圖的頻譜，在柵影信號初步定位的基礎上，對柵影信號進 行精確定位； 柵影去除模塊:根據(jù)柵影特征參數(shù)構(gòu)造陷波濾波器，在頻域上移除柵影信號，最后復原 到空域獲得無柵影的圖像。
[0015] 本發(fā)明提供了一套自適應去除低密度濾線柵柵影的解決方案，通過一次性的標定獲取 柵影特征參數(shù)，再通過對存在柵影的圖像進行自適應柵影去除操作。自適應的柵影去除可 以精確定位柵影信號，并且在移除柵影信號的同時盡可能地保留有效目標信號。該解決方 案可以制作成X線圖像后處理的預處理模塊，其將作為圖像采集系統(tǒng)的內(nèi)置模塊存在。
[0016]
【附圖說明】
[0017] 圖1為本發(fā)明自適應去除濾線柵柵影流程圖； 圖2為柵影標定模塊流程圖； 圖3為優(yōu)選法求取柵影信號中心示意圖； 圖4為優(yōu)選法求取柵影信號有效半徑示意圖； 圖5為自動檢測模塊流程圖； 圖6(A)為感興趣檢測區(qū)域設計一示意圖； 圖6(B)為感興趣檢測區(qū)域設計二示意圖； 圖7為在不同極角下優(yōu)選搜索示意圖； 圖8為自適應柵影信號定位模塊流程圖； 圖9為徑向優(yōu)選搜索示意圖； 圖10為環(huán)向優(yōu)選搜索示意圖； 圖11為柵影去除模塊流程圖； 圖12為濾波器設計示意圖。
[0018]
【具體實施方式】
[0019] 下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進行詳細的描述。
[0020] 如圖1所示，為了去除低密度濾線柵柵影對數(shù)字X線圖像的影響，本發(fā)明提供了一 套自適應去除低密度濾線柵柵影的解決方案。
[0021] 它由以下幾個模塊構(gòu)成： 1號模塊:柵影標定模塊； 2號模塊:柵影檢測模塊； 3號模塊:柵影定位模塊； 4號模塊:柵影去除模塊。
[0022] 其中，1號模塊用于標定柵影信號的特征參數(shù)。對于一套低密度濾線柵與X線成像 設備的組合只需標定一次，即可獲得柵影信號的特征參數(shù);2號模塊用于檢測該X線成像設 備所拍攝的圖像中是否存在柵影信號。因為在實際應用中濾線柵是視情況可以移除的，所 以此時若沒有檢測到柵影信號，那么將不會繼續(xù)進行柵影去除操作，保障圖像中有效信息 不受損;反之，若存在柵影信號，2號模塊則將對柵影信號在頻譜中的位置進行初步定位;3 號模塊用于精確定位柵影信號。它基于2號模塊提供的初步定位信息，將對柵影信號分別進 行徑向精確搜索和環(huán)向精確搜索，從而獲得柵影信號的準確位置。4號模塊用于移除圖像中 的濾線柵柵影。它首先根據(jù)1號模塊所得的柵影信號特征參數(shù)構(gòu)造陷波濾波器，然后將濾波 器應用于精確搜索得到的柵影信號上，從頻域上去除柵影信號后再復原到空間域上，從而 得到無柵影圖像。
[0023] 本發(fā)明設計了一種柵影信號自動標定模塊，流程圖如圖2所示，其主要包括以下步驟： 步驟（1):安裝好待標定的低密度濾線柵和X線平板探測器，分別在最大SID處和最小 SID處采集空曝光圖像； 步驟(2):對空曝光圖像的二維傅里葉頻譜圖像進行分割，獲得柵影信號的初步定位； 步驟(3):使用優(yōu)選法求出柵影信號的中心到頻譜中心的距離:1?，步驟如圖3所示。建 立試探模板，將探測到頻譜信號的和值作為權(quán)函數(shù)進行優(yōu)選迭代，并設定迭代截止的條件 是距離精度滿足預先設定值：調(diào);其中是當前迭代計算得到的柵影信號中 心到頻譜中心距離，是上一輪迭代計算得到的柵影信號中心到頻譜中心距離； 步驟(4):建立罰函數(shù)裏滅馬_，采用優(yōu)選法求出柵影信號的有效半徑馬，步 驟如圖4所示。優(yōu)選法搜索的截止條件是半徑精度滿足預先設定值其中錢_ 是當前迭代計算得到的柵影信號有效半徑，愚^是上一輪迭代計算得到的柵影信號有效半 徑。
[0024] 使用自動標定模塊可以獲得柵影信號的關(guān)鍵參數(shù)：中心距離:?和有效半徑柵 影信號關(guān)鍵參數(shù)將作為后續(xù)自動檢測模塊、柵影去除模塊的輸入?yún)?shù)。
[0025] 本發(fā)明設計了一種柵影信號自動檢測模塊，流程圖如圖5所示，其主要包括以下步驟： 步驟(1):在采集得到的X線圖像建立感興趣檢測區(qū)V，求取感興趣檢測區(qū)頻譜矣。其中 感興趣檢測區(qū)的設計如圖6所示；
步驟(2):根據(jù)柵影信號的有效半徑（建立探測模板，模板的半徑 ：其中貧為一 預先設定的常數(shù)； 步驟（3):在預設極角集合爲j內(nèi)優(yōu)選搜索最大響應值
(與位置坐標，其設計如圖7所示;其中，-為頻譜 值。
[0026] 步驟(4):根據(jù)極角<為極軸上最大響應值&的統(tǒng)計學意義判別是否存在柵 影信號。
[0027] 柵影信號自動檢測模塊將自動判別X線圖像中是否存在柵影信號。若無柵影存在，那么 將不再對圖像進行處理，避免因后處理損失原圖像中有效信息;若判定存在柵影，那么將初 步定位的柵影信號的極坐標h乍為自適應柵影信號定位模塊的輸入。
[0028] 本發(fā)明設計了一種自適應柵影信號定位模塊，流程圖如圖8所示，其主要包括以下步 驟： 步驟(1):將自動檢測模塊得到的柵影信號的極坐標?獲：、€)作為初值； 步驟(2):固定相角，在遞內(nèi)進行徑向優(yōu)選法搜索，得到精 確距離值，其流程如圖9所示。其中，搜索的半徑為柵影信號的有效半徑&，徑向搜索截 止的條件是距離精度滿足預先設定值其中〗是當前迭代計算得到精確 距離值，Ilf是上一輪迭代計算得到的精確距離值； 步驟（3):固定距離，在&內(nèi)進行環(huán)向優(yōu)選法搜索，得到精 確角度值％，其流程如圖10所示。其中，搜索的半徑為柵影信號的有效半徑瑪:，環(huán)向搜索截 止的條件是角度精度滿足預先設定值被;其中是當前迭代計算得到精確角 度值，是上一輪迭代計算得到的精確角度值； 步驟(4):確定柵影信號中心的精確極坐標為
[0029] 本發(fā)明設計了一種柵影信號去除模塊，流程圖如圖11所示，其主要包括以下步驟： 步驟(1):將待處理原始圖像進行二維傅里葉變換，將其轉(zhuǎn)換到頻域下； 步驟（2):根據(jù)標定模塊獲得的柵影特征參數(shù)設計濾波器：
其中 ，調(diào)節(jié)適合的N值使濾波器轉(zhuǎn)_的值下降至預設值TH，其中為柵影信號有效 半徑。其設計如圖12所示； 步驟(3):根據(jù)自適應定位模塊獲得的精確柵影中心坐標并根據(jù)頻域下的中 心對稱性，將分別以與為中心坐標應用濾波器:賴_#|; 步驟(4):將處理后的頻域數(shù)據(jù)通過二維逆傅里葉變換，將其轉(zhuǎn)換回空域下，即得到無 柵影的圖像。
[0030] 顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本發(fā)明進行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和 范圍。這樣，倘若對本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其同等技術(shù)的范圍之 內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 一種自適應X線濾線柵柵影去除的方法，其特征在于： 所述方法包括W下步驟： 步驟一，對帶低密度濾線柵的數(shù)字X線成像設備進行空曝光拍攝，分析并提取拍攝的圖 像頻譜中的柵影特征參數(shù)； 步驟二，根據(jù)柵影特征參數(shù)，判斷感興趣區(qū)域內(nèi)是否存在柵影，并初步定位柵影信號的 位置； 步驟Ξ，獲取全圖的頻譜，在柵影信號初步定位的基礎上，對柵影信號進行精確定位； 步驟四，根據(jù)柵影特征參數(shù)構(gòu)造陷波濾波器，在頻域上移除柵影信號，最后復原到空域 獲得無柵影的圖像。2. 如權(quán)利要求1所述的自適應X線濾線柵柵影去除的方法，其特征在于： 所述步驟一進一步包括如下步驟： 步驟（1):安裝好待標定的低密度濾線柵和X線平板探測器，分別在最大SID處和最小 SID處采集空曝光圖像； 步驟(2):對空曝光圖像的二維傅里葉頻譜圖像進行分割，獲得柵影信號的初步定位； 步驟(3):使用優(yōu)選法求出柵影信號的中屯、到頻譜中屯、的距離輯;;建立試探模板，將探 測到頻譜信號的和值作為權(quán)函數(shù)進行優(yōu)選迭代，并設定迭代截止的條件是距離精度滿足預 先設定：|扮W…巧。其中％，是當前迭代計算得到的柵影信號中屯、到頻譜中屯、距離， 巧^,，,是上一輪迭代計算得到的柵影信號中屯、到頻譜中屯、距離； 步驟(4):建立罰函數(shù)采用優(yōu)選法求出柵影信號的有效半徑馬；優(yōu)選 法捜索的截止條件是半徑精度滿足預先設定:j聽^.…:iiy妹裝;其中聲W是當前迭代計算得 到的柵影信號有效半徑，馬。。是上一輪迭代計算得到的柵影信號有效半徑。3. 如權(quán)利要求1或2所述的自適應X線濾線柵柵影去除的方法，其特征在于： 所述步驟二進一步包括如下步驟： 步驟(1):在采集得到的X線圖像建立感興趣檢測區(qū)美，求取感興趣檢測區(qū)頻譜豁 步驟(2):根據(jù)柵影信號的有效半徑藏建立探測模板，模板的半徑；其中巧為一預 先設定的常數(shù)； 步驟（3 ):在預設極角集合內(nèi)優(yōu)選捜索最大響應值其中，緣#紙錢為頻譜值； 步驟(4):根據(jù)極角為濃極軸上最大響應值的統(tǒng)計學意義判別是否存在柵影信 號。4. 如權(quán)利要求3所述的自適應X線濾線柵柵影去除的方法，其特征在于： 所述步驟二進一步包括如下步驟： 步驟巧）:若無柵影存在，那么將不再對圖像進行處理;若判定存在柵影，那么將初步定 位的柵影信號的極坐標1??壤I作為步驟Ξ的輸入信號。5. 如權(quán)利要求3或4所述的自適應X線濾線柵柵影去除的方法，其特征在于： 所述步驟Ξ進一步包括如下步驟： 步驟(1):將步驟二得到的柵影信號的極坐標作為初值； 步驟(2):固定相角參《^然，在內(nèi)進行徑向優(yōu)選法捜索，得到精確 距離值游:;其中，捜索的半徑為柵影信號的有效半徑礙，徑向捜索截止的條件是距離精度 滿足預先設定值姿;其中是當前迭代計算得到精確距離值，授f是上一輪 迭代計算得到的精確距離值； 步驟(3):固定距離;擬-=稱|，在 化W內(nèi)進行環(huán)向優(yōu)選法捜索，得到精確 角度值％;其中，捜索的半徑為柵影信號的有效半徑竭，環(huán)向捜索截止的條件是角度精度滿 足預先設定值：其中:是當前迭代計算得到精確角度值，"是上一輪迭代 計算得到的精確角度值； 步驟(4):確定柵影信號中屯、的精確極坐標為(墳,，沒,、)。6. 如權(quán)利要求5所述的自適應X線濾線柵柵影去除的方法，其特征在于： 所述步驟四進一步包括如下步驟： 步驟(1):將待處理原始圖像進行二維傅里葉變換，將其轉(zhuǎn)換到頻域下； 步驟（2):根據(jù)步驟一獲得的柵影特征參數(shù)設計濾波器：其中 終黎*歎6,調(diào)節(jié)N值使濾波器的值下降至預設值TH，其中餐為柵影信號有效半徑； 步驟(3):根據(jù)步驟Ξ獲得的精確柵影中必坐標I%;，雖3;，并根據(jù)頻域下的中必對稱性， 將分別W|喝打竣)與|鱗妹洋為中必坐標應用上述濾波器;欄解教I; 步驟(4):將處理后的頻域數(shù)據(jù)通過二維逆傅里葉變換，將其轉(zhuǎn)換回空域下，即得到無 柵影的圖像。7. -種自適應X線濾線柵柵影去除的裝置，其特征在于： 所述裝置包括W下模塊： 柵影標定模塊:通過對帶低密度濾線柵的數(shù)字X線成像設備進行空曝光拍攝，分析并提 取拍攝的圖像頻譜中的柵影特征參數(shù)； 柵影檢測模塊:根據(jù)柵影特征參數(shù)，判斷感興趣區(qū)域內(nèi)是否存在柵影，并初步定位柵影 信號的位置； 自適應柵影定位模塊:獲取全圖的頻譜，在柵影信號初步定位的基礎上，對柵影信號進 行精確定位； 柵影去除模塊:根據(jù)柵影特征參數(shù)構(gòu)造陷波濾波器，在頻域上移除柵影信號，最后復原 到空域獲得無柵影的圖像。
【文檔編號】A61B6/00GK105832359SQ201610162863
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年3月22日
【發(fā)明人】葉盛, 黃華平
【申請人】廣州七喜醫(yī)療設備有限公司