專(zhuān)利名稱(chēng)：醫(yī)用ccd攝像機(jī)及相應(yīng)的x光機(jī)曝光控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于醫(yī)學(xué)X光成像領(lǐng)域，涉及在X光成像中一種自動(dòng)曝光控制方法和裝置，特別涉及不需要傳統(tǒng)光學(xué)信號(hào)反饋，基于曝光量預(yù)測(cè)計(jì)算的X光機(jī)自動(dòng)曝光控制技術(shù)及相應(yīng)的攝像機(jī)。
背景技術(shù)：
在X射線(xiàn)成像中，一般的說(shuō)，射線(xiàn)劑量越大，圖像的質(zhì)量越好。但是，在另一個(gè)方面，劑量越大對(duì)患者的傷害也就越大。所以，自動(dòng)曝光控制技術(shù)在X射線(xiàn)成像中占有極其重要的作用。
患者所受的X射線(xiàn)劑量主要由X光機(jī)的球管電壓(kVp)，球管電流與設(shè)置時(shí)間的乘積(mAs)，球管與患者之間的距離，以及可能在球管與對(duì)象之間通路的任何衰減來(lái)決定。其中，在自動(dòng)曝光控制中，主要調(diào)節(jié)mAs。
X光成像主要分三種模式，透視成像，點(diǎn)片成像，造影成像。本發(fā)明中主要關(guān)注點(diǎn)片成像與造影成像；在點(diǎn)片成像或者造影成像時(shí)，有兩種傳統(tǒng)的控制方法，一種是在曝光開(kāi)始后，通過(guò)電離室(Ionization chamber)，探測(cè)X射線(xiàn)的強(qiáng)度，此強(qiáng)度被轉(zhuǎn)化為一電流值，通過(guò)積分器積分后，與預(yù)先設(shè)定的一個(gè)電壓值比較，如果大于此電壓值，則發(fā)曝光結(jié)束給X線(xiàn)控制器，終止X光機(jī)曝光，這種方法一般為膠片成像所用。第二種方法是在影像增強(qiáng)器后端，用光電倍增管(photodetector)來(lái)探測(cè)光強(qiáng)，其后的方法和上述方法相同。這方法一般為攝像機(jī)成像所采用。曝光控制方法有幾個(gè)的缺點(diǎn)首先，電離室和光電倍增管的加入增加了整個(gè)X光機(jī)的復(fù)雜度。其次，電離室和光電倍增管的成本都比較高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)不足，提供一種醫(yī)用CCD攝像機(jī)及相應(yīng)的X光機(jī)曝光控制方法，直接控制X線(xiàn)控制器，完成了曝光控制功能，簡(jiǎn)化了X光機(jī)的連接，能夠有效的降低X光機(jī)復(fù)雜度和成本。
本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的一種控制X光機(jī)曝光的攝像機(jī)，包括CCD芯片、讀出電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、時(shí)序控制模塊、計(jì)算模塊；攝像機(jī)鏡頭將X光機(jī)的影像成像器輸出光學(xué)聚焦在CCD芯片，CCD芯片的模擬信號(hào)輸出連接到模數(shù)轉(zhuǎn)換電路上，讀出電路由電平轉(zhuǎn)換芯片構(gòu)成，輸出連在CCD芯片上；模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，由可變?cè)鲆娣糯笃骱湍?shù)轉(zhuǎn)換器組成，此模塊一路輸出接在計(jì)算模塊上，一路輸出作為攝像機(jī)的輸出；計(jì)算模塊由軟件編程在數(shù)字信號(hào)處理芯片上實(shí)現(xiàn)，此模塊輸出接到時(shí)序控制模塊；時(shí)序控制模塊接收X光機(jī)控制面板的輸入，時(shí)序控制模塊的輸出接到X線(xiàn)控制器，讀出電路和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路；X線(xiàn)控制器連接到X線(xiàn)發(fā)生器；X線(xiàn)發(fā)生器發(fā)出X線(xiàn)，影像成像器將X光線(xiàn)轉(zhuǎn)為可見(jiàn)光線(xiàn)。
所述的時(shí)序控制模塊包括控制器、計(jì)數(shù)器、時(shí)鐘發(fā)生器、快速轉(zhuǎn)移時(shí)序發(fā)生模塊、正常轉(zhuǎn)移時(shí)序發(fā)生模塊、讀出信號(hào)發(fā)生模塊、襯底信號(hào)發(fā)生模塊、多路選擇器；X光機(jī)控制面板輸入到控制器，控制器分別輸出到計(jì)數(shù)器、多路選擇器、X線(xiàn)控制器、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路；時(shí)鐘發(fā)生器輸出到模數(shù)轉(zhuǎn)換電路和計(jì)數(shù)器；計(jì)算模塊輸入到計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)器分別輸出到控制器、快速轉(zhuǎn)移時(shí)序發(fā)生模塊、正常轉(zhuǎn)移時(shí)序發(fā)生模塊、讀出信號(hào)發(fā)生模塊、襯底信號(hào)發(fā)生模塊；快速轉(zhuǎn)移時(shí)序發(fā)生模塊和正常轉(zhuǎn)移時(shí)序發(fā)生模塊都輸出到多路選擇器；多路選擇器、讀出信號(hào)發(fā)生模塊和襯底信號(hào)發(fā)生模塊都輸出到讀出電路?？焖俎D(zhuǎn)移時(shí)序發(fā)生模塊根據(jù)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值，產(chǎn)生CCD的水平轉(zhuǎn)移與垂直轉(zhuǎn)移時(shí)序，并且產(chǎn)生CCD芯片在垂直方向并列vertical combining的轉(zhuǎn)移時(shí)序，此模塊的垂直轉(zhuǎn)移時(shí)序中的垂直轉(zhuǎn)移時(shí)鐘的有效電平持續(xù)時(shí)間比正常的垂直轉(zhuǎn)移數(shù)據(jù)到下一行中的時(shí)間要短100到1000倍之間，稱(chēng)此模塊發(fā)出的時(shí)序稱(chēng)為快速轉(zhuǎn)移時(shí)序；正常轉(zhuǎn)移時(shí)序發(fā)生模塊根據(jù)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值，產(chǎn)生CCD芯片的水平轉(zhuǎn)移與垂直轉(zhuǎn)移時(shí)序，此模塊的垂直轉(zhuǎn)移方向不進(jìn)行并列，此垂直轉(zhuǎn)移時(shí)序中的轉(zhuǎn)移時(shí)鐘的轉(zhuǎn)移有效電平持續(xù)時(shí)間為1-10微秒；稱(chēng)此模塊發(fā)出的時(shí)序?yàn)檎＾D(zhuǎn)移時(shí)序；讀出信號(hào)發(fā)生模塊根據(jù)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值，產(chǎn)生讀出信號(hào)連接到讀出電路，讀出信號(hào)可以在計(jì)數(shù)器的控制下改變讀出信號(hào)有效電平的持續(xù)時(shí)間；襯底信號(hào)發(fā)生模塊，根據(jù)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值，產(chǎn)生襯底信號(hào)；多路選擇器連接快速轉(zhuǎn)移時(shí)序發(fā)生模塊，正常轉(zhuǎn)移時(shí)序發(fā)生模塊，根據(jù)控制器的選擇，將其中的一路信號(hào)作為輸出信號(hào)發(fā)出；利用上述攝像機(jī)控制X光機(jī)曝光的方法分四種方法一包括X光機(jī)的兩次曝光中，CCD在相應(yīng)的時(shí)間內(nèi)曝光兩次，其中X光機(jī)的第一次曝光時(shí)間小于1毫秒，稱(chēng)為預(yù)曝光，第二次曝光稱(chēng)為正式曝光，此方法的CCD芯片可以使用行間轉(zhuǎn)移CCD和幀轉(zhuǎn)移CCD，稱(chēng)此方法為預(yù)曝光方法，步驟如下1)操作控制面板設(shè)定X線(xiàn)控制器，根據(jù)和照射部位給出球管電流mA，球管電壓kVp產(chǎn)生X射線(xiàn)；同時(shí)，攝像機(jī)時(shí)序控制模塊發(fā)襯底信號(hào)開(kāi)始CCD的曝光，此次X光機(jī)的曝光和CCD的曝光稱(chēng)為預(yù)曝光；2)經(jīng)過(guò)小于1毫秒的時(shí)間后，時(shí)序控制模塊發(fā)曝光停止信號(hào)到X線(xiàn)控制器，控制X光機(jī)停止產(chǎn)生X射線(xiàn)，同時(shí)，時(shí)序控制模塊[4]發(fā)讀出信號(hào)，結(jié)束CCD曝光；預(yù)曝光結(jié)束；3)時(shí)序控制模塊發(fā)出快速轉(zhuǎn)移時(shí)序到讀出電路，讀出電路產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)CCD芯片的垂直轉(zhuǎn)移時(shí)鐘和水平轉(zhuǎn)移時(shí)鐘，CCD中電荷在轉(zhuǎn)移時(shí)鐘的驅(qū)動(dòng)下，輸出到模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，模數(shù)轉(zhuǎn)換電路將CCD的模擬電平輸出轉(zhuǎn)為數(shù)字圖像信號(hào)，產(chǎn)生預(yù)曝光圖像；4)攝像機(jī)計(jì)算模塊通過(guò)預(yù)曝光圖像，計(jì)算出X光機(jī)正式曝光所需的曝光時(shí)間反饋給時(shí)序控制模塊；5)時(shí)序控制模塊發(fā)曝光開(kāi)始信號(hào)到X線(xiàn)控制器，X光機(jī)開(kāi)始正式曝光，同時(shí)，時(shí)序控制模塊發(fā)襯底信號(hào)，CCD芯片開(kāi)始正式曝光；6)時(shí)序控制模塊當(dāng)設(shè)定的曝光時(shí)間到達(dá)時(shí)，發(fā)曝光結(jié)束信號(hào)到X線(xiàn)控制器，結(jié)束X光機(jī)曝光；同時(shí)，時(shí)序控制模塊發(fā)讀出信號(hào)，結(jié)束CCD此次曝光；7)時(shí)序控制模塊發(fā)出正常轉(zhuǎn)移時(shí)序到讀出電路，讀出電路產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)CCD芯片的垂直轉(zhuǎn)移時(shí)鐘和水平轉(zhuǎn)移時(shí)鐘，CCD中電荷在轉(zhuǎn)移時(shí)鐘的驅(qū)動(dòng)下，輸出到模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，模數(shù)轉(zhuǎn)換電路將CCD的模擬電平輸出轉(zhuǎn)為數(shù)字圖像信號(hào)，產(chǎn)生輸出圖像。
所述的X光機(jī)曝光控制方法的計(jì)算模塊通過(guò)預(yù)曝光圖像計(jì)算出X光機(jī)正式曝光所需的曝光時(shí)間包括以下步驟1)從預(yù)曝光圖像，取得圖像的特征灰度；特征灰度的計(jì)算有如下方法i.計(jì)算整幅圖像的平均灰度值；ii.在圖像上設(shè)定1到10個(gè)感興趣區(qū)域，計(jì)算感興趣區(qū)域的平均圖像灰度值；iii.設(shè)定感興趣區(qū)域和其周?chē)鷪D像灰度的加權(quán)系數(shù)，計(jì)算感興趣區(qū)域和其周?chē)鷪D像的加權(quán)平均；2)通過(guò)公式(1)，計(jì)算出X光機(jī)的正式曝光時(shí)間Ttotal=EmEpre*Tpre---(1)]]>其中，Em代表CCD達(dá)到最大動(dòng)態(tài)范圍時(shí)輸出圖像的平均灰度，Epre代表預(yù)曝光圖像的特征灰度，Tpre代表X光機(jī)預(yù)曝光的時(shí)間；Ttotal表示X光機(jī)正式曝光的時(shí)間。
方法二包括X光機(jī)的一次曝光和CCD的兩次曝光，此方法的CCD芯片可以使用行間轉(zhuǎn)移CCD和幀轉(zhuǎn)移CCD，稱(chēng)此方法為短曝光方法，包括以下步驟1)操作X光機(jī)控制面板設(shè)定X線(xiàn)控制器，根據(jù)照射部位給出mA，kVp產(chǎn)生X射線(xiàn)；同時(shí)，時(shí)序控制模塊發(fā)襯底信號(hào)開(kāi)始CCD的本次曝光；此次CCD的曝光稱(chēng)為短曝光；2)經(jīng)過(guò)小于1毫秒的時(shí)間后，時(shí)序控制模塊發(fā)讀出信號(hào)，結(jié)束CCD芯片此次積分時(shí)間，結(jié)束CCD曝光；短曝光結(jié)束；3)時(shí)序控制模塊針對(duì)CCD芯片的種類(lèi)，輸出不同的信號(hào)；對(duì)于行間轉(zhuǎn)移CCD，時(shí)序控制模塊產(chǎn)生讀出信號(hào)到讀出電路，讀出電路產(chǎn)生讀出電平，驅(qū)動(dòng)行間轉(zhuǎn)移CCD的電荷從像素轉(zhuǎn)移到垂直轉(zhuǎn)移寄存器；對(duì)于幀轉(zhuǎn)移CCD，時(shí)序控制模塊產(chǎn)生快速轉(zhuǎn)移時(shí)序到讀出電路，讀出電路產(chǎn)生垂直轉(zhuǎn)移時(shí)鐘，驅(qū)動(dòng)CCD電荷從成像區(qū)轉(zhuǎn)移到存儲(chǔ)去；4)時(shí)序控制模塊發(fā)襯底信號(hào)開(kāi)始CCD正式曝光的積分；5)時(shí)序控制模塊發(fā)出快速轉(zhuǎn)移時(shí)序到讀出電路，讀出電路產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)CCD芯片的垂直轉(zhuǎn)移時(shí)鐘和水平轉(zhuǎn)移時(shí)鐘，CCD中電荷在轉(zhuǎn)移時(shí)鐘的驅(qū)動(dòng)下，輸出到模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，模數(shù)轉(zhuǎn)換電路將CCD的模擬電平輸出轉(zhuǎn)為數(shù)字圖像信號(hào)，產(chǎn)生短曝光圖像；6)計(jì)算模塊通過(guò)短曝光圖像，計(jì)算出此次X光機(jī)曝光所需的曝光時(shí)間反饋給時(shí)序控制模塊；7)時(shí)序控制模塊當(dāng)曝光時(shí)間到達(dá)時(shí)，發(fā)曝光結(jié)束信號(hào)到X線(xiàn)控制器，結(jié)束X光機(jī)曝光，同時(shí)，時(shí)序控制模塊發(fā)讀出信號(hào)，結(jié)束CCD曝光；8)時(shí)序控制模塊發(fā)出正常轉(zhuǎn)移時(shí)序到讀出電路，讀出電路產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)CCD芯片的垂直轉(zhuǎn)移時(shí)鐘和水平轉(zhuǎn)移時(shí)鐘，CCD中電荷在轉(zhuǎn)移時(shí)鐘的驅(qū)動(dòng)下，輸出到模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，模數(shù)轉(zhuǎn)換電路將CCD的模擬電平輸出轉(zhuǎn)為數(shù)字圖像信號(hào)，產(chǎn)生輸出圖像。
在此X光機(jī)曝光控制方法中，計(jì)算模塊通過(guò)短曝光圖像計(jì)算X光機(jī)曝光時(shí)間的計(jì)算方法，包括以下幾個(gè)步驟1)從短曝光圖像，取得圖像的特征灰度；特征灰度的計(jì)算方法如下i.計(jì)算整幅圖像的平均灰度值；ii.在圖像上設(shè)定1到10個(gè)感興趣區(qū)域，計(jì)算感興趣區(qū)域的平均圖像灰度值；iii.設(shè)定感興趣區(qū)域和其周?chē)鷪D像灰度的加權(quán)系數(shù)，計(jì)算感興趣區(qū)域和其周?chē)鷪D像的加權(quán)平均；2)通過(guò)公式(2)，計(jì)算出X光機(jī)此次曝光總的曝光時(shí)間Ttotal=EmEshort*Tshort---(2)]]>
其中，Em代表CCD達(dá)到最大動(dòng)態(tài)范圍時(shí)輸出圖像的平均灰度，Eshort代表短曝光圖像的特征灰度，Tshort代表取得短曝光圖像時(shí)，X光機(jī)已經(jīng)曝光的時(shí)間；Ttotal表示X光機(jī)總的曝光需要進(jìn)行的時(shí)間；方法三包括CCD的兩次讀出過(guò)程，其中第一次讀出中的讀出信號(hào)的有效持續(xù)時(shí)間在0.1微秒以下，稱(chēng)此次讀出為弱讀出，后一次讀出信號(hào)的有效電平持續(xù)時(shí)間在5到100微秒之間，稱(chēng)這次讀出為正常讀出；此方法的CCD芯片只能使用行間轉(zhuǎn)移CCD；稱(chēng)這種方法為一次弱讀出方法，步驟如下1)操作X光機(jī)控制面板設(shè)定X線(xiàn)控制器，根據(jù)照射部位給出mA，kVp，產(chǎn)生X射線(xiàn)；同時(shí)，時(shí)序控制模塊發(fā)襯底信號(hào)開(kāi)始CCD的本次曝光；2)經(jīng)過(guò)1-5毫秒的時(shí)間后，時(shí)序控制模塊發(fā)一個(gè)有效電平持續(xù)0.1微秒以下的讀出信號(hào)，驅(qū)動(dòng)CCD像素中電荷1％以下的一部分轉(zhuǎn)移到垂直轉(zhuǎn)移寄存器中；此次讀出稱(chēng)為弱讀出；3)時(shí)序控制模塊發(fā)出快速轉(zhuǎn)移時(shí)序到讀出電路，讀出電路產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)CCD芯片的垂直轉(zhuǎn)移時(shí)鐘和水平轉(zhuǎn)移時(shí)鐘，CCD中電荷在轉(zhuǎn)移時(shí)鐘的驅(qū)動(dòng)下，輸出到模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，模數(shù)轉(zhuǎn)換電路將CCD的模擬電平轉(zhuǎn)為數(shù)字圖像信號(hào)，產(chǎn)生弱讀出圖像；4)計(jì)算模塊通過(guò)弱讀出圖像，計(jì)算出此次X光機(jī)曝光所需的曝光時(shí)間反饋給時(shí)序控制模塊；5)時(shí)序控制模塊的曝光時(shí)間到達(dá)時(shí)，發(fā)曝光結(jié)束信號(hào)到X線(xiàn)控制器，結(jié)束X光機(jī)曝光，同時(shí)，時(shí)序控制模塊發(fā)正常的讀出信號(hào)，結(jié)束CCD曝光；6)時(shí)序控制模塊發(fā)出正常轉(zhuǎn)移時(shí)序到讀出電路，讀出電路產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)CCD芯片的垂直轉(zhuǎn)移時(shí)鐘和水平轉(zhuǎn)移時(shí)鐘，CCD中電荷在轉(zhuǎn)移時(shí)鐘的驅(qū)動(dòng)下，輸出到模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，模數(shù)轉(zhuǎn)換電路將CCD的模擬電平轉(zhuǎn)為數(shù)字圖像信號(hào)，產(chǎn)生輸出圖像。
攝像機(jī)計(jì)算模塊通過(guò)弱讀出圖像，計(jì)算出X光機(jī)曝光時(shí)間的計(jì)算方法，包括以下步驟1)從弱讀出圖像，取得圖像的特征灰度；特征灰度的計(jì)算有如下方法
i.計(jì)算整幅圖像的平均灰度值；ii.在圖像上設(shè)定1到10個(gè)感興趣區(qū)域，計(jì)算感興趣區(qū)域的平均圖像灰度值；iii.設(shè)定感興趣區(qū)域和其周?chē)鷪D像灰度的加權(quán)系數(shù)，計(jì)算感興趣區(qū)域和其周?chē)鷪D像的加權(quán)平均；2)通過(guò)公式(3)，(4)計(jì)算出本次X光機(jī)曝光所需時(shí)間Epre=τt*Er---(3)]]>Ttotal=EmEpre*Tpre---(4)]]>其中，Epre代表取得弱讀出圖像時(shí)刻，CCD像素的特征灰度；τ代表正常讀出中讀出信號(hào)有效電平持續(xù)時(shí)間；t代表弱讀出中讀出信號(hào)有效電平持續(xù)時(shí)間；Er代表弱讀出圖像的特征灰度；Em代表CCD達(dá)到最大動(dòng)態(tài)范圍時(shí)輸出圖像的平均灰度，Tpre代表取得弱讀出圖像時(shí)，X光機(jī)已經(jīng)曝光的時(shí)間；Ttotal表示X光機(jī)總的曝光時(shí)間；方法四包括X光機(jī)的一次曝光，CCD的三次讀出，其中前兩次讀出為弱讀出，后一次為正常讀出；此方法的CCD芯片只能使用行間轉(zhuǎn)移CCD，稱(chēng)這種方法為二次弱讀出方法，步驟如下1)操作X光機(jī)控制面板設(shè)定X線(xiàn)控制器，根據(jù)照射部位給出mA，kVp，產(chǎn)生X射線(xiàn)。同時(shí)，攝像機(jī)時(shí)序控制模塊發(fā)襯底信號(hào)開(kāi)始CCD的本次曝光；2)經(jīng)過(guò)1-5毫秒的時(shí)間，時(shí)序控制模塊發(fā)一個(gè)有效電平持續(xù)時(shí)間0.1微秒以下的讀出信號(hào)，將此時(shí)CCD像素中積累的電荷1％以下的一部分轉(zhuǎn)移到垂直轉(zhuǎn)移寄存器中，稱(chēng)此次讀出為第一次弱讀出；3)時(shí)序控制模塊發(fā)出快速轉(zhuǎn)移時(shí)序到讀出電路，讀出電路產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)CCD芯片的垂直轉(zhuǎn)移時(shí)鐘和水平轉(zhuǎn)移時(shí)鐘，CCD中電荷在轉(zhuǎn)移時(shí)鐘的驅(qū)動(dòng)下，輸出到模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，模數(shù)轉(zhuǎn)換電路將CCD的模擬電平轉(zhuǎn)為數(shù)字圖像信號(hào)，產(chǎn)生第一次弱讀出圖像；4)再經(jīng)過(guò)1-5毫秒時(shí)間，時(shí)序控制模塊發(fā)一個(gè)持續(xù)時(shí)間為0.1微秒以下的讀出信號(hào)，將此時(shí)CCD像素中積累的電荷1％以下的一部分轉(zhuǎn)移到垂直轉(zhuǎn)移寄存器中，此次讀出稱(chēng)為第二次弱讀出；5)時(shí)序控制模塊發(fā)出快速轉(zhuǎn)移時(shí)序到讀出電路，讀出電路產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)CCD芯片的垂直轉(zhuǎn)移時(shí)鐘和水平轉(zhuǎn)移時(shí)鐘，CCD中電荷在轉(zhuǎn)移時(shí)鐘的驅(qū)動(dòng)下，輸出到模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，模數(shù)轉(zhuǎn)換電路將CCD的模擬電平輸出轉(zhuǎn)為數(shù)字圖像信號(hào)，產(chǎn)生第二次弱讀出圖像；6)計(jì)算模塊通過(guò)兩次弱讀出圖像，計(jì)算出X光機(jī)總的曝光時(shí)間反饋給時(shí)序控制模塊；7)時(shí)序控制模塊當(dāng)設(shè)定的曝光時(shí)間到達(dá)時(shí)，發(fā)曝光結(jié)束信號(hào)到X線(xiàn)控制器，結(jié)束X光機(jī)曝光，同時(shí)，時(shí)序控制模塊發(fā)正常的讀出信號(hào)，結(jié)束CCD曝光；8)時(shí)序控制模塊發(fā)出正常轉(zhuǎn)移時(shí)序到讀出電路，讀出電路產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)CCD芯片的垂直轉(zhuǎn)移時(shí)鐘和水平轉(zhuǎn)移時(shí)鐘，CCD中電荷在轉(zhuǎn)移時(shí)鐘的驅(qū)動(dòng)下，輸出到模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，模數(shù)轉(zhuǎn)換電路[3]將CCD的模擬電平轉(zhuǎn)為數(shù)字圖像信號(hào)，產(chǎn)生輸出圖像。
所述的計(jì)算模塊通過(guò)兩幅弱讀出圖像，計(jì)算X光機(jī)曝光時(shí)間的方法，步驟如下1)從弱讀出圖像，取得圖像的特征灰度；特征灰度的計(jì)算有如下方法i.計(jì)算整幅圖像的平均灰度值；ii.在圖像上設(shè)定1到10個(gè)感興趣區(qū)域，計(jì)算感興趣區(qū)域的平均圖像灰度值；iii.設(shè)定感興趣區(qū)域和其周?chē)鷪D像灰度的加權(quán)系數(shù)，計(jì)算感興趣區(qū)域和其周?chē)鷪D像的加權(quán)平均；2)通過(guò)公式(5)，(6)，(7)計(jì)算出本次X光機(jī)曝光所需時(shí)間E0=τt0*Er0---(5)]]>
E1=τt1*Er1---(6)]]>Ttotal=(Em-E1)*(T1-T0)E1-E0+T1---(7)]]>其中，E0，E1分別代表第一次，第二次弱讀出時(shí)刻，CCD像素的特征灰度；t0，t1分別代表第一次，第二次弱讀出中讀出信號(hào)有效電平持續(xù)時(shí)間；τ代表正常讀出中讀出信號(hào)有效電平持續(xù)時(shí)間；Er0，Er1分別代表第一次，第二次弱讀出圖像的特征灰度；T0，T1分別代表第一次，第二次弱讀出時(shí)刻X光機(jī)的曝光時(shí)間；Em代表CCD達(dá)到最大動(dòng)態(tài)范圍時(shí)輸出圖像的平均灰度；Ttotal表示X光機(jī)總的曝光時(shí)間。
本發(fā)明利用短曝光、預(yù)曝光、一次弱讀出，二次弱讀出方法，可以計(jì)算本次X光機(jī)曝光的曝光結(jié)束時(shí)間。本發(fā)明X光機(jī)曝光控制方法中和X線(xiàn)控制器的接口和傳統(tǒng)X光機(jī)曝光控制控制接口基本一致。CCD快速讀出方法可以使得預(yù)曝光，短曝光，弱讀出等過(guò)程可以在1到幾個(gè)毫秒時(shí)間內(nèi)完成。現(xiàn)有的各種嵌入式計(jì)算芯片，包括DSP，ARM，F(xiàn)PGA，使計(jì)算模塊，時(shí)序控制模塊等電路有廣泛的選擇余地，并且有強(qiáng)大的計(jì)算能力，能夠在亞毫秒級(jí)的時(shí)間內(nèi)根據(jù)計(jì)算出X光機(jī)的曝光時(shí)間。
本發(fā)明利用CCD攝像機(jī)控制X光機(jī)曝光的控制方法，對(duì)于降低X光機(jī)的復(fù)雜度，提高X光機(jī)成像質(zhì)量，降低患者所受的輻射量有著重大的作用。


圖1本發(fā)明的系統(tǒng)功能框圖。
圖2時(shí)序控制模塊框圖。
圖3預(yù)曝光方法時(shí)序圖。
圖4短曝光方法時(shí)序圖。
圖5一次弱讀出方法時(shí)序圖。
圖6二次弱讀出方法時(shí)序圖。
圖7行間轉(zhuǎn)移CCD的結(jié)構(gòu)圖。
圖8幀轉(zhuǎn)移CCD的結(jié)構(gòu)圖。
圖9行間轉(zhuǎn)移CCD快速轉(zhuǎn)移時(shí)序圖。
圖10幀轉(zhuǎn)移CCD快速轉(zhuǎn)移時(shí)序圖。
附圖為本發(fā)明的具體實(shí)施例；下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的內(nèi)容作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
具體實(shí)施例方式
如圖1所示，虛線(xiàn)框內(nèi)部為CCD攝像機(jī)，該攝像機(jī)由以下模塊構(gòu)成1)CCD芯片1CCD芯片1用于將影像成像器的光學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)槟M電信號(hào)；攝像機(jī)鏡頭將X光機(jī)影像成像器輸出光學(xué)聚焦在CCD芯片1，CCD芯片1的模擬信號(hào)輸出到模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊3上，CCD芯片1的轉(zhuǎn)移電平輸入來(lái)自讀出電路2；在本發(fā)明的攝像機(jī)中，采用的CCD芯片是柯達(dá)公司的行間轉(zhuǎn)移CCD，型號(hào)名稱(chēng)KAI-1020M，分辨率為1004×1004；行間轉(zhuǎn)移CCD適用于本發(fā)明的所有控制方法，幀轉(zhuǎn)移CCD適用于本發(fā)明的預(yù)曝光方法和短曝光方法。
2)讀出電路2讀出電路2由電平轉(zhuǎn)換芯片構(gòu)成，電平轉(zhuǎn)換芯片連接在時(shí)序控制模4上，將時(shí)序控制模塊4的發(fā)出的時(shí)序電平，這些電平包括垂直轉(zhuǎn)移時(shí)鐘，水平轉(zhuǎn)移時(shí)鐘，讀出信號(hào)電平，襯底信號(hào)電平，轉(zhuǎn)換到符合CCD芯片1驅(qū)動(dòng)的電平信號(hào)，輸出到CCD芯片1；本發(fā)明的攝像機(jī)中，讀出電路由德州儀器(TI)公司的電平轉(zhuǎn)換芯片SN74ALVC164245構(gòu)成，此芯片將時(shí)序控制模塊發(fā)出的3.3V電平，轉(zhuǎn)為5V電平；3)模數(shù)轉(zhuǎn)換電路3模數(shù)轉(zhuǎn)換電路3由可變?cè)鲆娣糯笃骱湍?shù)轉(zhuǎn)換器組成，可變?cè)鲆娣糯笃鬟B接在CCD芯片1的輸出端，CCD芯片1輸出通過(guò)可變?cè)鲆娣糯笃骱筝斎氲侥?shù)轉(zhuǎn)換器中；模數(shù)轉(zhuǎn)換器一路輸出連接到計(jì)算模塊5，此路輸出的是預(yù)曝光，短曝光，一次弱讀出，二次弱讀出圖像；另一路輸出是最后曝光的圖像輸出，此路輸出作為攝像機(jī)輸出；本發(fā)明的攝像機(jī)中，模數(shù)轉(zhuǎn)換器采用的是TI公司的ADS807芯片，可將模擬輸入轉(zhuǎn)為12位精度的數(shù)字信號(hào)；可變?cè)鲆娣糯笃饔玫氖悄M儀器公司(ANALOG DEVICE)的AD8330芯片；4)時(shí)序控制模塊4時(shí)序模塊由軟件編程數(shù)字信號(hào)處理芯片上實(shí)現(xiàn)。時(shí)序控制模塊4和X光機(jī)的X光機(jī)控制面板20連接，操作員可以通過(guò)X光機(jī)控制面板20設(shè)置時(shí)序控制模塊4的參數(shù)，在預(yù)曝光方法，短曝光方法，一次弱讀出方法，二次弱讀出方法中選擇一種曝光控制方式，并且能夠控制整個(gè)攝像機(jī)的開(kāi)啟/關(guān)閉；時(shí)序控制模塊4和X線(xiàn)控制器21連接，發(fā)送曝光開(kāi)始/結(jié)束信號(hào)，控制X光機(jī)曝光的開(kāi)始和結(jié)束；時(shí)序控制模塊4的輸出連接到讀出電路2，發(fā)送的信號(hào)包括垂直轉(zhuǎn)移信號(hào)，水平轉(zhuǎn)移信號(hào)，讀出信號(hào)，襯底信號(hào)；時(shí)序控制模塊4發(fā)送可變?cè)鲆娣糯笃鞯脑鲆婵刂菩盘?hào)和模數(shù)轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換時(shí)鐘到模數(shù)轉(zhuǎn)換電路3；計(jì)算模塊5的輸出連接到此模塊，用于控制X光機(jī)的曝光控制時(shí)間；本發(fā)明的攝像機(jī)中時(shí)序控制模塊4是由VHDL編程，在FPGA芯片上實(shí)現(xiàn)。
5)計(jì)算模塊5計(jì)算模塊5由軟件編程在數(shù)字信號(hào)處理芯片上實(shí)現(xiàn)，此模塊實(shí)現(xiàn)公式(1)，(2)，(3)，(4)，(5)，(6)，(7)的計(jì)算方法；此模塊的輸入連接在模數(shù)轉(zhuǎn)換電路[3]的一路輸出上，接受預(yù)曝光，短曝光，一次弱讀出，二次弱讀出圖像，輸出連接在時(shí)序控制模塊4，用于控制X光機(jī)曝光時(shí)間。本發(fā)明的攝像機(jī)中，此模塊由VHDL編程，在FPGA芯片上實(shí)現(xiàn)。
如圖2所示，時(shí)序控制模塊4由大實(shí)線(xiàn)框內(nèi)模塊構(gòu)成，包括以下功能模塊1)控制器6控制器6接受X光機(jī)控制面板的參數(shù)設(shè)置，操作員可以通過(guò)控制面板設(shè)置時(shí)序控制模塊的參數(shù)，在預(yù)曝光方法，短曝光方法，一次弱讀出方法，二次弱讀出方法中選擇一種曝光控制方式，并且能夠控制整個(gè)攝像機(jī)的開(kāi)啟/關(guān)閉；控制器6根據(jù)計(jì)數(shù)器7的計(jì)數(shù)值和從計(jì)算模塊5返回的曝光時(shí)間信號(hào)，輸出曝光開(kāi)始/結(jié)束信號(hào)到X線(xiàn)控制器；控制器6輸出放大器增益控制信號(hào)到模數(shù)轉(zhuǎn)換電路3的可變?cè)鲆娣糯笃?；控制器輸出?fù)位、清零、置位、計(jì)數(shù)開(kāi)始\停止信號(hào)到計(jì)數(shù)器7；輸出選擇信號(hào)到多路選擇器13，選擇輸出為快速時(shí)序發(fā)生模塊9或正常時(shí)序發(fā)生模塊10；本發(fā)明的攝像機(jī)中，控制器6發(fā)往模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的轉(zhuǎn)換時(shí)鐘可在20MHZ-40MHZ之間變化，可變?cè)鲆娣糯笃鞯脑鲆娣秶?-30DB之間變化。
2)計(jì)數(shù)器7計(jì)數(shù)器7的分別計(jì)數(shù)值輸出到控制器6、快速轉(zhuǎn)移時(shí)序發(fā)生模塊9、正常時(shí)續(xù)發(fā)生模塊10、讀出信號(hào)發(fā)生模塊11、襯底信號(hào)發(fā)生模塊12；計(jì)數(shù)器7的計(jì)數(shù)時(shí)鐘來(lái)自時(shí)鐘發(fā)生器8；計(jì)算模塊5的計(jì)算結(jié)果輸入到計(jì)數(shù)器，設(shè)置計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值；計(jì)數(shù)器有同步\異步復(fù)位、置位、時(shí)鐘使能、計(jì)數(shù)使能等功能，這些功能都受控制器6控制；3)時(shí)鐘發(fā)生器8此模塊發(fā)出時(shí)鐘到計(jì)數(shù)器7和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路3，此模塊是整個(gè)攝像機(jī)中最基本的時(shí)鐘模塊，所有的時(shí)序信號(hào)都由這個(gè)時(shí)鐘發(fā)生器所控制；本發(fā)明的攝像機(jī)中，此模塊由FPGA中的鎖相環(huán)實(shí)現(xiàn)；4)快速轉(zhuǎn)移時(shí)序發(fā)生模塊9此模塊根據(jù)計(jì)數(shù)周期信息，產(chǎn)生CCD的水平轉(zhuǎn)移與垂直轉(zhuǎn)移時(shí)序，并且產(chǎn)生CCD在垂直方向并列(vertical combining)的轉(zhuǎn)移時(shí)序；此模塊的垂直轉(zhuǎn)移時(shí)序中的垂直轉(zhuǎn)移時(shí)鐘的有效電平持續(xù)時(shí)間比正常的垂直轉(zhuǎn)移數(shù)據(jù)到下一行中的時(shí)間要短一定的比例；這個(gè)比例可設(shè)定在100到1000之間；稱(chēng)此模塊發(fā)出的時(shí)序稱(chēng)為快速轉(zhuǎn)移時(shí)序；在本發(fā)明的攝像機(jī)中，快速轉(zhuǎn)移時(shí)序發(fā)生器9發(fā)快速轉(zhuǎn)移時(shí)序，其垂直方向?yàn)槊?2行并一行，最后不足62的行丟棄，最后將整幅圖像并列為16行；本發(fā)明的攝像機(jī)正常轉(zhuǎn)移時(shí)的垂直轉(zhuǎn)移時(shí)鐘的有效電平持續(xù)時(shí)間的為3.6微秒，在快速轉(zhuǎn)移中，此時(shí)間為72納秒；5)正常轉(zhuǎn)移時(shí)序發(fā)生模塊10此模塊根據(jù)計(jì)數(shù)器7的計(jì)數(shù)值，產(chǎn)生CCD芯片1的水平轉(zhuǎn)移與垂直轉(zhuǎn)移時(shí)序；此模塊的垂直轉(zhuǎn)移方向不進(jìn)行并列，而是將圖像一行一行的轉(zhuǎn)移到CCD芯片1水平轉(zhuǎn)移寄存器17中；此垂直轉(zhuǎn)移時(shí)序中的轉(zhuǎn)移時(shí)鐘的轉(zhuǎn)移有效電平持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)；這個(gè)時(shí)間的范圍為幾個(gè)微秒；稱(chēng)此模塊發(fā)出的時(shí)序?yàn)檎＾D(zhuǎn)移時(shí)序；6)讀出信號(hào)發(fā)生模塊11此模塊根據(jù)計(jì)數(shù)器7的計(jì)數(shù)值，產(chǎn)生讀出信號(hào)到讀出電路2；讀出信號(hào)可以在計(jì)數(shù)器的控制下改變讀出信號(hào)有效電平的持續(xù)時(shí)間；本發(fā)明的攝像機(jī)中，正常讀出的讀出信號(hào)有效電平持續(xù)時(shí)間為8到15微秒，弱讀出方法中，此讀出信號(hào)有效電平持續(xù)時(shí)間為50納秒；7)襯底信號(hào)發(fā)生模塊12此模塊根據(jù)計(jì)數(shù)器7的計(jì)數(shù)值，產(chǎn)生CCD芯片1的襯底信號(hào)，輸出到讀出電路2；8)多路選擇器13多路選擇器13連接快速轉(zhuǎn)移時(shí)序發(fā)生模塊9，正常轉(zhuǎn)移時(shí)序發(fā)生模塊10，根據(jù)控制器6的選擇，將其中的一路信號(hào)作為輸出信號(hào)發(fā)出到讀出電路2；如圖3所示，預(yù)曝光方法中X光機(jī)曝光兩次，CCD芯片1在相應(yīng)的時(shí)間內(nèi)曝光兩次。預(yù)曝光方法的具體過(guò)程如下1)操作員操作X光機(jī)控制面板20設(shè)定X線(xiàn)控制器22，根據(jù)病人體態(tài)和照射部位給出球管電流mA，球管電壓kVp產(chǎn)生X射線(xiàn)；同時(shí)，時(shí)序控制模塊4發(fā)襯底信號(hào)給CCD芯片1，開(kāi)始CCD芯片1曝光。此次X光機(jī)的曝光和CCD芯片1的曝光稱(chēng)為預(yù)曝光；2)經(jīng)過(guò)T0時(shí)間，T0取值在1毫秒以下，時(shí)序控制模塊4發(fā)曝光停止信號(hào)，控制X光機(jī)停止產(chǎn)生X射線(xiàn)，同時(shí)，該模塊發(fā)讀出信號(hào)，結(jié)束CCD芯片1曝光。預(yù)曝光結(jié)束。
3)時(shí)序控制模塊4發(fā)出快速轉(zhuǎn)移時(shí)序到讀出電路2，讀出電路2產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)CCD芯片1的垂直轉(zhuǎn)移時(shí)鐘和水平轉(zhuǎn)移時(shí)鐘，CCD芯片1中電荷在轉(zhuǎn)移時(shí)鐘的驅(qū)動(dòng)下，輸出到模數(shù)轉(zhuǎn)換電路3，模數(shù)轉(zhuǎn)換電路3將CCD芯片1的模擬電平輸出轉(zhuǎn)為數(shù)字圖像信號(hào)，產(chǎn)生預(yù)曝光圖像；
4)計(jì)算模塊5通過(guò)預(yù)曝光圖像，利用公式(1)計(jì)算出X光機(jī)正式曝光所需的曝光時(shí)間T2，計(jì)算模塊5將T2發(fā)給時(shí)序控制模塊4；(3)，(4)兩步驟必須在T1時(shí)刻，也就是X光機(jī)停止曝光的時(shí)刻內(nèi)完成；T1是預(yù)曝光圖像轉(zhuǎn)移所花費(fèi)的時(shí)間和計(jì)算模塊計(jì)算過(guò)程所花費(fèi)時(shí)間的和；5)時(shí)序控制模塊4發(fā)曝光開(kāi)始信號(hào)到X線(xiàn)控制器21，X線(xiàn)發(fā)生器22開(kāi)始以mA，kVp產(chǎn)生射線(xiàn)，同時(shí)，時(shí)序控制模塊4發(fā)襯底信號(hào)，開(kāi)始正式曝光；6)時(shí)序控制模塊4當(dāng)T2時(shí)間結(jié)束，發(fā)曝光結(jié)束信號(hào)到X線(xiàn)控制器21，結(jié)束X光機(jī)曝光；同時(shí)，時(shí)序控制模塊4發(fā)讀出信號(hào)，結(jié)束CCD芯片1此次曝光；7)時(shí)序控制模塊4發(fā)出正常轉(zhuǎn)移時(shí)序到讀出電路2，讀出電路2產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)CCD芯片1的垂直轉(zhuǎn)移時(shí)鐘和水平轉(zhuǎn)移時(shí)鐘，CCD芯片1中電荷在轉(zhuǎn)移時(shí)鐘的驅(qū)動(dòng)下，輸出到模數(shù)轉(zhuǎn)換電路3，模數(shù)轉(zhuǎn)換電路3將CCD的模擬電平轉(zhuǎn)為數(shù)字圖像信號(hào)，產(chǎn)生輸出圖像；如圖4所示，短曝光方法中X光機(jī)曝光一次，CCD曝光兩次，具體過(guò)程如下1)操作X光機(jī)控制面板20設(shè)定X線(xiàn)控制器21，根據(jù)照射部位給出mA，kVp產(chǎn)生X射線(xiàn)；同時(shí)，時(shí)序控制模塊4發(fā)襯底信號(hào)開(kāi)始CCD芯片1的本次曝光；此次CCD芯片1的曝光稱(chēng)為短曝光；2)經(jīng)過(guò)T0時(shí)間，T0取值在1毫秒以下，時(shí)序控制模塊4發(fā)讀出信號(hào)，結(jié)束CCD芯片1此次積分時(shí)間，結(jié)束CCD芯片1曝光；短曝光結(jié)束；此時(shí)，X線(xiàn)發(fā)生器22不停止工作；3)時(shí)序控制模塊4針對(duì)CCD芯片1的種類(lèi)，輸出不同的信號(hào)；對(duì)于行間轉(zhuǎn)移CCD，時(shí)序控制模塊4產(chǎn)生讀出信號(hào)到讀出電路2，讀出電路2產(chǎn)生讀出電平，驅(qū)動(dòng)行間轉(zhuǎn)移CCD的電荷從像素15到垂直轉(zhuǎn)移寄存器14；對(duì)于幀轉(zhuǎn)移CCD，時(shí)序控制模塊4產(chǎn)生快速轉(zhuǎn)移時(shí)序到讀出電路2，讀出電路2產(chǎn)生垂直轉(zhuǎn)移時(shí)鐘，驅(qū)動(dòng)CCD電荷從成像區(qū)18轉(zhuǎn)移到存儲(chǔ)區(qū)19；T1為完成上述過(guò)程所需的時(shí)間；4)時(shí)序控制模塊4發(fā)襯底信號(hào)開(kāi)始CCD芯片1正式曝光的積分；5)時(shí)序控制模塊4發(fā)出快速轉(zhuǎn)移時(shí)序到讀出電路2，讀出電路2產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)CCD芯片1的垂直轉(zhuǎn)移時(shí)鐘和水平轉(zhuǎn)移時(shí)鐘，CCD芯片1中電荷在轉(zhuǎn)移時(shí)鐘的驅(qū)動(dòng)下，輸出到模數(shù)轉(zhuǎn)換電路3，模數(shù)轉(zhuǎn)換電路3將CCD的模擬電平輸出轉(zhuǎn)為數(shù)字圖像信號(hào)，產(chǎn)生短曝光圖像；6)計(jì)算模塊5通過(guò)短曝光圖像，利用公式(2)可計(jì)算出整個(gè)X光機(jī)曝光所需時(shí)間，此時(shí)間減去T0，T1，既可以得到X光機(jī)還需曝光的時(shí)間T2，計(jì)算模塊5將T2發(fā)送到時(shí)序控制模塊4；7)時(shí)序控制模塊4在T2結(jié)束時(shí)，發(fā)曝光結(jié)束信號(hào)到X線(xiàn)控制器21，結(jié)束X光機(jī)曝光。同時(shí)，時(shí)序控制模塊4發(fā)讀出信號(hào)，結(jié)束CCD芯片1曝光；8)時(shí)序控制模塊4發(fā)出正常轉(zhuǎn)移時(shí)序到讀出電路2，讀出電路2產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)CCD芯片1的垂直轉(zhuǎn)移時(shí)鐘和水平轉(zhuǎn)移時(shí)鐘，CCD芯片1中電荷在轉(zhuǎn)移時(shí)鐘的驅(qū)動(dòng)下，輸出到模數(shù)轉(zhuǎn)換電路3，模數(shù)轉(zhuǎn)換電路3將CCD芯片1的模擬電平輸出轉(zhuǎn)為數(shù)字圖像信號(hào)，產(chǎn)生輸出圖像。
如圖5所示，一次弱讀出控制方法中，X光機(jī)曝光一次，CCD曝光一次但是有兩次讀出過(guò)程，步驟如下1)操作X光機(jī)控制面板20設(shè)定X線(xiàn)控制器21，根據(jù)照射部位給出mA，kVp，產(chǎn)生X射線(xiàn)；同時(shí)時(shí)序控制模塊4發(fā)襯底信號(hào)開(kāi)始CCD芯片1的本次曝光；2)經(jīng)過(guò)T0時(shí)間，T0取值為1-5毫秒，時(shí)序控制模塊4發(fā)一個(gè)有效電平持續(xù)t的讀出信號(hào)，驅(qū)動(dòng)CCD芯片1像素15積累電荷1％以下的一部分轉(zhuǎn)移到垂直轉(zhuǎn)移寄存器中；t取值在0.1微秒以下；此次讀出稱(chēng)為弱讀出；3)時(shí)序控制模塊4發(fā)出快速轉(zhuǎn)移時(shí)序到讀出電路2，讀出電路2產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)CCD芯片1的垂直轉(zhuǎn)移時(shí)鐘和水平轉(zhuǎn)移時(shí)鐘，CCD芯片1中電荷在轉(zhuǎn)移時(shí)鐘的驅(qū)動(dòng)下，輸出到模數(shù)轉(zhuǎn)換電路3，模數(shù)轉(zhuǎn)換電路3將CCD芯片1的模擬電平輸出轉(zhuǎn)為數(shù)字圖像信號(hào)，產(chǎn)生弱讀出圖像；4)攝像機(jī)計(jì)算模塊5通過(guò)弱讀出圖像，利用公式(3)，(4)計(jì)算出此次X光機(jī)曝光所需的曝光時(shí)間，此時(shí)間減去T0既是X光機(jī)還需曝光時(shí)間T1，計(jì)算模塊5將T1發(fā)送到時(shí)序控制模塊4；5)時(shí)序控制模塊4當(dāng)T1結(jié)束時(shí)，發(fā)曝光結(jié)束信號(hào)到X線(xiàn)控制器21，結(jié)束X光機(jī)曝光。同時(shí)，時(shí)序控制模塊4發(fā)有效電平持續(xù)時(shí)間為τ的讀出信號(hào)，結(jié)束CCD曝光；τ取值5到100微秒；6)時(shí)序控制模塊4發(fā)出正常轉(zhuǎn)移時(shí)序到讀出電路2，讀出電路2產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)CCD芯片1的垂直轉(zhuǎn)移時(shí)鐘和水平轉(zhuǎn)移時(shí)鐘，CCD芯片1中電荷在轉(zhuǎn)移時(shí)鐘的驅(qū)動(dòng)下，輸出到模數(shù)轉(zhuǎn)換電路3，模數(shù)轉(zhuǎn)換電路3將CCD芯片1的模擬電平輸出轉(zhuǎn)為數(shù)字圖像信號(hào)，產(chǎn)生輸出圖像。
如圖6所示，二次弱讀出方法中，X光機(jī)曝光一次，CCD芯片1曝光一次但是有三次讀出1)操作X光機(jī)控制面板20設(shè)定X線(xiàn)控制器21，根據(jù)照射部位給出mA，kVp，產(chǎn)生X射線(xiàn)。同時(shí)，攝像機(jī)時(shí)序控制模塊4發(fā)襯底信號(hào)開(kāi)始CCD芯片1的本次曝光；2)經(jīng)過(guò)T0時(shí)間，T0取值1-5毫秒，時(shí)序控制模塊4發(fā)一個(gè)有效電平持續(xù)時(shí)間t0的讀出信號(hào)，將此時(shí)CCD芯片1像素15中積累的電荷1％以下的一部分轉(zhuǎn)移到垂直轉(zhuǎn)移寄存器14中；t0取值0.1微秒以下；稱(chēng)此次讀出為第一次弱讀出；3)時(shí)序控制模塊4發(fā)出快速轉(zhuǎn)移時(shí)序到讀出電路2，讀出電路2產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)CCD芯片1的垂直轉(zhuǎn)移時(shí)鐘和水平轉(zhuǎn)移時(shí)鐘，CCD中電荷在轉(zhuǎn)移時(shí)鐘的驅(qū)動(dòng)下，輸出到模數(shù)轉(zhuǎn)換電路3，模數(shù)轉(zhuǎn)換電路3將CCD芯片1的模擬電平輸出轉(zhuǎn)為數(shù)字圖像信號(hào)，產(chǎn)生第一次弱讀出圖像；
4)經(jīng)過(guò)T1時(shí)間，攝像機(jī)讀出時(shí)序模塊發(fā)一個(gè)有效電平持續(xù)時(shí)間t1的讀出信號(hào)，將此時(shí)CCD芯片1像素15中積累電荷1％以下的一部分轉(zhuǎn)移到垂直轉(zhuǎn)移寄存器14中；t1取值0.1微秒以下；此次讀出稱(chēng)為第二次弱讀出；5)時(shí)序控制模塊4發(fā)出快速轉(zhuǎn)移時(shí)序到讀出電路2，讀出電路2產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)CCD芯片1的垂直轉(zhuǎn)移時(shí)鐘和水平轉(zhuǎn)移時(shí)鐘，CCD芯片1中電荷在轉(zhuǎn)移時(shí)鐘的驅(qū)動(dòng)下，輸出到模數(shù)轉(zhuǎn)換電路3，模數(shù)轉(zhuǎn)換電路3將CCD芯片1的模擬電平輸出轉(zhuǎn)為數(shù)字圖像信號(hào)，產(chǎn)生第二次弱讀出圖像。
6)攝像機(jī)計(jì)算模塊5通過(guò)兩次弱讀出圖像，利用公式(5)，(6)，(7)計(jì)算出X光機(jī)總的曝光時(shí)間，此時(shí)間減去T0，T1既為X光機(jī)還需曝光的時(shí)間T2，計(jì)算模塊5將T2發(fā)送到時(shí)序控制模塊4；7)時(shí)序控制模塊4當(dāng)T2結(jié)束時(shí)，發(fā)曝光結(jié)束信號(hào)到X線(xiàn)控制器21，結(jié)束X光機(jī)曝光。同時(shí)，時(shí)序控制模塊4發(fā)有效電平持續(xù)時(shí)間為τ的正常讀出信號(hào)，結(jié)束CCD曝光；τ取值5-100微秒；8)時(shí)序控制模塊4發(fā)出正常轉(zhuǎn)移時(shí)序到讀出電路2，讀出電路2產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)CCD芯片1的垂直轉(zhuǎn)移時(shí)鐘和水平轉(zhuǎn)移時(shí)鐘，CCD芯片1中電荷在轉(zhuǎn)移時(shí)鐘的驅(qū)動(dòng)下，輸出到模數(shù)轉(zhuǎn)換電路3，模數(shù)轉(zhuǎn)換電路3將CCD芯片1的模擬電平輸出轉(zhuǎn)為數(shù)字圖像信號(hào)，產(chǎn)生輸出圖像。
如圖7，圖8所示，行間轉(zhuǎn)移CCD的結(jié)構(gòu)和幀轉(zhuǎn)移CCD的結(jié)構(gòu)的不同之處在于行間轉(zhuǎn)移CCD不具備一個(gè)專(zhuān)門(mén)的存儲(chǔ)區(qū)19，而是在像素15之間，存在垂直寄存器14，在垂直寄存器14內(nèi)，輸入光線(xiàn)被屏蔽。而幀轉(zhuǎn)移CCD存在一個(gè)存儲(chǔ)區(qū)19，在存儲(chǔ)區(qū)內(nèi)，輸入光線(xiàn)被屏蔽。因?yàn)檫@兩種CCD的結(jié)構(gòu)不同，所以這兩種CCD的快速轉(zhuǎn)移時(shí)序有所不同。并且由于一次弱讀出方法和二次弱讀出方法需要垂直寄存器14，所以弱讀出方法只適用于行間轉(zhuǎn)移CCD。預(yù)曝光方法和短曝光方法中，這兩種CCD都適用。
CCD快速轉(zhuǎn)移的方法根據(jù)CCD芯片1的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，分為行間轉(zhuǎn)移CCD的快速轉(zhuǎn)移方法和幀轉(zhuǎn)移CCD的快速轉(zhuǎn)移方法。對(duì)于行間轉(zhuǎn)移CCD，攝像機(jī)時(shí)序控制模塊4發(fā)讀出信號(hào)將CCD像素15中的電荷轉(zhuǎn)移到垂直轉(zhuǎn)移寄存器14中之后，時(shí)序控制模塊4發(fā)垂直轉(zhuǎn)移時(shí)序和水平轉(zhuǎn)移時(shí)序，將電荷轉(zhuǎn)移出來(lái)。對(duì)于幀轉(zhuǎn)移CCD，時(shí)序控制模塊4發(fā)讀出信號(hào)控制只是標(biāo)志成像區(qū)18電荷轉(zhuǎn)移到存儲(chǔ)區(qū)19開(kāi)始，接著時(shí)序控制模塊4發(fā)垂直轉(zhuǎn)移時(shí)序，將電荷從成像區(qū)18轉(zhuǎn)移到存儲(chǔ)區(qū)19，然后再轉(zhuǎn)移出來(lái)。
行間轉(zhuǎn)移CCD的快速轉(zhuǎn)移方法包括以下步驟1)讀出信號(hào)將CCD電荷從像素15轉(zhuǎn)移到垂直轉(zhuǎn)移寄存器中14。
2)垂直轉(zhuǎn)移寄存器14以行為單位，在快速垂直轉(zhuǎn)移時(shí)鐘的作用下，將多行轉(zhuǎn)移到水平轉(zhuǎn)移寄存器17中。
3)水平轉(zhuǎn)移寄存器17在水平轉(zhuǎn)移時(shí)鐘的作用下，通過(guò)放大器16將像素點(diǎn)輸出。
幀轉(zhuǎn)移CCD的快速轉(zhuǎn)移方法包括以下步驟1)讀出信號(hào)出現(xiàn)后，垂直轉(zhuǎn)移時(shí)鐘在快速垂直轉(zhuǎn)移時(shí)鐘的作用，以行為單位，將電荷從成像區(qū)18轉(zhuǎn)移到存儲(chǔ)區(qū)19。
2)在存儲(chǔ)區(qū)，快速垂直轉(zhuǎn)移時(shí)鐘將存儲(chǔ)區(qū)的多行轉(zhuǎn)移到水平移位寄存器中。
3)水平轉(zhuǎn)移寄存器在水平轉(zhuǎn)移時(shí)鐘的作用下，通過(guò)放大器16將像素點(diǎn)輸出。
如圖9所示，行間轉(zhuǎn)移CCD快速轉(zhuǎn)移方法應(yīng)用于一個(gè)分辨率為M×N行間轉(zhuǎn)移CCD記此圖像為M*N，記垂直移動(dòng)一次的時(shí)間Tv，水平轉(zhuǎn)移一次時(shí)間記Th，則讀出全部像素轉(zhuǎn)移時(shí)間Ttotal可以用(8)式表示。
Ttotal＝M*Tv+M*N*Th(8)
為了減少像素轉(zhuǎn)移時(shí)間，在本發(fā)明中，預(yù)曝光、短曝光、一次弱讀出、二次弱讀出圖像的讀出并不是一個(gè)一個(gè)像素點(diǎn)分別輸出，而是將多行合并為一行讀出，即將CCD的多行電荷都移到水平轉(zhuǎn)移寄存器17中后，再讀出。假設(shè)我們將A行合并后再讀出，M/A＝X。這樣，我們就得到一個(gè)X*N的圖像，根據(jù)式(8)，我們可以看到第二項(xiàng)M*N*Th減少了A倍。CCD的轉(zhuǎn)移時(shí)間主要由第二項(xiàng)決定。
在快速轉(zhuǎn)移時(shí)序中，其垂直轉(zhuǎn)移時(shí)鐘的有效電平持續(xù)時(shí)間可以比正常轉(zhuǎn)移中的垂直轉(zhuǎn)移時(shí)鐘的有效電平Tv小100到1000倍，記此時(shí)間為T(mén)fast。這樣，最后的預(yù)曝光讀出時(shí)間Tpre_totalTpre_total＝M*Tfast+X*N*Th(9)如圖10所示，幀轉(zhuǎn)移行CCD快速轉(zhuǎn)移方法應(yīng)用于一個(gè)分辨率為M×N的幀轉(zhuǎn)移CCD。
此處和行間轉(zhuǎn)移CCD唯一的區(qū)別是幀轉(zhuǎn)移CCD需要先將成像區(qū)的電荷快速轉(zhuǎn)移到存儲(chǔ)區(qū)，與圖9的分析相同。最后的快速讀出時(shí)間Tpre_totalTpre_total＝2*M*Tfast+X*N*Th(10)
權(quán)利要求
1.一種控制X光機(jī)曝光的攝像機(jī)，包括CCD芯片[1]、讀出電路[2]、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路[3]、時(shí)序控制模塊[4]、計(jì)算模塊[5]；其特征在于，攝像機(jī)鏡頭將X光機(jī)的影像成像器[23]的輸出光學(xué)聚焦在CCD芯片[1]，CCD芯片[1]的模擬信號(hào)輸出連接到模數(shù)轉(zhuǎn)換電路[3]上，讀出電路[2]由電平轉(zhuǎn)換芯片構(gòu)成，輸出連在CCD芯片[1]上；模數(shù)轉(zhuǎn)換電路[3]，由可變?cè)鲆娣糯笃骱湍?shù)轉(zhuǎn)換器組成，此模塊一路輸出接在計(jì)算模塊[5]上，一路輸出作為攝像機(jī)的輸出；計(jì)算模塊[5]由軟件編程在數(shù)字信號(hào)處理芯片上實(shí)現(xiàn)，此模塊輸出接到時(shí)序控制模塊[4]；時(shí)序控制模塊[4]和X光機(jī)的X線(xiàn)控制器[21]和X光機(jī)控制面板[20]連接；時(shí)序控制模塊[4]輸出到讀出電路[2]和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路[3]；X線(xiàn)控制器[21]連接到X線(xiàn)發(fā)生器[22]；X線(xiàn)發(fā)生器[22]發(fā)出X線(xiàn)，影像成像器[23]將X光線(xiàn)轉(zhuǎn)為可見(jiàn)光線(xiàn)。
2.根據(jù)權(quán)利1所述的控制X光機(jī)曝光的攝像機(jī)，其特征在于，所述的時(shí)序控制模塊[4]包括控制器[6]、計(jì)數(shù)器[7]、時(shí)鐘發(fā)生器[8]、快速轉(zhuǎn)移時(shí)序發(fā)生模塊[9]、正常轉(zhuǎn)移時(shí)序發(fā)生模塊[10]、讀出信號(hào)發(fā)生模塊[11]、襯底信號(hào)發(fā)生模塊[12]、多路選擇器[13]；X光機(jī)控制面板[20]輸入到控制器[6]，控制器[6]分別輸出到計(jì)數(shù)器[7]、多路選擇器[13]、X線(xiàn)控制器[21]、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路[3]；時(shí)鐘發(fā)生器[8]輸出到模數(shù)轉(zhuǎn)換電路[3]和計(jì)數(shù)器[7]；計(jì)算模塊[5]輸入到計(jì)數(shù)器[7]，計(jì)數(shù)器[7]分別輸出到控制器[6]、快速轉(zhuǎn)移時(shí)序發(fā)生模塊[9]、正常轉(zhuǎn)移時(shí)序發(fā)生模塊[10]、讀出信號(hào)發(fā)生模塊[11]、襯底信號(hào)發(fā)生模塊[12]；快速轉(zhuǎn)移時(shí)序發(fā)生模塊[9]和正常轉(zhuǎn)移時(shí)序發(fā)生模塊[10]都輸出到多路選擇器[13]；多路選擇器[13]、讀出信號(hào)發(fā)生模塊[11]和襯底信號(hào)發(fā)生模塊[12]都輸出到讀出電路[2]。
3.一種使用權(quán)利要求1的攝像機(jī)控制X光機(jī)曝光的方法，其特征在于，包括X光機(jī)的兩次曝光中，CCD芯片[1]在相應(yīng)的時(shí)間內(nèi)曝光兩次，其中X光機(jī)的第一次曝光為預(yù)曝光時(shí)間小于1毫秒，第二次曝光稱(chēng)為正式曝光，此方法的CCD芯片[1]可以使用行間轉(zhuǎn)移CCD和幀轉(zhuǎn)移CCD，步驟如下1)操作X光機(jī)控制面板[20]設(shè)定X線(xiàn)控制器[21]，根據(jù)照射部位給出球管電流mA，球管電壓kVp產(chǎn)生X射線(xiàn)；同時(shí)，時(shí)序控制模塊[4]發(fā)襯底信號(hào)開(kāi)始CCD的曝光，此次X光機(jī)的曝光和CCD芯片[1]的曝光稱(chēng)為預(yù)曝光；2)經(jīng)過(guò)小于1毫秒的時(shí)間后，時(shí)序控制模塊[4]發(fā)曝光停止信號(hào)到X線(xiàn)控制器[21]，控制X光機(jī)停止產(chǎn)生X射線(xiàn)，同時(shí)，時(shí)序控制模塊[4]發(fā)讀出信號(hào)，結(jié)束CCD芯片[1]曝光；預(yù)曝光結(jié)束；3)時(shí)序控制模塊[4]發(fā)出快速轉(zhuǎn)移時(shí)序到讀出電路[2]，讀出電路[2]產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)CCD芯片[1]的垂直轉(zhuǎn)移時(shí)鐘和水平轉(zhuǎn)移時(shí)鐘，CCD中電荷在轉(zhuǎn)移時(shí)鐘的驅(qū)動(dòng)下，輸出到模數(shù)轉(zhuǎn)換電路[3]，模數(shù)轉(zhuǎn)換電路[3]將CCD芯片[1]輸出的模擬電平轉(zhuǎn)為數(shù)字圖像信號(hào)，產(chǎn)生預(yù)曝光圖像；4)計(jì)算模塊[5]通過(guò)預(yù)曝光圖像，計(jì)算出X光機(jī)正式曝光所需的曝光時(shí)間反饋給時(shí)序控制模塊[4]；5)時(shí)序控制模塊[4]發(fā)曝光開(kāi)始信號(hào)到X線(xiàn)控制器[21]，X光機(jī)開(kāi)始正式曝光，同時(shí)，時(shí)序控制模塊[4]發(fā)襯底信號(hào)，CCD芯片[1]開(kāi)始正式曝光；6)時(shí)序控制模塊[4]當(dāng)設(shè)定的曝光時(shí)間到達(dá)時(shí)，發(fā)曝光結(jié)束信號(hào)到X線(xiàn)控制器[21]，結(jié)束X光機(jī)曝光；同時(shí)，時(shí)序控制模塊[4]發(fā)讀出信號(hào)，結(jié)束CCD芯片[1]此次曝光；7)時(shí)序控制模塊[4]發(fā)出正常轉(zhuǎn)移時(shí)序到讀出電路[2]，讀出電路[2]產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)CCD芯片[1]的垂直轉(zhuǎn)移時(shí)鐘和水平轉(zhuǎn)移時(shí)鐘，CCD芯片[1]中電荷在轉(zhuǎn)移時(shí)鐘的驅(qū)動(dòng)下，輸出到模數(shù)轉(zhuǎn)換電路[3]，模數(shù)轉(zhuǎn)換電路[3]將CCD芯片[1]的模擬電平輸出轉(zhuǎn)為數(shù)字圖像信號(hào)，產(chǎn)生輸出圖像。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述的計(jì)算模塊[5]通過(guò)預(yù)曝光圖像計(jì)算出X光機(jī)正式曝光所需的曝光時(shí)間包括以下步驟1)從預(yù)曝光圖像，取得圖像的特征灰度；特征灰度的計(jì)算有如下方法i.計(jì)算整幅圖像的平均灰度值；ii.在圖像上設(shè)定1到10個(gè)感興趣區(qū)域，計(jì)算感興趣區(qū)域的平均圖像灰度值；iii.設(shè)定感興趣區(qū)域和其周?chē)鷪D像灰度的加權(quán)系數(shù)，計(jì)算感興趣區(qū)域和其周?chē)鷪D像的加權(quán)平均；2)通過(guò)公式(1)，計(jì)算出X光機(jī)的正式曝光時(shí)間Ttotal=EmEpre*Tpre---(1)]]>其中，Em代表CCD芯片[1]達(dá)到最大動(dòng)態(tài)范圍時(shí)輸出圖像的平均灰度，Epre代表預(yù)曝光圖像的特征灰度，Tpre代表X光機(jī)預(yù)曝光的時(shí)間；Ttotal表示X光機(jī)正式曝光的時(shí)間。
5.一種使用權(quán)利要求1的攝像機(jī)控制X光機(jī)曝光的方法，其特征在于，包括X光機(jī)的一次曝光，CCD芯片[1]的兩次曝光，此方法的CCD芯片[1]可以使用行間轉(zhuǎn)移CCD和幀轉(zhuǎn)移CCD，包括以下步驟1)操作X光機(jī)控制面板[20]設(shè)定X線(xiàn)控制器[21]，根據(jù)和照射部位給出mA，kVp產(chǎn)生X射線(xiàn)；同時(shí)，時(shí)序控制模塊[4]發(fā)襯底信號(hào)開(kāi)始CCD芯片[1]的本次曝光；此次CCD芯片[1]的曝光稱(chēng)為短曝光；2)經(jīng)過(guò)小于1毫秒的時(shí)間后，時(shí)序控制模塊[4]發(fā)讀出信號(hào)，結(jié)束CCD此次積分時(shí)間，結(jié)束CCD曝光；短曝光結(jié)束；3)時(shí)序控制模塊[4]針對(duì)CCD芯片[1]的種類(lèi)，輸出不同的信號(hào)；對(duì)于行間轉(zhuǎn)移CCD，時(shí)序控制模塊[4]產(chǎn)生讀出信號(hào)到讀出電路[2]，讀出電路[2]產(chǎn)生讀出電平，驅(qū)動(dòng)行間轉(zhuǎn)移CCD的電荷從像素[15]到垂直轉(zhuǎn)移寄存器[14]；對(duì)于幀轉(zhuǎn)移CCD，時(shí)序控制模塊[4]產(chǎn)生快速轉(zhuǎn)移時(shí)序到讀出電路[2]，讀出電路[2]產(chǎn)生垂直轉(zhuǎn)移時(shí)鐘，驅(qū)動(dòng)CCD電荷從成像區(qū)[19]轉(zhuǎn)移到存儲(chǔ)區(qū)[20]；4)時(shí)序控制模塊[4]發(fā)襯底信號(hào)開(kāi)始CCD芯片[1]正式曝光的積分；5)時(shí)序控制模塊[4]發(fā)出快速轉(zhuǎn)移時(shí)序到讀出電路[2]，讀出電路[2]產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)CCD芯片的垂直轉(zhuǎn)移時(shí)鐘和水平轉(zhuǎn)移時(shí)鐘，CCD芯片[1]中電荷在轉(zhuǎn)移時(shí)鐘的驅(qū)動(dòng)下，輸出到模數(shù)轉(zhuǎn)換電路[3]，模數(shù)轉(zhuǎn)換電路[3]將CCD芯片[1]的模擬電平輸出轉(zhuǎn)為數(shù)字圖像信號(hào)，產(chǎn)生短曝光圖像；6)計(jì)算模塊[5]通過(guò)短曝光圖像，計(jì)算出此次X光機(jī)曝光所需的曝光時(shí)間反饋給時(shí)序控制模塊[4]；7)時(shí)序控制模塊[4]當(dāng)設(shè)定的曝光時(shí)間到達(dá)時(shí)，發(fā)曝光結(jié)束信號(hào)到X線(xiàn)控制器[21]，結(jié)束X光機(jī)曝光，同時(shí)，時(shí)序控制模塊[4]發(fā)讀出信號(hào)，結(jié)束CCD芯片[1]曝光；8)時(shí)序控制模塊[4]發(fā)出正常轉(zhuǎn)移時(shí)序到讀出電路[2]，讀出電路[2]產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)CCD芯片[1]的垂直轉(zhuǎn)移時(shí)鐘和水平轉(zhuǎn)移時(shí)鐘，CCD芯片[1]中電荷在轉(zhuǎn)移時(shí)鐘的驅(qū)動(dòng)下，輸出到模數(shù)轉(zhuǎn)換電路[3]，模數(shù)轉(zhuǎn)換電路[3]將CCD芯片[1]的模擬電平輸出轉(zhuǎn)為數(shù)字圖像信號(hào)，產(chǎn)生輸出圖像。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，計(jì)算模塊[5]通過(guò)短曝光圖像計(jì)算X光機(jī)曝光時(shí)間的計(jì)算方法，包括以下幾個(gè)步驟1)從短曝光圖像，取得圖像的特征灰度；特征灰度的計(jì)算方法如下i.計(jì)算整幅圖像的平均灰度值；ii.在圖像上設(shè)定1到10個(gè)感興趣區(qū)域，計(jì)算感興趣區(qū)域的平均圖像灰度值；iii.設(shè)定感興趣區(qū)域和其周?chē)鷪D像灰度的加權(quán)系數(shù)，計(jì)算感興趣區(qū)域和其周?chē)鷪D像的加權(quán)平均；2)通過(guò)公式(2)，計(jì)算出X光機(jī)此次曝光總的曝光時(shí)間Ttotal=EmEshort*Tshort---(2)]]>其中，Em代表CCD芯片[1]達(dá)到最大動(dòng)態(tài)范圍時(shí)輸出圖像的平均灰度，Eshort代表短曝光圖像的特征灰度，Tshort代表取得短曝光圖像時(shí)，X光機(jī)已經(jīng)曝光的時(shí)間；Ttotal表示X光機(jī)總的曝光需要進(jìn)行的時(shí)間。
7.一種使用權(quán)利要求1的攝像機(jī)控制X光機(jī)曝光的方法，其特征在于，包括CCD芯片[1]的兩次讀出，其中第一次讀出中的讀出信號(hào)的有效持續(xù)時(shí)間在0.1微秒以下，稱(chēng)此次讀出為弱讀出，后一次讀出信號(hào)的有效電平持續(xù)時(shí)間在5到100微秒之間，稱(chēng)這次讀出為正常讀出；稱(chēng)這種方法為一次弱讀出方法，此方法的CCD芯片[1]可使用行間轉(zhuǎn)移CCD，步驟如下1)操作X光機(jī)控制面板[20]設(shè)定X線(xiàn)控制器[21]，根據(jù)照射部位給出mA，kVp，產(chǎn)生X射線(xiàn)；同時(shí)，時(shí)序控制模塊[4]發(fā)襯底信號(hào)開(kāi)始CCD芯片[1]的本次曝光；2)經(jīng)過(guò)1-5毫秒的時(shí)間后，讀出時(shí)序模塊[4]發(fā)一個(gè)有效電平持續(xù)0.1微秒以下的讀出信號(hào)，驅(qū)動(dòng)CCD芯片[1]像素[15]中電荷1％以下的一部分轉(zhuǎn)移到垂直轉(zhuǎn)移寄存器[14]中；此次讀出稱(chēng)為弱讀出；3)時(shí)序控制模塊[4]發(fā)出快速轉(zhuǎn)移時(shí)序到讀出電路[2]，讀出電路[2]產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)CCD芯片[1]的垂直轉(zhuǎn)移時(shí)鐘和水平轉(zhuǎn)移時(shí)鐘，CCD芯片[1]中電荷在轉(zhuǎn)移時(shí)鐘的驅(qū)動(dòng)下，輸出到模數(shù)轉(zhuǎn)換電路[3]，模數(shù)轉(zhuǎn)換電路[3]將CCD芯片[1]的模擬電平輸出轉(zhuǎn)為數(shù)字圖像信號(hào)，產(chǎn)生弱讀出圖像；4)計(jì)算模塊[5]通過(guò)弱讀出圖像，計(jì)算出此次X光機(jī)曝光所需的曝光時(shí)間反饋給時(shí)序控制模塊[4]；5)時(shí)序控制模塊[4]當(dāng)設(shè)定的曝光時(shí)間到達(dá)時(shí)，發(fā)曝光結(jié)束信號(hào)到X線(xiàn)控制器[21]，結(jié)束X光機(jī)曝光，同時(shí)，時(shí)序控制模塊[4]發(fā)正常的讀出信號(hào)，結(jié)束CCD芯片[1]曝光；6)時(shí)序控制模塊[4]發(fā)出正常轉(zhuǎn)移時(shí)序到讀出電路[2]，讀出電路[2]產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)CCD芯片[1]的垂直轉(zhuǎn)移時(shí)鐘和水平轉(zhuǎn)移時(shí)鐘，CCD中電荷在轉(zhuǎn)移時(shí)鐘的驅(qū)動(dòng)下，輸出到模數(shù)轉(zhuǎn)換電路[3]，模數(shù)轉(zhuǎn)換電路[3]將CCD的模擬電平輸出轉(zhuǎn)為數(shù)字圖像信號(hào)，產(chǎn)生輸出圖像。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，計(jì)算模塊[5]通過(guò)弱讀出圖像，計(jì)算出X光機(jī)曝光時(shí)間的計(jì)算方法，包括以下步驟1)從弱讀出圖像，取得圖像的特征灰度；特征灰度的計(jì)算有如下方法I.計(jì)算整幅圖像的平均灰度值；II.在圖像上設(shè)定1到10個(gè)感興趣區(qū)域，計(jì)算感興趣區(qū)域的平均圖像灰度值；III.設(shè)定感興趣區(qū)域和其周?chē)鷪D像灰度的加權(quán)系數(shù)，計(jì)算感興趣區(qū)域和其周?chē)鷪D像的加權(quán)平均；2)通過(guò)公式(3)，(4)計(jì)算出本次X光機(jī)曝光所需時(shí)間Epre=τt*Er---(3)]]>Ttotal=EmEpre*Tpre---(4)]]>其中，Epre代表取得弱讀出圖像時(shí)刻，CCD像素[14]的特征灰度；τ代表正常讀出中讀出信號(hào)有效電平持續(xù)時(shí)間；t代表弱讀出中讀出信號(hào)有效電平持續(xù)時(shí)間；Er代表弱讀出圖像的特征灰度；Em代表CCD達(dá)到最大動(dòng)態(tài)范圍時(shí)輸出圖像的平均灰度，Tpre代表取得弱讀出圖像時(shí)，X光機(jī)已經(jīng)曝光的時(shí)間；Ttotal表示X光機(jī)總的曝光時(shí)間。
9.一種使用權(quán)利要求1的攝像機(jī)控制X光機(jī)曝光的方法，其特征在于，包括CCD芯片[1]的三次讀出，其中前兩次讀出為弱讀出，后一次為正常讀出；稱(chēng)這種方法為二次弱讀出方法，此方法的CCD芯片[1]可使用行間轉(zhuǎn)移CCD，步驟如下1)操作X光機(jī)控制面板[20]設(shè)定X線(xiàn)控制器[21]，根據(jù)照射部位給出mA，kVp，產(chǎn)生X射線(xiàn)，同時(shí)，攝像機(jī)時(shí)序控制模塊[4]發(fā)襯底信號(hào)開(kāi)始CCD芯片[1]的本次曝光；2)經(jīng)過(guò)1-5毫秒的時(shí)間，時(shí)序控制模塊[4]發(fā)一個(gè)有效電平持續(xù)時(shí)間0.1微秒以下的讀出信號(hào)，將此時(shí)CCD芯片[1]像素[15]中積累的電荷1％以下的一部分轉(zhuǎn)移到垂直轉(zhuǎn)移寄存器[14]中，稱(chēng)此次讀出為第一次弱讀出；3)時(shí)序控制模塊[4]發(fā)出快速轉(zhuǎn)移時(shí)序到讀出電路[2]，讀出電路[2]產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)CCD芯片[1]的垂直轉(zhuǎn)移時(shí)鐘和水平轉(zhuǎn)移時(shí)鐘，CCD芯片[1]中電荷在轉(zhuǎn)移時(shí)鐘的驅(qū)動(dòng)下，輸出到模數(shù)轉(zhuǎn)換電路[3]，模數(shù)轉(zhuǎn)換電路[3]將CCD芯片[1]的模擬電平輸出轉(zhuǎn)為數(shù)字圖像信號(hào)，產(chǎn)生第一次弱讀出圖像；4)再經(jīng)過(guò)1-5毫秒時(shí)間，讀出時(shí)序模塊發(fā)一個(gè)持續(xù)時(shí)間為0.1微秒以下的讀出信號(hào)，將此時(shí)CCD芯片[1]像素[15]中積累的電荷1％以下的一部分轉(zhuǎn)移到垂直轉(zhuǎn)移寄存器[14]中，此次讀出稱(chēng)為第二次弱讀出；5)時(shí)序控制模塊[4]發(fā)出快速轉(zhuǎn)移時(shí)序到讀出電路[2]，讀出電路[2]產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)CCD芯片[1]的垂直轉(zhuǎn)移時(shí)鐘和水平轉(zhuǎn)移時(shí)鐘，CCD芯片[1]中電荷在轉(zhuǎn)移時(shí)鐘的驅(qū)動(dòng)下，輸出到模數(shù)轉(zhuǎn)換電路[3]，模數(shù)轉(zhuǎn)換電路[3]將CCD芯片[1]的模擬電平輸出轉(zhuǎn)為數(shù)字圖像信號(hào)，產(chǎn)生第二次弱讀出圖像；6)攝像機(jī)計(jì)算模塊[5]通過(guò)兩次弱讀出圖像，計(jì)算出X光機(jī)總的曝光時(shí)間反饋給時(shí)序控制模塊[4]；7)時(shí)序控制模塊[4]當(dāng)設(shè)定的曝光時(shí)間到達(dá)時(shí)，發(fā)曝光結(jié)束信號(hào)到X線(xiàn)控制器[21]，結(jié)束X光機(jī)曝光，同時(shí)，時(shí)序控制模塊[4]發(fā)正常的讀出信號(hào)，結(jié)束CCD芯片[1]曝光；8)時(shí)序控制模塊[4]發(fā)出正常轉(zhuǎn)移時(shí)序到讀出電路[2]，讀出電路[2]產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)CCD芯片[1]的垂直轉(zhuǎn)移時(shí)鐘和水平轉(zhuǎn)移時(shí)鐘，CCD芯片[1]中電荷在轉(zhuǎn)移時(shí)鐘的驅(qū)動(dòng)下，輸出到模數(shù)轉(zhuǎn)換電路[3]，模數(shù)轉(zhuǎn)換電路[3]將CCD芯片[1]的模擬電平輸出轉(zhuǎn)為數(shù)字圖像信號(hào)，產(chǎn)生輸出圖像。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，計(jì)算模塊[5]通過(guò)兩幅弱讀出圖像，計(jì)算X光機(jī)曝光時(shí)間的方法，步驟如下1)從弱讀出圖像，取得圖像的特征灰度；特征灰度的計(jì)算有如下方法i.計(jì)算整幅圖像的平均灰度值；ii.在圖像上設(shè)定1到10個(gè)感興趣區(qū)域，計(jì)算感興趣區(qū)域的平均圖像灰度值；iii.設(shè)定感興趣區(qū)域和其周?chē)鷪D像灰度的加權(quán)系數(shù)，計(jì)算感興趣區(qū)域和其周?chē)鷪D像的加權(quán)平均；2)通過(guò)公式(5)，(6)，(7)計(jì)算出本次X光機(jī)曝光所需時(shí)間E0=τt0*Er0---(5)]]>E1=τt1*Er1---(6)]]>Ttotal=(Em-E1)*(T1-T0)E1-E0+T1---(7)]]>其中，E0，E1分別代表第一次，第二次弱讀出時(shí)刻，CCD芯片[1]像素[15]的特征灰度；t0，t1分別代表第一次，第二次弱讀出中讀出信號(hào)有效電平持續(xù)時(shí)間；τ代表正常讀出中讀出信號(hào)有效電平持續(xù)時(shí)間；Er0，Er1分別代表第一次，第二次弱讀出圖像的特征灰度；T0，T1分別代表第一次，第二次弱讀出時(shí)刻X光機(jī)的曝光時(shí)間；Em代表CCD芯片[1]達(dá)到最大動(dòng)態(tài)范圍時(shí)輸出圖像的平均灰度；Ttotal表示X光機(jī)總的曝光時(shí)間。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種醫(yī)用CCD攝像機(jī)及相應(yīng)的X光機(jī)曝光控制方法，利用短曝光、預(yù)曝光、一次弱讀出，二次弱讀出方法，可以計(jì)算本次X光機(jī)曝光的曝光結(jié)束時(shí)間。X光機(jī)曝光控制方法中和X線(xiàn)控制器的接口和傳統(tǒng)X光機(jī)曝光控制控制接口基本一致。CCD快速讀出方法可以使得預(yù)曝光，短曝光，弱讀出等過(guò)程可以在1到幾個(gè)毫秒時(shí)間內(nèi)完成?，F(xiàn)有的各種嵌入式計(jì)算芯片，包括DSP，ARM，F(xiàn)PGA，使計(jì)算模塊，時(shí)序控制模塊等電路有廣泛的選擇余地，并且有強(qiáng)大的計(jì)算能力，能夠在亞毫秒級(jí)的時(shí)間內(nèi)根據(jù)計(jì)算出X光機(jī)的曝光時(shí)間。本發(fā)明降低X光機(jī)的復(fù)雜度，提高X光機(jī)成像質(zhì)量，降低患者所受的輻射量有著重大的作用。
文檔編號(hào)H04N5/232GK1811591SQ200610041869
公開(kāi)日2006年8月2日 申請(qǐng)日期2006年3月2日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月2日
發(fā)明者牟軒沁, 鄒屹洋 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué)