本發(fā)明專利技術(shù)屬于納米CT投影圖像校正技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于多采集序列的納米CT圖像運動偽影校正方法及裝置，該方法包括設(shè)定圓軌跡CT圖像采集的圈數(shù)和每圈采集的投影圖像張數(shù)，并以此參數(shù)進(jìn)行圓軌跡CT圖像采集；讀取溫度檢測系統(tǒng)中載物臺監(jiān)測點的溫度變化曲線，選定標(biāo)準(zhǔn)圓軌跡CT投影序列；對采集的所有投影圖像進(jìn)行預(yù)處理；計算相同角度下其他圓軌跡CT投影序列與標(biāo)準(zhǔn)圓軌跡CT投影序列的位置偏差矩陣；根據(jù)得到的位置偏差矩陣對其他圓軌跡CT投影序列進(jìn)行運動偽影校正；將相應(yīng)角度下經(jīng)過偏差校正后的CT圖像進(jìn)行多幀累加，得到最終用于三維重建的CT投影圖像。本發(fā)明專利技術(shù)能夠有效校正CT圖像運動偽影同時能夠提高納米CT圖像的信噪比。
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
基于多采集序列的納米CT圖像運動偽影校正方法及裝置
本專利技術(shù)屬于納米CT投影圖像校正
，具體涉及一種基于多采集序列的納米CT圖像運動偽影校正方法及裝置。
技術(shù)介紹
納米錐束CT(NanoCone-beamComputedTomography，CBCT)系統(tǒng)主要由X射線源、平板探測器、精密機械和計算機組成，能夠在非接觸、不破壞的條件下得到物體內(nèi)部的三維結(jié)構(gòu)信息，已廣泛應(yīng)用于無損檢測和醫(yī)學(xué)診斷、仿生材料等領(lǐng)域。錐束納米CT的成像的分辨率取決于樣品和探測器的相對位置，理論上只有位置變化小于整套系統(tǒng)的目標(biāo)分辨率才能得到可以直接進(jìn)行三維重建的投影數(shù)據(jù)。納米CT的機械平臺大部分為鋁材制造的，而鋁材對溫度變化十分敏感，當(dāng)溫度從25℃升高到26.6℃時，一個100mm的鋁塊將擴大2.375um。納米CT的放大倍數(shù)一般約為幾十倍到數(shù)百倍，因此每0.1℃的溫度變化都會帶來樣品投影幾個或十幾個像素位置的變化。在長達(dá)十幾個小時甚至幾十個小時的投影圖像采集過程中的溫度變化會導(dǎo)致投影偏離應(yīng)有的位置，影響最終的三維重建結(jié)果。在系統(tǒng)中集成恒溫系統(tǒng)減小環(huán)境溫度變化對系統(tǒng)的影響，但因為系統(tǒng)內(nèi)部空間較大，根據(jù)溫度檢測系統(tǒng)的溫度變化曲線可知系統(tǒng)內(nèi)部的溫度波動范圍在±2℃。因此需要設(shè)計合適的運動偽影校正方法對采集圖像進(jìn)行校正。納米CT所采用光源的焦斑位置并不是固定不變的，在長時間投影采集中，光源焦斑會有±100nm的位置波動，如圖1所示。納米CT光源的低能特性雖然保證了光源的小焦斑尺寸(即光束集中)，有利于提升單位面積內(nèi)的光子數(shù)，獲取更高的空間分辨率，但是同樣帶來對比度下降，噪聲升高，畫質(zhì)下降等問題。為了獲得高信噪比的投影，只能增加成像的曝光時間。但焦斑本身的位置波動和隨溫度變化引起成像的幾何偏差都會隨著曝光時間的增加而變得更大。因此需要采用合適的納米CT圖像采集方法減小幾何尺寸偏差。
技術(shù)實現(xiàn)思路
為了解決因為溫度變化、機械抖動、焦斑漂移造成的CT圖像位置偏差的問題，本專利技術(shù)提出了一種基于多采集序列的納米CT圖像運動偽影校正方法及裝置，能夠有效校正CT圖像運動偽影同時能夠提高納米CT圖像的信噪比。為解決上述技術(shù)問題，本專利技術(shù)采用以下的技術(shù)方案：本專利技術(shù)提供了一種基于多采集序列的納米CT圖像運動偽影校正方法，包含以下步驟：步驟1，設(shè)定圓軌跡CT圖像采集的圈數(shù)和每圈采集的投影圖像張數(shù)，并以此參數(shù)進(jìn)行圓軌跡CT圖像采集；步驟2，讀取溫度檢測系統(tǒng)中載物臺監(jiān)測點的溫度變化曲線，選定標(biāo)準(zhǔn)圓軌跡CT投影序列；步驟3，對采集的所有投影圖像進(jìn)行預(yù)處理；步驟4，計算相同角度下其他圓軌跡CT投影序列與標(biāo)準(zhǔn)圓軌跡CT投影序列的位置偏差矩陣；步驟5，根據(jù)得到的位置偏差矩陣對其他圓軌跡CT投影序列進(jìn)行運動偽影校正；步驟6，將相應(yīng)角度下經(jīng)過偏差校正后的CT圖像進(jìn)行多幀累加，得到最終用于三維重建的CT投影圖像。進(jìn)一步地，在步驟1之前，還包括：采集不同曝光時間的多張投影圖像，評估待檢測樣品是否被X射線穿透和投影圖像的信噪比因素，據(jù)此選定合適的曝光時間并采集其對應(yīng)的亮場數(shù)據(jù)。進(jìn)一步地，納米CT連續(xù)進(jìn)行K次圓軌跡圈CT圖像采集，每次圓軌跡采集的投影圖像張數(shù)和曝光時間各不相同。進(jìn)一步地，步驟2中在讀取的溫度變化曲線中選定溫度變化最小對應(yīng)時段內(nèi)的圓軌跡CT投影序列作為標(biāo)準(zhǔn)圓軌跡CT投影序列。進(jìn)一步地，對采集的所有投影圖像進(jìn)行預(yù)處理，包括：根據(jù)采集的亮場數(shù)據(jù)對投影圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行增益校正，濾除投影圖像數(shù)據(jù)的椒鹽噪聲。進(jìn)一步地，其他圓軌跡CT投影序列的采集圖像與標(biāo)準(zhǔn)圓軌跡CT投影序列的采集圖像在相同角度下近似于只存在平移變化，通過基于傅里葉變換的亞像素圖像配準(zhǔn)算法計算位置偏差，得到位置偏差矩陣。進(jìn)一步地，以采集張數(shù)最多的圓軌跡CT投影序列為基準(zhǔn)，將相同角度下的投影進(jìn)行多幀累加，得到最終用于三維重建的CT投影圖像。本專利技術(shù)還提供了一種基于多采集序列的納米CT圖像運動偽影校正裝置，包括：圓軌跡CT圖像采集模塊，用于設(shè)定圓軌跡CT圖像采集的圈數(shù)和每圈采集的投影圖像張數(shù)，并以此參數(shù)進(jìn)行圓軌跡CT圖像采集；標(biāo)準(zhǔn)圓軌跡CT投影序列選定模塊，用于讀取溫度檢測系統(tǒng)中載物臺監(jiān)測點的溫度變化曲線，選定標(biāo)準(zhǔn)圓軌跡CT投影序列；預(yù)處理模塊，用于對采集的所有投影圖像進(jìn)行預(yù)處理；位置偏差計算模塊，用于計算相同角度下其他圓軌跡CT投影序列與標(biāo)準(zhǔn)圓軌跡CT投影序列的位置偏差矩陣；運動偽影校正模塊，用于根據(jù)得到的位置偏差矩陣對其他圓軌跡CT投影序列進(jìn)行運動偽影校正；三維重建CT投影圖像增強模塊，用于將相應(yīng)角度下經(jīng)過偏差校正后的CT圖像進(jìn)行多幀累加，得到最終用于三維重建的CT投影圖像。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)具有以下優(yōu)點：采用本專利技術(shù)可以有效降低對溫控設(shè)備和實驗環(huán)境的要求，在不改變現(xiàn)有CT設(shè)備及外部環(huán)境變量的條件下得到清晰的三維重建結(jié)果。納米CT待檢測樣品的幾何尺寸一般都小于1毫米，因此在樣品上制作標(biāo)記物非常困難，采用本專利技術(shù)無需在樣品上制作標(biāo)記物，有效降低了實驗難度。采集多圈圓軌跡的投影圖像，進(jìn)行亞像素位置偏差校正，將相同角度下經(jīng)過偏差校正的投影圖像進(jìn)行多幀累加，可以快速恢復(fù)影像實際位置，有效校正運動偽影同時提高CT圖像的信噪比，避免長時間圖像采集中因溫度變化和焦斑漂移造成的CT圖像位置漂移，清晰度降低。附圖說明為了更清楚地說明本專利技術(shù)實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本專利技術(shù)的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖1是光源焦斑位置波動圖；圖2是本專利技術(shù)實施例的基于多采集序列的納米CT圖像運動偽影校正方法的流程圖；圖3是本專利技術(shù)實施例的第k次圓軌跡采集示意圖；圖4是本專利技術(shù)實施例的光子閥值判別計數(shù)圖；圖5是本專利技術(shù)實施例的對第k次圓軌跡CT投影序列進(jìn)行運動偽影校正示意圖；圖6是本專利技術(shù)實施例的未進(jìn)行偏差校正的重建結(jié)果切片(左)和偏差校正后的重建結(jié)果切片(右)的對比圖。具體實施方式為使本專利技術(shù)實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本專利技術(shù)實施例中的附圖，對本專利技術(shù)實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本專利技術(shù)一部分實施例，而不是全部的實施例，基于本專利技術(shù)中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本專利技術(shù)保護的范圍。如圖2所示，本實施例的基于多采集序列的納米CT圖像運動偽影校正方法，包含以下步驟：步驟S101，采集不同曝光時間的多張投影圖像，評估待檢測樣品是否被X射線穿透和投影圖像的信噪比因素，據(jù)此選定合適的曝光時間并采集其對應(yīng)的亮場數(shù)據(jù)；步驟S102，設(shè)定圓軌跡CT圖像采集的圈數(shù)和每圈采集的投影圖像張數(shù)，并以此參數(shù)進(jìn)行圓軌本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護點】
1.一種基于多采集序列的納米CT圖像運動偽影校正方法，其特征在于，包含以下步驟：/n步驟1，設(shè)定圓軌跡CT圖像采集的圈數(shù)和每圈采集的投影圖像張數(shù)，并以此參數(shù)進(jìn)行圓軌跡CT圖像采集；/n步驟2，讀取溫度檢測系統(tǒng)中載物臺監(jiān)測點的溫度變化曲線，選定標(biāo)準(zhǔn)圓軌跡CT投影序列；/n步驟3，對采集的所有投影圖像進(jìn)行預(yù)處理；/n步驟4，計算相同角度下其他圓軌跡CT投影序列與標(biāo)準(zhǔn)圓軌跡CT投影序列的位置偏差矩陣；/n步驟5，根據(jù)得到的位置偏差矩陣對其他圓軌跡CT投影序列進(jìn)行運動偽影校正；/n步驟6，將相應(yīng)角度下經(jīng)過偏差校正后的CT圖像進(jìn)行多幀累加，得到最終用于三維重建的CT投影圖像。/n
【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于多采集序列的納米CT圖像運動偽影校正方法，其特征在于，包含以下步驟：
步驟1，設(shè)定圓軌跡CT圖像采集的圈數(shù)和每圈采集的投影圖像張數(shù)，并以此參數(shù)進(jìn)行圓軌跡CT圖像采集；
步驟2，讀取溫度檢測系統(tǒng)中載物臺監(jiān)測點的溫度變化曲線，選定標(biāo)準(zhǔn)圓軌跡CT投影序列；
步驟3，對采集的所有投影圖像進(jìn)行預(yù)處理；
步驟4，計算相同角度下其他圓軌跡CT投影序列與標(biāo)準(zhǔn)圓軌跡CT投影序列的位置偏差矩陣；
步驟5，根據(jù)得到的位置偏差矩陣對其他圓軌跡CT投影序列進(jìn)行運動偽影校正；
步驟6，將相應(yīng)角度下經(jīng)過偏差校正后的CT圖像進(jìn)行多幀累加，得到最終用于三維重建的CT投影圖像。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多采集序列的納米CT圖像運動偽影校正方法，其特征在于，在步驟1之前，還包括：
采集不同曝光時間的多張投影圖像，評估待檢測樣品是否被X射線穿透和投影圖像的信噪比因素，據(jù)此選定合適的曝光時間并采集其對應(yīng)的亮場數(shù)據(jù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于多采集序列的納米CT圖像運動偽影校正方法，其特征在于，納米CT連續(xù)進(jìn)行K次圓軌跡圈CT圖像采集，每次圓軌跡采集的投影圖像張數(shù)和曝光時間各不相同。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多采集序列的納米CT圖像運動偽影校正方法，其特征在于，步驟2中在讀取的溫度變化曲線中選定溫度變化最小對應(yīng)時段內(nèi)的圓軌跡CT投影序列作為標(biāo)準(zhǔn)圓軌跡CT投影序列。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于多采集序列的納米CT圖像運動偽影...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：韓玉，李磊，閆鑌，席曉琦，尹召樂，朱林林，譚思宇，
申請(專利權(quán))人：中國人民解放軍戰(zhàn)略支援部隊信息工程大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：河南;41
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