基于双能谱的x射线ct图像增强方法
【专利摘要】本发明涉及CT【技术领域】，为实现两幅图像进行图像融合增强，弥补单幅图像的缺陷。为此，本发明采取的技术方案是，基于双能谱的X射线CT图像增强方法，包括如下步骤：扫描获取多组暗场图像，并计算所述暗场的平均值；将样品移出视场，分别获取高、低电压下的N组亮场图像；计算高、低电压下的投影图像；基于灰度统一的原则，将高电压、低电压下的投影数据统一到一个尺度；对N组同一位置处校准后的高、低能投影图像进行小波分解，并通过小波变换的方法进行图像融合；利用融合后的投影图像进行CT重建。本发明主要应用于CT设备设计和制造。
【专利说明】基于双能谱的X射线CT图像增强方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及CT【技术领域】，特别是一种基于双能谱的X射线CT图像增强方法。。 技术背景
[0002] 由于X射线CT的检测对象十分复杂，以及成像过程中受射线能量、散射、噪声等多 种因素的影响，图像质量存在差异且会有不同程度的下降。尤其是在扫描对象中不同方向 尺度差异过大或者物质的吸收强弱差异过大时，CT成像质量严重下降，通常表现是只能重 建出部分图像，而部分图像被隐藏在背景之中无法识别，即单一能谱下重建的CT图像出现 图像降质和细节丢失的现象。
[0003] 对CT图像进行增强是CT成像研究的一个热点领域。但多局限于对于单一能量下 CT图像的增强。
【发明内容】
[0004] 为了克服现有技术的不足，实现两幅图像进行图像融合增强，弥补单幅图像的缺 陷。为此，本发明采取的技术方案是，基于双能谱的X射线CT图像增强方法，包括如下步 骤：
[0005] 扫描获取多组暗场图像，并计算所述暗场的平均值；
[0006] 将扫描对象置于检测台上，设置扫描条件和最大扫描角度数；
[0007] 在同一位置处，分别在不同电压参数下，即高、低电压下各采集一组透视图像；
[0008] 将转台旋转预设的角度，继续重复上一步骤过程，直至次数达到最大扫描次数；
[0009] 将样品移出视场，分别获取高、低电压下的N组亮场图像，并计算所述高、低电压 下的亮场平均值；
[0010] 对高、低电压下的亮场数据进行失效像素标记；
[0011] 对高电压下获取的透视图像和高电压下的亮场图像中的无效像素进行标记，并利 用插值方法对无效像素进行修正；
[0012] 对低电压下获取的透视图像和低电压下的亮场图像中的无效像素进行标记，并利 用插值方法对无效像素进行修正；
[0013] 计算高、低电压下的投影图像；
[0014] 基于灰度统一的原则，将高电压、低电压下的投影数据统一到一个尺度；
[0015] 对N组同一位置处校准后的高、低能投影图像进行小波分解，并通过小波变换的 方法进行图像融合；
[0016] 利用融合后的投影图像进行CT重建。
[0017] 分别在不同电压参数下各采集一组透视图像，两次电压参数分别为100KV和40 KV。
[0018] 对暗场情况下超界像素的识别，通过暗场图像的平均值和方差确定坏像素，如果 暗场图像对应的像素与暗场图像均值的方差在3倍标准差范围之外，则将其标记为无效像 素；
[0019] 亮场情况下超界像素的识别：通过亮场图像的平均值和方差确定坏像素，对于同 一个像素位置，计算像素的N次扫描的标准差，如果第i，i = 1，...，N次扫描获取的亮场图 像与平均亮场图像的差值在3倍标准差范围之外，则将其标记为无效像素；
[0020] 随流强变化输出响应不一致的像素的识别，扫描获取不同电流下的N组亮场数 据，拟合出每个像素随流强变化的斜率，计算出评价斜率及标准差，若某个像素的斜率与标 准差的差值在3倍标准差范围之外，则将其标记为无效像素。
[0021] 基于灰度统一的原则，将高电压、低电压下的投影数据统一到一个尺度，具体步骤 如下：
[0022] 计算缩放比例，缩放比例等于高能下所有投影之和与低能下所有投影之和的比 值；
[0023] 对高能投影数据进行处理，将其与缩放比例相除，这样高、低电压下的投影图像的 灰度范围在一个尺度上。
[0024] 对N组同一位置处校准后的高、低能图像通过小波变换的方法进行图像融合，具 体步骤包括：
[0025] 对同一位置处高、低电压下获取的两幅投影图像进行Μ层小波分解，分别得到其 高频子带和低频子带；
[0026] 确定高频融合规则，对高频分量采取加权法融合。首先对同一级同一方向上的高 频系数进行分块，选取分块大小为WXW，其中W为分块矩阵元素的数目，计算两幅图像高频 信息对应块的平均梯度，根据平均梯度的比值确定各方向高频系数的融合权重；
[0027] 确定低频融合规则，对低频分量采取显著值相关的加权法融合，首先确定显著值 S，令S = (h*CM) 2+ (v*CM) 2+ (d*CM)2其中h，V，d分别为第Μ级分解的高频水平、垂直和对角线 方向系数，C M为第Μ级分解的低频系数，*表示卷积；对高、低电压下的图像都进行显著值计 算之后，根据显著值的比值确定低频系数的融合权重；
[0028] 融合图像的高频子带；
[0029] 融合图像的低频子带；
[0030] 将融合完的高频子带和低频子带，通过小波逆变换，进行图像重构，得到融合后的 图像；
[0031] 利用信息熵的方法对融合后的图像进行评估，如果满足条件即停止；如果不满足 条件则调整分解级数、融合权重，重新进行，直至满足条件。
[0032] 与已有技术相比，本发明的技术特点与效果：
[0033] 由于物质的衰减系数是与能量相关的，因此本发明通过改变X射线源的能量谱能 够获得材料特有的衰减变化。对于双能谱情况下两幅图像进行图像融合增强，能够弥补单 幅图像的缺陷，具有重要意义。
【专利附图】
【附图说明】
[0034] 图1为对一个实施例进行图像增强的整体流程图；
[0035] 图2为一个实施例的对高、低能量下获取的图像进行融合的流程图。
【具体实施方式】
[0036] 本发明的目的在于提供一种基于双能谱的X射线CT图像增强方法。该方法包括 如下步骤：
[0037] 扫描获取多组暗场图像，并计算所述暗场的平均值；
[0038] 将扫描对象置于检测台上，设置扫描条件和最大扫描角度数；
[0039] 在同一位置处，分别在不同电压参数下，即高、低电压下各采集一组透视图像；
[0040] 将转台旋转预设的角度，继续重复上一步骤过程，直至次数达到最大扫描次数；
[0041] 将样品移出视场，分别获取高、低电压下的N组亮场图像，并计算所述高、低电压 下的亮场平均值；
[0042] 对高、低电压下的亮场数据进行失效像素标记；
[0043] 对高电压下获取的透视图像和高电压下的亮场图像中的无效像素进行标记，并利 用插值方法对无效像素进行修正；
[0044] 对低电压下获取的透视图像和低电压下的亮场图像中的无效像素进行标记，并利 用插值方法对无效像素进行修正；
[0045] 计算高、低电压下的投影图像；
[0046] 基于灰度统一的原则，将高电压、低电压下的投影数据统一到一个尺度；
[0047] 对N组同一位置处校准后的高、低能投影图像进行小波分解，并通过小波变换的 方法进行图像融合；
[0048] 利用融合后的投影图像进行CT重建；
[0049] 在一个实施例中，分别在不同电压参数下各采集一组透视图像，两次电压参数分 别为 100KV 和 40KV ;
[0050] 在一个实施例中，扫描获取多组暗场图像，并计算所述暗场的平均值GGJ);扫描 获取高、低能下的N组亮场图像，并计算所述亮场的平均值，其中i5(i,j)为高能情况下亮场 的评价值，Η代表高能情况，为低能情况下亮场的评价值，L代表低能情况；
[0051] 在一个实施例中，对暗场情况下超界像素的识别，通过暗场图像的平均值和方差 确定坏像素，如果暗场图像对应的像素与暗场图像均值的方差在3倍标准差范围之外，则 将其标记为无效像素；
[0052] 亮场情况下超界像素的识别。通过亮场图像的平均值和方差确定坏像素，对于同 一个像素位置，计算像素的N次扫描的标准差，如果第i (i = 1，...，N)次扫描获取的亮场 图像与平均亮场图像的差值在3倍标准差范围之外，则将其标记为无效像素；
[0053] 随流强变化输出响应不一致的像素的识别。扫描获取不同电流下的Ν组亮场数 据，拟合出每个像素随流强变化的斜率，计算出评价斜率及标准差，若某个像素的斜率与标 准差的插值在3倍标准差范围之外，则将其标记为无效像素；
[0054] 在一个实施例中，基于灰度统一的原则，将高能、低能下的投影数据统一到一个尺 度，具体步骤如下：
[0055] 计算缩放比例，缩放比例等于高能下所有投影之和与低能下所有投影之和的比 值；
[0056] 对高能投影数据进行处理，将其与缩放比例相除，这样高、低电压下的投影图像的 灰度范围基本在一个尺度上。
[0057] 在一个实施例中，对N组同一位置处校准后的高、低能图像通过小波变换的方法 进行图像融合，具体步骤包括：
[0058] 对同一位置处高、低电压下获取的两幅投影图像进行Μ层小波分解，分别得到其 高频子带和低频子带；
[0059] 确定高频融合规则，对高频分量采取加权法融合。首先对同一级同一方向上的高 频系数进行分块，选取分块大小为WXW，计算两幅图像高频信息对应块的平均梯度，根据平 均梯度的比值确定各方向高频系数的融合权重；
[0060] 确定低频融合规则，对低频分量采取显著值相关的加权法融合。首先确定显著值
【权利要求】
1. 一种基于双能谱的X射线CT图像增强方法，其特征是，包括如下步骤： 扫描获取多组暗场图像，并计算所述暗场的平均值； 将扫描对象置于检测台上，设置扫描条件和最大扫描角度数； 在同一位置处，分别在不同电压参数下，即高、低电压下各采集一组透视图像； 将转台旋转预设的角度，继续重复上一步骤过程，直至次数达到最大扫描次数； 将样品移出视场，分别获取高、低电压下的N组亮场图像，并计算所述高、低电压下的 亮场平均值； 对高、低电压下的亮场数据进行失效像素标记； 对高电压下获取的透视图像和高电压下的亮场图像中的无效像素进行标记，并利用插 值方法对无效像素进行修正； 对低电压下获取的透视图像和低电压下的亮场图像中的无效像素进行标记，并利用插 值方法对无效像素进行修正； 计算高、低电压下的投影图像； 基于灰度统一的原则，将高电压、低电压下的投影数据统一到一个尺度； 对N组同一位置处校准后的高、低能投影图像进行小波分解，并通过小波变换的方法 进行图像融合； 利用融合后的投影图像进行CT重建。
2. 如权利要求1所述的基于双能谱的X射线CT图像增强方法，其特征是，分别在不同 电压参数下各采集一组透视图像，两次电压参数分别为100KV和40 KV。
3. 如权利要求1所述的基于双能谱的X射线CT图像增强方法，其特征是，对暗场情况 下超界像素的识别，通过暗场图像的平均值和方差确定坏像素，如果暗场图像对应的像素 与暗场图像均值的方差在3倍标准差范围之外，则将其标记为无效像素； 亮场情况下超界像素的识别：通过亮场图像的平均值和方差确定坏像素，对于同一个 像素位置，计算像素的N次扫描的标准差，如果第i，i = 1，...，N次扫描获取的亮场图像与 平均亮场图像的差值在3倍标准差范围之外，则将其标记为无效像素； 随流强变化输出响应不一致的像素的识别，扫描获取不同电流下的N组亮场数据，拟 合出每个像素随流强变化的斜率，计算出评价斜率及标准差，若某个像素的斜率与标准差 的差值在3倍标准差范围之外，则将其标记为无效像素。
4. 如权利要求1所述的基于双能谱的X射线CT图像增强方法，其特征是，基于灰度统 一的原则，将高电压、低电压下的投影数据统一到一个尺度，具体步骤如下： 计算缩放比例，缩放比例等于高能下所有投影之和与低能下所有投影之和的比值； 对高能投影数据进行处理，将其与缩放比例相除，这样高、低电压下的投影图像的灰度 范围在一个尺度上。
5. 如权利要求1所述的基于双能谱的X射线CT图像增强方法，其特征是，对N组同一 位置处校准后的高、低能图像通过小波变换的方法进行图像融合，具体步骤包括： 对同一位置处高、低电压下获取的两幅投影图像进行Μ层小波分解，分别得到其高频 子带和低频子带； 确定高频融合规则，对高频分量采取加权法融合。首先对同一级同一方向上的高频系 数进行分块，选取分块大小为WXW，其中W为分块矩阵元素的数目，计算两幅图像高频信息 对应块的平均梯度，根据平均梯度的比值确定各方向高频系数的融合权重； 确定低频融合规则，对低频分量采取显著值相关的加权法融合，首先确定显著值S，令
其中h，V，d分别为第Μ级分解的高频水平、垂直和对角线方向 系数，CM为第Μ级分解的低频系数，*表示卷积；对高、低电压下的图像都进行显著值计算之 后，根据显著值的比值确定低频系数的融合权重； 融合图像的高频子带； 融合图像的低频子带； 将融合完的高频子带和低频子带，通过小波逆变换，进行图像重构，得到融合后的图 像； 利用信息熵的方法对融合后的图像进行评估，如果满足条件即停止；如果不满足条件 则调整分解级数、融合权重，重新进行，直至满足条件。
【文档编号】G06T5/00GK104156917SQ201410375079
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年7月30日 优先权日:2014年7月30日
【发明者】邹晶, 胡晓东, 须颖, 陈津平, 胡小唐 申请人:天津大学