圖像校正方法及裝置、X射線攝影設備與流程

2023-12-04 09:26:26 1

本發明涉及圖像處理技術領域，特別涉及一種圖像校正方法及裝置、X射線攝影設備。

背景技術：

數字X射線(Digital Radiography，DR)攝影設備是計算機數字圖像處理技術與X射線放射技術相結合而形成的一種先進的醫療系統。數字X射線攝影設備因其輻射劑量小、影像質量高、疾病的檢出率和診斷的準確性較高而被廣泛的應用。

X射線穿過人體後會產生散射線，進而會導致圖像變模糊，降低了圖像的對比度，不利於醫生對病灶的觀察和診斷，因此通常用防散射的濾線柵來消除散射線對圖像的影響。對於DR設備而言，通常採用會聚濾線柵，其每根鉛條都向射線源焦點傾斜一定角度，所有鉛條的延長面能相交於一條直線上，這條直線到濾線柵表面的距離為濾線柵的焦距。當射線源焦點、濾線柵中心和探測器的中心三者在一條直線上(也稱為DR設備處於對中狀態)，且DR設備的源像距(SID，Source Image Distance)等於濾線柵的焦距時，DR設備採集到的圖像的質量較好，然而對於DR設備而言不可能配備多個不同焦距的濾線柵，因此在實際應用中，一個濾線柵會使用在法規中允許的不同SID範圍內。當濾線柵在偏離焦距的SID下使用時(也稱之為濾線柵使用在離焦狀態)，探測器採集到的圖像會不均勻，圖像中間的灰度高於兩邊的灰度。此外，當濾線柵使用在不對中的情況下時，也會出現圖像不均勻現象，而且射線源的焦點、濾線柵中心以及探測器的中心很難保證在一條直線上。當濾線柵使用在離焦和對中狀態不太好的情況下時，圖像不均勻的現象會加劇。因此需要根據濾線柵的衰減情況來對採集到的圖像進行校正。

現有技術通常通過採集無負載圖像來獲得不同SID下的濾線柵校正係數，然後利用對應的校正係數對在該SID下採集到的圖像進行校正。但是實際使用時DR設備的狀況和獲取濾線柵校正係數時DR設備的狀況可能不一致，如DR設備使用一段時間後SID會有所偏差等，此外實際使用中DR設備的對中也具有一定得難度，因此採用現有方式校正後，最終的校正達不到預期的效果，可能會導致漏診或者誤診現象的發生。

因此，如何對採集到的圖像進行校正，以消除濾線柵在離焦狀態和/或DR設備處於未對中情況下帶來的影響，獲得均勻的符合實際臨床需求的圖像，避免漏診或者誤診現象的發生，成為目前亟待解決的問題之一。

技術實現要素：

本發明要解決的問題是提供一種圖像校正方法，以使得以校正後的圖像灰度均勻，質量符合實際的臨床需求，進而避免漏診或者誤診現象的發生。

為解決上述問題，本發明技術方案提供一種圖像校正方法，包括：

獲取所述圖像的背景區域中列像素點灰度值之和的變化趨勢，所述圖像中列的方向與濾線柵鉛條所在方向平行；

基於所述圖像的背景區域中列像素點灰度值之和的變化趨勢獲取目標灰度值；

基於所述目標灰度值對所述圖像進行校正。

可選的，所述獲取所述圖像的背景區域中列像素點灰度值之和的變化趨勢包括：

在所述背景區域中選取第一背景區域和第二背景區域，其中所述第一背景區域為列坐標小於等於所述圖像的目標區域的最小列坐標所在的區域，所述第二背景區域為列坐標大於等於所述圖像的目標區域的最大列坐標所在的區域；

基於所述第一背景區域中的第一數據點進行擬合以獲得與所述第一背景區域對應的第一曲線，所述第一數據點的橫坐標代表列像素點的列坐標，縱坐標代表所述列坐標下列像素點灰度值之和的均值；

基於所述第二背景區域中的第二數據點進行擬合以獲得與所述第二背景區域對應的第二曲線，所述第二數據點的橫坐標代表列像素點的列坐標，縱坐標代表所述列坐標下列像素點灰度值之和的均值；

基於所述第一曲線和所述第二曲線的變化趨勢獲取所述圖像的背景區域中列像素點灰度值之和的變化趨勢。

可選的，所述基於所述第一背景區域中的第一數據點進行擬合以獲得與所述第一背景區域對應的第一曲線包括：對所述第一背景區域中的第一數據點平滑濾波後進行線性擬合以獲得與所述第一背景區域對應的第一曲線；

所述基於所述第二背景區域中的第二數據點進行擬合以獲得與所述第二背景區域對應的第二曲線包括：對所述第二背景區域中的第二數據點平滑濾波後進行線性擬合以獲得與所述第二背景區域對應的第二曲線。

可選的，基於所述圖像的背景區域中列像素點灰度值之和的變化趨勢獲取目標灰度值包括：

在所述第一曲線與所述第二曲線相交時，確定由所述第一曲線和所述第二曲線組成的曲線上縱坐標所對應的最大灰度值為所述目標灰度值；

在所述第一曲線與所述第二曲線平行時，分別確定所述第一曲線上縱坐標所對應的最大灰度值，以及所述第二曲線上縱坐標所對應的最大灰度值，以所述第一曲線上縱坐標所對應的最大灰度值和所述第二曲線上縱坐標所對應的最大灰度值中最大的灰度值作為目標灰度值。

可選的，所述基於所述目標灰度值對所述圖像進行校正包括將所述圖像中的像素點的灰度值調整至所述目標灰度值。

可選的，所述將所述圖像中的像素點的灰度值調整至所述目標灰度值包括：

以所述目標灰度值對所述第一曲線和所述第二曲線進行歸一化；

基於歸一化的第一曲線和歸一化後的第二曲線獲得濾線柵校正係數；

以所述圖像除以所述濾線柵校正係數以對所述圖像進行校正。

可選的，所述基於歸一化的第一曲線和歸一化的第二曲線獲得濾線柵校正係數包括：

獲取所述歸一化的第一曲線的斜率以及所述歸一化的第二曲線的斜率；

基於所述歸一化的第一曲線的斜率、所述歸一化的第二曲線的斜率以及目標灰度值對應的列像素點的列坐標獲得濾線柵的校正係數。

可選的，所述基於所述歸一化的第一曲線的斜率、所述歸一化的第二曲線的斜率以及目標灰度值對應的列像素點的列坐標獲得濾線柵校正係數包括：

在所述圖像的像素點的列坐標小於所述目標灰度值對應的列像素點的列坐標時，計算所述圖像的列像素點的列坐標與所述目標灰度值對應的列像素點的列坐標之差的絕對值與第一曲線的斜率的乘積，以一減去所述乘積作為所述圖像的像素點的列坐標小於所述目標灰度值對應的列像素點的列坐標時濾線柵校正係數；

在所述圖像的像素點的列坐標大於所述目標灰度值對應的列像素點的列坐標時，計算所述圖像的列像素點的列坐標與所述目標灰度值對應的列像素點的列坐標之差的絕對值與第二曲線的斜率的乘積，以一減去所述乘積作為所述圖像的像素點的列坐標大於所述目標灰度值對應的列像素點的列坐標時濾線柵校正係數；

在所述圖像的像素點的列坐標等於所述目標灰度值對應的列像素點的列坐標時，所述濾線柵校正係數為一。

為解決上述問題，本發明技術方案還提供一種圖像校正裝置，包括：

獲取單元，用於獲取所述圖像的背景區域中列像素點灰度值之和的變化趨勢，所述圖像中列的方向與濾線柵鉛條所在方向平行；

目標灰度值獲取單元，用於基於所述圖像的背景區域中列像素點灰度值之和的變化趨勢獲取目標灰度值；

校正單元，用於基於所述目標灰度值對所述圖像進行校正。

為解決上述問題，本發明技術方案還提供一種X射線攝影設備，包括上述的圖像校正裝置。

與現有技術相比，本發明技術方案具有以下優點：

通過對背景區域中與濾線柵鉛條所在方向平行的列像素點灰度值之和的變化趨勢來獲取目標灰度值，進而基於所述目標灰度值對所述圖像進行校正。由於根據採集到的圖像的實際情況進行校正，而不是以預先設定好的條件下獲得的濾線柵校正係數進行校正，因此避免了實際情況和預先設定條件有偏差而導致的校正效果較差，校正後的圖像仍不符合實際的臨床需求的現象，在簡化了校正步驟的同時，也使得最終獲得的校正後的圖像灰度均勻符合實際的臨床需求，進而也能避免漏診或者誤診現象的發生。另外，以所述圖像的背景區域中列像素點灰度值之和的變化趨勢來獲取目標灰度值，避免了在獲得目標灰度值的過程中前景區域的影響，進而在以該目標灰度值對圖像進行校正時，能夠更好的消除由於濾線柵處於離焦狀態和/或設備不對中時帶來的影響，提高了校正效果，校正後的圖像可達到預期的效果。

進一步地，在所述背景區域中選取第一背景和第二背景區域，通過對第一背景區域中的第一數據點進行擬合獲得與第一背景區域對應的第一曲線，對第二背景區域中的第二數據點進行擬合獲得與第二背景區域對應的第二曲線，進而通過所述第一曲線和第二曲線的變化趨勢來獲得圖像的背景區域中列像素點灰度值之和的變化趨勢。由於僅選擇了背景區域中的部分區域來獲得背景區域中列像素點灰度值之和的變化趨勢，因此在很大程度上降低了運算量，提高了校正速度。

附圖說明

圖1是本發明實施方式的圖像校正方法的流程示意圖；

圖2是本發明實施例的選取第一背景區域和第二背景區域的示意圖；

圖3是本發明實施例的擬合後的第一曲線和第二曲線的示意圖；

圖4是本發明實施例的第一曲線和第二曲線相交的示意圖；

圖5是本發明實施例的歸一化的第一曲線和歸一化的第二曲線相交的示意圖；

圖6是本發明實施例的濾波後的濾線柵校正係數曲線的示意圖。

具體實施方式

為使本發明的上述目的、特徵和優點能夠更為明顯易懂，下面結合附圖對本發明的具體實施方式做詳細的說明。在以下描述中闡述了具體細節以便於充分理解本發明。但是本發明能夠以多種不同於在此描述的其它方式來實施，本領域技術人員可以在不違背本發明內涵的情況下做各種改變。因此本發明不受下面公開的具體實施方式的限制。

正如現有技術中所描述的，現有技術在校正由濾線柵離焦和/或系統未對中引起的圖像灰度不均勻時，需提前在預先設定好的條件下獲取濾線柵校正係數，進而通過該校正係數對實際採集到的圖像進行校正，由於實際情況和預先設定好的條件有所偏差，導致校正效果不好，且該校正方法步驟繁瑣。因此，發明人提出直接對採集到的圖像的背景區域進行分析，以獲得濾線柵校正係數，進而根據該校正係數對採集到的圖像進行校正，根據實際採集到的圖像來確定濾線柵校正係數，可避免實際情況和預先設定好的條件不符導致的校正效果較差，校正後的圖像灰度均勻且能符合實際的臨床需求。

請參見圖1，圖1是本發明實施方式的圖像校正方法的流程示意圖，如圖1所示，所述圖像校正方法包括：

S101：獲取所述圖像的背景區域中列像素點灰度值之和的變化趨勢，所述圖像中列的方向與濾線柵鉛條所在方向平行；

S102：基於所述圖像的背景區域中列像素點灰度值之和的變化趨勢獲取目標灰度值；

S103:基於所述目標灰度值對所述圖像進行校正。

以下結合具體的實施例對本發明實施方式的圖像校正方法進行詳細的說明。

本領域技術人員知曉，濾線柵通常放置在X射線成像單元之前，所述X射線成像單元可以為探測器，由規整排列的具有不同X射線衰減性能的材料構成，以減小成像單元接受到的散射輻射，從而改善採集到的X射線圖像的對比度。濾線柵的內部通常由多個薄鉛條相互排列而成，兩條鉛條間用易透X射線的物質填充定位，並粘合在一起。填充物可以是木屑、紙或者鋁片等。使用時，非散射X射線都可以正常的穿過濾線柵，而大部分的散射線則會被鉛條吸收，只有很少的一部分散射線能穿過濾線柵到達X射線成像單元。為了能夠獲得濾線柵中每一個鉛條在實際情況下對X射線的衰減程度，本實施例中以與濾線柵的鉛條方向平行的圖像列為基準來獲取不同鉛條對成像單元的影響程度。

執行S101，獲取圖像的背景區域中，與濾線柵鉛條所在方向平行的所有圖像列的像素點的灰度值之和的變化趨勢。本實施例中，為了減小計算量提高校正速度，降低校正的複雜度，在獲取所述背景區域中所有圖像列的像素點的灰度值之和的變化趨勢時，並未選取所述背景區域中所有圖像列，而是在所述背景圖像中選取了第一背景區域和第二背景區域，根據第一背景區域和第二背景區域中列像素點灰度值之和的變化趨勢來獲取整個背景區域的列的像素點灰度值之和的變化趨勢。

具體地，首先在在所述背景區域中選取第一背景區域和第二背景區域，參見圖2，圖2是本發明實施例的選取第一背景區域和第二背景區域的示意圖，如圖2所示，本實施例中首先在所述圖像中檢測出目標區域，然後確定目標區域的最小列坐標和最大列坐標，根據最小列坐標和最大列坐標來選取第一背景區域和第二背景區域，具體地，本實施例中，所述第一背景區域為列坐標小於等於所述圖像的目標區域的最小列坐標所在的區域，也即圖2中所示的左邊的背景區域，所述第二背景區域為列坐標大於等於所述圖像的目標區域的最大列坐標所在的區域，也即圖2中所示的右邊的背景區域。

接下來對所述第一背景區域中的第一數據點進行擬合，參見圖3，圖3是本發明實施例的擬合後的第一曲線和第二曲線的示意圖，圖3中的橫坐標代表圖像中列像素點的列坐標，縱坐標代表列像素點的灰度值之和的均值，所述列像素點的灰度值之和的均值是指將這一列的像素點的灰度值進行相加後除以這一列的像素點的個數後獲得的值。本實施例中第一背景區域和第二背景區域的列像素點的個數為採集到的圖像的行數。圖3中，位於所述目標區域的最小列坐標左側的所有的數據點均為第一數據點，位於所述目標區域的最大列坐標右側的所有數據點均為第二數據點。本實施例中，為了使得擬合後的曲線較平滑，在對第一背景區域中的第一數據點進行擬合前，先對第一背景區域中的第一數據點進行平滑濾波，然後對經過了平滑濾波後的第一數據點進行線性擬合以獲得與所述第一背景區域對應的第一曲線，同樣地，對於第二背景區域而言，則是對第二背景區域中的第二數據點進行平滑濾波，然後對經過了平滑濾波後的第二數據點進行線性擬合以獲得與所述第二背景區域對應的第二曲線。

接下來，根據第一曲線在第一背景區域中的變化趨勢以及第二曲線在第二背景區域中的變化趨勢則可以得到所述圖像的背景區域中列像素點灰度值之和的變化趨勢，第一曲線和第二曲線的變化趨勢即反應了所述圖像的背景區域中列像素點灰度值之和的變化趨勢。

需要說明的是，本實施例中在選取第一背景區域時，第一背景區域為列坐標小於等於所述目標區域的最小列坐標所在的區域，選取第二背景區域時，第二背景區域的為列坐標小於等於所述目標區域的最大列坐標所在的區域；若選取的第一背景區域為列坐標遠遠小於所述目標區域的最小列坐標所在的區域，第二背景區域的為列坐標遠遠大於所述目標區域的最大列坐標所在的區域，則在獲得與第一背景區域對應的第一曲線和與第二背景區域對應的第二曲線後，需根據第一曲線和第二曲線的變化趨勢將其延伸至背景區域的列坐標範圍內，也即通過背景區域中的部分區域的列像素點的灰度值之和的變化趨勢來獲得整個背景區域中列像素點的灰度值之和的變化趨勢。

在獲得所述圖像的背景區域中列像素點灰度值之和的變化趨勢後，執行S102，根據背景區域中列像素點灰度值之和的變化趨勢來尋找目標灰度值。參見圖4，圖4是本發明實施例的第一曲線和第二曲線相交的示意圖，如圖4所示，第一曲線和第二曲線在列坐標為2355的位置相交，此時由第一曲線和第二曲線組成的曲線實際上是反應了在當前採集條件下濾線柵的衰減趨勢，或者說圖4中所示的折線為在當前採集條件下濾線柵的衰減趨勢。

當所述第一曲線與所述第二曲線相交時，取圖4中所示的折線上縱坐標所對應的最大灰度值為目標灰度值，圖4中的最大灰度值為1874，則此次校正的目標灰度值為1874。

本實施例中，僅僅示意出了第一曲線和第二曲線之間的位置關係的一種情況，而對於不同的濾線柵其衰減的趨勢有所不同，所以第一曲線和第二曲線之間的位置關係也有所不同，當所述第一曲線和第二曲線不相交即平行時，則先確定所述第一曲線上對應的最大灰度值，所述第二曲線上對應的最大灰度值，以所述第一曲線上對應的最大灰度值和所述第二曲線上對應的最大灰度值中最大的那個灰度值作為最終的目標灰度值。

需要說明的是，在實際應用中，若上述確定的目標灰度值所對應的列坐標超出了探測器的有效像素範圍(也稱為有效成像區域，探測器成像的最大有效區域)內，仍以圖4為例，若探測器的有效像素的範圍為[0，3072](列坐標的範圍)，若最終確定的目標灰度值對應的列坐標超過了該範圍，則先確定第一曲線上縱坐標所對應的最大灰度值，第二曲線上縱坐標所對應的最大灰度值，取兩個最大灰度值中最大的那個灰度值作為目標灰度值。

通過上述方式確定了目標灰度值後，接下來執行S103，根據所述目標灰度值來對所述圖像進行校正。本實施例中，根據所述目標灰度值來對所述圖像進行校正，是對所述圖像中的像素點的灰度值調整到所述目標灰度值。具體地，本實施例中通過如下方式對所述圖像進行校正：先以所述目標灰度值對所述第一曲線和所述第二曲線進行歸一化，即將所述第一曲線和所述第二曲線縱坐標所對應的灰度值除以目標灰度值，參見圖5，圖5給出了對第一曲線和第二曲線組成的曲線以所述目標灰度值進行歸一化後得到的曲線，接下來根據歸一化的第一曲線和歸一化的第二曲線獲得濾線柵校正係數，本實施例中，具體地通過如下方式獲得濾線柵校正係數。

首先，獲取所述歸一化的第一曲線的斜率以及所述歸一化的第二曲線的斜率，由上述可知，第一曲線是通過對第一數據點的擬合得到的，第二曲線則是通過對第二數據點的擬合得到的，在獲取歸一化的第一曲線的斜率時，可以先獲取歸一化的第一數據點，也即對第一數據點的縱坐標均除以目標灰度值，而橫坐標不變，然後基於歸一化的第一數據點進行線性擬合。同樣地，在獲取歸一化的第二曲線的斜率時，也可以先獲取歸一化的第二數據點，也即對第二數據點的縱坐標均除以目標灰度值，而橫坐標不變，然後基於歸一化的第二數據點進行線性擬合，線性擬合時歸一化的第一曲線和歸一化的第二曲線的方程如下：

Fline＝SlopeF×x+IF (1)

Sline＝SlopeS×x+IS (2)

由於歸一化的第一數據點和歸一化的第二數據點是已知的，所以根據上述公式可以獲得歸一化的第一曲線的斜率SlopeF和歸一化的第二曲線的斜率SlopeS。

接下來根據歸一化的第一曲線的斜率和歸一化的第二曲線的斜率以及目標灰度值對應的列像素點的列坐標獲得濾線柵校正係數，本實施例中通過如下公式獲得：

A(x)＝1+(x-Xgoal)×SlopeM (3)

其中，x是圖像的列坐標、Xgoal是目標灰度值對應的列像素點的列坐標，當xXgoal時，SlopeM＝SlopeS。

通過上述方式獲得了濾線柵校正係數後，則可以通過該校正係數對所述圖像進行校正，實際應用中，還可以對獲得的濾線柵校正係數曲線進行濾波，以使得所述濾線柵校正曲線較平滑，濾除濾線柵校正係數曲線上可能存在的噪聲點如圖6中所示，圖6示出了本發明實施例的濾波後的濾線柵校正係數曲線的示意圖。

在獲取了濾線柵校正係數後，本實施例中通過如下公式對所述圖像的灰度值進行校正：

其中，x是圖像的列坐標，OriginalData(x)是圖像中列坐標為x的像素點的灰度值，A(x)為濾線柵校正係數，CorrectedData(x)為校正後的圖像中列坐標為x的像素點的灰度值。

至此，本實施例中通過對所述圖像中像素點的列坐標與目標灰度值對應的列坐標之間的位置關係選取了與其對應的濾線柵校正係數，然後將該像素點的灰度值除以與其對應的濾線柵校正係數，實現了將該列像素點的灰度值進行校正的目的，校正後的圖像灰度均勻，符合實際的臨床需求。

需要說明的是，本實施例中是通過在所述背景區域中選取了第一背景區域和第二背景區域，基於所述第一背景區域和所述第二背景區域的列像素點灰度值之和的變化趨勢來獲取背景區域的列像素點灰度之和的變化趨勢以獲得目標灰度值,在其他實施例中，獲取圖像的背景區域中與濾線柵鉛條方向平行的列像素點的灰度值之和的變化趨勢時，也可以不選取第一背景區域和第二背景區域，而是對所述背景區域中所有的數據點進行擬合，所述數據點的橫坐標代表列像素點的列坐標，縱坐標代表列像素點的灰度值之和的均值。此時，在計算列像素點的灰度值之和的均值時，不同的列應除以與該列像素點對應的像素點的個數。

對應上述的圖像校正方法，本發明實施方式還提供一種圖像校正裝置，所述圖像校正裝置包括：

獲取單元，用於獲取所述圖像的背景區域中列像素點灰度值之和的變化趨勢，所述圖像中列的方向與濾線柵鉛條所在方向平行；

目標灰度值獲取單元，用於基於所述圖像的背景區域中列像素點灰度值之和的變化趨勢獲取目標灰度值；

校正單元，用於基於所述目標灰度值對所述圖像進行校正。

所述圖像校正裝置的實施可以參見上述的圖像校正方法的實施，此處不再贅述。

本發明實施例還提供一種X射線攝影設備，包括上述的圖像校正裝置。

綜上所述，本發明實施方式提供的圖像校正方法及校正裝置，至少具有如下有益效果：

通過對背景區域中與濾線柵鉛條所在方向平行的列像素點灰度值之和的變化趨勢來獲取目標灰度值，進而基於所述目標灰度值對所述圖像進行校正。由於根據採集到的圖像的實際情況進行校正，而不是以預先設定好的條件下獲得的濾線柵校正係數進行校正，因此避免了實際情況和預先設定條件有偏差而導致的校正效果較差，校正後的圖像仍不符合實際的臨床需求的現象，在簡化了校正步驟的同時，也使得最終獲得的校正後的圖像灰度均勻符合實際的臨床需求，進而也能避免漏診或者誤診現象的發生。另外，以所述圖像的背景區域中列像素點灰度值之和的變化趨勢來獲取目標灰度值，避免了在獲得目標灰度值的過程中前景區域的影響，進而在以該目標灰度值對圖像進行校正時，能夠更好的消除由於濾線柵處於離焦狀態和/或設備不對中時帶來的影響，提高了校正效果，校正後的圖像可達到預期的效果。

進一步地，在所述背景區域中選取第一背景和第二背景區域，通過對第一背景區域中的第一數據點進行擬合獲得與第一背景區域對應的第一曲線，對第二背景區域中的第二數據點進行擬合獲得與第二背景區域對應的第二曲線，進而通過所述第一曲線和第二曲線的變化趨勢來獲得圖像的背景區域中列像素點灰度值之和的變化趨勢。由於僅選擇了背景區域中的部分區域來獲得背景區域中列像素點灰度值之和的變化趨勢，因此在很大程度上降低了運算量，提高了校正速度。

本發明雖然已以較佳實施例公開如上，但其並不是用來限定本發明，任何本領域技術人員在不脫離本發明的精神和範圍內，都可以利用上述揭示的方法和技術內容對本發明技術方案做出可能的變動和修改，因此，凡是未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化及修飾，均屬於本發明技術方案的保護範圍。