CN101897176B - 对来自光敏检测器的图像进行处理的方法以及光敏检测器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种对从特别通过半导体材料沉积技术制造的光敏检测器获得的图像进行处理的方法。该方法包括使用增益图像(Gain(T))来校正由检测器获得的图像(INPUT(T))。根据本发明，在图像(INPUT(T))的获得期间，根据由检测器测量的温度(T)将温度增益漂移校正图像(C(T1)、C(T2))施加于获得的图像。该发明还涉及包括温度增益漂移校正模块的光敏检测器，所述温度增益漂移校正模块独立于增益图像(Gain(T))。

Description

对来自光敏检测器的图像进行处理的方法以及光敏检测器

本发明涉及对从特别由半导体材料沉积技术方式制造的光敏检测器获得的图像进行处理的方法。该发明还涉及实现根据本发明的方法的光敏检测器。具体地说(但不作为限制)，本发明涉及对射线图像的处理。例如，该检测器是感光点矩阵的形式。其也可以是感光点带的形式以及甚至是模拟检测器的形式。

该技术涉及半导体材料(例如氢化非晶硅(aSiH))在例如玻璃绝缘衬底上的薄膜沉积，该技术可用于制造感光点矩阵，该感光点矩阵从可见或近可见射线生成图像。为了在射线图像的检测中使用这些矩阵，所需要的就是在X射线和矩阵之间***闪烁体屏，用于将X射线转化为感光点敏感的波段中的光射线。

第一个缺点是影响由光敏检测器获得的图像的质量。在这种检测器中使用的半导体元件不是完全一样的，因而光敏检测器本身固有不均匀性，这一不均匀性反映在在混浊区域(corrupted area)。

为了试图获得最优质量的有用图像，根据所谓的偏移图像来对由检测器获得的图像执行第一校正，该偏移图像称为“黑图像”，通常在操作周期开始时获取并存储。这一偏移图像是在光敏检测器曝光于强度为零的信号时获得的图像，并且对应于一种背景图像。这一偏移图像根据感光点元件的电子状态以及它们的电子特征的分布进行变化。有用图像是光敏检测器曝光于有用信号时读取的图像，该有用信号对应于X射线的曝光。有用图像包含偏移图像。该校正即是在有用图像和偏移图像之间进行减法。

对图像应用的第二校正为增益校正。该校正通常是乘法校正，并且依赖于每个感光点。因此，使用术语“增益图像”。这是与感光矩阵相同大小的矩阵。所谓增益矩阵包括：与每个感光点相关联的校正系数，施加到由相应的感光点测量的等级，以便获得所谓有用图像。

在光敏检测器的常规使用期间，不能定义增益图像。该增益图像是在校准阶段定义的，校准阶段可持续几分钟，此期间光敏检测器不可用。

应该认识到，增益图像依据检测器的温度变化。有时，图像中呈现出可见的不均匀性，并且致使图像特别在医疗放射线领域中不可用。温度一旦改变(通常，变化大概三度)，则有时必须重复校准阶段。为了减轻这个问题，已经生产了温度稳定的光敏检测器。为了达到这一稳定性，检测器只有在检测器上电之后的数小时等待时间之后才能使用。检测器的温度可能偏离其平均温度三度以上。在这种情况下，图像质量很可能降级，并且必须提供新的检测器校准阶段，并且，等待所述检测器的稳定。为了改善检测器的热稳定性，在检测器中实施冷却剂循环。这种解决方案花费较大并且难于实现。

稳定检测器温度的解决方案适合在(例如)特别专用于射线的场所的固定使用。

本发明的目的是使光敏检测器能够在温度可能变化的环境(例如，在便携式检测器应用中)中运行。

为此目的，本发明的主题是一种对从光敏检测器得到的图像进行处理的方法，该方法包括处理由检测器获得的图像，该图像由增益图像校正，该方法的特征在于：在图像的获得期间，根据由检测器测量的温度对获得的图像应用温度增益漂移校正图像。

本发明的另一个主题是一种设计安装在包括射线生成器的***中的光敏检测器，所述检测器对所述射线敏感，所述检测器实现本发明的方法，增益图像针对该***，所述光敏检测器的特征在于，该检测器包括：用于根据由检测器测量的温度将温度增益漂移校正图像施加到获得的图像的模块。

本发明的一个优点在于，即使是在检测器的温度改变的情况下，也可以避免任何用于确定新的增益图像的校准阶段。

本发明的另一个优点在于，避免了对在不同温度的几个增益图像进行存储。

通过阅读以举例的方式给出的本发明的多个实施例的详细描述，可获得对本发明的更好的理解，并且其它优势将变得显而易见，实施例由附图示出，其中：

·图1示出了根据本发明的一种方法的第一实施例；

·图2示出了根据本发明的一种方法的第二实施例；

·图3、4和5示出了第二实施例使用的生成增益漂移校正图像的例子。

为了表达清楚的目的，在不同的附图中相同的元件使用相同的标识符。

例如，本发明适用于由光敏检测器获得的排列成矩阵的图像。第一校正包括对获得的图像应用偏移图像校正函数，如上所述。例如，该第一校正是减法校正。更具体地说，偏移图像是由检测器在其不受任何有用射线影响时，自身生成的图像。例如，在使用X射线的医疗成像中，在没有X射线时获得偏移图像。偏移图像是矩阵图像，并且将为偏移图像的矩阵的每个点记录的信号等级从获得的图像的对应点的等级中减去。

第二校正对经偏移校正的获得的图像应用增益校正。如上所述，定义的校正矩阵包括与检测器的矩阵一样多的点。这一增益校正矩阵包括施加到获得的图像的每个点的校正系数。该校正矩阵称为增益图像。例如，该增益校正是乘法校正。也就是说，获得的图像的每个点的等级乘以相应的校正系数。

增益图像取决于光敏检测器的使用。例如，在X射线医疗图像中，光敏检测器是包括X射线生成器的***的组件。增益图像是为整个***确定的，而不是仅仅根据检测器。在检测器的构造期间，不能定义增益图像。

在另一方面，增益图像基本按照检测器的温度变化。因此，本发明包括根据由检测器测量的温度对获得的图像应用温度增益漂移校正图像。如上所述，应该将“增益漂移校正图像”理解为与光敏检测器尺寸相同的矩阵，并且包括与每个感光点相关联的校正系数。该温度增益漂移校正图像可针对光敏检测器，而不依据检测器所属的***。

图1示出了根据本发明的方法的第一实施例。标号10表示经偏移校正的获得的图像，标记为INPUT(T)，T表示由光敏检测器测量的温度。为了说明这个实施例，选择温度T为29℃。对经过偏移校正的获得的图像INPUT(T)施加增益校正(在本例中为除法11)，以便获得没有增益伪像的输出图像12，并标记为OUTPUT。增益校正通过温度为T(即29℃)的增益图像13来实现，并标记为Gain(T)。增益图像由第一计算14获得，并且考虑温度为T0(在本例中为23℃)的增益图像15(标记为Gain(T0))以及两个增益漂移校正图像16和17(分别在两个不同的温度T1＝21℃和T2＝33℃，并且分别标记为C(T1)和C(T2))。增益校正表示为包括经偏移校正的获得的图像10、除法11和输出图像12的方框20。***校准表示为包括增益图像(Gain(T0))15、第一计算14和增益图像(Gain(T))13的方框21。在方框20和21中执行的全部操作都由***执行。检测器的校准在方框22中表示，包括两个增益漂移校正图像：C(T1)16和C(T2)17，以及两个温度T1和T2的值。

第一校准14可按如下执行：

a＝(T-T1)/(T2-T1)         (1)

a0＝(T0-T1)/(T2-T1)       (2)

b＝(1-a).C(T1)+a.C(T2)    (3)

b0＝(1-a0).C(T1)+a0.C(T2) (4)

Gain(T)＝Gain(T0).b/b0    (5)

在上述五个等式中，使用参数a、a0、b和b0只是简写第一校准14。

除法11和第一校准14在***自身中执行，而不是在光敏检测器中执行。***用户必须有方框22中表示的检测器校准信息。这一信息可由检测器的制造商在外部介质中提供，或者优选地存入检测器的存储器中，从而***用户能够通过查询检测器重新读取该信息。

在上述例子中，增益校正和温度增益漂移校正是乘法校正。这两个乘法交换性用于在增益校正之前校正温度漂移。

图2示出了根据本发明的图像处理方法的第二实施例，其中第一计算14以不同的方式分解，从而能够在检测器自身的内部执行温度增益漂移校正。随后，检测器通过将经偏移和温度增益漂移校正的图像放到虚拟的温度T3来生成将经偏移和温度增益漂移校正的图像。例如，选择T3＝(T1+T2)/2。***用户不再必须考虑检测器的温度T。

尽管增益图像是针对***而不是仅仅针对检测器的，但是，可以独立于***的其它部分(特别是X射线生成器)，在检测器内部对增益图像的温度漂移建模。这一温度漂移的模型甚至可由检测器的制造商在检测器组合到***之前进行建模。这一建模操作包括确定增益图像的温度漂移，而不需要知道该增益图像。

通过第二计算30对温度T为29℃的获得的图像10INPUT(T)进行温度增益漂移校正，以便获得与获得的图像20相等但是经过温度漂移校正的图像31。将该图像放到虚拟温度T3。将图像31标记为INPUT(T3)。也对另一个经偏移校正的获得的图像10a进行第二计算30的校正，以便也获得图像31，再放到虚拟温度T3。随后，***由增益图像32(标记为Gain(T3))以除法11的方式施加增益校正，以便获得输出图像OUTPUT 12。该增益图像32与增益图像13和15相似。每个增益图像与一个温度有关。增益图像32与温度T3有关。对于第一计算14，第二计算30分别在两个温度T1＝21℃和T2＝33℃考虑两个增益漂移校正图像C(T1)16和C(T2)17。

图2已经在图1中示出的包括方框20、21和22。此外，图2示出了方框35，其中，第二计算30校正了温度增益漂移，以便获得传送到***的图像31。方框35的操作可在检测器自身中执行，而不使用从***其他部分中生成的数据。

第二计算30可如下执行，重新使用在第一计算14中已经执行的公式(1)和(3)。

a＝(T-T1)/(T2-T1)(1)

b＝(1-a).C(T1)+a.C(T2)(3)

INPUT(T3)＝INPUT(T).b    (6)

公式(6)是从T3＝(T1+T2)/2得出的，因此，通过将公式(2)中的T0代换为T3，可得出a3＝¹/₂，因为C(T1)+C(T2)＝2，从而，在公式(4)中，得出b3＝1。C(T1)+C(T2)＝2是由如下得来：这两个图像利用下文描述的一均值进行归一化。

测试显示，增益漂移校正在经校正的图像中添加了噪声，而校正仅在图像的特定部分是必须的，具体地说，是根据相邻点之间的温度的增益变化超过给定阈值的部分。仅仅在这些部分中，对获得的图像施加温度增益漂移校正图像。在其它部分，要么不施加增益漂移校正，要么施加不加入噪声的校正，例如，仅仅是低频校正。因此，在这些部分中，获得的图像中不会增加噪声。当然，在对获得的图像10的这一部分校正之后，对整个图像施加增益校正。

为了做到这种部分校正，例如，可以在两个不同的温度(在本例中为T1和T2)测量两个增益图像G(T1)和G(T2)。可为在制作检测器时使用的典型***测量这两个增益图像。应该认识到，为典型***定义的温度增益漂移校正图像C(T1)和C(T2)也可用于其它***，例如，当检测器受其影响的射线生成器改变并且增益图像不同时。如由图1所示的第一实施例中那样，可以在不知道整个***的增益图像的情况下，确定校正图像C(T1)和C(T2)。根据本发明，对于任何新***，都可以执行校准，以仅为一个温度定义增益图像，校正图像C(T1)和C(T2)仍然有效。

通过图3、4和5说明校正图像C(T1)和C(T2)的生成的一个例子。

在图3中，在计算A中，定义两个增益图像之间的平均值AVG：

AVG＝(G(T1)+G(T2))/2(7)

其后是(例如)温度T2的归一化校正B(T2)：

B(T2)＝G(T2)/AVG    (8)

图3中以计算B的方式示出了要进行校正的区域选取。定义两个增益图像G(T1)和G(T2)之间的偏差R1：

R1＝G(T2)/G(T1)(9)

随后，将偏差R1关于给定的阈值进行滤波，以便以矩阵的形式定义掩码MASK。在计算B中给出了偏差R1和掩码MASK的判定的一个例子。滤波操作标记为“HF filtering”，并且用于仅保留偏差R1的高频区域的目的：

R2＝HF filtering(R1)(10)

滤波的结果以矩阵的形式表示为R2。例如，将高频滤波操作定义为偏差R1和给定尺寸(例如，7×7)核心上的偏差R1滑动平均值之间的差。

掩码MASK通过以下操作获得：

MASK＝二值化(R2)(11)

根据公式(11)的掩码MASK计算(例如)通过计算矩阵R2的标准差σ来执行，并且，随后，对于矩阵R2的每个点R2ij，如下定义掩码MASK的相应点Mij：

·Mij＝1，当R2ij的绝对值大于3×σ时

·Mij＝0，其他。

可基于尺寸为7×7的核心对已获得的矩阵进行扩展操作。术语“扩展”应该理解为数学形态学操作，称为灰度扩展。也可将该扩展定义为属于卷积家族，其可用于将每个像素替换为附近像素的线性组合。像素的邻近区域由卷积矩阵或核心定义。在掩码的二元矩阵上的核心尺寸为7×7的情况下，该扩展包括将任何与值1相距为3像素或小于1像素的点设置为1。三个像素的距离可解释为根据国际象棋的常规规则中的国王的单元移动。M1表示扩展之前的点的值，而M2表示扩展之后的点的值。扩展的使用可以获得完全覆盖要校正的区域的掩码。若没有这一操作，在要进行校正的区域中将存在“缝隙”。扩展操作也用于少许扩大要校正的区域，以便确保完全覆盖它们，并且避免过度卷积区域的边缘。

在图3所示的例子中，点Mij的值1表示为白色，值0表示为黑色。

有利地，为了使Mij＝1和Mij＝0的区域之间的边界的边缘效应平滑，可给位于这一边缘上的点Mij赋予0到1之间的分数值。M3用于标识扩展之后的点的值。例如，M3的值可通过由尺寸5×5的核心建立M2的滑动均值来获得。

图4示出了可应用于高频和低频区域的归一化校正之间的区分。可仅在偏差R1的高频区域中应用温度增益漂移校正。该校正在计算C中示出，在计算C中仅对掩码MASK的值不是零的像素应用对应于归一化校正B(T2)的校正(标记为HP)。对于掩码MASK的点的值为零的那些点，不应用校正B(T2)。计算C表示为：

HP＝B(T2).MASK    (12)

此外，可以对掩码MASK的值为零的那些点应用不对最终图像引入任何噪声的校正。这一无噪声校正在计算D中通过仅保留归一化校正B(T2)的低频值(标记为LP1)示出。这些值如下给出：

LP1＝LP filtering(B(T2))(13)

低频滤波“LP filtering”(例如)定义为核心尺寸为31×31的滑动平均值。

对掩码中的值为零的点应用校正LP1可如下获得：

LP＝LP1.(1-MASK)(14)

使用公式(12)和(14)能够考虑可能在0和1之间的掩码MASK的点的值。从而，随后逐步对Mij＝1的区域的边缘使用校正B(T2)。类似地，逐步对这一边缘使用校正LP1。该逐步应用在掩码MASK的点的值在0和1之间的像素上有效。

图5示出了全部经偏移校正的获得的图像的整体温度增益漂移校正图像。这一整体校正在计算E中通过将校正HP和LP加在一起的获得：

C(T2)＝HP＝LP    (15)

在上述的例子中，C(T1)和C(T2)在平均值AVG附近线性分布。因此，能够仅确定单个校正(在本例中为C(T2))，并且，能够通过计算F确定另一个校正C(T1)：

C(T1)＝2-C(T2)(16)

这一方法可表示为根据增益校正图像的温度确定漂移。

当然，可以不以偏移模式确定温度增益漂移校正图像，而是从两个不同的图像C(T1)和C(T2)中作出这一确定。

Claims (9)

1.一种对从光敏检测器获得的图像进行处理的方法，所述方法包括：处理由所述检测器获得的图像(INPUT(T))，所述图像(INPUT(T))由增益图像(Gain(T))校正，所述方法的特征在于：

在所述图像(INPUT(T))的获得期间，根据由所述检测器测量的温度(T)对所获得的图像(INPUT(T))应用温度增益漂移校正图像，

确定所述图像的一部分(MASK)，在该部分中，根据相邻点之间的温度的增益变化超过了给定阈值，以及

将针对所确定的部分(MASK)的温度增益漂移校正图像应用于所获得的图像(INPUT(T))。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：

在由所述增益图像(Gain(T))进行校正之前，对所获得的图像(INPUT(T))应用所述温度增益漂移校正图像。

3.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于：

在对所获得的图像(INPUT(T))应用温度增益漂移校正图像之前，根据偏移图像对所获得的图像进行校正。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：

所述温度增益漂移校正图像是根据至少两个增益漂移图像(C(T1)，C(T2))定义的，每个所述增益漂移图像(C(T1)，C(T2))在之前定义的给定温度(T1，T2)上。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：

对所获得的图像(INPUT(T))应用在给定温度(T0；T3)获取的增益图像(Gain(T0)；Gain(T3))，以及

所述增益漂移校正图像用于校正所测量的温度(T)和给定温度(T0；T3)之间的漂移。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：

对于不属于所述部分(MASK)的所述图像的点，对所获得的图像(INPUT(T))应用经低频滤波的温度增益漂移校正图像。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：

对所述部分(MASK)的一个边缘逐步应用所述温度增益漂移校正图像。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：

所述检测器以矩阵构成，

所述增益图像(Gain(T))和所述温度增益漂移校正图像以与所述检测器的矩阵尺寸相同的矩阵构成，以及

所述增益图像(Gain(T))和所述温度增益漂移校正图像都包括施加于所获得的图像(INPUT(T))的每个点的乘法系数。

9.一种设计安装在包括射线生成器的***中的光敏检测器，所述检测器对所述射线敏感，所述检测器实现上述权利要求之一所述的方法，所述增益图像(Gain(T))是针对所述***的，所述光敏检测器的特征在于，所述检测器包括：

用于在所述图像(INPUT(T))的获得期间，根据由所述检测器测量的温度(T)对所获得的图像应用温度增益漂移校正图像的模块。

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