CN116774302A - 数据转换方法、装置、电子设备以及成像设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种线阵探测器的数据转换方法、数据转换装置、电子设备以及成像设备，所述数据转换方法包括：获取各感光元件在X轴上的实际坐标；假设其中一感光元件的位置不变，偏移其余感光元件的位置，使偏移后各感光元件等距排布，获取各感光元件在X轴上的等效坐标；根据所述实际坐标和所述等效坐标，计算各感光元件的位置偏移量；根据所述位置偏移量计算各感光元件的电学量偏移量；根据所述实际电学量和所述电学量偏移量，得到所述等效电学量。本发明的数据转换方法、数据转换装置、电子设备以及成像设备成像质量较高，成像稳定性更好。
Description
技术领域
本发明涉及光探测技术领域，特别是涉及线阵探测器的数据转换方法、数据转换装置、电子设备以及成像设备。
背景技术
线阵探测器广泛应用于安检、工业无损检测等领域，其基本原理为X光（即X射线）穿透被检测物，或经过被检测物反射后投影到线阵探测器上，线阵探测器将光信号转换为相应大小的原始电信号，原始电信号经过数据处理后显示为图像。
受芯片生产工艺水平的限制，目前的线阵探测器大多采用多个探测板拼接形成，导致拼接缝隙处的图像出现错位。针对拼接缝隙和图像错位问题，目前主要有两种解决方法，一种是将被检测物的视场分为多块，各块分别用探测板转换为局部图像，再用图像处理技术将局部图像拼接为完整图像。另一种是采用交错的方式排列感光元件，当被检测物移动速度较快时，会因为延时问题出现误差。
例如，公布号为CN110738613A的中国专利公开了一种线阵探测器图像拼接实时校正方法。该方法在成像数据中预设帧数的数据作为校正的初始参考值，对预设帧数之后的所述成像数据中每一帧的数据减去所述初始参考值，再加上预设值，以进行预校正处理。该方法未考虑工作环境变化对探测器工作的影响，随着工作时间的增长，图像精度逐渐降低。此外，如果采用每隔一段时间重新采集参考值和设定预设值的方法来减小工作环境的变化对探测器工作的影响，则会导致工作效率低下。另外预设值是人为设定的，增加了图像拼接效果的不确定性。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种线阵探测器的数据转换方法，用于提高成像质量和稳定性。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种线阵探测器的数据转换方法，所述线阵探测器包括沿X轴排布的多个感光元件，各感光元件用于将光信号转换为实际电学量，所述数据转换方法用于将所述实际电学量转换为用于成像的等效电学量，所述数据转换方法包括：
获取各感光元件在X轴上的实际坐标；
假设其中一感光元件的位置不变，偏移其余感光元件的位置，使偏移后各感光元件等距排布，获取各感光元件在X轴上的等效坐标；
根据所述实际坐标和所述等效坐标，计算各感光元件的位置偏移量；
根据所述位置偏移量计算各感光元件的电学量偏移量；
根据所述实际电学量和所述电学量偏移量，得到所述等效电学量。
于本发明的一实施例中，所述根据所述位置偏移量计算各感光元件的电学量偏移量，包括：
根据感光元件附近，实际电学量相对实际坐标的变化率，得到电学量梯度；
将所述位置偏移量与所述电学量梯度相乘，得到所述电学量偏移量。
于本发明的一实施例中，所述电学量梯度的获得方法具体包括：
选取一感光元件作为目标感光元件；
在所述目标感光元件附近，选取两感光元件分别作为第一参考感光元件和第二参考感光元件；
将所述第一参考感光元件与所述第二参考感光元件的实际电学量相减，得到电学量变化量；
将所述第一参考感光元件与所述第二参考感光元件的实际坐标相减，得到坐标变化量；
将所述电学量变化量与所述坐标变化量相除，得到所述目标感光元件的电学量梯度。
于本发明的一实施例中，所述第一参考感光元件和所述第二参考感光元件的其中之一为所述目标感光元件。
于本发明的一实施例中，所述第一参考感光元件和所述第二参考感光元件相邻。
于本发明的一实施例中，所述等效坐标的获得方法为：
保持多个感光元件中的实际坐标最小的感光元件的位置不变，偏移其余感光元件的位置，使偏移后各感光元件等距排布，得到所述等效坐标；或
保持多个感光元件中的实际坐标最大的感光元件的位置不变，偏移其余感光元件的位置，使偏移后各感光元件等距排布，得到所述等效坐标；或
保持多个感光元件中的实际坐标居中的感光元件的位置不变，偏移其余感光元件的位置，使偏移后各感光元件等距排布，得到所述等效坐标。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明还提供一种电子设备，包括存储器和处理器，所述处理器用于执行所述存储器存储的计算机程序，以使所述电子设备执行所述的数据转换方法。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明还提供一种成像设备，包括线阵探测器、数据转换器以及显示器，所述线阵探测器包括沿X轴排布的多个感光元件，各感光元件用于将光信号转换为实际电学量，所述数据转换器采用所述的数据转换装置，以将所述实际电学量转换为等效电学量，所述数据转换器还用于将所述等效电学量转换为灰度值，所述显示器用于根据所述灰度值输出图像。
于本发明的一实施例中，所述线阵探测器包括多块探测板，所述探测板包括基板以及排布于所述基板的多个感光元件，同一基板上相邻两感光元件的中心距为d1，分属两块基板的相邻两感光元件的中心距为d2，d2>d1。
如上所述，本发明的线阵探测器的数据转换方法、数据转换装置、电子设备以及成像设备，具有以下有益效果：成像质量较高，成像稳定性更好。
附图说明
图1显示为现有技术的线阵探测器一实施例的结构框图。
图2显示为现有技术未经数据转换处理的成像效果果图。
图3显示为经本发明的数据转换方法处理后的成像效果果图。
图4显示为本发明的数据转换方法一实施例的流程图。
图5显示为等效的线阵探测器的结构框图。
图6显示为本发明的电子设备的结构框图。
元件标号说明
1、基板；2、感光元件。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
下面以附图为参考，针对本发明的实施例进行详细说明，以便本发明所述技术领域的技术人员能够容易地实施。本发明可以以多种不同形态体现，并不限于此处说明的实施例。
图1显示了线阵探测器的一般组成结构，线阵探测器包括多块探测板，探测板包括基板1以及排布于基板的多个感光元件2（例如PD），各感光元件用于将光信号转换为实际电学量（例如电荷量）。同一基板上相邻两感光元件的中心距为d1，分属两块基板的相邻两感光元件的中心距为d2。
如图2显示了直接利用实际电学量进行成像结果，在图2中存在明显可见的竖直棱线，该竖直棱线的形成与拼接缝隙有关，实际的显示器中存在较多的竖直棱线（可参考专利CN110738613A中的图5），会对安检人员察看被检测物造成视觉上的干扰。
如图4所示，为了提高成像质量，本实施例提供了一种线阵探测器的数据转换方法，线阵探测器包括沿X轴排布的多个感光元件，各感光元件用于将光信号转换为实际电学量，数据转换方法用于将实际电学量转换为用于成像的等效电学量，数据转换方法包括：
步骤S100，获取各感光元件在X轴上的实际坐标。实际坐标是基于感光元件的实物测量得到的，感光元件的实物可以是沿直线排列的，也可以是沿曲线排列的。当感光元件的实物沿直线排列时，实际坐标表示了感光元件在同一空间坐标（X轴）下的位置关系。当感光元件的实物沿曲线排列时，实际坐标表示该曲线伸直后各感光元件的位置关系。本实施例对X轴的坐标原点位置不做限制，在计算感光元件的实际坐标时，可用感光元件上一指定点在X轴上的位置代表感光元件的实际坐标，只需保证各感光元件的指定点位置一致即可。
步骤S200，假设其中一感光元件的位置不变，偏移其余感光元件的位置，使偏移后各感光元件等距排布，获取各感光元件在X轴上的等效坐标。如图5所示，等距排布后，分属两块基板的相邻两感光元件的中心距与同一基板上相邻两感光元件的中心距相等，均为d3。本实施例对d3的大小不做限制，可以任意指定。需要说明的是，本步骤并不要求移动各感光元件的实物，而是构建一等效线阵探测器即可。进一步的，图5中画出的等效线阵探测器也仅仅是为了表述方便，并不要求实际画出图形形式的等效线阵探测器或得到等效线阵探测器的图形数据。如图5所示，由于是等效线阵探测器，所以可以不用考虑实际的工艺实现方法。例如图5中用虚线矩形框表示基板1，可以通过让相邻两基板1之间部分重叠，来实现各感光元件的等距排布。优选的，在一实施例中，d3等于d1，即等效偏移后任意相邻两感光元件的中心距，与偏移前探测板内相邻两感光元件的中心距相等。
步骤S300，根据实际坐标和等效坐标，计算各感光元件的位置偏移量。位置偏移量表达了步骤S200中的偏移其余感光元件这一等效偏移动作导致的感光元件的位移量。具体的，位置偏移量的值为等效坐标的值减去实际坐标的值。
步骤S400，根据位置偏移量计算各感光元件的电学量偏移量。电学量偏移量具有与实际电学量相同的量纲，电学量偏移量与位置偏移量之间存在一相关函数。本实施例对该相关函数的具体类型不做限定，该相关函数可以是线性函数也可以是非线性函数，例如一次函数、高次函数、自然分布函数等。对于不同的感光元件，该相关函数可以相同或不同。
步骤S500，根据实际电学量和电学量偏移量，得到等效电学量。本实施例中，等效电学量和实际电学量具有相同的量纲，例如，等效电学量可以是实际电学量和电学量偏移量的线性组合，或其它组合形式。电学量偏移量的数值表达了对实际电学量的修正多少。一般而言，线阵探测器实物中的缝隙越大，感光元件的位置偏移量的绝对值越大，不经修正的成像结果误差越大，竖直棱线越明显。本实施例中，电学量偏移量的绝对值与位置偏移量的绝对值正相关，例如线性相关。因此，误差越大，对实际电学量的修正越大，从而实现等效电学量的自适应调整。
经过步骤S500，将实际电学量转换为等效电学量，后续将等效电学量转换为灰度图像的步骤可采用现有技术，不做改进。本领域技术人员已知的，线阵探测器的原始数据是16位或更高，例如16位的原始数据可表示0~65535共65536个等级，通过一系列的数据转换映射到灰度图像0~255共256个灰度等级上，生成灰度图像。现有技术是处理映射后的灰度数据，例如在灰度图像边缘进行梯度插值计算，丢失的数据信息会比较大，图像边缘过渡比较生硬。本实施例是直接在原始数据上进行计算，数据信息基本没有丢失，图像的边缘效果较好，成像质量高且稳定。
可选的，步骤S400包括：
步骤S410，根据感光元件附近，实际电学量相对实际坐标的变化率，得到电学量梯度。
步骤S420，将位置偏移量与电学量梯度相乘，得到电学量偏移量。
本实施例将电学量偏移量与位置偏移量之间的相关函数设置为感光元件附近的电学量梯度，换言之，感光元件附近的灰度变化越剧烈，电学量偏移量越大。从而使电学量偏移量不仅与线阵探测器的实物缝隙大小相关，还与具体被检测物的色调相关。反映在图像上，图像边缘区域的一阶导数较大，未经修正的成像结果中边缘区域处容易出现较明显的灰度突变，造成视觉干扰。本实施例对边缘区域的修正更强，提高了对不同色调区域的适应性。
可选的，步骤S410包括：
步骤S411，选取一感光元件作为目标感光元件。以上实施例中，数据转换是通过对每个感光元件的实际电学量进行转换而实现的，对各感光元件转换的先后顺序不做限定。本实施例中，目标感光元件是指当前进行数据转换的感光元件，在不同的时刻，不同的感光元件会成为目标感光元件。
步骤S412，在目标感光元件附近，选取两感光元件分别作为第一参考感光元件和第二参考感光元件。
步骤S413，将第一参考感光元件与第二参考感光元件的实际电学量相减，得到电学量变化量。
步骤S414，将第一参考感光元件与第二参考感光元件的实际坐标相减，得到坐标变化量。
步骤S415，将电学量变化量与坐标变化量相除，得到目标感光元件的电学量梯度。本步骤中，电学量梯度可以是电学量变化量与坐标变化量的数值直接相除的结果，也可以是与该结果正相关的数值，例如该结果乘以一预设系数。
可选的，第一参考感光元件和第二参考感光元件的其中之一为目标感光元件。通过本实施例的设置，电学量梯度更能反映目标感光元件周围的局域特征。例如，当目标感光元件位于拼接间隙边缘时，电学量梯度能够更加准确地表达拼接间隙处的色调梯度。
可选的，第一参考感光元件和第二参考感光元件相邻。进一步加强了电学量梯度的局域特性。
进一步的，位置偏移量为等效坐标的数值减去实际坐标的数值，得到的差值。换言之，位置偏移量为目标感光元件的偏移后的坐标减去偏移前的坐标。偏移方向与X轴正向相反。第一参考感光元件为目标感光元件，第二参考感光元件为沿X轴正的目标感光元件的下一感光元件。
可选的，等效坐标的获得方法为：保持多个感光元件中的实际坐标最小的感光元件的位置不变，偏移其余感光元件的位置，使偏移后各感光元件等距排布，得到等效坐标。本实施例的优点是实现较为简单、处理速度快。缺点是优化后的图像损失的数据集中在图像的处理末端，原始图像中心发生偏移。
可选的，等效坐标的获得方法为：保持多个感光元件中的实际坐标最大的感光元件的位置不变，偏移其余感光元件的位置，使偏移后各感光元件等距排布，得到等效坐标。本实施例的特点同上。
可选的，等效坐标的获得方法为：保持多个感光元件中的实际坐标居中的感光元件的位置不变，偏移其余感光元件的位置，使偏移后各感光元件等距排布，得到等效坐标。本实施例的优点是优化后的图像损失的数据分摊到图像的两端，原始图像中心基本没有改变。缺点是实现较为复杂，增加了计算量。
可选的，在步骤S413中，如果其中一参考感光元件的实际电学量已转换为等效电学量，则用参考感光元件的等效电学量替换实际电学量参与目标感光元件的电学量偏移量计算。
可选的，等效电学量的计算公式如下：
其中，表示目标感光元件的等效电学量；
表示目标感光元件的实际电学量；
表示第二参考感光元件的实际电学量；
Xi_new表示目标感光元件的等效坐标；
Xi表示目标感光元件的实际坐标；
Xi+1表示第二参考感光元件的实际坐标；
Xi+1-Xi表示步骤S414中坐标变化量；
表示步骤S413中的电学量变化量；
表示步骤S415中的电学量梯度；
Xi_new-Xi表示目标感光元件的位置偏移量；
表示步骤S420中的电学量偏移量。
本实施例还提供一种线阵探测器的数据转换装置，线阵探测器包括沿X轴排布的多个感光元件，各感光元件用于将光信号转换为实际电学量，数据转换方法用于将实际电学量转换为用于成像的等效电学量，数据转换装置包括：
坐标获取模块，用于获取各感光元件在X轴上的实际坐标；
坐标转换模块，用于假设其中一感光元件的位置不变，偏移其余感光元件的位置，使偏移后各感光元件等距排布，获取各感光元件在X轴上的等效坐标；
第一偏移计算模块，用于根据实际坐标和等效坐标，计算各感光元件的位置偏移量；
第二偏移计算模块，用于根据位置偏移量计算各感光元件的电学量偏移量；
输出模块，用于根据实际电学量和电学量偏移量，得到等效电学量。
请参阅图6，显示为本发明的电子设备于一实施例中的结构连接示意图。如图6所示，本实施例提供一种电子设备，具体包括：处理器及存储器；存储器用于存储计算机程序，处理器用于执行存储器存储的计算机程序，以使电子设备执行线阵探测器的数据转换方法的各个步骤。
上述的处理器可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，简称CPU)、网络处理器(Network Processor，简称NP)等；还可以是数字信号处理器(Digital Signal Processing，简称DSP)、专用集成电路(Application SpecificIntegrated Circuit，简称ASIC)、现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，简称FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。
上述的存储器可能包含随机存取存储器(Random Access Memory，简称RAM)，也可能还包括非易失性存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。
于实际应用中，电子设备可以是包括存储器、存储控制器、一个或多个处理单元(CPU)、外设接口、RF电路、音频电路、扬声器、麦克风、输入/输出(I/O)子***、显示屏、其他输出或控制设备，以及外部端口等所有或部分组件的计算机。
本实施例还提供一种成像设备，包括线阵探测器、数据转换器以及显示器，线阵探测器包括沿X轴排布的多个感光元件，各感光元件用于将光信号转换为实际电学量，数据转换器采用数据转换装置，以将实际电学量转换为等效电学量，数据转换器还用于将等效电学量转换为灰度值，显示器用于根据灰度值输出图像。
可选的，线阵探测器包括多块探测板，探测板包括基板以及排布于基板的多个感光元件，同一基板上相邻两感光元件的中心距为d1，分属两块基板的相邻两感光元件的中心距为d2，d2>d1。
综上，本发明通过测量线阵探测器的实际坐标，并建立理想状况下的等效坐标，得到了针对各感光元件的电学量偏移量和等效电学量，充分考虑了环境变化的影响，稳定性较好。此外，等效电学量与灰度值存在映射关系，但精度值远高于灰度值，成像精度较高。本发明具有较高的产业利用价值。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。不同实施例中的技术特征体现在同一附图中时，可视为该附图也同时披露了所涉及的各个实施例的组合例。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (10)
1.一种线阵探测器的数据转换方法，所述线阵探测器包括沿X轴排布的多个感光元件，各感光元件用于将光信号转换为实际电学量，所述数据转换方法用于将所述实际电学量转换为用于成像的等效电学量，其特征在于，所述数据转换方法包括：
获取各感光元件在X轴上的实际坐标；
假设其中一感光元件的位置不变，偏移其余感光元件的位置，使偏移后各感光元件等距排布，获取各感光元件在X轴上的等效坐标；
根据所述实际坐标和所述等效坐标，计算各感光元件的位置偏移量；
根据所述位置偏移量计算各感光元件的电学量偏移量；
根据所述实际电学量和所述电学量偏移量，得到所述等效电学量。
2.根据权利要求1所述的线阵探测器的数据转换方法，其特征在于，所述根据所述位置偏移量计算各感光元件的电学量偏移量，包括：
根据感光元件附近，实际电学量相对实际坐标的变化率，得到电学量梯度；
将所述位置偏移量与所述电学量梯度相乘，得到所述电学量偏移量。
3.根据权利要求2所述的线阵探测器的数据转换方法，其特征在于，所述电学量梯度的获得方法具体包括：
选取一感光元件作为目标感光元件；
在所述目标感光元件附近，选取两感光元件分别作为第一参考感光元件和第二参考感光元件；
将所述第一参考感光元件与所述第二参考感光元件的实际电学量相减，得到电学量变化量；
将所述第一参考感光元件与所述第二参考感光元件的实际坐标相减，得到坐标变化量；
将所述电学量变化量与所述坐标变化量相除，得到所述目标感光元件的电学量梯度。
4.根据权利要求3所述的线阵探测器的数据转换方法，其特征在于，所述第一参考感光元件和所述第二参考感光元件的其中之一为所述目标感光元件。
5.根据权利要求3所述的线阵探测器的数据转换方法，其特征在于，所述第一参考感光元件和所述第二参考感光元件相邻。
6.根据权利要求1所述的线阵探测器的数据转换方法，其特征在于，所述等效坐标的获得方法为：
保持多个感光元件中的实际坐标最小的感光元件的位置不变，偏移其余感光元件的位置，使偏移后各感光元件等距排布，得到所述等效坐标；或
保持多个感光元件中的实际坐标最大的感光元件的位置不变，偏移其余感光元件的位置，使偏移后各感光元件等距排布，得到所述等效坐标；或
保持多个感光元件中的实际坐标居中的感光元件的位置不变，偏移其余感光元件的位置，使偏移后各感光元件等距排布，得到所述等效坐标。
7.一种线阵探测器的数据转换装置，所述线阵探测器包括沿X轴排布的多个感光元件，各感光元件用于将光信号转换为实际电学量，所述数据转换方法用于将所述实际电学量转换为用于成像的等效电学量，其特征在于，数据转换装置包括：
坐标获取模块，用于获取各感光元件在X轴上的实际坐标；
坐标转换模块，用于假设其中一感光元件的位置不变，偏移其余感光元件的位置，使偏移后各感光元件等距排布，获取各感光元件在X轴上的等效坐标；
第一偏移计算模块，用于根据所述实际坐标和所述等效坐标，计算各感光元件的位置偏移量；
第二偏移计算模块，用于根据所述位置偏移量计算各感光元件的电学量偏移量；
输出模块，用于根据所述实际电学量和所述电学量偏移量，得到所述等效电学量。
8.一种电子设备，包括存储器和处理器，其特征在于，所述处理器用于执行所述存储器存储的计算机程序，以使所述电子设备执行如权利要求1~6中任一项所述的数据转换方法。
9.一种成像设备，包括线阵探测器、数据转换器以及显示器，其特征在于，所述线阵探测器包括沿X轴排布的多个感光元件，各感光元件用于将光信号转换为实际电学量，所述数据转换器采用权利要求7所述的数据转换装置，以将所述实际电学量转换为等效电学量，所述数据转换器还用于将所述等效电学量转换为灰度值，所述显示器用于根据所述灰度值输出图像。
10.根据权利要求9所述的成像设备，其特征在于，所述线阵探测器包括多块探测板，所述探测板包括基板以及排布于所述基板的多个感光元件，同一基板上相邻两感光元件的中心距为d1，分属两块基板的相邻两感光元件的中心距为d2，d2>d1。
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