阅读说明：本技术 一种小型化物体多角度x射线数字图像采集系统及方法 (Small object multi-angle X-ray digital image acquisition system and method ) 是由 郑梁 陈王镱 于 2019-11-21 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种小型化物体多角度X射线数字图像采集系统及方法,包括屏蔽装置、X射线发射管、载物台、电机、暗盒、增感屏、CCD相机、采集卡、单片机和上位机端,X射线发射管、载物台、电机、暗盒、增感屏和CCD相机均放置于屏蔽装置中以隔绝屏蔽；所述增感屏和CCD相机均置于暗盒中；所述载物台安装在电机上,电机固定在屏蔽装置中；所述暗盒与X射线发射管分别固定于屏蔽装置两端；所述CCD相机通过采集卡与上位机端连接；所述X射线发射管与电机均通过单片机与上位机端连接。本发明的图像采集方案体积小,操作便捷安全,功耗低。(The invention discloses a system and a method for collecting a multi-angle X-ray digital image of a miniaturized object, which comprises a shielding device, an X-ray emission tube, an objective table, a motor, a cassette, an intensifying screen, a CCD camera, a collecting card, a singlechip and an upper computer, wherein the X-ray emission tube, the objective table, the motor, the cassette, the intensifying screen and the CCD camera are all placed in the shielding device to be isolated and shielded; the intensifying screen and the CCD camera are both arranged in the dark box; the objective table is arranged on a motor, and the motor is fixed in the shielding device; the cassette and the X-ray emission tube are respectively fixed at two ends of the shielding device; the CCD camera is connected with the end of an upper computer through an acquisition card; the X-ray emission tube and the motor are connected with the upper computer end through the single chip microcomputer. The image acquisition scheme of the invention has the advantages of small volume, convenient and safe operation and low power consumption.)

一种小型化物体多角度X射线数字图像采集系统及方法

技术领域

本发明属于图像采集领域，特别涉及一种小型化物体多角度X射线数字图像采集系统及方法。

背景技术

自从X射线被人们发现以来，由于他的穿透性，荧光作用被广泛用于医学影像，安防监控，工业检测等领域，目前国内数字化X射线成像技术研究还不够深入，而且由于X射线的成像原理，目前的X光图像采集系统都有体积大，耗能高，价格高昂等缺陷，在一些领域的推广使用也受到了这些缺陷的影响。

由于数字化成像技术具有空间分辨率好，动态范围大、检测效率高、易于保存、数字图像处理技术功能强大等优点，且数字化成像技术始于90年代末，技术还不是很成熟，应用也不是很广泛，使其成为X射线成像领域的研究重点。

基于CCD探测器的数字化成像技术，价格不是很昂贵，且比较轻便，能够有效促进小型企业及小型医疗机构X射线成像设备的发展，因此具有很好的发展空间。本发明中的X射线图像采集系统利用增感屏将射线转化成可见光，在利用CCD进行采集数字化后上传到PC上进行处理、存储和显示，整个系统轻便，价格较便宜，成像质量高，利于中小型企业推广使用。

发明内容

有鉴于此，本发明为了解决传统X射线图像采集系统体积大，成本高，多角度图像采集困难的问题，提供了一种小型化物体多角度X射线数字图像采集系统，包括屏蔽装置、X射线发射管、载物台、电机、暗盒、增感屏、CCD相机、采集卡、单片机和上位机端，其中，

所述X射线发射管、载物台、电机、暗盒、增感屏和CCD相机均放置于屏蔽装置中以隔绝屏蔽；所述增感屏和CCD相机均置于暗盒中；所述载物台安装在电机上，电机固定在屏蔽装置中；所述暗盒与X射线发射管分别固定于屏蔽装置两端；所述CCD相机通过采集卡与上位机端连接；所述X射线发射管与电机均通过单片机与上位机端连接。

优选地，所述屏蔽装置由金属框架和铅板组成，隔绝X射线辐射。

优选地，所述X射线发射管为小型化阳极共地发射管，包括不锈钢外壳和内灌的绝缘油。

优选地，所述CCD相机为HL9060型号黑白高清相机。

优选地，所述增感屏为CsITI材料制作的单晶增感屏，分辨率≥61p/mm，增感倍率>100。

优选地，所述上位机端与单片机通信，再通过电磁电继器控制X射线发射管的电源。

基于上述目的，本发明还提供了一种小型化物体多角度X射线数字图像采集的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S10，上位机端下达命令开启X射线发射管的电源；

S20，上位机端通过采集卡采集CCD相机拍摄的图像数据；

S30，上位机端处理采集卡传输的数字图像并储存；

S40，上位机端判断是否拍摄完成；

S50，否，则上位机端下达命令通过单片机控制电机转动；

S60，是，则上位机端关闭X射线发射管的电源。

优选地，所述S10中，上位机控制X射线发射管的电源，为通过串口通信与单片机进行通信，采用电磁电继器对X射线发射管的电源进行开启。

优选地，所述S30，上位机端处理采集卡传输的数字图像，处理包括图像增强和去噪。

优选地，所述图像增强采用直方图均衡化。

有益效果：本发明相比传统的X射线图像采集系统体积更小，功耗更低。同时为了解决小型化X射线发射管功率低导致的成像质量问题，对采集到的数字化图像做图像处理，包括采用直方图均衡化对图像进行增强和使用高斯滤波器对图像进行去噪处理，使得最终的成像质量得到保障。在此基础上，使用电机转动载物台实现多角度图像采集，使用上位机对系统进行整体控制，使整个成像系统可以根据设定的角度参数进行自动化图像采集，尽可能的减少操作人员在图像采集过程中不必要的操作，使X射线图像采集过程更为安全便捷。

本发明的成像系统体积小，方便运输使用，同时图像采集操作通过上位机端自动化控制，更为便捷安全。采集到的数字图像通过数字图像处理技术进行增强去噪，成像效果更好更清晰。同时各部件的***格都十分低廉，利于系统的推广。

附图说明

图1为本发明实施例小型化物体多角度X射线数字图像采集系统的结构框图；

图2为本发明实施例小型化物体多角度X射线数字图像采集方法的步骤流程图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。

系统实施例参见图1，包括屏蔽装置1、X射线发射管2、载物台3、电机4、暗盒5、增感屏6、CCD相机7、采集卡8、单片机9和上位机端10，其中，

X射线发射管2、载物台3、电机4、暗盒5、增感屏6和CCD相机7均放置于屏蔽装置1中以隔绝屏蔽；增感屏6和CCD相机7均置于暗盒5中；载物台3安装在电机4上，电机4固定在屏蔽装置1中；暗盒5与X射线发射管2分别固定于屏蔽装置1两端；CCD相机7通过采集卡8与上位机端10连接；X射线发射管2与电机4均通过单片机9与上位机端10连接。

具体实施例中

其中屏蔽装置1由金属框架和铅板组成，隔绝射线辐射。X射线发射管2为小型化阳极共地发射管，采用不锈钢外壳，内灌绝缘油用于高压绝缘和冷却。阳极电压为50kv，阳极电流1mA，最大功率50w。CCD相机7选用的为HL9060型号黑白高清CCD相机，像素为720*576，最低照度为0.0001Lux，工作电压为12V。增感屏6为CsITI材料制作的单晶增感屏，分辨率≥61p/mm，增感倍率>100。

X射线发射管2发射X射线穿过载物台3上所放置的物体，经过衰减后在增感屏6形成荧光图像，由CCD相机7拍摄并通过采集卡8传输到上位机端10完成一次图像采集过程。通过电机4转动载物台3实现物体角度的变化，上位机端10负责整个系统的控制，控制整个系统完成所需要的一组物体多角度图像的采集。上位机端10与单片机9通信，再通过电磁电继器控制X射线发射管2的电源。

参见图2，本发明还提供了一种小型化物体多角度X射线数字图像采集的方法，包括以下步骤：

S10，上位机端下达命令开启X射线发射管的电源；

S20，上位机端通过采集卡采集CCD相机拍摄的图像数据；

S30，上位机端处理采集卡传输的数字图像并储存；

S40，上位机端判断是否拍摄完成；

S50，否，则上位机端下达命令通过单片机控制电机转动；

S60，是，则上位机端关闭X射线发射管的电源。

具体实施例中

在S10和S60中，上位机端控制X射线发射管的电源，为通过串口通信与单片机进行通信，采用电磁电继器对X射线发射管的电源进行开启和关闭。

在S30上位机端处理数字图像中，采用图像增强和去噪，对图像进行处理，使数字图像更为清晰。由于X射线成像原理为X射线穿透物体导致X射线能量衰减，最终在增感屏上产生不同对比度的荧光。针对这一原理，本发明采用直方图均衡化对图像进行增强，直方图均衡化的中心思想是把原始图像的灰度直方图从比较集中的某个区域变成在全部灰度范围内的均匀分布。在一幅图像中，明亮图像的直方图倾向于灰度级高的一侧，灰暗图像的直方图倾向于灰度级低的一侧，如果一副图像占有全部可能的灰度级并且分布均匀，则这样的图像有高对比度和多变的灰度色调。直方图均衡化算法统计了每个灰度值的像素点的数量。将原始的直方图拉伸，使之均匀分布在全部灰度范围内，从而增强图像的对比度。直方图均衡化这种方法通常用来增加图像的局部对比度。所以这种方法对于图像前景和背景都太亮或者太暗的情况非常有用，使目标区域从背景脱离出来。针对于本发明中为了使成像系统体积小型化，功耗低而采用低功率X射线发射管导致的最终成像亮度低，对比度的问题，直方图均衡化很好的增强了最终图像的成像质量。使得最终的成像质量得到了极大的提升。

针对数字化图像采集产生的高斯噪声，采用高斯滤波器对图像进行去噪。高斯滤波器是一种线性滤波器，能够有效的抑制噪声，平滑图像。其作用原理是取滤波器窗口内的像素的均值作为输出。其窗口模板随着距离模板中心的增大而系数减小。二维的高斯函数如下：

其中(x,y)为点坐标，在图像处理中可认为是整数；σ是标准差。要想得到一个高斯滤波器的模板，可以对高斯函数进行离散化，得到的高斯函数值作为模板的系数。例如：要产生一个3×3的高斯滤波器模板，以模板的中心位置为坐标原点进行取样，将各个位置的坐标带入到高斯函数中，得到的值就是模板的系数。对于窗口模板的大小为(2k+1)*(2k+1)，模板中各个元素值的计算公式如下：

理论上，高斯分布在所有定义域上都有非负值，这就需要一个无限大的卷积核。实际上，仅需要取均值周围3倍标准差内的值，以外部份直接去掉即可。计算出高斯卷积核的系数后，根据所得出的卷积核系数重新计算每个像素点的值达到去除高斯噪声的目的。

在S40上位机端判断拍摄是否完成拍摄完成时，上位机端根据预先设定的角度参数回与当前拍摄数量进行比对来判断此次拍摄是否已经完成，并决定下一步的步骤。默认设定为每次转动45°，共拍摄8张，上位机端将当前拍摄数量与之对比决定下一步操作。

上位机端根据上述方法对整个系统进行控制，实现多角度X射线图像的自动化采集，使整个系统更为便捷安全。使用人员也可根据实际需求修改角度参数，以满足不同工业需求。

通过上述设置，提供了一个小型化物体多角度X射线数字图像采集系统，使用小型化X射线发射管减小系统整体的体积和功耗；使用电磁电继器对X射线发射管的电源进行控制，来控制射线管的工作；使用上位机程序根据预先设定的参数对系统进行控制完成整个系统的图像采集工作；使用电机完成物体角度的变换；使用串口通信与单片机进行通信达到对电机的控制；使用采集卡传输CCD数字相机的图片数据完成图片采集；使用数字图像处理技术提升图像质量。通过这些关键技术，使得本发明相对传统的X射线图像采集系统具有体积小，功耗低，成本低，操作简单安全，可自动化采集多角度图像等优势。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。