[发明专利]一种基于逐像素高斯函数拟合法的X射线边界照明成像方法

权利要求书

1.一种基于逐像素高斯函数拟合法的X射线边界照明成像方法，其特征应用于由X射线源(1)、调制掩膜(2)、分析探测掩膜(3)和图像探测器(4)组成的X射线边界照明成像系统中，

以所述X射线源(1)的位置点为坐标系原点O，以光轴方向为Z轴向，垂直于光轴、且平行于所述调制掩膜(2)的调制结构方向为Y轴向，以共同垂直于光轴和所述调制掩膜(2)的调制结构方向为X轴向，建立直角坐标系O-XYZ；

在沿Z轴向上依次设置有所述X射线源(1)、调制掩膜(2)、分析探测掩膜(3)和图像探测器(4)；且所述X射线源(1)、调制掩膜(2)、分析探测掩膜(3)和图像探测器(4)在沿Y轴向上中心对齐；

所述X射线边界照明成像方法是按如下步骤进行：

步骤1、设置各器件相关位置，且满足：0＜d₂₁＜d₃₁＜d₄₁，其中，d₂₁为所述调制掩膜(2)与所述X射线源(1)在沿Z轴向上的相对距离，d₃₁为所述分析探测掩膜(3)与所述X射线源(1)在沿Z轴向上的相对距离，d₄₁为所述图像探测器(4)与所述X射线源(1)在沿Z轴向上的相对距离；

步骤2、获取背景投影图像：

步骤2.1、设置所述分析探测掩膜(3)与所述调制掩膜(2)在沿X轴向上的第一相对位移为x₁；启动所述X射线源(1)后，利用所述图像探测器(4)按照第一曝光时长t1获取第一背景投影图像

步骤2.2、设置所述分析探测掩膜(3)与所述调制掩膜(2)在沿X轴向上的第二相对位移为x₂；利用所述图像探测器(4)按照第二曝光时长t2获取第二背景投影图像

步骤2.3、设置所述分析探测掩膜(3)与所述调制掩膜(2)在沿X轴向上的第三相对位移为x₃；利用所述图像探测器(4)按照第三曝光时长t3获取第三背景投影图像

步骤2.4、设置所述分析探测掩膜(3)与所述调制掩膜(2)在沿X轴向上的第四相对位移为x₄；利用所述图像探测器(4)按照第四曝光时长t4获取第四背景投影图像

步骤2.5、设置所述分析探测掩膜(3)与所述调制掩膜(2)在沿X轴向上的第五相对位移为x₅；利用所述图像探测器(4)按照第五曝光时长t5获取第五背景投影图像关闭所述X射线源(1)；

步骤3、获取被成像物的投影图像：

步骤3.1、将被成像物(5)沿Z轴向放置在所述调制掩膜(2)和所述分析探测掩膜(3)的中间；并将所述被成像物(5)与所述X射线源(1)在沿Z轴向上的相对距离记为d₅₁，且满足d₂₁＜d₅₁＜d₃₁；设置所述被成像物(5)与所述调制掩膜(2)在沿Y轴向上中心对齐；

步骤3.2、设置所述分析探测掩膜(3)与所述调制掩膜(2)在沿X轴向上的第一相对位移为x₁；启动所述X射线源(1)后，利用所述图像探测器(4)按照所述第一曝光时长t1获取所述被成像物(5)的第一投影图像

步骤3.3、设置所述分析探测掩膜(3)与所述调制掩膜(2)在沿X轴向上的第二相对位移为x₂；利用所述图像探测器(4)按照所述第二曝光时长t2获取所述被成像物(5)的第二投影图像

步骤3.4、设置所述分析探测掩膜(3)与所述调制掩膜(2)在沿X轴向上的第三相对位移为x₃；利用所述图像探测器(4)按照所述第三曝光时长t3获取所述被成像物(5)的第三投影图像

步骤3.5、设置所述分析探测掩膜(3)与所述调制掩膜(2)在沿X轴向上的第四相对位移为x₄；利用所述图像探测器(4)按照所述第四曝光时长t4获取所述被成像物(5)的第四投影图像

步骤3.6、设置所述分析探测掩膜(3)与所述调制掩膜(2)在沿X轴向上的第五相对位移为x₅；利用所述图像探测器(4)按照所述第五曝光时长t5获取所述被成像物(5)的第五投影图像关闭所述X射线源(1)；

步骤4、利用逐像素高斯函数拟合法获得背景投影图像的拟合参数：

步骤4.1、定义投影图像的行数为W，列数为H；定义N₁为当前行数，N₂为当前列数，并初始化N₁＝1；

步骤4.2、初始化N₂＝1；

步骤4.3、利用式(1)作多参数拟合，得到像素(N₁,N₂)的第一拟合参数A₀(N₁,N₂)、第二拟合参数θ₀(N₁,N₂)、第三拟合参数S₀(N₁,N₂)、第四拟合参数B₀(N₁,N₂)，且满足A₀＞0，S₀＞0，B₀＞0：

式(1)中，分别表示所述第一背景投影图像第二背景投影图像第三背景投影图像第四背景投影图像第五背景投影图像中像素(N₁,N₂)的数值；

步骤4.4、将N₂+1赋值给N₂后，判断N₂＞H是否成立，若成立，则执行步骤4.5；否则，返回步骤4.3；

步骤4.5、将N₁+1赋值给N₁后，判断N₁＞W是否成立，若成立，表示背景投影图像的逐像素拟合过程结束，得到所有像素的第一拟合参数A₀、第二拟合参数θ₀、第三拟合参数S₀、第四拟合参数B₀；否则，返回步骤4.2；

步骤5、利用逐像素高斯函数拟合法获得所述被成像物(5)的投影图像的拟合参数：

步骤5.1、初始化N₁＝1；

步骤5.2、初始化N₂＝1；

步骤5.3、利用式(2)作多参数拟合，得到像素(N₁,N₂)的第一物体拟合参数A₁(N₁,N₂)、第二物体拟合参数θ₁(N₁,N₂)、第三物体拟合参数S₁(N₁,N₂)、第四物体拟合参数B₁(N₁,N₂)，且满足A₁＞0，S₁＞0，B₁＞0：

式(2)中，分别表示所述被成像物(5)的第一投影图像第二投影图像第三投影图像第四投影图像第五投影图像中像素(N₁,N₂)的数值；

步骤5.4、将N₂+1赋值给N₂后，，判断N₂＞H是否成立，若成立，则执行步骤5.5；否则，返回步骤5.3；

步骤5.5、将N₁+1赋值给N₁后，判断N₁＞W是否成立，若成立，则表示所述被成像物(5)的投影图像的逐像素拟合过程结束，得到所有像素的第一物体拟合参数A₁、第二物体拟合参数θ₁、第三物体拟合参数S₁、第四物体拟合参数B₁；否则，返回步骤5.2；

步骤6、利用式(3)逐像素提取所述被成像物(5)的吸收信号T：

T＝A₁/A₀ (3)

步骤7、利用式(4)逐像素提取所述被成像物(5)的折射信号θ_R：

θ_R＝θ₁-θ₀ (4)

步骤8、利用式(5)逐像素提取所述被成像物(5)的散射信号S：

以所述被成像物(5)的吸收信号T、折射信号θ_R、散射信号S作为所述X射线边界照明成像方法的结果。