[发明专利]一种基于霍夫变换法的X射线光栅干涉仪成像方法

权利要求书

1.一种基于霍夫变换法的X射线光栅干涉仪成像方法，其特征应用于由X射线源(1)、相位调制光栅(2)、吸收分析光栅(3)、图像探测器(4)组成的X射线光栅干涉仪中，

以所述X射线源(1)的位置点为坐标系原点O，以射线轴方向为Z轴向，垂直于射线轴、且平行于所述相位调制光栅(2)的栅线结构方向为Y轴向，以共同垂直于射线轴和所述相位调制光栅(2)的栅线结构方向为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)、相位调制光栅(2)、吸收分析光栅(3)和图像探测器(4)；且所述X射线源(1)、相位调制光栅(2)、吸收分析光栅(3)和图像探测器(4)在沿Y轴向上中心对齐；其特征是，所述X射线光栅干涉仪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＜d₁₂＜d₁₃＜d₁₄，其中，d₁₂为所述X射线源(1)与所述相位调制光栅(2)在沿Z轴向上的相对距离，d₁₃为所述X射线源(1)与所述吸收分析光栅(3)在沿Z轴向上的相对距离，d₁₄为所述X射线源(1)与所述图像探测器(4)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、定义正整数m为获取的投影图像的序号，并初始化m＝1；

步骤2.2、设置所述吸收分析光栅(3)与所述相位调制光栅(2)在沿X轴向上的相对位移为(m×p₂)/M；启动所述X射线源(1)后，利用所述图像探测器(4)按照曝光时长t获取第m个背景投影图像其中，p₂是所述吸收分析光栅(3)的周期；M是获取的投影图像的总数目，且M为正整数，并满足M≥6；

步骤2.3、将m+1赋值给m后，判断m＞M是否成立，若成立，则执行步骤2.4；否则，返回步骤2.2；

步骤2.4、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、将所述被成像物(5)沿Z轴向放置在所述相位调制光栅(2)和所述吸收分析光栅(3)的中间；并将所述X射线源(1)与所述被成像物(5)在沿Z轴向上的相对距离记为d₁₅，且满足d₁₂＜d₁₅＜d₁₃；设置所述被成像物(5)与所述相位调制光栅(2)在沿Y轴向上中心对齐；

步骤3.2、初始化m＝1；

步骤3.3、设置所述吸收分析光栅(3)与所述相位调制光栅(2)在沿X轴向上的相对位移为(m×p₂)/M；启动所述X射线源(1)后，利用所述图像探测器(4)按照所述曝光时长t获取所述被成像物(5)的第m个投影图像

步骤3.4、将m+1赋值给m后，判断m＞M是否成立，若成立，则执行步骤3.5；否则，返回步骤3.3；

步骤3.5、关闭所述X射线源(1)；

步骤4、利用逐像素的霍夫变换获得背景投影图像的参数：

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)计算像素(N₁,N₂)的第一背景参数A₁(N₁,N₂)，

式(1)中，表示所述第m个背景投影图像中像素(N₁,N₂)的数值，且满足1≤m≤M；

步骤4.4、定义维度为2×M的背景矩阵X，且满足：

对背景矩阵X的M个列向量分别作霍夫变换，得到霍夫空间的M条背景直线；

获取M条背景直线的背景交点[V₁(N₁,N₂),V₂(N₁,N₂)]，其中，V₁(N₁,N₂)是背景交点的横坐标，V₂(N₁,N₂)是背景交点的纵坐标；

利用式(2)计算像素(N₁,N₂)的第二背景参数A₂(N₁,N₂)、第三背景参数A₃(N₁,N₂)：

式(2)中，tan^-1表示反正切操作；

步骤4.5、将N₂+1赋值给N₂后，判断N₂＞H是否成立，若成立，则执行步骤4.6；否则，返回步骤4.4；

步骤4.6、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霍夫变换结束，得到所有像素的第一背景参数A₁、第二背景参数A₂、第三背景参数A₃；否则，返回步骤4.2；

步骤5、利用逐像素的霍夫变换获得所述被成像物(5)的投影图像的参数：

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(3)计算像素(N₁,N₂)的第一物体参数B₁(N₁,N₂)，

式(1)中，表示所述第m个所述被成像物(5)的投影图像中像素(N₁,N₂)的数值，且满足1≤m≤M；

步骤5.4、定义维度为2×M的物体矩阵Y，且满足：

对物体矩阵Y的M个列向量分别作霍夫变换，得到霍夫空间的M条物体直线；

获取M条物体直线的物体交点[U₁(N₁,N₂),U₂(N₁,N₂)]，其中，U₁(N₁,N₂)是物体交点的横坐标，U₂(N₁,N₂)是物体交点的纵坐标；

利用式(4)计算像素(N₁,N₂)的第二物体参数B₂(N₁,N₂)、第三物体参数B₃(N₁,N₂)：

步骤5.5、将N₂+1赋值给N₂后，判断N₂＞H是否成立，若成立，则执行步骤5.6；否则，返回步骤5.4；

步骤5.6、将N₁+1赋值给N₁后，判断N₁＞W是否成立，若成立，表示所述被成像物(5)的投影图像的逐像素霍夫变换结束，得到所有像素的第一物体参数B₁、第二物体参数B₂、第三物体参数B₃；否则，返回步骤5.2；

步骤6、利用式(5)逐像素提取所述被成像物(5)的吸收信号T：

T＝B₁/A₁ (5)

步骤7、利用式(6)逐像素提取所述被成像物(5)的折射信号θ_R：

θ_R＝B₂-A₂ (6)

步骤8、利用式(7)逐像素提取所述被成像物(5)的暗场信号DF：

DF＝(B₃/B₁)/(A₃/A₁) (7)

以所述被成像物(5)的吸收信号T、折射信号θ_R、暗场信号DF作为所述X射线光栅干涉仪成像方法的结果。