X射线图像传感及数字成像实验的研究

论文摘要

X射线的发现及其研究,对物理学以至整个科学技术产生了极为深刻的影响。X射线透视成像的原理是,入射X射线束经被观察物体衰减后的透射X射线经过X射线增感屏转换,产生X射线透视荧光图像。X射线在医学上普遍应用于疾病的检查诊断;此外,X射线还用于检测物体内部结构缺陷的无损探伤、机场及重要部位的安全检查等。X射线影像的数字化,主要是指X射线影像以数字方式输出,使这些影像数据能够利用计算机强大的高速运算处理能力,方便、快速地进行存储、处理、传输、显示。由于影像技术与计算机技术相结合,给医学影像带来了革命性的变化。数字化X射线摄影(DR)是X射线影像数字化一种重要途径,X射线通过可见光转换屏,将X射线光子变为可见光图像,而后通过光学系统由CCD或CMOS图像传感器采集转换为图像电信号。图像采集卡将成像系统输出的模拟信号转换为数字信号,从而构成数字图像。经过数字图像处理后的X射线影像以数字化的电子方式存储、管理、传送、显示,使X射线成像摆脱对传统硬拷贝技术的依赖。本论文讲述了X射线数字化成像的原理,利用CCD面阵图像传感器及外围电路设计了具有帧累积功能的摄像系统。选择合适的X射线源、X射线增感屏、图像采集卡和商品CCD摄像头等搭建了数字化X射线成像系统,并进行了初步成像实验。利用数字图像处理技术对所获得的数字化X射线图像进行了亮度调节、对比度增强、平滑滤波、边缘增强、伪彩色编码、图像分割等处理,最后在显示面板上显示被测的图像。本系统的设计方法是基于虚拟仪器技术完成的。虚拟仪器技术实际上是在PC机上借助DAQ(数据采集)卡、GPIB(通用接口总线)卡、VXI卡等数据采集设备,将需要处理的数据采集到计算机,通过软件的分析、处理、判断、显示、存储和控制功能,来实现一台或多台传统仪器的功能。系统采用LabVIEW7.0软件编程。利用虚拟仪器技术及Labview软件平台的编程技术,驱动非NI公司配套的图像采集卡进行图像采集,在计算机中利用软件平台对图像信号进行处理,最后在虚拟仪器显示面板上显示出透射图像。利用构建的虚拟仪器系统,在硬件设备以及连线不变的前提下,改变软件程序就可以实现图像采集、图像处理、图像显示等不同系统的功能。为了实验的方便及需要,把各个功能的系统合在一个主系统下,利用软件编程就可以实现多个系统的功能。虚拟仪器技术是计算机技术与仪器技术相结合的产物,也是今后测试技术与仪器仪表技术发展方向之一。本文介绍的基于虚拟仪器Labview的数字化X射线成像系统,有效的缩短了研发时间,提高了系统运行的灵活性和使用效率,既利用了Labview图形化编程的方便和虚拟仪器强大的开发功能,又降低了系统的开发成本。由于影像技术与计算机技术的相结合,给X射线影像带来了革命性的变化。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 X 射线成像技术
• 1.1.1 X 射线的特性及成像原理
• 1.1.2 X 射线成像技术的发展
• 1.1.3 数字化X 射线成像的优点与应用前景
• 1.2 课题研究的意义
• 1.2.1 国内外研究现状
• 1.2.2 课题研究方法
• 1.3 课题研究的内容
• 2 数字化 X 射线成像系统的设计
• 2.1 引言
• 2.2 X 射线源
• 2.3 X 射线增感屏
• 2.4 CCD 摄像机系统
• 2.5 图像采集卡
• 2.6 本章小结
• 3 CCD 摄像机系统
• 3.1 系统框图
• 3.2 主要功能模块功能描述
• 3.2.1 时钟信号与同步信号产生单元
• 3.2.2 垂直时钟驱动单元与图像传感器
• 3.2.3 视频信号处理单元
• 3.3 PCB 板的设计
• 3.3.1 电源和地线的设计
• 3.3.2 PCB 板的布局
• 3.3.3 PCB 板的布线
• 3.4 本章小结
• 4 视频图像采集系统
• 4.1 引言
• 4.2 图像采集系统
• 4.2.1 动态链接库
• 4.2.2 实现图像采集的动态链接库的建立
• 4.2.3 LabVIEW 对动态链接库DLL 的调用
• 4.3 采集程序的设计
• 4.4 实验测试
• 4.5 本章小结
• 5 视频图像处理系统
• 5.1 引言
• 5.2 数字化X 射线图像处理的方法
• 5.2.1 水平与垂直翻转
• 5.2.2 亮度调节与亮度反置
• 5.2.3 对比度增强
• 5.2.4 平滑滤波
• 5.2.5 边缘增强
• 5.2.6 伪彩色编码
• 5.2.7 图像分割
• 5.3 数字化X 射线图像处理程序设计
• 5.3.1 程序的特点及功能
• 5.3.2 程序流程图
• 5.4 本章小结
• 6 结论与展望
• 6.1 主要结论
• 6.2 后续研究工作的展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录