安 康，吳石琳，杜 宇，段曉礁，李汶芳，周日峰，王 玨,*

(1.重慶大學(xué) 光電技術(shù)及系統(tǒng)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 ICT研究中心，重慶 400044；2.重慶大學(xué) 機(jī)械傳動(dòng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶 400044；3.中國(guó)工程物理研究院 化工材料研究所，四川 綿陽(yáng) 621000)

電荷耦合器件(charge coupled device, CCD)通常具有微米級(jí)像元尺寸，以CCD作為探測(cè)器圖像傳感器制作的光纖耦合X射線探測(cè)器可實(shí)現(xiàn)微米級(jí)的空間分辨力，在高精度計(jì)算機(jī)層析成像(computed tomography, CT)掃描中得到廣泛應(yīng)用?？茖W(xué)級(jí)全幀CCD動(dòng)態(tài)范圍高、綜合性能優(yōu)異，是光纖耦合X射線探測(cè)器圖像傳感器的首選器件。由于X射線的強(qiáng)穿透能力，傳統(tǒng)的相機(jī)快門無(wú)法屏蔽X射線，也無(wú)法應(yīng)用于光纖耦合結(jié)構(gòu)探測(cè)器的熒光屏蔽，在X射線輻射成像應(yīng)用中，光纖耦合全幀CCD探測(cè)器通常工作在無(wú)快門模式。

全幀CCD具有標(biāo)準(zhǔn)讀出和電荷擦除讀出兩種常規(guī)數(shù)據(jù)讀出模式[1-2]，在無(wú)快門模式下進(jìn)行圖像讀出時(shí)會(huì)形成不同的圖像拖影。拖影是科學(xué)級(jí)全幀CCD的特性噪聲[3]，是降低圖像質(zhì)量、增加圖像處理難度的不良因素[4-6]，拖影的存在嚴(yán)重降低了CCD探測(cè)器有效數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)范圍，是X射線輻射成像必須解決的問(wèn)題。目前，全幀CCD圖像拖影的抑制與校正主要有以下幾種方法。1) 在CCD芯片的成像區(qū)添加機(jī)械快門抑制拖影[7-9]。在曝光結(jié)束后關(guān)閉快門，屏蔽電荷轉(zhuǎn)移時(shí)的新電荷注入，實(shí)現(xiàn)無(wú)拖影圖像讀出。然而，要實(shí)現(xiàn)X射線屏蔽，需使用一定厚度的高原子序數(shù)材料制作特殊的屏蔽快門。Sarkar等在基于幾何放大結(jié)構(gòu)的微焦CT射線源端增加機(jī)械快門有效抑制了圖像拖影[10]，但該方法會(huì)間接造成微焦CT設(shè)備體積的成倍增大。2) 通過(guò)提高CCD電荷轉(zhuǎn)移速率抑制拖影[11]。提高電荷轉(zhuǎn)移速率可減小數(shù)據(jù)讀出時(shí)間與曝光時(shí)間之比，從而達(dá)到抑制拖影的目的。此類方法無(wú)法完全消除拖影，且須從源頭入手改進(jìn)CCD讀出結(jié)構(gòu)，重新制作CCD芯片，成本高昂。3) 結(jié)合電荷轉(zhuǎn)移原理利用圖像暗像元區(qū)域(optical black region, OBR)校正拖影[12-13]。在不同讀出模式下，暗像元行數(shù)據(jù)包含了與曝光圖像對(duì)應(yīng)的拖影信息，利用暗像元行數(shù)據(jù)可實(shí)現(xiàn)拖影校正。但CCD暗像元區(qū)域通常較小，自身數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性存在波動(dòng)，特別是輻射成像應(yīng)用中，X射線的輻射干擾會(huì)為暗像元區(qū)域的數(shù)據(jù)帶來(lái)額外的曝光輻射噪聲從而加劇數(shù)據(jù)波動(dòng)。

本文研究全幀CCD在常規(guī)讀出模式下讀出圖像中拖影的特點(diǎn)及廣泛應(yīng)用的暗像元校正法校正圖像拖影的原理。針對(duì)暗像元校正法應(yīng)用于輻射投影圖像拖影校正時(shí)可能帶來(lái)?xiàng)l形校正偽影問(wèn)題，提出一種改進(jìn)的非曝光行校正法以避免條形校正偽影的產(chǎn)生；針對(duì)動(dòng)態(tài)曝光CT掃描應(yīng)用時(shí)常規(guī)讀出模式下的圖像拖影校正難題，提出基于輻射屏蔽的被測(cè)樣品感興趣區(qū)域(region of interest, ROI)快速讀出模式，通過(guò)減少冗余數(shù)據(jù)讀出，降低數(shù)據(jù)讀出時(shí)間以抑制拖影的產(chǎn)生。

1 科學(xué)級(jí)全幀CCD數(shù)據(jù)讀出

1.1 電荷轉(zhuǎn)移與拖影產(chǎn)生原理

科學(xué)級(jí)全幀CCD的數(shù)據(jù)讀出原理是在曝光結(jié)束后將積分電荷從CCD感光區(qū)域逐行移入水平移位寄存器，然后按像元依次讀出，圖1為數(shù)據(jù)讀出原理示意圖[14-15]。

圖1 科學(xué)級(jí)全幀CCD數(shù)據(jù)讀出原理Fig.1 Data readout principle of scientific full-frame CCD

曝光期間，CCD感光區(qū)所有像元進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換產(chǎn)生積分電荷。曝光結(jié)束后，若CCD共有M行像元，則在有效積分時(shí)間t0內(nèi)，其第j行像元的積分電荷為：

D(j)=t0Sj

(1)

其中，Sj為第j行像元的信號(hào)積分速率，j=1,2,3,…,M。

由于曝光結(jié)束后熒光的持續(xù)輸入，感光區(qū)所有像元仍處于感光狀態(tài)，各行積分電荷轉(zhuǎn)移通過(guò)其他行時(shí)會(huì)有該行產(chǎn)生的新電荷注入，新注入的電荷稱為拖影電荷。當(dāng)?shù)趈行像元的積分電荷轉(zhuǎn)移經(jīng)過(guò)第i行像元位置，停留時(shí)間為t′，則拖影電荷為：

(2)

其中，Si為第i行像元的信號(hào)積分速率，i=1,2,3,…,j-1。

當(dāng)光輸入量穩(wěn)定不變時(shí)，第j行像元的積分電荷轉(zhuǎn)移經(jīng)第i行像元位置，停留時(shí)間t′為電荷行轉(zhuǎn)移時(shí)間t1和等待行讀出時(shí)間t2之和，拖影電荷與第i行像元積分電荷的關(guān)系為：

D(j)i=(δ1+δ2)D(i)

(3)

其中，δ1=t1/t0，δ2=t2/t0，D(i)為第i行像元的積分電荷。

1.2 標(biāo)準(zhǔn)讀出模式

當(dāng)科學(xué)級(jí)全幀CCD工作在標(biāo)準(zhǔn)讀出模式下時(shí)，在等待積分及電荷轉(zhuǎn)移過(guò)程中，CCD在驅(qū)動(dòng)控制下持續(xù)交替進(jìn)行電荷行轉(zhuǎn)移與水平讀出。在每次曝光前，CCD行像元累積的電荷為：

(4)

曝光完成后，各行像元累積的電荷為：

(5)

讀出電荷后，各行像元累積的電荷為：

(6)

也可表示為：

(7)

為簡(jiǎn)化拖影校正，實(shí)驗(yàn)中將曝光時(shí)間設(shè)置為t0+t1+t2，則式(7)變?yōu)椋?/p>

(8)

其中，D(j)為積分電荷；余項(xiàng)為拖影電荷。

1.3 電荷擦除讀出模式

當(dāng)科學(xué)級(jí)全幀CCD工作在電荷擦除讀出模式下時(shí)，在等待積分之前可完全取消對(duì)CCD的驅(qū)動(dòng)控制，在曝光開始時(shí)，快速行轉(zhuǎn)移以清除殘留電荷。清除殘留電荷后，CCD行像元累積的電荷為：

(9)

曝光完成后，各行像元累積的電荷為：

(10)

讀出電荷后，各行像元累積的電荷為：

(11)

也可表示為：

(12)

為簡(jiǎn)化拖影校正，實(shí)驗(yàn)中將曝光時(shí)間設(shè)置為t0+t1+t2，則式(12)變?yōu)椋?/p>

(13)

2 輻射投影圖像的拖影校正

錐束CT掃描時(shí)，射線源和探測(cè)器與被測(cè)樣品需通過(guò)相對(duì)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)完成覆蓋被測(cè)樣品180°或360°輻射成像，CT掃描控制與圖像采集方案有兩種：一是靜態(tài)曝光成像，當(dāng)被測(cè)樣品到達(dá)既定位置后，相對(duì)靜止在當(dāng)前位置觸發(fā)曝光成像，完成圖像采集后再運(yùn)動(dòng)到下一位置；二是動(dòng)態(tài)曝光成像，當(dāng)被測(cè)樣品到達(dá)既定位置后觸發(fā)曝光成像，繼續(xù)相對(duì)勻速旋轉(zhuǎn)，在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中完成圖像曝光與采集。

2.1 靜態(tài)曝光成像的圖像拖影校正

1) 暗像元校正法及其問(wèn)題

暗像元法是全幀CCD圖像拖影校正方法中最簡(jiǎn)單、有效且廣泛應(yīng)用的方法之一，其原理是利用CCD暗像元區(qū)域不感光，曝光時(shí)積分電荷為0，所包含信息均為圖像轉(zhuǎn)移拖影的特點(diǎn)進(jìn)行校正。

圖2為應(yīng)用暗像元校正法對(duì)小海螺的輻射投影圖像的拖影校正實(shí)驗(yàn)，圖2a為原始讀出圖像，圖2b為圖2a中的紅色方框區(qū)域放大圖，可明顯觀察到圖像拖影；圖2c為利用暗像元校正法校正拖影后的圖像，圖2d為圖2c中紅色方框區(qū)域放大圖。圖2b、d對(duì)比可見：應(yīng)用暗像元校正法可很好校正圖像拖影，但校正后圖像中出現(xiàn)了新的細(xì)條形校正偽影。分析校正偽影產(chǎn)生的原因?yàn)椋喊迪裨獏^(qū)域數(shù)據(jù)行數(shù)較少，列像元求均值后數(shù)據(jù)波動(dòng)仍舊較大，列像元均值間的數(shù)據(jù)波動(dòng)會(huì)帶來(lái)校正偽影；曝光時(shí)間內(nèi)X射線的強(qiáng)輻射干擾，會(huì)加劇暗像元區(qū)域的數(shù)據(jù)波動(dòng)。

2) 非曝光行校正法

為解決暗像元圖像拖影校正存在的問(wèn)題，需從兩點(diǎn)入手：避免曝光時(shí)間內(nèi)的輻射干擾；增加校正用的讀出數(shù)據(jù)行數(shù)、提高數(shù)據(jù)穩(wěn)定性。應(yīng)用非曝光行替代暗像元校正圖像拖影可很好解決以上兩個(gè)問(wèn)題，非曝光行是在CCD曝光時(shí)并不存在的虛擬行，與暗像元一樣具有無(wú)曝光積分電荷的特性，可在CCD有效曝光時(shí)的一幀數(shù)據(jù)完整讀出前后額外讀出獲得。由于非曝光行在曝光積分時(shí)并不存在，很好地解決了輻射干擾問(wèn)題；同時(shí)，非曝光行可按需求自定義讀出行數(shù)，讀出行數(shù)越多，列像元求均值后的數(shù)據(jù)波動(dòng)越小、數(shù)據(jù)穩(wěn)定性越好。

a——拖影校正前；b——圖a的局部放大圖；c——拖影校正后；d——圖c的局部放大圖圖2 基于暗像元行數(shù)據(jù)的圖像拖影校正Fig.2 Smear correction based on line pixels data of optical black region

對(duì)標(biāo)準(zhǔn)讀出模式而言，非曝光行數(shù)據(jù)包含行轉(zhuǎn)移拖影和等待讀出拖影，可直接在曝光積分幀數(shù)據(jù)讀出前后按行讀出獲得；對(duì)電荷擦除讀出模式而言，校正用非曝光行數(shù)據(jù)僅包含行轉(zhuǎn)移拖影，應(yīng)在快速行轉(zhuǎn)移清空電荷后按行讀出獲得，在讀出數(shù)據(jù)的過(guò)程中，若部分非曝光行仍處于曝光區(qū)內(nèi)，則讀出過(guò)程中會(huì)疊加等待讀出拖影而無(wú)法用于校正。

為解決電荷擦除讀出模式下非曝光行疊加等待讀出拖影的問(wèn)題，本文將輻射屏蔽塊放置于CCD電荷讀出端，如圖3所示，輻射屏蔽塊放置在CCD讀出端，形成1個(gè)輻射屏蔽區(qū)，覆蓋了CCD曝光區(qū)的部分行像元，輻射屏蔽的曝光區(qū)數(shù)據(jù)行數(shù)應(yīng)大于準(zhǔn)備應(yīng)用于圖像拖影校正的非曝光行數(shù)，以保證數(shù)據(jù)讀出時(shí)，校正用非曝光行全部處于輻射屏蔽區(qū)內(nèi)不會(huì)疊加等待讀出電荷。

圖3 基于輻射屏蔽的非曝光行獲取 Fig.3 Non-exposed line pixels data acquisition based on radiation shield

2.2 動(dòng)態(tài)曝光成像的圖像拖影校正

1) 動(dòng)態(tài)曝光成像CT掃描的拖影校正

在靜態(tài)曝光成像的圖像拖影校正中采用上述校正方法能取得較好的拖影校正效果。然而，由于動(dòng)態(tài)曝光成像CT掃描讀出圖像時(shí)的被測(cè)樣品位置變動(dòng)，讀出圖像的拖影電荷與曝光電荷的關(guān)聯(lián)性發(fā)生變化，采用前述圖像拖影校正方法難以實(shí)現(xiàn)圖像拖影校正。圖4為采用非曝光行校正法對(duì)靜態(tài)曝光投影圖像與動(dòng)態(tài)曝光投影圖像進(jìn)行拖影校正的效果對(duì)比。

圖4a為靜態(tài)曝光成像原圖，圖4e為采用非曝光行校正法校正圖4a后的圖像，圖4c、g分別為圖4a、e中對(duì)應(yīng)于R1區(qū)域的放大圖像；圖4b為動(dòng)態(tài)曝光成像原圖，圖4f為采用非曝光行校正法校正圖4b后的圖像，圖4d、h分別為圖4b、f中對(duì)應(yīng)于R1區(qū)域的放大圖像。圖4c、g對(duì)比可見：在靜態(tài)曝光成像時(shí)采用非曝光行校正法能很好實(shí)現(xiàn)去除投影圖像拖影；圖4d、h對(duì)比可見：在動(dòng)態(tài)曝光成像時(shí)采用非曝光行校正法校正后的投影圖像拖影變得更復(fù)雜。

2) 基于輻射屏蔽的ROI快速讀出模式

CT掃描時(shí)，被檢測(cè)樣品通常僅有小部分關(guān)鍵區(qū)域有檢測(cè)需求[16-19]，可僅讀出投影圖像中該關(guān)鍵區(qū)域?qū)?yīng)的投影數(shù)據(jù)用于重建?；诖?，本文提出基于輻射屏蔽的CCD電荷ROI快速讀出模式，縮短了ROI積分電荷的轉(zhuǎn)移時(shí)間、抑制圖像拖影以適用于動(dòng)態(tài)曝光CT掃描成像。如圖5所示，通過(guò)屏蔽塊遮擋一半的CCD感光區(qū)域形成X射線屏蔽區(qū)，利用剩余區(qū)域采集曝光，曝光結(jié)束后，感光區(qū)域電荷快速行轉(zhuǎn)移到X射線屏蔽區(qū)域后讀出。數(shù)據(jù)讀出過(guò)程在輻射屏蔽區(qū)內(nèi)進(jìn)行，無(wú)新電荷注入，則ROI區(qū)域內(nèi)第j行讀出電荷為：

a——靜態(tài)曝光成像原圖；b——?jiǎng)討B(tài)曝光成像原圖；c——圖a中R1區(qū)域放大圖；d——圖b中R1區(qū)域放大圖；e——拖影校正后的靜態(tài)曝光圖像；f——拖影校正后的動(dòng)態(tài)曝光圖像；g——圖e中R1區(qū)域放大圖；h——圖f中R1區(qū)域放大圖圖4 基于非曝光行數(shù)據(jù)的圖像拖影校正Fig.4 Smear correction based on non-exposed line pixels data

(14)

其中：j=m+1,m+2,…,m+n；m+1為ROI的讀出起始行；n為ROI行數(shù)?；谳椛淦帘蔚腞OI快速讀出模式下得到的ROI數(shù)據(jù)僅包含行轉(zhuǎn)移拖影，采用讀出各行數(shù)據(jù)直接減去非曝光行數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)拖影校正。

圖5 ROI快速讀出模式原理Fig.5 Principle of ROI fast readout mode

3 實(shí)驗(yàn)測(cè)試與結(jié)果分析

為驗(yàn)證本文提出的圖像拖影校正方法的效果，應(yīng)用自制CCD探測(cè)器與濱松閉管微焦點(diǎn)射線源L10321搭建測(cè)試平臺(tái)進(jìn)行成像實(shí)驗(yàn)。探測(cè)器以安森美公司科學(xué)級(jí)全幀CCD KAF-16803作為圖像傳感器，采用光纖面板耦合方式制作，探測(cè)器像元尺寸為9 μm，有效成像區(qū)域36 mm×36 mm，電荷轉(zhuǎn)移速率10 MHz，通過(guò)5 mm厚鋼板形成屏蔽區(qū)域。

3.1 DR成像實(shí)驗(yàn)

1) 靜態(tài)曝光DR成像實(shí)驗(yàn)

為驗(yàn)證非曝光校正法應(yīng)用于靜態(tài)曝光成像的圖像拖影校正的效果，在X射線測(cè)試成像系統(tǒng)上進(jìn)行了靜態(tài)曝光DR成像實(shí)驗(yàn)。射線源管電壓為100 kV，探測(cè)器積分時(shí)間為2 s時(shí)，采用標(biāo)準(zhǔn)讀出模式獲得的螺栓DR圖像如圖6a所示；射線源管電壓為80 kV，探測(cè)器積分時(shí)間為2 s時(shí)，采用電荷擦除讀出模式獲得雙絲像質(zhì)計(jì)的DR圖像如圖6b所示；圖6c、d為應(yīng)用暗像元校正拖影后的圖像；圖6e、f為應(yīng)用非曝光行(讀取100行)校正拖影后的圖像。從圖6c～f可看出：兩種校正方法均能有效去除圖像拖影。圖6g、h分別為圖6c、e中對(duì)應(yīng)于R1區(qū)域的放大后灰度拉伸圖像，圖6i、j分別為圖6d、f中對(duì)應(yīng)于R2區(qū)域的放大后灰度拉伸圖。圖6g、h對(duì)比可見：利用暗像元校正后的圖像出現(xiàn)了細(xì)條形偽影；圖6i、j對(duì)比可見：利用非曝光行校正后的圖像避免了細(xì)條形偽影的產(chǎn)生，很好解決了校正偽影問(wèn)題。

圖6 暗像元校正與非曝光行校正對(duì)比Fig.6 Comparison of smear correction by line pixels data of optical black region and non-exposure line pixels data

圖7a為對(duì)圖6a、c、e中紅色標(biāo)線1的對(duì)應(yīng)位置繪制的灰度曲線, 圖7b為對(duì)圖6a、c、e中紅色標(biāo)線2的對(duì)應(yīng)位置繪制的灰度曲線，圖7c為對(duì)圖6b、d、f中紅色標(biāo)線3的對(duì)應(yīng)位置繪制的灰度曲線，圖7d為對(duì)圖6b、d、f中紅色標(biāo)線4的對(duì)應(yīng)位置繪制的灰度曲線。從圖7可看出，去除圖像拖影后，圖像的灰度值大幅下降，圖像拖影占用了探測(cè)器的較大動(dòng)態(tài)范圍。

圖7 校正前后灰度曲線對(duì)比Fig.7 Comparison of gray curve before and after correction

表1進(jìn)一步量化對(duì)比了圖像拖影校正前后R1、R2的灰度、有效探測(cè)信號(hào)占比及信噪比SNR。由表1可見：采用常規(guī)的讀出模式獲得的圖像數(shù)據(jù)中，有效信號(hào)占比不足60%，拖影的存在使讀出數(shù)據(jù)損失了較大的動(dòng)態(tài)范圍[20]；采用暗像元校正法校正圖像前后，R1、R2區(qū)域的信噪比分別提升7.5 dB和10.4 dB，采用非曝光行校正法校正圖像前后的R1、R2區(qū)域的信噪比分別提升7.8 dB和10.9 dB，進(jìn)一步證明非曝光行校正法的校正效果優(yōu)于暗像元校正法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，采用非曝光行校正法可有效校正靜態(tài)曝光投影圖像拖影，提高投影圖像質(zhì)量。

表1 校正前后R1/R2區(qū)域灰度值與信噪比Table 1 Gray value and SNR of R1/R2 region before and after correction

2) 動(dòng)態(tài)曝光DR成像實(shí)驗(yàn)

為驗(yàn)證ROI快速讀出模式對(duì)動(dòng)態(tài)曝光成像的適用性，在X射線測(cè)試成像系統(tǒng)上進(jìn)行了動(dòng)態(tài)曝光DR成像實(shí)驗(yàn)。

圖8為射線源管電壓為70 kV，探測(cè)器積分時(shí)間為2 s，轉(zhuǎn)臺(tái)以每圈180 s的較高速度旋轉(zhuǎn)時(shí)，對(duì)BGA芯片焊接電路的DR測(cè)試圖像。采用標(biāo)準(zhǔn)讀出模式讀出的圖像中選擇1 000行感興趣區(qū)域圖像，與采用ROI快速讀出模式讀出該區(qū)域獲得的圖像進(jìn)行對(duì)比。圖8a為采用標(biāo)準(zhǔn)讀出模式獲得的圖像，圖8b為圖8a校正拖影后的圖像，圖8c為采用ROI快速讀出模式獲得的圖像，圖8d為圖8c校正拖影后的圖像，圖8e～h為對(duì)圖8a～d中R1區(qū)域的放大圖像。從圖8e～f可見：采用標(biāo)準(zhǔn)讀出模式獲得的DR圖像校正前后BGA焊盤與PCB過(guò)孔難于分辨。從圖8g～h可見：采用ROI快速讀出模式獲得的DR圖像校正前后BGA焊盤與PCB過(guò)孔均清晰可見。

由表2進(jìn)一步量化對(duì)比兩種讀出模式的差異。由表2可見：標(biāo)準(zhǔn)讀出模式的曝光數(shù)據(jù)中拖影占用了近50%的動(dòng)態(tài)范圍；而ROI快速讀出模式中，通過(guò)積分電荷的快速轉(zhuǎn)移直接有效抑制了拖影的產(chǎn)生，有效數(shù)據(jù)占比達(dá)讀出數(shù)據(jù)的98.3%，校正前后拖影對(duì)圖像的顯示影響均較小。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明：ROI快速讀出模式應(yīng)用于動(dòng)態(tài)曝光成像，可有效抑制投影圖像拖影，提高投影圖像有效信號(hào)動(dòng)態(tài)范圍。

3.2 動(dòng)態(tài)曝光CT掃描實(shí)驗(yàn)

a——牙簽；b——掃描位置ROI1；c——ROI1重建三維圖像圖9 牙簽的動(dòng)態(tài)曝光CT掃描實(shí)驗(yàn)Fig.9 Dynamic exposure CT scanning experiment of toothpicks

為驗(yàn)證ROI快速讀出模式應(yīng)用于CT掃描的效果，在X射線成像系統(tǒng)上進(jìn)行了動(dòng)態(tài)曝光CT掃描實(shí)驗(yàn)，采用標(biāo)準(zhǔn)讀出模式與ROI快速讀出模式進(jìn)行對(duì)比。如圖9a所示，將4根牙簽用透明膠綁在一起，對(duì)圖9b中紅色方框區(qū)域(1 000行)進(jìn)行CT掃描，重建三維圖像如圖9c所示。射線源管電壓為100 kV，探測(cè)器積分時(shí)間為2 s，放大倍數(shù)設(shè)置為7倍(SDD=210 mm，SOD=30 mm)。

CT掃描斷層圖像如圖10所示，圖10a、b為采用標(biāo)準(zhǔn)讀出模式采集圖像，經(jīng)圖像拖影校正前后的重建CT圖像，圖10e、f為圖10a、b中對(duì)應(yīng)于R1區(qū)域的放大圖；圖10c、d為采用ROI快速讀出模式采集圖像，經(jīng)圖像拖影校正前后的重建CT圖像，圖10g、h為圖10c、d中對(duì)應(yīng)于R1區(qū)域的放大圖。從圖10e、f可見：標(biāo)準(zhǔn)讀出模式獲取的投影圖像拖影校正前后的重建CT圖像R1區(qū)域均比較模糊。從圖10g、h可見：采用ROI快速讀出模式獲取的投影圖像拖影校正前后的重建CT圖像R1區(qū)域均更加清晰，紅色箭頭所指示微米級(jí)小孔清晰可見。

實(shí)驗(yàn)證明，ROI快速讀出模式應(yīng)用于動(dòng)態(tài)曝光CT掃描可有效提升CT圖像質(zhì)量，解決了CCD探測(cè)器應(yīng)用于動(dòng)態(tài)曝光CT掃描的拖影校正難題。

4 結(jié)論

本文對(duì)光纖耦合全幀CCD探測(cè)器應(yīng)用于CT掃描的投影圖像拖影校正進(jìn)行了研究，分析了全幀CCD的數(shù)據(jù)讀出原理及常規(guī)讀出模式的圖像拖影組成。針對(duì)暗像元校正法應(yīng)用于輻射投影圖像拖影校正時(shí)可能帶來(lái)?xiàng)l形偽影的問(wèn)題，提出了改進(jìn)的非曝光行校正法，實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明該方法應(yīng)用于靜態(tài)曝光X射線成像，有效避免了校正偽影的產(chǎn)生，提高了校正后圖像信噪比。針對(duì)動(dòng)態(tài)曝光CT掃描應(yīng)用時(shí)的圖像拖影校正難題，提出了基于輻射屏蔽的ROI快速讀出模式，實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明應(yīng)用該模式讀取投影圖像可有效抑制拖影的產(chǎn)生，提升探測(cè)器像元有效數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)范圍，提高重建CT圖像質(zhì)量。

圖10 牙簽斷層CT圖像Fig.10 CT image of toothpicks