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FPGA在X射线图像处理中的应用
Jamesblunt | 2010-01-31 14:35:35    阅读:1334   发布文章

      
    X射线又称为伦琴射线,波长为10-2到102 Å,具有较大的电子能量和穿透能力。它虽然不在可见光波长范围之内,但可以使某些化合物产生荧光或者使底片产生感光;它在电场或磁场中不发生偏转,能发生反射、折射、干涉、衍射。对于不同的物质,它的穿透能力不同;X射线被吸收的程度不同,最终到达感光成像装置上的X射线量也就存着差异。最终在荧光屏或者胶片上形成灰度不同,具有一定对比度的图像。能使分子或原子电离;有破坏细胞作用,人体不同组织对于X射线的敏感度不同,损害程度也不同。
    数字化X光图像的处理也属于数字图像处理领域,数字图像处理技术是随着计算机的成熟而发展起来的一个重要技术领域,它已经在一切科学研究领域及工业生产、医疗诊断、资源、环境、气象及交通监测、文化教育等众多领域中得到了广泛应用,取得了巨大的经济与社会效益。对医学图像做后处理,首要的任务是对获取的医学图像进行增强信噪比的工作。即滤除图像的噪声和干扰,突出感兴趣对象区域或边缘从而为进一步分析和计算奠定了坚实的基础,从图像得到定量和更深刻的信息,图像处理技术中的图像增强技术已经成为医学图像实际应用中不可或缺的一项工作。一些基本的图像增强技术有:
   1.仅涉及单个像素处理的像素运算,而不考虑其邻域或图像的全局特性,如灰度等级拉伸,γ校正等方法。
   2.直接对像素及其近邻操作的各种卷积算子,使图像的某些属性得到增强,使不需要的属性得到抑制。
   3.同时考虑像素灰度及其邻域特性的局部算子,如均值滤波,中值滤波,边缘增强,局部区域直方图均衡化。
    时域递归滤波降噪算法的SRAM读写控制
实现时域递归滤波降噪时,首先需要将前一帧图像滤波结果读取出,参加滤波运算得到当前帧滤波结果 ,接着需要将写入到帧存储器中,参加下一帧的滤波运算。设计时,采用两片SRAM实现。在一个有效像素时钟,两片SRAM均选通,一片读信号有效,读取前一帧 的像素;另一片写信号有效,将当前帧运算结果写入。这时要注意,由于滤波运算需要耗费时间,所以同一个时刻两片SRAM的地址并不一致,写信号有效的SRAM地址需要延时,延时时钟数等于滤波运算耗费的时钟数。实现多帧累加算法时,需要缓存相应的帧数。由于X射线图像处理器的SRAM资源限制,有了前面帧存储器控制模块的保证,FPGA实现累加算法十分简单。
    多帧平均法是处理随机噪声的经典方法,一般随机噪声服从泊松分布,显然光子数越多,光子的起伏越小。因此,在X射线图像处理中,消除随机噪声最常用的也是最有效的方法是多帧平均法。假设被探测的目标是静态的或缓慢运动的,由于图像信号的帧间相关性和噪声的非相关性,经过一定时间的延迟积分后,图像的信噪比就会得到有效的提高。
    针对图像噪声严重、背景均匀性差、对比度差的缺陷,研究了X射线图像实时处理技术,进行了软件仿真,并在FPGA上实现。X射线图像经过处理后,能获得信噪比高、背景柔和、对比度高的图像。

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