消除颤振影响和按压伪影的采集电路及延迟采集方法技术

本发明专利技术提供一种消除颤振影响和按压伪影的采集电路及延迟采集方法，包括：振动传感器；微处理器模块；现场可编程门阵列；非晶硅平板以及电荷积分放大及采集模块。实时检测平板探测器受到的按压和颤振，并据此产生振动触发信号；在采集窗口未检测到振动触发信号时，门驱动使能信号正常打开，逐行读出并采集信号；在采集窗口检测到振动触发信号时，门驱动使能信号关闭，延时采集信号；当振动触发信号结束后，门驱动使能信号打开，继续进行采集。本发明专利技术针对探测器在颤振时出现横条纹的缺陷，通过振动探测和延时采集和多次拼图的时序驱动方式，减少了振动和按压的影响，能够得到优质的X光亮场校正图，适用于颤振落在平板探测器工作时序的任意时刻。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种平板探测领域，特别是涉及一种消除颤振影响和按压伪影的采集电路及延迟采集方法。
技术介绍
X射线非晶硅平板探测器经历了百年的发展，由传统的胶片式逐渐发展至当今的数字式，这其中又经历了CR探测器、CCD X光探测器、CCD拼接式X光探测器以及目前最为主流的X射线非晶硅平板探测器。X射线非晶硅平板探测器可以捕获X光，将被测物体的X光影像转变为数字图像以便于查看、分析、存储以及传播，其被广泛应用于医疗、生物、材料和工业检测等领域。X射线非晶硅平板探测器可分为直接成像式和间接成像式两种，直接成像式探测器直接将X光转变为电信号，而间接成像式探测器结构由闪烁材料或荧光材料层、具有光电二极管作用的非晶硅层以及TFT阵列构成，先采用一层闪烁体或荧光材料将X光变为可见光，再由可见光探测器将其转变为电信号。在获取电信号后，探测器通过滤波、放大以及模数转换后，将数据按照一定的格式传送给计算机进行显示和存储。如图1所示为比较常见的一种间接成像装置，包括平板探测器1，拍摄物体2以及滤线栅3。所述平板探测器1包括表面碳板11、闪烁体和TFT玻璃12、探测器电路13；所述拍摄物体2位于所述表面碳板11的前端；所述滤线栅3位于所述拍摄物体2与所述平板探测器1之间，用于减少散射辐射。在X射线非晶硅平板探测器行业，普遍存在一种不良现象：在平板探测器使用过程中，即使是轻微的颤振(mircophony)也会对图像质量产生严重的影响，进而影响临床诊断。颤振可能来自于活动滤线栅的电机驱动杆，拍摄对象触碰平板探测器产生的压力变化，或者车载系统的发动机振动。如图2所示为无颤振干扰情况下的暗场图像，但是当有颤振干扰的情况下，在采集原始图和postdark图(紧接下来的第二帧暗场图)时，前后两张图像所受颤振的强度和相位存在差异，offset校正(两帧相减)后，就会出现明显的干扰条纹，俗称microphony横条纹，如图3所示。如图4所示为无颤振干扰情况下的亮场校正图像，但是当有颤振干扰的情况下，例如活动滤线栅在X光曝光期间快速摆动，曝光结束之后做复位运动,若复位时间落在采集窗口时，就会出现如图5所示的亮场校正图像，在拍摄物体阴影区域受干扰尤其明显，严重影像了临床图像诊断。从图2及图3的暗场图像上选取受到颤振影响的52行进行了1024×52像素点的灰度值
进行信噪比评估，数据如表1所示：无颤振有颤振灰度平均值102.89cnt102.85cnt灰度最大值110cnt220cnt灰度最小值90cnt55cnt噪声均值(SV)2.9416.86信噪比(SNR)30.88dB15.78dB表1从上表可知，图像的平均灰度值基本没变化，但图像的噪声均值比之前增加了5.73倍，图像质量下降严重，说明颤振并未注入新的电荷，只是改变了电荷在时间轴(垂直方向)的分布。X射线非晶硅平板探测器由闪烁体(将X光转换为可见光)，非晶硅TFT阵列(将光信号转换为电荷信号)，多通道电荷放大器(将电荷信号转换为电压信号)，外层屏蔽体(碳板，结构铝件)构成。电荷积分器放大及采集电路如图6所示，二极管photodiode将光信号转化为电流信号，并经过电荷放大器UA放大输出为电压U0，电压U0再经过模数转换器ADC转化为数字信号输出。第一，颤振对薄膜电介质产生机械应力，使薄膜电介质的厚度发生细微变化，导致电容略微增大或减少，进而引起输出电压变化。如图6所示，其中，Q是光生电荷；Cs是二极管pd的结电容，Cdl是传输电缆的电容，Ci是电荷放大器UA的输入电容，Cf是电荷放大器UA的反馈电容，电荷放大器UA的开环增益为A(A>>1,104～106)，那么，电荷放大器UA的输出电压为：U0＝-A×Ud；作用在Cf两端的电压为：Ucf＝Ud-(-A×Ud)＝Ud×(1+A)；光生电荷：Q＝QCs+QCdl+QCi+QCf＝Ud×(Cs+Cdl+Ci+(1+A)Cf)根据米勒定理：反馈电容Cf折合到输入端的有效电容量是：Ceq＝(1+A)Cf，Cf取0.6pF(最小)时，Ceq为60000pF，而Cs典型值为1.6pF，Ci＝7pF，Cdl<50pF，那么，U0=-AQCs+Cdl+Ci+(1+a)Cf≈-Q(Cs+Cdl+Ci)/A+Cf≈-QCf]]>当反馈电容Cf变化ΔC时，输出电压的变化量ΔV为：ΔV≈dVdCΔC≈QC2ΔC.]]>第二，颤振对印制电路板上的某些器件产生压电效应，如高容值多层陶瓷电容，如图7所示，当向下按压时，PCB板4变形，使得电介质5伸长或被端帽压缩，高介电常数材料具有高压电性，很容易将微小的机械颤振转换为毫伏级电平信号。当图6中的模数转换器ADC的参考电压Vref_adc发生变化时图像变化尤为明显，其对应关系如下式所示：DN=QCf/lsb=Q/CfVref_adc×214or16,]]>如表1所示，在有颤振的情况下，灰度最大值和灰度最小值波动为165cnt，对应电压波动为165cnt/16384cnt x 2.048V＝20.625mV；图8所示为压电效应引起的电压峰值波动曲线；两个电压波动相符。现有克服颤振效应的方法有：1、机械减震：减小机械颤振的振动幅度。设备的谐振频率为f0，设备干扰频率为f，理论上f0/f越大隔振效果越好，但对于非周期性干扰或随机振动，结构减振较难实现，而且对于平板探测器这类紧凑型超薄型(整体厚度<15mm，窄边<20mm)，实现3轴方向的减振几乎不可能。2、印制电路整改：选择压电效应较小的绝缘材料，避免使用高容值陶瓷电容。反馈电容Cf薄膜厚度的1％细微变化也会引起图像上超过160cnt的明显microphony横条纹，因为反馈电容通常选择非常小0.6pF以实现高增益，所以反馈电容都集成在芯片内部，以避免外部反馈电容的寄生电容影响，无法通过更换其他类型的电容来降低电容变化率；将瓷片电容更换为等效串联电阻ESR和等效串联电感ESL更高的钽电容或铝电解电容不仅体积增加，而且电源的纹波特性变差，引起平板探测器的噪声增加，进而影响图像质量。3、图像算法校正：针对microphony的特征(振动频率)进行滤波平滑等处理。对于亮场图像，振动频率随机或变化引起图像上的横条纹周期不固定，与拍摄物体在空间频率无法区分，算法上无法校正；目前图像算法仅能实现对暗场图像的校正。因此，如何有效解决平板探测器的颤振造成的横条纹对成像的影响，提高图像质量已成为本领域技术人员亟待解决的问题之一。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种消除颤振影响和按压伪影的采集电路及延迟采集方法，用于解决现有技术中平板探测器的颤振及按压造成的横条纹对成像的影响的问题。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种消除颤振影响和按压伪影的采集电路，所述消除颤振影响和按压伪影的采集电路至少包括：振动传感器、微处理器模块、现场可编程门阵列、非晶硅平板以及电荷积分放大及采集模块；所述振动传感器用于检测平板探测器受到的颤振或按压；所述微处理器模块与所述振动传感器连接，用于对所述振动传感器的输出信号进行识别，以得到振动触发信号；所述现本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种消除颤振影响和按压伪影的采集电路，其特征在于，所述消除颤振影响和按压伪影的采集电路至少包括：振动传感器、微处理器模块、现场可编程门阵列、非晶硅平板以及电荷积分放大及采集模块；所述振动传感器用于检测平板探测器受到的颤振或按压；所述微处理器模块与所述振动传感器连接，用于对所述振动传感器的输出信号进行识别，以得到振动触发信号；所述现场可编程门阵列与所述微处理器模块及所述电荷积分放大及采集模块连接，用于根据所述振动触发信号及所述非晶硅平板的工作状态控制所述非晶硅平板探测器，在采集窗口未检测到颤振或按压时正常采集信号，在采集窗口检测到颤振或按压时延时采集；所述非晶硅平板与所述现场可编程门阵列连接，用于将带有图像信息的光信号转化为电信号；所述电荷积分放大及采集模块连接于所述非晶硅平板，用于对所述非晶硅平板输出的电信号进行采集。

【技术特征摘要】
1.一种消除颤振影响和按压伪影的采集电路，其特征在于，所述消除颤振影响和按压伪影的采集电路至少包括：振动传感器、微处理器模块、现场可编程门阵列、非晶硅平板以及电荷积分放大及采集模块；所述振动传感器用于检测平板探测器受到的颤振或按压；所述微处理器模块与所述振动传感器连接，用于对所述振动传感器的输出信号进行识别，以得到振动触发信号；所述现场可编程门阵列与所述微处理器模块及所述电荷积分放大及采集模块连接，用于根据所述振动触发信号及所述非晶硅平板的工作状态控制所述非晶硅平板探测器，在采集窗口未检测到颤振或按压时正常采集信号，在采集窗口检测到颤振或按压时延时采集；所述非晶硅平板与所述现场可编程门阵列连接，用于将带有图像信息的光信号转化为电信号；所述电荷积分放大及采集模块连接于所述非晶硅平板，用于对所述非晶硅平板输出的电信号进行采集。2.根据权利要求1所述的消除颤振影响和按压伪影的采集电路，其特征在于：所述振动传感器为三轴振动传感器。3.根据权利要求1所述的消除颤振影响和按压伪影的采集电路，其特征在于：所述非晶硅平板包括：像素阵列、扫描电路以及读出电路；所述像素阵列包括多个像素点，所述扫描电路连接于各像素点的开关控制端，所述读出电路连接于各像素点的输出端。4.根据权利要求1所述的消除颤振影响和按压伪影的采集电路，其特征在于：所述电荷积分放大及采集模块包括积分放大器及模数转换器。5.一种消除颤振影响和按压伪影的延迟采集方法，其特征在于，所述消除颤振影响和按压伪影的延迟采集方法至少包括：实时检测平板探测器受到的按压和颤振，并据此产生振动触发信号；在清空窗口逐行将像素阵列中的电荷清空，在采集窗口未检测到所述振动触发信号时，门驱动使能信号正常打开，将像素阵列中的电荷逐行读出并采集；在采集窗口检测到所述振动触发信号时，所述门驱动使能信号关闭，延时采集像素阵
\t列中的电荷；当所...

【专利技术属性】
技术研发人员：林言成，马扬喜，
申请(专利权)人：上海奕瑞光电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31