技术摘要：
本发明公开了一种X射线衍射增强成像的多衬度图像提取方法，是应用于沿X射线传播方向上依次设置有X射线源、单色晶体、分析晶体和探测器所构成的衍射增强成像装置中；X射线入射到单色晶体后被衍射，出射的单色准直X射线在穿透被成像物后入射到分析晶体后被衍射，出射X射  全部
背景技术：
经过100多年来的不断发展和完善，X射线成像技术已经在公共安全检查、临床医 学诊疗、无损检测、材料科学等众多领域得到了广泛应用。作为当前X射线成像技术的主流， X射线吸收衬度成像方法应用于主要由高原子序数元素组成的物体时，能够得到很好的图 像质量。但是，对于主要由低原子序数元素组成的物体，包括有机复合材料、人体软组织等， 它们对X射线的强度衰减非常弱。利用吸收衬度成像技术，获得的图像质量很差，不能够实 现物体内部特征的准确识别。为了克服这一局限性，科学家们陆续发展了一系列的新的X射 线成像方法，作为传统吸收衬度成像方法的有力补充。这些新的成像方法能够利用X射线穿 过物体时的相移信号、散射信号等来形成图像衬度，在对有机复合材料等弱吸收物体成像 时能够获得很好的图像质量。其中，衍射增强成像方法利用晶体衍射对入射X射线角度的选 择性，将物体内部折射率变化导致的X射线传播方向的微小变化筛选出来。衍射增强成像方 法能够同时获取被成像物体的吸收、折射和散射信号，并具有高空间分辨率、高灵敏度等优 点，已经应用于乳腺摄影、关节成像、多孔复合材料的三维空间结构研究等领域。 X射线衍射增强成像普遍采用多图统计法来进行多模式成像的数据采集和被成像 物体的吸收、折射和散射信号的提取。多图统计法要求：以分析晶体的衍射面的法线为旋转 轴，沿旋转轴对分析晶体进行角位置步进扫描，同时采集几十张投影图像。对采集的投影图 像进行计算，提取被成像物体的吸收图像、折射图像和散射图像。但是，多图统计法不能提 取被成像物体的偏度图像、峰度图像。而偏度信号是物体内部散射结构的空间分布的不对 称性的定量表征，峰度信号则与物体内部散射结构的空间分布形状信息直接相关。实验结 果已经证实，偏度信号、峰度信号对于多孔材料内部特征的空间分布规律的定量表征等应 用是非常重要的。这正是当前多图统计法存在的局限性之一。因此，发展新的多衬度图像提 取方法，克服多图统计法不能提取偏度图像、峰度图像的局限性，能够推动X射线衍射增强 成像方法在材料科学等领域的更加广泛的应用。
技术实现要素：
本发明为避免现有成像方法的不足之处，提出一种X射线衍射增强成像的多衬度 图像提取方法，以期能同时提取被成像物体的吸收图像、折射图像、散射图像、偏度图像和 峰度图像，从而为实现准确、多模式的X射线衍射增强成像提供新途径。 为达到上述发明目的，本发明采用如下技术方案： 本发明一种X射线衍射增强成像的多衬度图像提取方法的特点是应用于衍射增强 成像装置中，所述衍射增强成像装置是以X射线的传播方向为Z轴向，并在沿Z轴向上依次设 置有X射线源、单色晶体、分析晶体和探测器；所述多衬度图像提取方法是按如下步骤进行： 4 CN 111595877 A 说　明　书 2/8 页 步骤1、设置各器件相关位置满足：0＜Z1＜Z2＜Z3，其中，Z1为所述X射线源与所述 单色晶体在沿Z轴向上的相对距离，Z2为所述X射线源与所述分析晶体在沿Z轴向上的相对 距离，Z3为所述X射线源与所述探测器在沿Z轴向上的相对距离； 步骤2、获取背景投影图像数据： 步骤2.1、以所述分析晶体的衍射面的法线为旋转轴； 步骤2.2、启动所述X射线源后，利用所述探测器分别进行M次X射线强度测量，获取 所述分析晶体沿所述旋转轴的角位置分别为θ1，θ2，...，θm，...，θM、且曝光时长分别为t1， t2，...，tm，...，tM的M张背景投影图像I1，I2，...，Im，...，IM；其中，Im表示利用所述探测器获 取的第m张背景投影图像，tm表示获取第m张背景投影图像的曝光时长，θm表示获取第m张背 景投影图像时，所述分析晶体沿所述旋转轴的角位置，且满足1≤m≤M； 步骤2.3、关闭所述X射线源； 步骤3、获取被成像物的投影图像数据： 步骤3.1、将所述被成像物沿Z轴向放置在所述单色晶体和所述分析晶体的中间； 并将所述X射线源与所述被成像物在沿Z轴向上的相对距离记为Z4，且满足Z1＜Z4＜Z2； 步骤3.2、启动所述X射线源后，利用所述探测器分别进行M次X射线强度测量，获取 所述分析晶体沿所述旋转轴的角位置分别为θ1，θ2，...，θm，...，θM、且曝光时长分别为t1， t2，...，tm，...，tM的M张所述被成像物的投影图像 其中， 表示 利用所述探测器获取的第m张所述被成像物的投影图像，且满足1≤m≤M； 步骤3.3、关闭所述X射线源； 步骤4、利用式(1)提取所述被成像物(5)的吸收图像T： 式(1)中， 是被成像物的投影图像的0阶几何距，且 M0是背景投影 图像的0阶几何距，且 步骤5、利用式(2)提取所述被成像物的折射图像θR： 式(2)中， 是被成像物的投影图像的1阶几何距，且 M1是背景投 影图像的1阶几何距，且 步骤6、利用式(3)提取所述被成像物的散射图像S： 式(3)中， 是被成像物的投影图像的2阶几何距，且 M2是背景投 5 CN 111595877 A 说　明　书 3/8 页 影图像的2阶几何距，且 步骤7、利用式(4)提取所述被成像物(5)的偏度图像Sw： 式(4)中， 是被成像物的投影图像的3阶几何距，且 M3是背景投 影图像的3阶几何距，且 步骤8、利用式(5)提取所述被成像物的峰度图像K： 式(5)中， 是被成像物的投影图像的4阶几何距，且 M4是背景投 影图像的4阶几何距，且 以所述被成像物的吸收图像T、折射图像θR、散射图像S、偏度图像Sw、峰度图像K作 为所述多衬度图像提取方法的结果。 与已有技术相比，本发明的有益效果是： 1、本发明利用信号形成原理和图像几何距的性质，提出了一种X射线衍射增强成 像的多衬度图像提取方法，实现了被成像物体的吸收图像、折射图像、散射图像、偏度图像、 峰度图像的同时提取，解决了现有多图统计法不能提取被成像物体的偏度图像、峰度图像 的局限性，实现了准确、多模式的X射线衍射增强成像； 2、与现有的多图统计法相比，本发明利用图像的3阶几何距，实现了被成像物体的 偏度图像的定量提取，获得了被成像物体内部散射结构的空间分布的不对称性信息； 3、与现有的多图统计法相比，本发明利用图像的4阶几何距，实现了被成像物体的 峰度图像的提取，获得了被成像物体内部散射结构的空间分布的形状信息。 附图说明 图1为现有技术中X射线衍射增强成像装置示意图； 图2为本发明被成像物吸收图像的提取结果图； 图3为本发明被成像物折射图像的提取结果图； 6 CN 111595877 A 说　明　书 4/8 页 图4为本发明被成像物散射图像的提取结果图； 图5为本发明被成像物偏度图像的提取结果图； 图6为本发明被成像物峰度图像的提取结果图； 图中标号：1X射线源；2单色晶体；3分析晶体；4探测器；5被成像物。