基于多帧平均和小波分析的X射线影像图像去噪处理

　　自2889年Rontgen发现X射线以来，X射线就得到广泛应用。新型X射线影像系统区别于传统的X射线探伤仪和X射线诊断仪，采用单近贴聚焦平板式X射线像增强器结构，使整个影像系统具备体积小、重量轻、剂量小、亮度高等特点，广泛用于各个领域[lj。本文根据低强度X射线影像系统图像噪声的特点，提出图像去噪方法，为后续图像处理莫定基础。

　　1.X身寸线影像系统图像噪声来源及特点

　　X射线影像系统成像的过程是X射线穿过被测物，经过光阴极产生光电子，光电子在微通道板的二次电子倍增的作用下，高速轰击荧光屏，形成图像。根据其过程，它的噪声[2〕主要来源如下:

　　l)光电阴极发射电子的涨落噪声;

　　2)微通道板倍增电子的涨落噪声;

　　3)荧光屏输出光子的涨落噪声和颗粒噪声;

　　4)CCD图像采集的热噪声。

　　这些噪声表现在计算机图像上为随机闪烁，其中量子的涨落噪声都服从Possion分布，和热噪声一样，具有很宽的频谱，属于白噪声，而荧光屏的颗粒噪声则为高斯分布。

　　2图像去噪

　　由于X射线图像噪声的多样性，任何单一算法或处理都无法清晰图像。本文采用复合型算法，即首先采用多帧均，再进行小波变换滤波。实践证明，该方法效果良好。

　　2.1多帧平均滤波

　　白噪声具有很宽的频谱，采用低通滤波器平滑时，必然会损失图像的高频信息。采用多帧平均法，根据噪声空域随机性的特点，可以有效的压缩噪声，增强有用信息。设噪声为加性噪声，即

　　式中g(二，必为输出图像，f(x，刃为有用信息，n(x，y)为噪声。被测物保持不动，得到M帧图像，进行叠加后，除以m，使m>M，得到平均图像g(x有

　　n，(x，y)是随机噪声，式(2)中的第二项表明噪声受到抑制。取m 多帧平均后的信噪比为:

　　式(3)、(4)推导中已经考虑到噪声互不相关，均值为零的特性。式(4)表明，多帧平均使得信噪比提高了M倍。理论上，叠加的帧数越多，图像处理效果越好，但增加帧数也增加了采样时间和图像位置的不准确性，因此需适中考虑。根据对实际的X射线影像图像叠加处理，发现15帧左右就基本可以。图1为台阶铝板的单帧X射线影像图像叠加平均。

　　2.2小波变换滤波

　　经多帧平均后的图像突出了有用信息，但仍伴有噪声。传统的去噪方法是将被噪声干扰的信号通过一个滤波器，滤掉噪声频率成分。但对于脉冲信号、白噪声、非平稳过程等，该方法存在一定局限性。在低信噪比情况下，经过滤波器处理，不仅信噪比得不到较大改善，而且信号的位置信息也被模糊掉了。基于小波变换的去噪方法利用小波变换中的变尺度特性对确定信号具有一种集中的能力。如果一个信号的能量集中在小波变换域少数系数上，那么对这些系数的取值必然大于在小波变换域内能量分散于大量小波系数上的信号或噪声的小波系数值。可以证明〔3〕，噪声的小波系数值随着小波变换级数的增加而不断减少，且其方差也在不断减少，但有用信号的小波系数值和方差却不减少。利用小波变换这一特性，选择一阑值，通过对小波变换域的系数筛选，去掉噪声的小波系数，再进行小波逆变换，还原较理想的图像。