mireabulletinRussian Technological JournalRussian Technological Journal2782-32102500-316XRTU MIREA10.32362/2500-316x-2021-9-6-57-63mireabulletin-401Research ArticleАНАЛИТИЧЕСКОЕ ПРИБОРОСТРОЕНИЕ И ТЕХНОЛОГИИANALYTICAL INSTRUMENT ENGINEERING AND TECHNOLOGYМетод повышения информативности рентгеновских снимковThe method of increasing the information content of microfocus X-ray imageshttps://orcid.org/0000-0002-4404-5222СтароверовН. Е.StaroverovN. E.

Староверов Николай Евгеньевич, аспирант

197376, Россия, Санкт-Петербург, ул. Профессора Попова, д. 5

Scopus Author ID 57193738290

Nikolay E. Staroverov, Post-graduate Student

5, ul. Professora Popova, St. Petersburg, 197376 Russia

Scopus Author ID: 57193738290

nik0205st@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0003-2062-2213ГрязновА. Ю.GryaznovA. Y.

Грязнов Артем Юрьевич, д.т.н., профессор

197376, Россия, Санкт-Петербург, ул. Профессора Попова, д. 5

Scopus Author ID 12142307400

Artem Y. Gryaznov, Dr. Sci. (Eng.), Professor

5, ul. Professora Popova, St. Petersburg, 197376 Russia

Scopus Author ID 12142307400

ay.gryaznov@yandex.ruКамышанскаяИ. Г.KamyshanskayaI. G.

Камышанская Ирина Григорьевна, к.м.н., доцент; врач-рентгенолог рентгеновского отделения

199034, Санкт-Петербург, Университетская наб., д. 7–9

191014, Россия, Санкт-Петербург, Литейный пр., д. 56

Scopus Author ID 15834578000

Irina G. Kamyshanskaya, Cand. Sci. (Med.), Associate Professor; Radiologist of the X-ray Department

7/9, Universitetskaya nab., St. Petersburg, 199034 Russia

56, Liteiny pr., St. Petersburg, 191014 Russia

Scopus Author ID 15834578000

o.kafedra@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-8806-0603ПотраховН. Н.PotrakhovN. N.

Потрахов Николай Николаевич, д.т.н., профессор, заведующий кафедрой

197376, Россия, Санкт-Петербург, ул. Профессора Попова, д. 5

Scopus Author ID 8689381700

 

Nikolay N. Potrakhov, Dr. Sci. (Eng.), Professor, Head of Department

5, ul. Professora Popova, St. Petersburg, 197376 Russia

Scopus Author ID 8689381700

kzhamova@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0002-9103-0066ХолоповаЕ. Д.KholopovaE. D.

Холопова Екатерина Дмитриевна, аспирант

197376, Россия, Санкт-Петербург, ул. Профессора Попова, д. 5

Scopus Author ID 57193737033

Ekaterina D. Kholopova, Post-graduate Student

5, ul. Professora Popova, St. Petersburg, 197376 Russia

Scopus Author ID 57193737033

wkholopova@gmail.comСанкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)РоссияSaint Petersburg Electrotechnical University “LETI”Russian FederationСанкт-Петербургский государственный университет; СПб ГБУЗ «Городская Мариинская больница»РоссияSt. Petersburg State University; City Mariinsky Hospital, Saint PetersburgRussian Federation202102122021965763Copyright © Староверов Н.Е., Грязнов А.Ю., Камышанская И.Г., Потрахов Н.Н., Холопова Е.Д., 20212021Староверов Н.Е., Грязнов А.Ю., Камышанская И.Г., Потрахов Н.Н., Холопова Е.Д.Staroverov N.E., Gryaznov A.Y., Kamyshanskaya I.G., Potrakhov N.N., Kholopova E.D.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.rtj-mirea.ru/jour/article/view/401

Описан основанный на высокочастотной фильтрации и морфологической обработке изображения метод обработки микрофокусных рентгеновских снимков, повышающий контраст деталей рентгенограммы. Одной из наиболее информативных методик рентгенографии является микрофокусная рентгенография. В ряде случаев микрофокусные рентгеновские изображения не могут быть достоверно проанализированы из-за особенностей способа съемки. Так, основными недостатками микрофокусных рентгеновских изображений чаще всего являются неравномерный фон, искаженные яркостные характеристики и наличие шумов. Предлагаемый метод повышения контраста мелких деталей изображения основан на идее сочетания высокочастотной фильтрации и морфологической обработки изображений. Метод состоит из следующих шагов: подавление шумов на изображении, высокочастотная фильтрация, морфологическая обработка изображения, получение результирующего изображения. В результате применения метода усиливается яркость контуров на изображении. На полученном изображении все объекты будут иметь двойные контуры. Метод был апробирован при обработке 50 рентгенограмм органов грудной клетки пациентов с разнообразной патологией. Рентгенограммы были выполнены в городской Мариинской больнице Санкт-Петербурга на цифровых стационарных и передвижных рентгеновских аппаратах. На большей части рентгенограмм удалось улучшить контраст снимков, выделить границы объектов. Также метод был применен в микрофокусной рентгеновской томографии для улучшения информативности проекционных данных и улучшения восстановления 3D-образа объекта исследования. Как для первого, так и для второго случаев метод показал удовлетворительные результаты. Разработанный метод позволяет существенно повысить информативность микрофокусных рентгеновских снимков. Полученные практические результаты позволяют рассчитывать на широкие перспективы применения метода, особенно в микрофокусной рентгенографии.

A method for processing microfocus X-ray images is described. It is based on high-frequency filtration and morphological image processing, which increases the contrast of the X-ray details. One of the most informative X-ray techniques is microfocus X-ray. In some cases, microfocus X-ray images cannot be reliably analyzed due to the peculiarities of the shooting method. So, the main disadvantages of microfocus X-ray images are most often an uneven background, distorted brightness characteristics and the presence of noise. The proposed method for enhancing the contrast of fine image details is based on the idea of combining high-frequency filtering and morphological image processing. The method consists of the following steps: noise suppression in the image, high-frequency filtering, morphological image processing, obtaining the resulting image. As a result of applying the method, the brightness of the contours in the image is enhanced. In the resulting image, all objects will have double outlines. The method was tested in the processing of 50 chest radiographs of patients with various pathologies. Radiographs were performed at the Mariinsky Hospital of St. Petersburg using digital stationary and mobile X-ray machines. In most of the radiographs, it was possible to improve the images contrast, to highlight the objects boundaries. Besides, the method was applied in microfocus X-ray tomography to improve the information content of projection data and improve the reconstruction of the 3D image of the research object. In both the first and second cases, the method showed satisfactory results. The developed method makes it possible to significantly increase the information content of microfocus X-ray images. The obtained practical results make it possible to count on broad prospects for the method application, especially in microfocus X-ray.

микрофокусная рентгенографияцифровая обработка изображенийфильтрация изображенийmicrofocus X-raydigital image processingimage filteringReferencesArkhipov M.V., Priyatkin N.S., Gusakova L.P., et al. X-ray computer methods for studying the structural integrity of seeds and their importance in modern seed science. Tech. Phys. 2019;64(4):582−592. https://doi.org/10.1134/S1063784219040030Arkhipov M.V., Priyatkin N.S., Gusakova L.P., et al. X-ray computer methods for studying the structural integrity of seeds and their importance in modern seed science. Tech. Phys. 2019;64(4):582−592. https://doi.org/10.1134/S1063784219040030Потрахов Н.Н., Грязнов А.Ю., Жамова К.К., Бессонов. В.Б., Ободовский А.В., Староверов Н.Е., Холопова Е.Д. Микрофокусная рентгенография в медицине: физико-технические особенности и современные средства рентгенодиагностики. Биотехносфера. 2015;5(41):55−63.Potrakhov N.N., Gryaznov A.Yu., Zhamova K.K., Bessonov. V.B., Obodovskii A.V., Staroverov N.E., Kholopova E.D. Microfocus X-ray diagnostics in medicine: physical and technical features and modern device. Biotekhnosfera. 2015;5(41):55−63 (in Russ.).Staroverov N.E., Gryaznov A.Y., Kholopova E.D. Digital x-ray image processing with using adaptive histogram equalization and adaptive background correction. Biomedicine Radioengineering = Biomeditsinskaya radioelectronika. 2018;5:56−58.Staroverov N.E., Gryaznov A.Y., Kholopova E.D. Digital x-ray image processing with using adaptive histogram equalization and adaptive background correction. Biomedicine Radioengineering = Biomeditsinskaya radioelectronika. 2018;5:56−58.Staroverov N.E., Kholopova E.D., Gryaznov A.Yu., Zhamova K.K. The methods of processing of microfocus X-ray images. In: 2017 IEEE Conference of Russian Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering (EIConRus). 2017, p. 745−747. https://doi.org/10.1109/EIConRus.2017.7910665Staroverov N.E., Kholopova E.D., Gryaznov A.Yu., Zhamova K.K. The methods of processing of microfocus X-ray images. In: 2017 IEEE Conference of Russian Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering (EIConRus). 2017, p. 745−747. https://doi.org/10.1109/EIConRus.2017.7910665Мазуров А.И., Потрахов Н.Н. Возможности и ограничения микрофокусной рентгенографии в медицине. Биотехносфера. 2010;4(10):20−23.Mazurov A.I., Potrakhov N.N. Possibilities and limitations of microfocus radiography in medicine. Biotekhnosfera. 2010;4(10):20−23 (in Russ).Грязнов А.Ю., Потрахов Е.Н., Потрахов Н.Н. Портативная установка для рентгеновского экпресс-контроля качества пищевой продукции. Биотехносфера. 2009;6(6):26−28.Gryaznov A.Yu., Potrakhov E.N., Potrakhov N.N. Portable unit for X-ray express quality food products. Biotekhnosfera. 2009;6(6):26−28 (in Russ.).Stark J.A. Adaptive image contrast enhancement using generalizations of histogram equalization. IEEE Trans. Image Process. 2000;9(5):889−896. https://doi.org/10.1109/83.841534Stark J.A. Adaptive image contrast enhancement using generalizations of histogram equalization. IEEE Trans. Image Process. 2000;9(5):889−896. https://doi.org/10.1109/83.841534Mukhopadhyay S., Chanda B. A multiscale morphological approach to local contrast enhancement. Signal Process. 2000;80(4):685−696. https://doi.org/10.1016/S0165-1684(99)00161-9Mukhopadhyay S., Chanda B. A multiscale morphological approach to local contrast enhancement. Signal Process. 2000;80(4):685−696. https://doi.org/10.1016/S0165-1684(99)00161-9Parihar A.S., Verma O.P., Khanna C. Fuzzy-contextual contrast enhancement. IEEE Trans. Image Process. 2017;26(4):1810−1819. https://doi.org/10.1109/TIP.2017.2665975Parihar A.S., Verma O.P., Khanna C. Fuzzy-contextual contrast enhancement. IEEE Trans. Image Process. 2017;26(4):1810−1819. https://doi.org/10.1109/TIP.2017.2665975Pogany A., Gao D., Wilkins S.W. Contrast and resolution in imaging with a microfocus x-ray source. Rev. Sci. Instrum. 1997;68(7):2774−2782. https://doi.org/10.1063/1.1148194Pogany A., Gao D., Wilkins S.W. Contrast and resolution in imaging with a microfocus x-ray source. Rev. Sci. Instrum. 1997;68(7):2774−2782. https://doi.org/10.1063/1.1148194Pizer S.M., Amburn E.P., Austin J.D., et al. Adaptive histogram equalization and its variations. Comput. Vis. Graph. Image Process. 1987;39(3):355−368. https://doi.org/10.1016/S0734-189X(87)80186-XPizer S.M., Amburn E.P., Austin J.D., et al. Adaptive histogram equalization and its variations. Comput. Vis. Graph. Image Process. 1987;39(3):355−368. https://doi.org/10.1016/S0734-189X(87)80186-XVincent L. Morphological grayscale reconstructions in image analysis: Applications and efficient algorithms. IEEE Trans. Image Process. 1993;2(2):176−201. https://doi.org/10.1109/83.217222Vincent L. Morphological grayscale reconstructions in image analysis: Applications and efficient algorithms. IEEE Trans. Image Process. 1993;2(2):176−201. https://doi.org/10.1109/83.217222Грязнов А.Ю., Гук К.К., Староверов Н.Е., Холопова Е.Д. Метод повышения резкости и контрастности деталей рентгеновских изображений. Физические основы приборостроения. 2019;8(4(34)):34−37. https://doi.org/10.25210/jfop-1904-034037Gryaznov A.Yu., Guk K.K., Staroverov N.E., Kholopova E.D. Method for sharpening and contrasting details of X-ray images. Fizicheskie osnovy priborostroeniya = Physical Bases of Instrumentation. 2019;8(4(34)):34−37 (in Russ.). https://doi.org/10.25210/jfop-1904-034037Староверов Н.Е., Грязнов А.Ю., Потрахов Н.Н., Холопова Е.Д., Гук К.К. Новые методы цифровой обработки микрофокусных рентгеновских изображений. Медицинская техника. 2018;52(6):53−55.Staroverov N.E., Gryaznov A.Yu., Potrakhov N.N., Kholopova E.D., Guk K.K. New methods of digital processing of microfocus X-ray images. Biomed. Eng. 2019;52:435−438. https://doi.org/10.1007/s10527-019-09864-6Staroverov N.E., Gryaznov A.Y., Kholopova E.D., Guk K.K. Microelectronic devices digital X-ray image processing method development. J. Phys.: Conf. Ser. 2018;967(1):012016. https://doi.org/10.1088/1742-6596/967/1/012016[Staroverov N.E., Gryaznov A.Yu., Potrakhov N.N., Kholopova E.D., Guk K.K. New methods of digital processing of microfocus X-ray images. Meditsinskaya tekhnika. 2018;52(6):53–55 (in Russ.).]Staroverov N.E., Gryaznov A.Y., Kholopova E.D., Guk K.K. Microelectronic devices digital X-ray image processing method development.J. Phys.: Conf. Ser.2018;967(1):012016. https://doi.org/10.1088/1742-6596/967/1/012016Staroverov N.E., Gryaznov A.Y., Kholopova E.D., Guk K.K. Microelectronic devices digital X-ray image processing method development.J. Phys.: Conf. Ser.2018;967(1):012016. https://doi.org/10.1088/1742-6596/967/1/012016

The authors declare that there are no conflicts of interest present.