Interface for Semi-automatic Image Contrast Enhancement in the Propagation-based X-ray Phase Contrast Method

Abstract

У роботі описується графічний інтерфейс користувача, розроблений для нормалізації радіограм та напівавтоматичного пошуку контрастних зображень за допомогою заданого еталону, експериментальні дані для формування яких були отримані за допомогою аналітичної техніки рентгенівського фазового контрасту. Проекції біологічного об’єкта були одержані шляхом застосування вільного поширення когерентного випромінювання, коли для використання інтерференційних ефектів, характерних методу, між зразком та детектором, оснащеним YAG:Ce сцинтилятором, не розміщуються жодні допоміжні оптичні елементи завдяки високоінтенсивним характеристикам рентгенівського світла синхротронного джерела SOLEIL. Енергія рентгенівських фотонів була 10 кеВ, а відстань між зразком та детектором становила 16.5 см. Розглядається застосування стандартних інструментів середовища Matlab для алгоритмічної корекції неоднорідностей детектора і зондувальних променів світла, використаних щоб побудувати зображення внутрішньої структури обʼєкту та для оцінювання контрастності групи зображень, обравши такі поширені критерії якості як PSNR та SSIM. Програма здатна генерувати такий набір зображень в залежності від параметрів, які вводить користувач для суб’єктивного пошуку контрастних зображень. Чисельні оцінки добре підтверджують візуальні результати алгоритмічного перебору та дозволяють отримати найінформативніше зображення з утвореного масиву, який створюється користувачем за допомогою інтерфейсу. Робота переслідує мету ознайомити з використанням розробленого програмного продукту та концепту напівавтоматичного перебору цифрових фазо-контрастних зображень.

This paper describes a graphical user interface developed for the normalization of radiograms and semiautomatic search for the most contrast images using a given reference, the experimental data for which were obtained using the analytical technique of X-ray phase contrast imaging. The projections of the biological object were obtained by applying free space propagation of coherent radiation when no additional optical elements are placed between the sample and the detector equipped with a YAG:Ce scintillator to exploit the interference effects characteristic of the method due to the high-intensity characteristics of the X-ray light of the SOLEIL synchrotron. The energy of the X-ray photons was 10 keV, and the distance between the sample and the detector was 16.5 cm. We consider the use of standard Matlab tools for algorithmic correction of inhomogeneities of the detector and probing light beam used to build an image of the internal structure of the object and to evaluate the contrast of a group of images, by choosing such common quality criteria as PSNR and SSIM. The program is able to generate such a set of images depending on the parameters entered by the user for a subjective search for contrast images. Numerical estimates well confirm the visual results of the algorithmic search and allow us to reach the most informative image from the generated array, which is created by the user using the interface. The aim of this work is to familiarize with the use of the developed software product and the concept of semi-automatic search among the dataset of digital phase-contrast images.