粒子滤波算法在ECT图像重建中的应用

针对电容层析成像技术(ECT)的图像重建质量精度较低的问题,提出了一种基于粒子滤波的ECT图像重建方法。首先,分析了ECT图像重建基本原理,以系统状态估计的方式描述了ECT图像重建最优解的搜索过程,并建立了状态空间模型。然后,以线性反投影(LBP)算法的图像重建结果作为初始状态,利用测量信息对从状态空间中获取的随机样本进行最优加权,以获得重建图像的最小方差估计。最后,对5种不同的流型进行了仿真实验。实验结果表明,利用本文方法获得的重建图像误差平均值为42.93%,相关系数平均值为0.813 9,比LBP算法、Landweber迭代算法和IMN-SNOF算法得到的相应指标要好。本文方法是一种有效、精度较高的ECT图像重建方法,为ECT图像重建技术提供了新的途径和手段。     

ART算法中关于松弛因子的研究

工业CT技术是目前最常用的一种先进无损检测手段。其中最常用的图像重建算法是代数重建法(ART),它重建图像的质量和时间受到许多因素的影响。在重建图像时加入松弛因子可以加快算法的收敛速度,并且还能有效克服迭代过程中的椒盐噪声。利用计算机仿真实验对比分析了松弛因子在不同投影数下的重建质量,结果表明,在不同的情况下选择适当的松弛因子,可以大大地改善重建图像的质量。     

Application of particle filtering algorithm to image reconstruction of ECT

针对电容层析成像技术(ECT)的图像重建质量精度较低的问题,提出了一种基于粒子滤波的ECT图像重建方法.首先,分析了ECT图像重建基本原理,以系统状态估计的方式描述了ECT图像重建最优解的搜索过程,并建立了状态空间模型.然后,以线性反投影( LBP)算法的图像重建结果作为初始状态,利用测量信息对从状态空间中获取的随机样本进行最优加权,以获得重建图像的最小方差估计.最后,对5种不同的流型进行了仿真实验.实验结果表明,利用本文方法获得的重建图像误差平均值为42.93％,相关系数平均值为0.813 9,比LBP算法、Landweber迭代算法和IMN-SNOF算法得到的相应指标要好.本文方法是一种有效、精度较高的ECT图像重建方法,为ECT图像重建技术提供了新的途径和手段.     

基于SIMD技术的锥束ART算法快速并行图像重建

ART(algebraic reconstruction technique)算法是一种迭代图像重建方法,适合于大型工业构件的无损检测,其缺点是计算量大、重建时间长。为了提高锥束ART算法的重建速度,本文提出一种快速并行图像重建方法。首先根据锥束CT扫描方式下三维射线的对称性提出一种权因子和体素索引的并行计算方法,通过一次计算可同时得到两条射线的权因子和体素索引;然后采用Intel处理器的单指令多数据(single instruction multiple data,SIMD)技术,一次性加载多个打包数据,利用SSE(streamingSIMD extension)指令实现了投影、计算图像校正和反投影的并行运算。实验结果表明本文提出的方法非常有效,在保证图像重建精度的同时取得了约1.5倍的重建加速比。     

应用变权全变分重建抑制CT金属伪影

提出一种基于变权全变分(RWTV)迭代重建的金属伪影校正算法以抑制CT系统重建图像中出现的金属伪影。该算法应用自定义的权值函数对全变分模型做加权惩罚,生成权值全变分模型;通过交替解权值全变分最小化过程和更新权值步骤实现变权全变分重建算法。应用该算法对数值模型和临床图像前向投影生成的投影数据分别进行了重建实验。数值模型实验结果表明:在60个采样角度下,用提出算法重建的图像具有最高的空间分辨率特性;且信噪比值较平滑插值金属伪影校正算法、全变分约束最优化算法的重建结果分别高出17.523 6和7.145 2dB。临床数据实验结果表明:该算法重建结果有效抑制了CT金属伪影,清晰重建出颅骨内的细节解剖结构,极大提高了重建图像的质量。     

基于滤波反投影的脑磁感应迭代重建算法研究

颅脑磁感应断层成像技术(BMIT)是一种非接触、无创的新兴颅脑医学成像技术,图像重建算法是提高重建图像质量的关键。依据BMIT反投影算法和迭代算法,设计出一套基于滤波反投影的脑磁感应迭代重建方法。首先根据滤波反投影重建算法原理,给出初始电导率分布,其次基于电导率变化敏感性加权计算滤波反投影矩阵,最后利用一步牛顿迭代构成滤波反投影迭代重建算法,通过设置理想条件数G来修正Hessian矩阵,改善重建过程的病态程度,并对待重建数据进行标准化位置校正处理。实验结果表明,该算法成像速度快,重建出的图像具有较高分辨率,能够准确反映成像区域内仿真病变的大小及位置信息,且轮廓清晰,为颅脑磁感应断层成像技术应用于临床监护奠定了基础。     

一个基于Quantile估计的电容层析成像图像重建算法

电容层析成像图像重建是一个典型的病态问题,它的解是不稳定的。为了获得有意义的重建结果,能够保证解的稳定性而又能提高重建图像质量的方法应该被采用。本文提出了一个新的电容层析成像图像重建算法。在分析标准Tikhonov正则法的基础上,针对ECT逆问题的病态特点利用Quantile估计和加权l_p范数构建扩展的目标泛函,将图像重建问题转化为一个最优化问题;在此基础上用Newton法求解该泛函。数值实验表明该算法是可行的,能够有效克服ECT图像重建的数值不稳定性。就本文所考察的重建对象而言,该法所重建图像的空间分辨率得到了提高。而且该算法计算直接、无需任何复杂的技巧,从而为ECT图像重建提供了一种有效的方法。     

基于MAP的自适应图像配准及超分辨率重建

图像超分辨率重建是一种将多幅低分辨率图像合成为高分辨率图像的技术.当前的超分辨重建技术主要分为图像配准和超分辨率重建2个步骤,提出一种基于最大后验概率的图像超分辨率重建算法,将这2个步骤合二为一;与此同时,为了解决配准参数以及点扩展函数估计值的不精确性问题,在每一幅低分辨率图像代价函数的残差项引入了自适应加权系数并随之...     

基于逆问题的电磁成像图像重建算法

应用理论分析方法对电磁成像(EMT)简化传感模型的逆问题进行了求解,对得到的非线性数学方程进行数值计算和求解,完成图像重建算法的构建和图像重建的仿真.仿真重建结果说明了基于逆问题的图像重建算法是成功的.     

基于加权奇异值分解截断共轭梯度的电容层析图像重建

针对电容层析成像技术(ECT)中的"软场"效应和病态问题,提出了一种基于加权奇异值分解(SVD)截断共轭梯度的电容层析(ECT)图像重建算法。阐述了电容层析成像工作原理,提出了12电极ECT系统的测量方法。在分析灵敏度矩阵的奇异值分解理论的基础上,推导出了加权SVD截断共轭梯度的数学模型,并利用Tikhonov方法进行正则化加权处理。最后,分析了算法的收敛性,并将其应用于电容层析成像系统的图像重建中。实验结果表明,对于层流,截断共轭梯度算法的平均误差能达到27.54%,全部流型平均迭代步数达到13步,与LBP、Landweber和CG算法比较,该算法具有成像效果好,成像速度快,易于实现等特点。     

X线层析摄影合成快速迭代重建方法的仿真及评价

X线层析摄影合成 (tomosynthesis)是在有限角投影情况下图像重建的主要方法之一。对X线层析摄影合成中的一种快速迭代重建方法进行了计算机对比仿真 ,结果表明该迭代方法的迭代次数大大小于传统方法 ,如直接重建法 (ART) ,而重建质量基本相同。在介绍了评价重建图像质量的几个参数后 ,对不同方法和迭代次数的图像重建结果进行了定量评估。     

变电压CT重建的灰度加权算法

常规固定电压的CT重建,因成像系统动态范围受限,投影数据易出现过曝光和欠曝光共存现象,造成信息缺失多,成像质量差,为此提出变电压CT重建。通过变电压获得跟工件有效厚度相匹配的有效投影序列,在ART迭代图像的基础上,调整全变差使其最小化,从而优化重建。在重建过程中,依据灰度加权,把低电压的重建图像作为初值,应用在相邻高电压有效投影重建中,得到相邻高电压的重建图像,依次类推直至最高电压。至此,工件的全部结构信息重建完毕。仿真结果表明,灰度加权算法不仅实现了变电压图像信息的完整重建,而且像素值更加稳定。     

基于差分吸收光谱技术的大气痕量气体重建算法

针对在一些不能获取大量投影数据或者投影分布不均匀的实际情况下,重建大气痕量气体的二维空间分布问题,采用代数迭代重建算法(ART)和同步迭代重建算法(SIRT)2种重建算法对其进行重建。通过数值模拟的方式对2种重建算法的重建效果进行了比较研究,并建立了多轴差分吸收光谱层析系统,进行了外场试验。通过计算机模拟和外场实验研究,从成像效果中可以看出,2种迭代算法均能在数据不完善的情况下,精确地重建出大气痕量气体的二维空间分布;在不同的模型及评价指标下,通过对2种重建算法的重建误差的比较,可以发现SIRT算法的重建误差要小于ART算法的重建误差,尤其在测量数据波动比较大、受干扰的情况下。     

一种实用的激光盘煤系统设计

为了解决发电厂测量存煤量,提出了一种实用、便捷的激光盘煤系统方案,给出了盘煤系统的硬件组成及工作原理.软件设计部分包括数据预处理、三维重建以及体积计算.详细给出了煤堆的数据采样方法,建煤堆观测网和空间坐标系,三维重建Delaunay实现算法,计算体积的方格网算法.通过VC和OpenGL编程实现了盘煤系统.     

基于改进共轭梯度法的ERT图像重建

针对电阻层析成像(ERT)图像重建中灵敏度矩阵的病态特性导致共轭梯度法的收敛率低的问题,提出了改进的共轭梯度算法,ERT图像重建前先对数据进行归一化预处理,将解空间映射到Krylov子空间中,再通过共轭梯度法求解低维子空间中的反问题。分别利用共轭梯度法、预处理共轭梯度法和改进共轭梯度法对典型的气水两相流模型做了仿真实验。实验结果表明,改进共轭梯度法能够提高重建图像的质量,并且相对于其他算法,降低了计算时间。     

Randomized Kaczmarz algorithm for CT reconstruction

The order of the projection in the algebraic reconstruction technique(ART)method has great influence on the rate of the convergence.Although many scholars have studied the order of the projection,few theoretical proofs are given.Thomas Strohmer and Roman Vershynin introduced a randomized version of the Kaczmarz method for consistent,and over-determined linear systems and proved whose rate does not depend on the number of equations in the systems in 2009.In this paper,we apply this method to computed tomography(CT)image reconstruction and compared images generated by the sequential Kaczmarz method and the randomized Kaczmarz method.Experiments demonstrates the feasibility of the randomized Kaczmarz algorithm in CT image reconstruction and its exponential curve convergence.     

基于正交激光器阵列的图像重建技术研究

介绍一种基于正交激光器阵列的工业过程层析成像(PT，Process Tomography)系统，从光学PT系统的原理出发，给出了正交传感器阵列结构以及相应的图像重建算法，包括线性反投影算法(LBP)、滤波反投影算法(FLBP)、最优化算法和代数重建技术(ART)，最后通过在仿真和实验中对各种算法的实现的结果分析了它们的特点。     

电容层析成像系统整体性能的改善

采用代数重建算法处理由电容层析成像系统所采集的投影数据可以获得较高质量的图像,介其耗时较多。本文着重提出一种准则并以此优化迭代过程中投影的选取顺序,以提高代数重建算法的收敛速度,从而改善成像系统的整体性能。