射线源平移扫描 CT 解析重建算法研究

微焦CT通过圆周扫描可对处于视场内的物体实现高分辨力成像。针对超出视场的大物体CT成像,一种射线源平移扫描CT(STCT)被提出。STCT采用射线源直线运动的方式采集投影数据,具有结构简单、应用灵活等特点。由于在STCT扫描过程中,每个位置的射线只能照射到部分物体,投影数据存在截断。为了提高重建效率和处理截断投影数据,提出了基于数据重组的滤波反投影重建算法(rFBP),该算法基于STCT扫描特性和X射线衰减性质,通过对置射线源采样点与探测器像元,将截断投影数据重组为全局投影数据,并在此基础上推导了rFBP算法表达式。仿真和实物实验结果验证了rFBP算法的有效性与实用性,重建时间综合缩短至SIRT算法的0.6%。rFBP算法能避免截断伪影,准确、高效地重建STCT图像。     

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。     

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。     

应用投影收缩的压缩感知锥束CT短扫描重建

由于锥束CT成像系统在短扫描方式下无法获得完全投影数据,从而限制了图像重建的质量,本文提出了一种基于投影收缩的压缩感知锥束CT短扫描重建算法。考虑BB(Barzilai-Borwen)梯度投影算法的非单调收敛,分析了投影收缩法的预测校正特性,并将校正过程引入到压缩感知图像重建算法中。结合目标函数下降方向和凸集投影下降方向,校正BB梯度投影算法,改善BB梯度投影算法的非单调特性。应用该算法对模拟投影数据和仿体扫描数据分别进行了重建试验。模拟试验结果表明,在25个采样角度下,用提出算法重建图像的信噪比值比自适应最速下降-凸集投影算法、投影收缩算法和BB梯度投影算法的重建结果分别高出9.487 0、9.802 7、3.615 9dB。仿真试验结果表明:在少量投影角度下该算法重建结果有效抑制了条状伪影,清晰重建出边缘细节,极大提高了少量投影数据重建图像的质量。     

基于阵列图像的自适应光场三维重建算法研究

针对现有光场图像获取困难,深度重建过程中遮挡以及亮度变化较大区域匹配效果差、稳健性低等问题,提出了基于单反相机的光场图像获取方法以及EPI自适应三维重建算法。在图像预处理阶段,该算法利用双边滤波器对EPI进行去噪,并通过交叉检测模型求得边缘区域。在边缘深度求解以及深度扩散阶段,算法在先验似然策略的基础上,提出EPI自适应框架,通过最大类间方差(OSTU)准则自动设定阈值,舍弃类外点,使距离度量只发生在类内点之间,因此极大地消除了遮挡以及光照变化的影响,提高了边缘深度和内部深度估计的准确性和稳健性。实验结果表明,所提出的系统可以方便地获取阵列图像,成本低、操作方便,且提出的算法能较好地估计场景的深度信息,并实现场景的三维重建,比以往算法在精度上有较大提高。     

CT特征重建技术研究

传统的CT重建技术在检测物体内部细小缺陷时,具有噪声难以滤除、分辨率低、对比度差等特点,滤波器设计和实现具有难度.文中提出一种特征CT重建技术,能有效改善上述缺陷,它是以突现构件特征为目的的CT重建算法,重建图像的目的不是达到整体图像质量最好,而是从突现重建图像特征出发,达到重建图像作用.文中首先介绍了二维及三维特征CT重建算法理论,并通过详细分析、实验结果与参数计算的对比,验证了特征CT重建方法在高频信息、抗噪能力、滤波器设计及实现速度方面的明显优势.     

多断层融合的肺CT肿瘤靶区超分辨率重建

针对由曝光不均、噪声等因素引起的病灶区CT数据漏检、边界模糊等问题,设计了一种多方向神经网络(NN)插值算法。通过融合各断层层内和层间信息,对病灶区进行精确超分辨率重建。首先,将预测网络拓展为多方向三维空间;然后,根据肿瘤特殊灰度分布特征,设计最优初始权值;最后,预测漏检数据,提高病灶区分辨率。将本文算法与当前具有代表性的3种超分辨率重建算法PCGLS法、180°线性插值、单方向神经网络方法进行比较,结果表明:本文方法实时性更好,迭代次数平均减少25.9%,重建图像病灶区定位更精确,空间分辨率更高,质心偏离度平均降低27.1%,中心偏离度平均降低23.0%,病灶面积平均减少21.5%,平均PSNR提高了1.59 dB。本算法不但适用于肺部CT图像,也可以根据具体图像特征推广到其他生物信号和遥感图像等领域中。     

多层螺旋CT及多维重建技术对隐匿性肋骨骨折的诊断价值探讨

目的 :考察多层螺旋CT(MSCT)联合多维重建技术对隐匿性肋骨骨折的临床诊断价值,为该类疾病临床诊断提供参考。方法 :以我院2012年7月至2014年2月间收治的73例隐匿性肋骨骨折患者为研究对象,使用MSCT联合VR、SSD、CRP等多种重建技术对患者进行检查,统计并分析影像学检查结果。结果:73例患者经MSCT检查确诊隐匿性肋骨骨折107处,骨折多发于肋骨角(59.81%)且以非完全线性骨折为主(91.59%)。所用多维重建技术的诊断精度依次为:CRP(100.0%)>MPR(97.19%)>SSD(85.89%)>VR(78.50%)>MIP(27.88%)。结论 :MSCT联合多维重建技术对隐匿性肋骨骨折具有较为明确的诊断价值,MSCT与CRP/MPR及VR等联用可获得较为理想的诊断率。     

基于Matlab的一维插值在曲面三维重建中的应用

提出了基于Matlab的任意闭合型值点的一维三次样条插值方法,并应用于闭曲面的三维重建中。首先对物体进行360°扫描测量,获得物体表面三维条形图。经过曲面切片、型值点提取、点列排序、一维插值、数据融合,得到闭曲面四边形网格图。给出了完整的基于Matlab的算法描述,并通过三维重建实例,验证了方法的有效性和可行性。     

基于单目视觉的轴类零件3D重构技术

在结构化环境下,提取轴类零件三维信息是实现机械手自动上下料的重要环节。首先采集放置于特定工作台上的轴类零件图像,其次利用超红特征和Otsu法获取超红特征灰度图并进行动态阈值分割,提取标准圆的像素半径,进而获取每毫米所代表的像素值;利用拟合直线方程可获取摄像机与工作台的距离,同时利用亮度特征,采用相同的方法获取轴类零件的像素尺寸,然后利用每毫米所代表的像素值计算轴类零件的实际尺寸,完成轴类零件的三维重构。该技术降低了软硬件的复杂性,可实现机械手智能抓取轴类零件,为数控机床无人化操作的可行性发展提供了理论基础。     

最小交叉熵图像重建算法

CT技术通过扫描和图像重建算法,获取被检物场断层图像.由于具有非侵入性、可视化等特点,该技术在工业领域获得广泛应用.为了提高CT系统重建图像的分辨率,提出一种信息扩充策略,并以此为基础采用两种最小交叉熵算法--MAP和SMART,对多相流CT系统进行图像重建.与传统ART算法相比,最小交叉熵算法有效提高了重建图像的分辨率,减少重构图像伪影.仿真和实验结果表明,基于信息扩充的SMART算法不仅改进了重建图像质量,而且提高了实时性.     

Zernike矩边缘检测与多项式拟合的CT图像三维测量算法

针对工业CT切片z方向分辨率不足问题,研究一种Zernike矩边缘检测与多项式拟合结合、自动预测顶端的高精度三维测量算法。首先通过Zernike矩对每张切片图像提取亚像素级轮廓,并用多项式拟合该轮廓;然后对拟合曲线进行等相角间隔采样,并建立同相角的轮廓点匹配,采用层间插值算法得到中间层的轮廓点并外插预估工件顶端点;最后采用台体法计算工件体积。对体积相等的圆柱、圆锥和半球3个标准试块进行CT扫描、测量并分析了测量误差的来源。实验结果表明,对实际工件体积测量误差降低到1%以下,能够满足工程应用中的自动、快速、高精度体积测量要求。     

基于激光扫描和SFM的非同步点云三维重构方法

室外场景具有测量数据量大、扫描数据易重叠及建筑物表面信息复杂等特点,单靠激光扫描方法能够获得场景精确的深度信息,但缺乏颜色和纹理信息,利用从运动中恢复结构(SFM)方法可获得丰富的彩色信息,但重构精度不高,若将两种设备固定进行在线实时同步测量,易受到测量环境和系统制约不易实现。针对此问题,提出了一种基于激光扫描和SFM结合的非同步点云数据融合的三维重构方法。首先,提出利用手动选择控制点进行7自由度初始配准,再利用迭代最近点(ICP)算法对初始配准结果进行精确配准,最后利用最近点搜索算法将分布在经基于面片的多视图立体视觉(PMVS)算法优化后的SFM数据中的颜色信息与激光扫描的点云坐标进行融合。实验结果和数据分析显示,本文的方法能有效地将激光扫描与SFM点云数据进行融合,实现了室外大场景的三维彩色重构。     

采用可编程逻辑控制器的大型物体三维扫描重建

本文提出了一种新颖且实用的三维重建系统,以获取大型物体的三维数据。文中对该系统的组成以及所采用的方法和原理进行了研究。该系统由一个基于红外的三维扫描仪、两个导轨和一个基于PLC(可编程逻辑控制器)模块的高精度运动控制系统组成。运动控制系统控制安装在导轨上的三维扫描仪做匀速运动;三维扫描仪向物体投射红外线,并重建物体上所投射的红外线段;接着,系统根据三维扫描仪的运动速度,拼接局部重建数据,最终获得大型物体完整的三维重建数据。实验结果表明:与基于激光测距拼接的方法相比,该方法的测量速度约提高了7倍,测量精度约提高了2.5倍。基本满足工业生产中大型物体自动三维重建的稳定可靠、精度高、速度快等要求。     

用IDL实现基于CT图像的三维表面重建

利用计算机断层(CT)图像进行人体组织三维重建,在医学、人体科学等领域拥有非常广阔的应用前景.IDL是近年来被广泛应用于医学图像处理的交互式数据语言.本文结合一组CT图像,介绍了一种用IDL语言实现CT图像形态学边缘检测、轮廓提取和三维表面重建的方法.并采用IDL中事件驱动的程序结构,设计了三维可视化程序.     

基于Pro/ENGINEER的产品开发

介绍了Pro／ENGINEER的基本功能：基于Pro／ENGINEER实现了由医用CT到桡骨三维模型的重建及基于图像的后视镜三维模型重建：利用行为建模技术实现了曲轴的优化设计，达到了减小振动、降低噪音、提高响应速度的目的。     

3D ECT reconstruction by an improved Landweber iteration algorithm

Electrical capacitance tomography (ECT) is a relatively mature non-invasive imaging technique that attempts to map dielectric permittivity of materials. Recently, 3D ECT has gained interest because of its potential to generate volumetric images. The study of a fast and accurate image reconstruction algorithm is a challenge task, especially for 3D reconstruction. In this paper, we propose an improved Landweber iteration algorithm. We incorporate an additional acceleration term into the cost function and apply an adaptive threshold operation to the image obtained in each iteration for reducing artefacts. The algorithm proposed is tested by the noise-free and noise-contaminated capacitance data. Sensitivity matrixes and capacitance data of a 3D ECT sensor are obtained by using the finite element (FE) method. Extensive simulations in 3D reconstruction are carried out. The results verify the effectiveness of these improvements. Both the reconstruction time and the artefacts in the reconstructed image are reduced obviously. The experimental results of 3D reconstruction of objects in the shape of letters U and L confirm the effectiveness of the proposed algorithm further.     

基于改进MC算法的DICOM格式CT图像三维重建

保证MC算法所抽取等值面的拓扑正确并作有效实现是医学三维应用的关键技术。本文对MC算法的内部拓扑歧义判定方法作了改进,使其更为简单直观,并以此为基础开发了CT序列图像三维重建系统。系统读入D ICOM格式的CT图像数据,封装成由立方体单元组成的规则体数据,用改进的MC算法抽取等值面,得到三角网格模型,为后续基于三角网格的医用修复体设计研究打好了基础。     

一种光学元件面形三维重建的算法研究

为了在线检测光学元件面形,介绍一种基于线结构光扫描测量和立体视觉测量相结合的三维检测方法,目前这种方法多用于检测高反射率的物体,因此将该方法运用于检测光学元件面形是一种新的尝试。实验的三维重建算法是通过MATLAB和VC++软件共同编写程序实现的,实验结果表明,将这种方法运用于检测光学元件是可以真实还原光学元件三维外貌特性的,所以它的研究具有可行性和研究价值。