多频率超声衍射CT图像重建的研究

根据傅里叶衍射投影定理,不同频率的超声波得到的投影数据的傅里叶变换对应着复平面上不同半径的圆弧.文中对多频率衍射层析成像原理进行深入探讨,提出了多频率超声CT模型,并对多频率超声CT进行实验研究.重建步骤如下:首先,根据标准的体模算出重建数据点的值;然后运用网格插值法将非笛卡分布的重建数据点插值到笛卡网格内;最后用二维的傅里叶逆变换完成图像的重建.多频率超声衍射CT的成像速度要快于单频率CT的成像速度.     

一种快速高效的二维超声CT成像的正演算法研究

超声CT成像是采用散射场数据来重建物体内部结构的一种定量化的超声技术。本课题采用快速傅里叶变换（FFT）加速扩展波恩近似（EBA）,进而基于EBA来预处理共轭梯度-快速傅里叶变换（CG-FFT）的方法来实现正演成像的过程。该算法是在传统超声成像领域和商业超声软件中没有使用过的;同时,在保持同等计算精度的条件下,该算法对比传统超声成像正演算法具有速度更快等优点。     

非PI线的半覆盖螺旋锥束CT的Katsevich重建

半覆盖螺旋锥束CT可以扩大传统螺旋锥束CT的视场区域,但是每个投影角下的投影数据都是横向截断的。Katsevich算法作为一种精确的重建算法,它可以得到质量较高的重建图像,但是它要求PI线上的数据是非截断的,无法直接应用于半覆盖的螺旋锥束CT。根据半覆盖螺旋锥束CT的特点和Katsevich算法本身的分析,提出了一种非PI线的Katsevich算法。它将求导后的投影数据直接沿探测器的行方向进行滤波,而不是将投影在Tam窗内重排后滤波。反投影时,也不需要根据重建点求相应的PI区间,而是直接根据重建点的z坐标求出的2π区间。实验结果表明,提出的成像方法避开了PI线对重建的影响,得到了待检测区域的完整图像。     

定步长压缩感知锥束CT重建算法

针对锥束CT成像系统中投影数据不完全的图像重建问题,提出了一种定步长压缩感知锥束CT重建算法。首先将锥束CT重建问题归结为投影数据均方误差作为数据保真项、全变分作为正则项的无约束优化问题,分析目标函数的Lipschitz连续性;然后近似计算Lipschitz常数,求出梯度下降步长,利用梯度下降法进行重建;最后对CT投影数据采用联合代数重建算法更新重建图像。在每次迭代过程中调整梯度下降步长,提高重建算法的收敛速度。Shepp-Logan模型的无噪声实验结果表明,该算法的重建图像信噪比分别比联合代数重建算法、自适应最速下降-凸集投影算法、BB梯度投影算法的重建图像信噪比高出13.7728dB、12.8205dB、7.3580dB。仿真试验表明该重建算法提高了收敛速度,同时减少了重建图像的相对误差,极大提高了用少量投影数据重建的图像质量。     

定步长压缩感知锥束CT重建算法

针对锥束CT成像系统中投影数据不完全的图像重建问题,提出了一种定步长压缩感知锥束CT重建算法。首先将锥束CT重建问题归结为投影数据均方误差作为数据保真项、全变分作为正则项的无约束优化问题,分析目标函数的Lipschitz连续性;然后近似计算Lipschitz常数,求出梯度下降步长,利用梯度下降法进行重建;最后对CT投影数据采用联合代数重建算法更新重建图像。在每次迭代过程中调整梯度下降步长,提高重建算法的收敛速度。Shepp-Logan模型的无噪声实验结果表明,该算法的重建图像信噪比分别比联合代数重建算法、自适应最速下降-凸集投影算法、BB梯度投影算法的重建图像信噪比高出13.7728 dB、12.8205 dB、7.3580 dB。仿真试验表明该重建算法提高了收敛速度,同时减少了重建图像的相对误差,极大提高了用少量投影数据重建的图像质量。     

CT投影采样策略对重建质量影响综述

针对计算机断层成像（Computed Tomography,CT）中投影数据与图像重建关系,综述了CT在投影策略方面对重建质量的影响.对不同采样策略获取的不完全投影数据,应用迭代类算法对投影数据进行重建,研究了均匀采样和非均匀采样情况下不同数据结构对重建图像质量的影响.对仿真数据和实际数据重建结果进行分析,同时对不同策略下的投影数据结合其数据分布特点探讨了重建质量优劣的原因.论文可以为CT重建领域的研究工作者提供全面的采样方法梳理和总结,为当前不完全投影数据获取方式对应的算法改进提供思路,最后对当前研究重点和未来发展进行了展望.     

一种基于POCS约束的图像代数重建算法

不完全投影数据的代数重建问题一直是CT应用中的热点问题.通过对相互垂直角度投影图像之间的关系分析,文中提出一种改进的代数重建(ART)算法.该算法采用记录射线穿过网格编号和射线与网格相交长度的方法计算投影系数矩阵,并在反投影过程中对不完全投影数据采用凸集投影约束的方法进行重建.实验表明该算法与ART算法相比,图像重建的速度与图像重建的质量都得到较大提高.     

基于小波的三维图像频域显示方法研究

提出了一种基于小波的频域体绘制算法(FWVR)进行三维图像重构。算法首先完成三维体数据的傅里叶变换和切平面提取,然后在频域中完成小波的多分辨率分解,并在不同分辨级上进行小波系数重建,最后做傅里叶逆变换,以得到观察平面上希望得到的体绘制图像。算法是基于CT成像和小波变换的原理,时间复杂度由视平面上的二维傅里叶逆变换决定,即O(N2logN)。应用此方法对128的医学体数据进行实验,结果证明该方法有效,采用伪彩色后的绘制效果3与光线投射法绘制效果基本相同,而速度大大提高。     

结构光视觉三维点云逐层三角网格化算法

针对结构光视觉恢复的大规模三维点云的可投影特点,提出一种基于投影网格的底边驱动逐层网格化曲面重建算法。该算法首先将点云投影到一个二维平面上;然后基于点云投影区域建立规则投影网格,并将投影点映射到规则二维投影网格上,建立二维网格点与三维点云间的映射关系;接着对投影网格进行底边驱动的逐层网格化,建立二维三角网格;最后根据二维投影点与三维点的对应关系及二维三角网格拓扑关系获得最终的三维网格曲面。实验结果表明,算法曲面重建速度快,可较好地保持曲面细节特征。     

锥束CT的图像分块OSEM重建算法

在计算机断层成像（CT）中,有序子集最大期望值算法（OSEM）能够在较短的时间内重建出高质量的图像。对含有噪声的投影数据,投影旋转分度子集划分的不同会影响到图像的重建质量和收敛速度。针对三维锥束CT情况,研究了一种基于图像分块的变子集OSEM重建方法,该方法将图像空间分割成等大小的图像块,然后在迭代过程中,对于不同的图像块用变化的子集进行图像重建。计算机仿真实验表明：该方法在锥束CT图像重建中,能够在抑制噪声的同时提高重建图像的收敛速度。     

多频带频域深度置信网络脑电特征识别算法

针对DBN（深度置信网络）脑电信号识别率不高的问题,提出了多频带频域深度置信网络（multi-band FDBN）算法进行特征提取.不同频带存在个体性差异,它们对于分类结果的贡献不完全相同,本文利用带通滤波器将原始的脑电信号分成多个频段,再采用FFT（快速傅里叶变换）将时域信号转换为频域信号并作归一化处理,最后将每个频段的频域数据输入DBN进行训练识别.线下实验证明,相比FDBN（频域深度置信网络）算法,多频带FDBN的平均准确率提高了3.25%,且标准差更小,鲁棒性更好.最后,在智能轮椅平台上,利用多频带FDBN算法基于左右手运动想象脑电信号控制轮椅完成了"8"字形路径,证明了该算法在脑电信号特征提取中的有效性.     

Finite Fourier Frame Approximation Using the Inverse Polynomial Reconstruction Method

In several applications, data are collected in the frequency (Fourier) domain non-uniformly, either by design or as a consequence of inexact measurements. The two major bottlenecks for image reconstruction from non-uniform Fourier data are (i) there is no obvious way to perform the numerical approximation, as the non-uniform Fourier data is not amenable to fast transform techniques and resampling the data first to uniform spacing is often neither accurate or robust; and (ii) the Gibbs phenomenon is apparent when the underlying function (image) is piecewise smooth, an occurrence in nearly every application. Recent investigations suggest that it may be useful to view the non-uniform Fourier samples as Fourier frame coefficients when designing reconstruction algorithms that attempt to mitigate either of these fundamental problems. The inverse polynomial reconstruction method (IPRM) was developed to resolve the Gibbs phenomenon in the reconstruction of piecewise analytic functions from spectral data, notably Fourier data. This paper demonstrates that the IPRM is also suitable for approximating the finite inverse Fourier frame operator as a projection onto the weighted \(L_2\) space of orthogonal polynomials. Moreover, the IPRM can also be used to remove the Gibbs phenomenon from the Fourier frame approximation when the underlying function is piecewise smooth. The one-dimensional numerical results presented here demonstrate that using the IPRM in this way yields a robust, stable, and accurate approximation from non-uniform Fourier data.     

超声波生物处理技术中多路体积分数检测器的设计

在多频带处理组组合搜索、捕捉、锁定最佳处理频率的运行策略下,基于ATmega16单片机,设计实现了一种用于生物液处理的多路体积分数温度检测器,并在实验中得以实现,为改善现有超声波生物处理技术提供了帮助.就其硬件电路,软件处理,以及数据通信需求的相关研究测试表明:其支持多路数据检测,统筹数据收发等各项功能满足自动化、最优...     

一种新的迭代消噪重建算法

从Richardson格式入手，推出了一个更广义的新的迭代重建框架．将Fourier重建算子与滤波反投影重建算子与这个新的框架有机地结合起来，得到了杂交算法——Fourier迭代格式和FBP迭代格式的重建算法。其中Fourier迭代格式具有与FBP迭代格式相当的重建质量与消噪能力，同时又具有比其他迭代格式更高的计算效率，是一种实用的迭代消噪重建算法。     

一种改进的光学CT扫描测量方法

改进的光学CT扫描测量方法利用扫描线与平行于两坐标轴的平行线束交点坐标,快速精确计算出扫描线穿过每个像素格子的长度。在FSART（频谱分析图像重建）算法中,使用此长度可以精确地得到原始图像的投影向量,为后续重建图像更快更准地逼近原始图像打下坚实的基础。计算机仿真结果表明,该方法可以降低图像函数二维傅里叶级数展开的阶数即加快计算速度,重建的精度也有一定的提高。     

基于多频段排序的语音卷积混合盲源分离

针对语音卷积盲源分离频域法排列顺序不确定性问题,提出一种多频段能量排序算法。首先,通过对混合信号的短时傅立叶变换(STFT),在频域上各个频点建立一个瞬时混合模型进行独立分量分析,之后结合能量相关排序法和波达方向(DOA)排序法解决排序不确定性问题,再利用分裂语谱方法解决幅度不确定性问题,进而得到每个频点正确的分离子信号,最后利用逆短时傅立叶(ISTFT)变换得到分离的源信号。仿真结果表明,与Murata的排序算法对比,改进的算法在信号偏差比、信道干扰比、系统误差比上都所提高。     

具有声光提示双功能的倒车防撞系统设计

设计了一种基于SPCE061A的倒车防撞系统.以SPCE061A单片机为核心,外接3个超声波测距模组,选用其短距测距模式,能探测20-100cm范围内的障碍物.结合SPCE061A的语音功能,通过语音播报障碍物的方位及其到车体的距离,且有对应的LED闪烁提示,障碍物距离车体越近LED闪烁频率越高.实践表明:该系统可靠性...     

基于空时离散傅里叶变换投影的宽带旋转不变技术估计信号参数算法

利用采样频率和频域数据的关系,对空时离散傅里叶变换(DFT)投影方法进行改进,并且讨论分析了采样频率对其解相干性能的影响,然后将窄带旋转不变技术估计信号参数(ESPRIT)类算法应用到宽带相干源方位估计中,提出一种基于空时DFT投影的宽带ESPRIT算法。仿真结果表明,适当地增加采样频率可以改善空时DFT投影方法的方位估计性能,并且比起快速傅里叶变换(FFT)插值法,空时DFT投影方法具有更加优越的方位估计性能。     

多带模拟信号的采样与重构

为了实现多带模拟信号的有效采样,根据多带模拟信号的特点,建立了一个在平移不变空间上的多通道采样模型;利用插值函数实现信号的完整重构。以多带正弦信号为例,验证了该系统可以实现多带模拟信号的采样与重构。     

快速在体光声计算层析图像重建方法

针对超声阵列式光声计算层析成像技术数据采集量大、成像速度慢的问题,为拓展该技术在血流动力学等领域的应用,提出一种基于主成分分析(PCA)的快速光声计算层析图像重建方法。该方法首先通过部分全采样数据,构建样本图像矩阵;然后,通过矩阵分解运算构建信号投影矩阵;最后,基于该投影矩阵在三倍欠采样条件下快速重建出高质量三维光声图像。在体小鼠背部血管成像实验表明:与传统反投影光声图像重建方法相比,基于主成分分析的光声图像重建方法可将数据采集规模降低约35%,三维图像重建速度提高约40%,实现了三倍欠采样条件下高精度光声图像的快速采集与重建。