锥束ART算法快速图像重建

针对锥束ART算法重建速度慢的问题,提出了一种基于投影的三维射线与体素的快速遍历和求交算法.该算法将三维射线投影到两个互相垂直的平面上,通过计算投影线与投影平面的相交情况来确定三维射线穿过体素的索引及长度.利用该算法在图像重建过程中实时计算权因子,不仅节省了大量的内存空间,而且提高了投影和反投影运算的速度.基于该算法的特点,在重建过程中采用了一种按列优先的策略,减少了不必要的计算,大大提高了重建速度.仿真实验表明,该算法非常有效,与传统的Siddon算法相比取得了17倍以上的重建加速比.     

锥束XCT重建算法的实现

计算机断层成像（CT）是一门用来获取观测目标断层图像的技术，它广泛地应用于医疗诊断和工业无损检测等领域。与CT系统其他部分比，重建算法是其核心，本文实现了锥束CT重建的三种算法：FDK算法、Katsevich算法和EM算法，并对这三种算法进行了比较研究。     

基于ART的光学过程层析成像扇束图像重建

光学过程层析成像是近几年发展起来的一种新型的光学测量技术，它源于医学CT的基本理论和方法，可认为是医学CT技术在工业过程监测领域的自然延伸和发展。然而，由于过程层析成像的被测对象为快速变化的工业过程，因此，其投影数据的数量比医学CT少得多，而实时性则要求更高。利用一种扇束扫描制式的光学传感器有利于提高光学过程层析成像的空间分辨率及测量精度，但在这种扫描制式下，引用医学CT的常见图像重建算法(如数据重排方法、反投影法和滤波反投影法等)却不适用或难以胜任工业检测的要求。为此提出了一种代数重建技术来提高光学过程层析成像的测量精度和速度。该算法不仅适用于少数投影数据的情况，也能使求解过程遍历几乎所有的图像像元，因此成像效果好和实时性较高，具有工程应用价值。     

锥束XCT重建算法的实现

计算机断层成像(CT)是一门用来获取观测目标断层图像的技术,它广泛地应用于医疗诊断和工业无损检测等领域.与CT系统其他部分比,重建算法是其核心,本文实现了锥束CT重建的三种算法:FDK算法、Katsev-ich算法和EM算法,并对这三种算法进行了比较研究.     

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。     

锥束螺旋CT半覆盖扫描的重建算法

目的：锥束螺旋CT能够解决长物体的检测问题,但是它的视场直径受限于面板探测器的宽度。为扩大锥束螺旋CT的视场直径,本文研究了一种视场区域半覆盖扫描的螺旋CT扫描方法和相应的重建方法。方法：扫描时,转台沿垂直于中心射线的方向水平平移一定距离,然后用普通螺旋CT的扫描方式即可获得需要的投影。重建时,利用推广的偏心锥束螺旋FDK（Feldkamp-Davis-Kress）算法,推广后的重建算法与标准的螺旋FDK算法具有同样的计算效率,而且不需要重排投影数据。结果：实验结果表明,本文提出的扫描方法能够将螺旋锥束CT的视场半径扩大0.86倍;重建图像的质量与使用大探测器全覆盖的标准FDK算法基本相当;由于投影数据量的减少,使重建时间比使用大探测器的标准FDK减少了376.66秒。结论：锥束螺旋CT的半覆盖扫描可以有效扩大视场直径,且具有较高的计算效率和较少的重建时间。     

基于Co-60放射源的锥束CT成像系统的研究

图像引导系统由于能帮助对肿瘤靶区进行精确定位,在直线加速器放疗设备上得到了成功应用.考虑到γ射线立体定向放疗设备的机械结构的特殊性,本文拟开发基于Co-60的图像引导装置.为此本文设计并安装了以Co-60为放射源的锥束CT成像系统.在该系统上成功地实现了多种轨迹(包括圆、螺旋、马鞍、圆线等)锥束CT扫描.采用一般轨迹下的基于弦线段和感兴趣区的BPF重建算法和圆轨迹下的FDK算法进行了图像重建.本文分别用头部和胸部体模研究了该系统的成像质量,最后采用Min/Max曲率流方法对重建后图像进行了去噪处理.结果表明采用该系统可以清晰地确定被扫描物体轮廓和骨性边界,为实现γ射线立体定向放疗设备在影像引导下进行病人自动摆位打下了基础.     

锥束CT成像系统的噪声仿真

利用计算机断层扫描成像技术研究了锥束的计算机噪声仿真模型,该技术通常用于PC群.模型采用单能级X射线近似理论,研究了主要组件的性能,以及量子噪声、模糊检测和加法系统噪声对性能的影响.通过例子分析噪声仿真模型,证明低对比度的图像也可用于图像质量评价.     

锥束CT圆轨迹半覆盖扫描的几何校正

研究了一种高精度的几何校正方法用于对锥束CT圆轨迹半覆盖成像进行几何校正.首先,使用Otsu算法分割体模投影中钢球所在的区域,并计算质心坐标.然后,采用最小二乘算法对质心进行椭圆拟合,并根据椭圆参数采用Cho的全覆盖几何校正算法计算探测器的旋转角度.最后,顺时针旋转质心,求得旋转的角度后,再次进行椭圆拟合,并根据得到的椭圆参数采用Noo的全覆盖几何校正算法计算除探测器倾斜角之外的所有几何参数.实验结果表明:探测器旋转角和偏转角的测量精度分别为0.02°和0.01°;射线源到探测器和到旋转轴的距离的测量精度分别为0.05 mm和0.01 mm;射线源在探测器上投影坐标的计算精度分别为0.07 mm和0.15 mm.由得到的结果可知,所提出的校正方法有效地去除了几何伪影的干扰,满足半覆盖成像图像重建的要求.     

锥束CT圆轨道扫描的几何校正

借鉴针孔摄像机模型,提出了一种锥束CT圆轨道扫描的几何校正方法,用于有效降低由系统几何误差所带来的重建图像伪影。首先,利用共轴旋转的钢球在探测器上所成椭圆像的特征求取圆环点;然后,结合极线约束条件建立绝对二次曲线像的约束方程,通过线性求解获得系统的内参数;最后,在求得内参数的基础上,通过几何方法和椭圆参数建立系统的外参数方程,求解系统的外参数。实验结果显示:利用本文方法进行锥束CT几何校正的内参数标定精度和外参数标定精度分别为0.193%和0.2%。本文方法能够精确地求解出所有失真参数,建立完整的几何模型,消除重建时因几何误差所带来的几何伪影,而且校正体模制作简单,应用性较强,适用于所有圆轨道CT。     

ART算法中几种加权因子模型的研究

ART(algebraic reconstruction technique)算法是一种适合于投影数据采集量比较少的情况的图像重建算法。利用其进行图像重建时的主要工作是计算加权因子,该计算方法严重影响图像重建的重建质量和重建速度。讨论、研究并仿真了加权因子的三种计算模型,经比较分析最后得出了一种最优的重建模型。     

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。     

Error analysis on a generalized Feldkamp's cone-beam computed tomography algorithm

To overcome the limitations of Feldkamp's cone-beam reconstruction algorithm, we generalized it in the case of noncircular and nonplanar scanning. In this paper, an error analysis is performed on this generalized approximate algorithm. The study is based on a reconstruction error formula. Roughly speaking, the error is proportional to the distance from a voxel to the mid-plane in the planar scanning mode, to the pitch of a scanning locus in the helix-like scanning mode, and inversely proportional to the horizontal size of the scanning locus. The error also depends on longitudinal variation of a specimen function. Longitudinal partial derivative distributions of specimen transverse sections are modeled as stochastic fields. Practical factors are simulated as noise terms in the reconstruction error formula. The simulation results show that the generalized Feldkamp's algorithm is not sensitive to noise and allows more accurate reconstruction in the helix-like scanning mode.     

基于遗传算法的组合ERT图像重建算法研究

针对目前电阻层析成像图像重建算法存在成像精度较低的问题,以及为了满足应用于多相流领域的精度要求,提出一种基于遗传算法的组合算法,将线性反投影算法、修正的牛顿-拉夫逊类算法与区间剖分引入遗传算法种群初始化操作中,同时为了改善单纯遗传算法局部搜索能力差与未成熟收敛的问题,将粒子群算法引入遗传算法变异操作中。实验结果表明组合算法效果明显优于线性反投影算法,修正的牛顿-拉夫逊类算法,有效克服了遗传算法早熟收敛现象,提高了成像精度。     

窄角锥束CT的改进扫描方式

基于圆形扫描轨道的FDK算法因其机械实现简单、算法效率高，已成为目前主要使用的三维锥束CT重建算法。但在工业CT（ICT）中，当探测器面阵的尺寸较小、射线束的水平张角较小，而待检测的工件较大时，单圆扫描的FDK重建算法受到限制。为解决小尺寸探测器检测大尺寸工件问题，本文研究了一种大步距平移加小分度旋转的扫描方式。与Ⅱ代锥束CT比，这种改进的扫描方式既可以节省扫描时间，数据的冗余量也比较少。仿真实验结果表明，这种改进的扫描方式具有良好的空间分辨率和密度分辨率。     

改进正则化半阈值算法的 ECT 图像重建

针对电容层析成像技术应用于工业多相流管道检测时,图像重建中存在的不适定性、病态性问题,提出一种改进正则化半阈值算法。以L1/2范数为惩戒函数,改进求解L1/2范数所用的半阈值迭代算法中的阈值算子,并以加入加速项的Landweber算法解向量为修正向量,引入改进半阈值正则化模型,优化加速Landweber算法。实验的结果表明,改进正则化半阈值算法在重建图像中相关系数平均达0.91,图像误差平均降至0.21,成像速度保持0.04 s。复杂流型辨识中,改进算法比Landweber迭代算法相关系数提高21.67%,相对误差降低37.01%;比Tikhonov正则化算法相关系数提高22.61%,相对误差降低37.08%;比半阈值算法相关系数和误差分别提高14.85%和降低28.26%。结果表明改进正则化半阈值算法对ECT研究有较好应用前景。