工業(yè)CT斷層圖像重建及三維可視化技術(shù).pdf

1、工業(yè)CT(Industrial Computerized Tomography),是用于工業(yè)方面的計(jì)算機(jī)斷層圖像重建技術(shù)的簡(jiǎn)稱(chēng),是結(jié)合計(jì)算機(jī)射線(xiàn)學(xué)而產(chǎn)生的科學(xué)成像技術(shù),于二十世紀(jì)八十年代初期迅速崛起,并在工業(yè)無(wú)損檢測(cè)領(lǐng)域(Nondestructive Testing, NDT)中得到了廣泛地應(yīng)用。工業(yè)CT技術(shù)能夠利用X或?射線(xiàn)的穿透性,在不破壞樣品工件形狀和結(jié)構(gòu)的情況下,獲得該工件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和信息。工業(yè)CT斷層圖像重建的三維可視化技術(shù),

2、能夠真實(shí)地展現(xiàn)被測(cè)物體的三維結(jié)構(gòu),通過(guò)對(duì)這些圖像的分析,不但可以得到二維切片中缺陷的相關(guān)信息,還可以獲取該缺陷在三維空間中的具體位置和分布情況,進(jìn)而對(duì)該缺陷進(jìn)行相應(yīng)地工業(yè)處理。
　　本論文首先闡述了工業(yè)CT技術(shù)的基本原理,然后討論了CT重建中的幾種經(jīng)典的算法。CT重建算法主要分為解析法和迭代法兩類(lèi)。解析法是通過(guò)傅里葉變換和傅里葉切片定理來(lái)實(shí)現(xiàn)的,是重建領(lǐng)域中應(yīng)用最為廣泛的算法之一。濾波反投影重建算法(Filter Back Pro

3、jection,FBP)是解析法中最經(jīng)典的算法,它具有重建速度快和計(jì)算復(fù)雜性低的優(yōu)點(diǎn),但是由于該方法的理想性,而投影數(shù)據(jù)中又有著明顯的噪聲特性,使得重建的圖像分辨率低,影響了重建的效果。迭代法分為代數(shù)重建法和統(tǒng)計(jì)迭代法。代數(shù)重建法本質(zhì)上與解析法類(lèi)似,都是由Radon變換推導(dǎo)出來(lái)的。統(tǒng)計(jì)迭代法主要建立在統(tǒng)計(jì)模型的基礎(chǔ)上,依據(jù)優(yōu)化準(zhǔn)則對(duì)重建圖像進(jìn)行修正。
　　在工業(yè)CT斷層圖像的重建過(guò)程中,由于設(shè)備和操作的影響,產(chǎn)生的投影數(shù)據(jù)中不可避

4、免的會(huì)存在一些噪聲,導(dǎo)致重建后圖像的質(zhì)量變差。針對(duì)上述問(wèn)題,本論文在偏微分方程的基礎(chǔ)上,提出了一種改進(jìn)的投影域降噪算法。該算法利用圖像的3×3鄰域中局部熵可以用來(lái)描述鄰域內(nèi)灰度值分布的局部特征,在偏微分模型中引入圖像局部熵的概念,并用改進(jìn)的各向異性擴(kuò)散模型對(duì)投影域進(jìn)行降噪。實(shí)驗(yàn)的仿真結(jié)果表明,新的算法能夠在提高重建圖像信噪比的同時(shí)更好地保持圖像的細(xì)節(jié)和邊緣信息。
　　接下來(lái)描述了工業(yè)CT斷層圖像三維可視化過(guò)程中的面繪制方法和體繪制

5、方法,比較了兩種方法的優(yōu)缺點(diǎn),并對(duì)面繪制方法中最具有代表性的移動(dòng)立方體(Marching Cubes,MC)算法的原理和實(shí)現(xiàn)過(guò)程進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明。針對(duì)MC算法中 vtkMarchingCubes類(lèi)只能從體數(shù)據(jù)中提取等值面的問(wèn)題,編寫(xiě)vtkMarchingCubesSpace類(lèi),并在該類(lèi)中實(shí)現(xiàn)了從二維斷層圖像數(shù)據(jù)中提取等值面并進(jìn)行表面繪制的算法,擴(kuò)展了VTK的類(lèi)庫(kù),并為以后三維可視化的實(shí)現(xiàn)提供了便利的條件。
　　最后,本論文以上述研