螺旋錐束工業(yè)CT的Katsevich精確重建算法研究.pdf

1、CT(computed Tomography),即計算機斷層成像,它是數學、物理、光電、機械和計算機等多學科相結合的產物。CT按其應用領域主要劃分為醫(yī)學CT和工業(yè)CT兩大類。在近四十年的時間里,工業(yè)CT的掃描方式已由最初的二維平行束掃描發(fā)展到今天的三維螺旋錐束掃描。螺旋錐束工業(yè)CT不僅掃描時間短、射線利用率高、軸向分布均勻,而且它的掃描軌跡滿足三維精確重建的完全條件,目前已成為無損檢測領域的研究熱點。螺旋錐束CT重建算法大致分為迭代法和

2、解析法兩大類。迭代重建需要多次迭代運算,計算比較耗時。解析法又分為精確重建和近似重建,兩者比較而言,精確重建不受錐角的影響,而且重建的圖像理論上沒有偽影。精確重建算法主要有Grangeat算法和Katsevich算法兩類。由于螺旋錐束Katsevich算法具有算法實現(xiàn)效率較高、重建圖像質量較好等優(yōu)點,目前它受到越來越多的關注。精確重建要求投影數據齊全、不含噪聲?？稍趯嶋H的螺旋錐束工業(yè)CT中,由于部分探測器失調、散射、串擾等原因,獲得的實

3、際投影數據含有大量的噪聲。因此需要改進精確重建算法或對投影數據降噪,最大可能地滿足精確重建的條件。本文對含噪的螺旋錐束CT投影數據進行Katsevich算法重建時,采取了兩種策略減小噪聲對重建圖像的影響。第一種策略主要是對Katsevich算法中的求導方法進行改進;第二種策略主要是利用改進的自適應混合濾波對投影數據降噪。計算機仿真實驗證實,第一種策略對投影數據含有少量的異常噪聲和隨機噪聲具有較好的抑制作用;第二種策略更適用于含有大量噪聲

4、的投影數據。另外,在實際的螺旋錐束工業(yè)CT中,由于射線源焦點與探測器中心的水平高度不一致以及轉心偏移等原因,可使獲得的實際投影數據發(fā)生不同程度的偏移。如果直接利用偏移的投影數據進行圖像重建,得到的重建圖像與理想的重建圖像相差較大。本文通過修正螺旋錐束Katsevich算法,以適應這種偏心的CT成像系統(tǒng)。首先將投影數據的偏移轉換為探測器中心的偏移;在重建過程中,根據探測器中心的偏移量,對濾波線方程、濾波前后的重排和校正以及反投影過程分別進

5、行了修正。其中,在反投影過程中,將PI線的傳統(tǒng)迭代求根轉變?yōu)橐辉瘮档牡蟾?并利用高次迭代求根法對其進行了優(yōu)化。計算機仿真結果證實,這種偏心修正方法可以有效地減小投影數據的偏移對重建圖像的影響。同時,改進的PI線求根方法縮短了重建時間。圖像的邊緣往往包含了圖像的重要特征,在圖像的識別、分割、測量過程中具有重要的作用。通過工業(yè)CT獲得物體三維邊緣的傳統(tǒng)方法一般分為兩步:首先利用實際掃描的投影數據進行圖像重建,然后對重建的圖像進行三維邊