正则化Kaczmarz算法在页岩纳米CT重构中的应用

利用X射线计算机断层成像（CT）方法对页岩的扫描成像是一种无损的,对研究页岩微纳孔隙结构有重要意义的方法.传统的CT重构通常使用的是显式的滤波反投影（Filtered Back Projection,FBP）方法,该算法具有较快的成像速度,但常伴随有伪影或不稳定等情况.对于纳米CT而言,可以通过迭代优化的方法对投影数据进行成像,传统的迭代成像有收敛速度慢导致的计算时间长等缺点.Kaczmarz算法作为一种重要的代数重建技术（ART）,由于其几何意义明显,操作容易等优点,在CT重构中起着重要的作用,我们可以通过块状迭代或随机迭代的方式对其收敛速度进行改进.对于所求解问题的不适定性,代数重建过程中需要引入正则化的技巧来改善解的稳定性.本文根据实际问题的需要,使用页岩数值模型,验证了正则化Kaczmarz方法的有效性,并对重庆漆辽龙马溪组页岩样品的实际数据进行了处理,得到了较好的效果.     

一种基于投影变换的旋转型CL重建算法

相对于传统计算机断层成像(CT),计算机层析成像(CL)对于扁平状物体的检测具有独特的优势。旋转型CL不严格满足滤波反投影(FBP)算法的条件,针对这一问题本文提出了一种基于投影变换的旋转型CL FBP重建算法。首先介绍了旋转型CL的扫描结构;然后阐述了该结构下投影的生成方法及基于投影变换的投影数据重构方法;最后利用重构后投影数据进行滤波反投影,并通过仿真重建实验验证了算法的有效性。      

基于加权平均的工业CT旋转中心校正方法

旋转中心的精确定位是重建高质量CT图像的一个重要条件。本文提出一种基于加权平均的旋转中心校正方法,该方法首先将投影正弦图以180°为界限分成两组投影数据,计算出这两组投影数据的互相关系数及其对应的探测器探元坐标,然后使用最大与次最大的互相关系数对探测器探元坐标值进行加权平均得到实际旋转中心坐标。本文所提算法完全基于原始投影数据,无需确定CT测量的几何参数,不用提前对投影数据进行插值运算就可以将旋转中心精确到亚像素级,精度更高,实现简单。      

基于GPU实现的数字合成X射线体层成像投影数据的模拟方法

数字合成X射线体层成像技术能利用有限角度下的投影数据重建物体任意断层的图像.在数宁合成X射线体层成像重建算法研究中,模拟投影数据是重要的步骤,本文提出了一种基于GPU光线投射算法的数字合成X射线体层成像投影数据模拟方法.比较传统CPU模拟手段,GPU模拟方法计算速率快,且基于硬件支持的三线性插值能够得到更加接近实际的投...     

利用部分投影的二维CT旋转中心偏移快速校正

现有的CT重建算法都依赖于转台旋转中心的准确定位,否则会引起重建图像的伪影。目前已有的旋转中心估计方法的共同特点是利用180°或360°的投影数据。获取这些投影,需要比较长的扫描时间,占用比较多的资源。为此,在平行束扫描和扇形束扫描两种情形下,本文提出利用部分视角的投影来对转台旋转中心进行快速定位的方法。在平行束情形,利用物体空间质心与投影空间的质心的对应关系定理,由60°的投影即可准确测量出旋转中心的位置。在扇形束情形,通过将扇形束投影重排成平行束投影,仍可由扇形角再进行60°的投影准确测量出旋转中心的位置。      

由投影重建图像的对称网格迭代算法

本文对于工业CT检测中常用的代数迭代重建算法提出了改进,利用投影射线之间存在的几何对称结构,提出了图像重建的对称网格迭代算法(简写为SM-IRT).该算法简化了投影系数矩阵的计算,调整了迭代算法逐线校正的迭代顺序.对模拟数据和工业CT实测数据进行了重建图像的数值实验,结果表明:与常规算法比较,本文提出的新算法重建速度快,成像精度高.     

基于全波形反演的探地雷达数据逆时偏移成像

逆时偏移成像(RTM)常用来处理复杂速度模型,包括陡倾角及横向速度变化剧烈的模型.与常规偏移成像方法(如Kirchhoff偏移)相比,逆时偏移成像能提供更好的偏移成像结果,近些年逆时偏移成像越来越广泛地应用到勘探地震中,它逐渐成为石油地震勘探中的一种行业标准.电磁波和弹性波在动力学和运动学上存在相似性,故本文开发了基于麦克斯韦方程组的电磁波逆时偏移成像算法,并将其应用到探地雷达数据处理中.时间域有限差分(FDTD)用于模拟电磁波正向和逆向传播过程,互相关成像条件用于获得最终偏移结果.逆时偏移成像算法中,偏移成像结果受初始模型影响较大,而其中决定电磁波传播速度的介电常数的影响尤为重要.本文基于时间域全波形反演(FWI)算法反演获得了更为精确的地下介电常数模型,并将其反演结果作为逆时偏移成像的初始介电常数模型.为了验证此算法的有效性,首先构建了一个复杂地质结构模型,合成了共偏移距及共炮点探地雷达数据,分别应用常规Kirchhoff偏移算法及逆时偏移成像算法进行偏移处理,成像结果显示由逆时偏移成像算法得到的偏移结果与实际模型具有较高的一致性;此外本文在室内沙槽中进行了相关的物理模拟实验,采集了共偏移距及共炮点探地雷达数据,分别应用Kirchhoff和叠前逆时偏移成像算法进行处理,结果表明叠前逆时偏移成像在实际应用中能获得更好的成像效果.     

煤层气储层裂隙检测的WOA-BP算法及应用研究

煤层气储层中裂隙的发育及空间展布特征对煤层气的勘探、开发和利用具有至关重要作用.煤层气储层裂隙检测的WOA-BP算法是将WOA(Whale Optimization Algorithm)与BP(Back Propagation)有机结合形成优势样本和二次误差控制的稳健而有效的储层裂隙检测方法.在实际地震数据中提取反映煤...     

利用计算机断层成像方法由观测图像重建等离子体层全球密度分布——投影数据不完备问题

在用计算机断层成像方法由EUV观测图像重建等离子体层全球密度分布时,地球的遮挡和有限角度都会导致投影数据不完备,从而无法精确重建出等离子体层的密度分布.本文针对该问题,提出一种基于图像总变差极小化的代数迭代算法.通过重建等离子体层投影数据缺失最为严重的中心子午面,证明该算法能够显著提高重建图像的质量. 并且在IMAGE卫星仅能达到90°的有限投影角度下,此算法重建图像的相关系数可达0.760,而代数迭代算法的相关系数仅为0.696.     

16排螺旋CT血管成像在上肢动脉疾病的应用

目的:探讨16排CT血管成像在上肢动脉病变诊断中的价值.材料与方法:对13例临床怀疑上肢动脉阻塞性患者行16排CT扫描,采用容积再现(VR)、最大密度投影(MIP)、多平面重建(MPR)技术处理图像。结果:13例上肢CTA中,有9例锁骨下动脉狭窄,1例左侧肱动脉完全闭塞,1例右侧腋动脉动脉瘤,其中8例经DSA证实。结论16排CT上肢血管成像是一项高度准确的成像技术和非侵袭性检查方法。     

扇束CT探测器偏转的重建图像伪影校正

对于CT扇束扫描,射线源焦点与被测工件旋转中心的连线不垂直于探测器所在直线时,采用标准的滤波反投影重建算法重建出的图像会存在伪影,降低图像质量。本文基于经典滤波反投影重建算法理论,分析了此类伪影形成的原因,给出了利用投影原始数据（正弦图）计算校正算法所必需的几何参数的方法。本方法无需专用模体,不必进行二次扫描,方便、快捷并有效。计算机仿真及实验结果证明本方法的有效性。     

一种用于小体积偏置探测器锥束CT系统的反投影滤波重建算法

在传统的CT系统中,系统的硬件成本和计算量都是非常巨大的.本文深入分析了一种利用偏移放置的面阵探测器的锥束CT系统,在这种系统中X射线束仅仅覆盖被扫描物体的一半体积,投影数据在探测器方向上是截断的,探测器尺寸和投影数据量都减少为传统CT系统的一半.在这种扫描方式下,现有的重建方法是首先利用重排算法获得180度范围内的平行束投影数据,然后再利用滤波反投影(FBP)算法重建出物体的三维图像.但是重排算法不可避免地会引入误差,降低重建图像的空间分辨率.本文提出了一种反投影滤波(BPF)形式的直接反投影重建方法,该方法不需要对投影数据重排,直接反投影滤波重建出最终的图像.因此,该算法在数学上更简洁,计算速度更快,能够更多地保留重建图像的高频信息.最后,数值模拟实验结果验证了该系统和重建算法能够获得高质量的CT图像.     

Artificial neural network models for forecasting monthly precipitation in Jordan

Forecasting precipitation in arid and semi-arid regions, in Jordan in the Middle East for example, has particular importance since precipitation is the unique source of water in such regions. In this study, 1-month ahead precipitation forecasts are made using artificial neural network (ANN) models. Feed forward back propagation (FFBP), radial basis function (RBF) and generalized regression type ANNs are used and compared with a simple multiple linear regression (MLR) model. The models are tested on monthly total precipitation recorded at three meteorological stations (Baqura, Amman and Safawi) from different climatological regions in Jordan. For the three stations, it is found that the best calibrated model is FFBP with respect to all performance criteria used in the study, including determination coefficient, mean square error, mean absolute error, the slope and the intercept in the best-fit linear line of the scatter diagram. In the validation stage, FFBP is again the best model in Baqura and Amman. However, in Safawi, the driest station, not only FFBP but also RBF and MLR perform equally well depending on the performance criterion under consideration.     

直接投影断层成像技术的初步实验研究

目的:探讨直接投影断层成像技术的一般原理及其使用价值。方法:自制柱透镜及反投影机与电视透视机相结合,进行反投影试验。结果:用该直接投影机能显示出模型的断层图像。结论:直接反投影断层原理成立,可以显示出物体断层图像,因而进一步研究直接投影用于人体(或生物体)断层成像有一定的价值。     

基于小波变换的低剂量CT投影数据滤波方法研究

本文根据低剂量CT投影数据的噪声特性,提出了一种基于小波变换的低剂量CT投影数据三维块匹配(BM3D)滤波方法.新方法首先对经过Anscombe变换的低剂量CT投影数据进行小波分解,然后分别对分解后尺度系数和小波系数进行BM3D滤波,接着对滤波后的系数进行逆小波变换和Anscombe逆变换,最后对处理后的投影数据采用经...     

潘晓川教授的反投影滤波(BPF)新型重建算法介绍

计算机断面成像(CT)的精确重建方法一直是现代CT成像领域中一个活跃的研究方向。近几年,关于平行束、扇束、锥束CT精确重建的研究取得了一系列重要的突破和创新成果。本文主要介绍了美国芝加哥大学潘晓川教授为首的课题组提出的一类基于反投影卷积(BackprojectionFiltration:BPF)的CT精确重建算法。BPF算法最重要的贡献在于它成功地解决了从沿探测器方向截断的投影数据进行CT精确重建的问题;因此,通过BPF算法能够设计出针对目标的感兴趣区域成像策略,减少成像扫描、重建时间,辐照剂量和散射光子。     

对一种非圆轨迹扫描下扇束重建公式的讨论

目的 在CT扇束重建中，源到中心的距离有时需要变化，在这种条件下推导出来的重建公式一般都含有源到中心距离的导数，这不利于公式的实际应用。资料WANG Ge等人在《A Derivative—Free Noncircular Fan—Beam Reconstruction Formula》中提出了—个不含源到中心距离的重建公式，并证明在满足三个假设的条件下该公式是—个准确重建公式。但在这个结论的推导过程中存在漏洞，导致这个结论是不成立的。结果 本文指出了这个推导漏洞，对结果重新作了讨论，并且用计算机进行了模拟。结论 得到了很好的效果。     

Parallels plane projection and its geometric features

A new equivalent map projection called the parallels plane projection is proposed in this paper. The transverse axis of the parallels plane projection is the expansion of the equator and its vertical axis equals half the length of the central meridian. On the parallels plane projection, meridians are projected as sine curves and parallels are a series of straight, parallel lines. No distortion of length occurs along the central meridian or on any parallels of this projection. Angular distortion and the proportion of length along meridians (except the central meridian) introduced by the projection transformation increase with increasing longitude and latitude. A potential application of the parallels plane projection is that it can provide an efficient projection transformation for global discrete grid systems.