多视角投影重建算法综述

本文主要论述了多视角投影重建的主要方法和思路.多视角问题是不完全投影数据重建的一个特例,也就是投影角度数远小于正常投影角度数的重建问题,比如正常投影数的十分之一或者二十分之一,所以也被称作稀松投影或者少量投影重建问题.由于问题的相似性,一些多视角投影重建的方法和思路来源于有限角度投影重建问题.多视角投影重建断层图像的算法主要有两种思路:一是基于投影数据恢复的方法,如通过插值、空间变换迭代等方法补全投影数据,另一种是通过在迭代过程对重建的图像加以限制,如先验条件、TV约束等.     

不完全投影场合中图象重建和反演问题

本文讨论了三种情况下由不完全投影所获观测数据以进行图象重建的反演问题:一)根据地震台观测到地幔透射纵波P的振幅对周期的比值,地震面渡振幅、周期的比值,以求得地幔中地震波品质因数Q值的球谐函数的系数,从而拟合出地幔范围地震渡Q值的三维图象;二)用地震面波观测的振幅A对周期T的比值,采用某种先验知识以扩充不完全的观测资料,从而获得地壳面波品质因数Q值的分布图象;三)在有限角度内[θ,π—θ]范围中拥有数据,而在|φ|≤θ范围缺乏数据的情况下,如何进行图象重建的计算问题,给出了有关的数学表达式,这样的计算一般称为限角问题。不完全投影图象重建问题是地球物理反演工作中常常碰到的问题,本文试图就这个问题作些探讨,现分三个部分进行。     

切向CT重建算法的研究

在工业CT的检测过程中,由于各种原因可能造成投影数据的不完备.在这种情况下,直接利用传统的解析重建方法(FBP)或者统计重建方法(EM)都不能给出理想的重建结果,从切向CT扫描方式获得的就是典型的不完备投影数据.本文利用迭代算法来改善重建图像的质量,首先通过已有的投影数据合理估计缺失的投影数据,并通过不断的迭代来改善这种估计,从而使得重建图像不断逼近真实物体.     

一种优化的图象重建外插算法

处理由不完全数据重建图象的方法之一是代数重建法。但是,代数重建法的一个不足是关于重建图象的收敛速度很慢;本文利用代数重建法有限次迭代的重建图象反映原图象的分布趋势和向原图象变化的这一特点,提出一种优化的图象重建外插算法。数值模拟结果表明,新算法在重建图象的收敛速度和质量方面均有改进。     

有限角图象重建的虚拟对称重建算法

本文提出的有限角图象重建的虚拟对称重建算法,此算法适用于有限角为π/2的情形,假设待建物体关于X轴对称,利用此假设补全投影数据,再用卷积反投影法重建出关于X轴对称的图象.同理可重建出关于Y轴对称的图象.根据这些重建图可推断待建物体的实际图象.     

一类广义Radon变换的反演:迭代重建再投影的外插算法

本文对不完全数据下的一类广义Radon变换的反演问题,建议用迭代重建再投影的外插算法重建图像。数值模拟结果表明,迭代重建再投影的外插算法对重建图像是有效的。     

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...     

图象分块重建算法

本文提出一种图象分块重建算法,通过对投影空间、卷积投影空间、图象空间的分割,实施分块重建运算.适合于多台微机进行并行图象重建,为构造廉价的普及型 CT 提供了一种可能途径.     

利用GCV优化的正则化方法对硬X射线望远镜图象重建研究

图象重建是一个求逆过程具有不适定性。本文介绍的是一种从少数投影数据进行图象重建的线性代数法－Ｐｈｉｌｌｉｐｓ－Ｔｉｋｈｏｎｏｖ正则化方法,同时选择优化工具ＧＣＶ确定最优的正则参数。为验证该方法,我们对日本Ｙｏｈｋｏｈ卫星上塔载的硬Ｘ射线望远镜（ＨＸＴ）拍摄的太阳图象进行重建。     

一种基于频域外推的不完全角度CT重建算法

不完全角度重建问题一直是CT图像重建领域研究的重点和难点。目前,通常的不完全角度重建方法是基于空域的迭代方法,但由于正反投影的高计算复杂度,空域迭代方法存在计算耗时,对硬件资源需求大等问题。本文提出了一种基于外推的邻近网格迭代算法（INNG-TV）。首先,平行束采样的数据通过傅里叶变换和样条插值到频域空间,然后在迭代的过程中,傅立叶空间投影已知部分的数据始终不变,缺失部分数据通过对重建图像进行INNG外推得到,同时在图像空间对重建图像做非负、最小化总变分等先验及优化约束。     

工业CT微机图像重建系统

目前我国正着手工业计算机层析成像(ICT)的研制和开发,本文提出了用于 ICT 图像重建的微机系统的设计,该系统在基本图像重建系统的基础上,增加了一块 TMS320 C25并行处理卡,从而提高了重建速度,在该系统上实现了卷积反投影和不完全投影数据图像重建算法.     

多准则迭代卷积重建理论及实现

多准则迭代卷积重建是多目标决策下的Ｒａｄｏｎ变换求逆过程。我们从图像场的本质出发，设立反映图像场平滑性测度－熵函数、反映图像场的能量一平方范数及反映重建精度测试－投影响与重建图象的再投影之间的平方误差之和作为重建的三个性能测试。基于这些准则的多准则正则化方法是非适定图象重建一个有效的工具，从德国西门子公司实际ＣＴ投影数据的重建结果来看，多准则迭代卷积重建优于ＣＴ机用的卷积算法。     

共轭梯度法在图像重建中的应用

图像重建常常被转化为解非线性无约束极值问题,通过范数极小化推导出共轭梯度法的一般算法.通过对模拟数据和实际工件断层扫描数据进行图像重建,估计了算法的有效性,结果表明,与最速下降法相比,此算法更适用于不完全投影数据的图像重建,在保证重建图像拟合度的同时,大大提高了重建速度.     

选择性重排FDK算法及其GPU加速优化

FDK算法是目前三维图像重建的主流算法,但是传统重排FDK算法存在占用内存量较大、重建效率不高的问题,本文提出一种选择性重排FDK算法。根据重排前后投影数据的结构关系,计算出一轮重排所加载的最少锥形束投影,并使用循环队列对有限帧数的投影进行选择性加载,显著降低了重建对内存的消耗。此外,利用新算法较好的并行性,借助图形处理单元(GPU)对算法进行了硬件加速,大大提升算法的执行效率。为验证算法有效性,对5123规模的仿真数据和实际数据进行重建,在不损失重建精度的前提下,新算法占用内存约为传统算法的1/3或1/5。本文算法对传统重排FDK算法进行了改进,有效降低了计算机内存占用,较好地解决了大规模投影数据重建问题。      

基于模型融合的有限角度CT迭代重建方法

针对有限角度扫描的CT重建,提出一种基于模型融合的CT迭代重建方法。模型来源于患者的早期Dicom图像。对扫描角度有限的投影数据,用统计迭代算法进行初步重建,得到预重建图像;将预重建图像与模型进行融合,得到融合图像;然后再次投影,补全原始投影缺失的部分,根据补全的投影数据重建出中间结果,之后重复投影、融合、重建过程直到满足终止条件。仿真实验表明,该算法能完整重建整个目标,在有效保留原目标特征的同时提高了小角度投影数据重建的质量。     

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.     

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。      

基于以太网的锥束CT高速数据传输方案设计

基于锥束CT的实时成像系统经常要求实时获得投影数据并快速重建,如何将获得的投影数据不丢失地快速传递到图像重建单元进行重建是系统设计的一个关键问题。本文提出了一种基于Linux和以太网的数据获取方案,通过在探测器和重建计算机之间引入投影数据缓存系统,较好地解决了重建计算机和CT采集模块间由于实时性能差异所造成的通讯不稳定和数据丢失。本方案所设计的系统成本低廉、易于实现并且具有较好的通用性,对一个快速数据获取和重建系统而言具有较强的实用价值。     

任意扫描轨迹的CT成像方法研究

在工业CT成像应用中,由于复杂结构件形状、结构、组分等特征的限制,使得射线能量与有效厚度不匹配,常规的扫描方式易使投影数据缺失,投影数据完备性较差。为此,本文通过改变轨迹来弥补投影数据缺失,推导任意轨迹的成像模式。首先,在任意轨迹的基础上进行投影几何关系建模,结合空间几何知识完成投影矩阵的刻画;其次,基于迭代重建算法对轨迹的无约束化,进行任意轨迹成像模式下的迭代重建;最后通过小锥角、大锥角以及厚度差异比较大的构件成像仿真实验,验证算法的正确性和可行性。对于厚度差异比较大的工件,该方法相对于传统的圆轨迹扫描,投影数据更完备,CT重建质量高。     

一种基于数据外插改进的ART迭代算法

本文针对有限角度的投影数据的CT图像重建问题,提出了一种基于数据外插改进的ART算法.该算法的基本思想足运用已知角度的投影数据来补全未知角度的投影数据,再用ART算法进行图像重建.最后用模拟的投影数据进行了重建图像的数值实验.实验结果表明该算法不但提高了重建图像质量,同时也提高了图像达代的收敛速度.