体积CT投影数据的模拟方法

体积CT是目前研究的热点,也是医疗CT和工业CT的发展方向。在研究体积CT重建算法的过程中,模拟投影数据是必不可少的一部分。本文提出一种体积CT投影数据的模拟方法。这种方法的特点是准确、适用性广,模拟得到的投影数据能够准确反映各断层的细节信息,一方面可以为后继体积CT重建算法提供可靠的投影数据,另一方面也可以根据需要有选择地模拟失真的投影数据。我＇ffJN用此方法对人脑部及某工件的CT投影数据进行了模拟,并对模拟得到的数据采用滤波反投影算法进行重建,将重建后的断层图像与原始图像进行比较,得到了很好的重建结果,进一步验证了该投影数据模拟方法的可行性。     

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。     

几种CT图像重建算法的研究和比较

本文研究了滤波反投影算法（FBP），局部重建算法（LocalRA)，修正的代数重建算法（MART）。用特别设计的仿真数据和实采数据，分别对这三种算法进行了成像数值试验，分析和比较了各算法的重建速度，空间分辨率，密度分辨率，及其优缺点和适用范围。     

时变三维电离层层析成像重建公式

基于GPS信标观测数据重建电离层电子密度的时变三维电离层层析问题的数学基础，在简化电离层电子密度随时间变化的条件下，导出了三维平行束层析重建公式. 在二维情况下，本文导出的三维平行束层析重建公式与Yeh等给出的二维电离层层析重建公式相同. 文中还讨论了有限视角和有限接收机孔径对重建图像的影响. 根据文中给出的三维平行束层析重建公式，在这些非理想条件下，对一个脉冲源函数进行CT重建的结果表明，基于GPS信标观测数据重建电离层电子密度的时变三维电离层层析是可行的.     

锥束CT图像重建算法

随着螺旋多层面CT的出现，医用CT正在向着螺旋锥束CT转变，从螺旋锥束数据来重建图像有许多优点，但是这种成像方式在数学上比较复杂，技术实现也有相当的难度。本文介绍这一领域的重要成果，特别是近年文献中的基本思想，文中涉及及各种主要重算法，包括准确重建，近似重建和迭代重建算法，简言之，当数据是完整的，无噪音的，应选择准重建方法，当数据是有噪音的和／或受物体运动干扰，近似重建会有较好的性能，而当数据是不可靠的和被载截断时，迭代方法可以发挥作用，今后主要研究方向是对这些算法进行改进，比较它们的特性，并将其优点结合到一起。     

圆轨道锥束重建精度与锥角关系的研究

目的：深入研究Radon空间的数据缺失与锥角的关系改进算法。方法：相对于二维CT重建，锥束重建有着诸多优势，因此目前得到越来越广泛的应用。圆轨道锥束重建，因为算法上的简洁性以及工程实现的可行性，成为了锥束重建比较乐于采用的形式。但是由于圆轨道几何结构的限制，使其不能够得到完备的锥束重建数据，只有在锥角较小的情况下才能得到，因此深入研究Radon空间的数据缺失与锥角的关系以改进算法。结果：通过一定的近似得到了一个它们之间比较简单的关系。结论：基于这一关系提出了改进算法     

基于投影域数据恢复的低剂量CT稀疏角度重建

针对目前CT的X射线电离辐射危害,提出了一种基于低剂量CT投影数据进行稀疏角度重建的方法来降低辐射剂量。本方法首先对低剂量CT的投影数据采用惩罚加权最小二乘(PWLS)方法进行去噪处理,然后对去噪后的投影数据进行稀疏角度的CT图像重建。对Shepp-Logan模体仿真实验及真实实验数据重建结果表明:本文提出的基于低剂量CT的稀疏重建方法可有效地抑制重建图像噪声和条形伪影,实现稀疏角度的低剂量CT图像重建。     

基于改进重建滤波器的局部CT重建算法

鉴于实际工程应用需求,基于截断投影数据的CT图像局部重建是X射线CT重建的一个重要课题,本文概述了现有的局部重建算法,分析了其优缺点,提出了一种基于改进重建滤波器的局部CT重建算法。通过对滤波函数的改进,使其能量主要集中在中心位置,使旁瓣迅速下降,进而使滤波函数具有局部重建功能。另外改进的滤波函数压制了低频信息,突出了高频信息,具有提高成像空间分辨率的功能,但对图像噪声有所放大,实际实验数据验证了算法的可行性。     

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。      

一种基于压缩感知的地震数据重建方法及其在城市活断层地震勘探中的应用

在城市地区采用地震勘探方法时,由于地表障碍物、地形等因素的影响,地震检波器不能按照观测系统设计规则布设,采集的地震数据存在道缺失,常规的浅层地震数据处理方法由于没有采用数据重建方法,因此会影响地震数据处理和解释的效果.压缩感知技术被引入到地震勘探中已经有十余年,但都是在石油地震勘探中应用,其原因是石油地震勘探数据量大,信噪比高.由于浅层地震勘探的覆盖次数小,信噪比低,在浅层地震勘探中应用压缩感知技术存在一定的挑战,能否应用压缩感知技术于城市浅层地震勘探尚未可知.本文对压缩感知理论在浅层地震勘探中的应用进行探索,将模拟的压缩感知采集的数据进行重建;以曲波变换为稀疏变换,通过构造0-范数的一种逼近函数建立稀疏反演模型,并提出了一种快速的求解方法.模拟数据实验表明,本文方法能够很好的对缺失地震数据进行重建.对某地区地震活断层勘探的实际地震数据进行了模拟的压缩感知采样和数据重建,并对原始数据、压缩感知采集数据和重建数据分别进行了相同的地震数据处理,偏移成像结果验证了基于压缩感知的重建方法能够获得和常规采集数据相当的处理结果.本文验证了基于压缩感知的地震数据重建技术在浅层地震勘探中的可行性,为后续的研究打下了良好的基础.     

有限角度CT图像重建算法综述

本文主要介绍了处理有限角度CT图像重建的思路和方法。有限角度CT图像重建属于不完全数据重建范畴,由于不满足数据完备性条件,因此不能精确重建。其处理方法大致可以分为两类:基于变换的迭代-解析重建算法和基于级数展开的迭代-代数/统计重建算法。同时,有限角度重建等价于病态矩阵求逆问题,适当的约束条件、先验知识以及正则化因子对提高重建图像质量非常重要。     

Combining geostatistics and flow simulators to identify transmissivity

The reconstruction of the transmissivity field from the more numerous experimental hydraulic head data, an inverse problem, remains the focus of continuing stochastic-based research. The difficulty of this problem arises not only from the complexity of the diffusion equation that links the two variables, but also from taking into account the physical aspects of the site under study; e.g. the boundary conditions, the effective recharge, and the geology. In practical applications, the validity of purely analytical techniques proposed to date is limited by certain simplifying assumptions, like the linearization of the flow equation, made in order to obtain a solution. For this reason, a hybrid methodology combining geostatistical techniques with deterministic numerical flow simulators is proposed. This combination allows the numerical calculation of the direct and cross covariances needed to cokrige the transmissivity from both the transmissivity and hydraulic head data. The flexibility of numerical flow simulators takes away the need for the simplifying assumptions of analytical techniques to apply the proposed methodology.     

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.     

锥束重建的Smith—Grangeat方法的分析

ＣＴ机、ＳＰＥＣＴ及ＰＥＴ等医疗设备是当前重要的医疗诊断工具，但这些设备都跟某些射互有关，当放射性元素衰变而发射某种射线时，如果它们在４立体角范围内是等概率分布的，则扇形采集比在上方向上有集的效率提高了许多。     

随机分布多导体圆柱目标散射的快速计算 及其成像模拟

用二维迭代方法快速地解析计算多导体圆柱目标的散射场,其中各圆柱目标自身的一次散射以各自中心为原点的柱面波函数叠加,匹配各圆柱表面的边界条件获得展开系数;各圆柱间的散射相互作用由坐标变换实现,具体体现在圆柱中心偏移产生的初始相位上.为考虑各个柱目标间的二次散射,将每个柱目标自身的一次散射看成另一柱目标的激励场,利用柱面波函数的加法定理和边界条件匹配来计算各柱目标间的二次散射贡献.类似的处理可获得三次或更高次的散射计算.与矩量法(MoM)的数值结果比较,验证了该方法的有效性,明显提高了后向散射的计算速度.对于随机生成的多个圆柱目标模型,解析计算一定频带f和360°方位角θ范围内均匀离散样点的后向散射场.为抑制数据截断产生的振铃效应,对频率向的散射数据用Hamming窗实现平滑过渡.为充分利用快速Fourier变换(FFT)的高效计算,对f－θ平面上的离散散射数据用二维的三次样条插值处理,得到X－Y平面的均匀离散数据.最后,用FFT方法快速实现逆合成孔径雷达(ISAR)成像模拟,很好地重构了各圆柱体目标的位置和大小尺寸.     

CT解析重建方法进展:从圆轨迹扫描到多源直线扫描成像

从1971年Hounsfield完成世界上首次X射线计算机断层成像(CT)扫描以来,CT技术在扫描方式上经历了5代发展,并在医疗、安检等领域深刻地影响着人们的生活.在扫描方式不断进步的同时,重建方法也在不断发展.与迭代算法相比,解析算法具有重建速度快、误差分析简单以及占用运算资源小等特点,成为CT系统中常用的成像算法....     

A fast joint seismic data reconstruction by sparsity‐promoting inversion

Seismic field data are often irregularly or coarsely sampled in space due to acquisition limits. However, complete and regular data need to be acquired in most conventional seismic processing and imaging algorithms. We have developed a fast joint curvelet‐domain seismic data reconstruction method by sparsity‐promoting inversion based on compressive sensing. We have made an attempt to seek a sparse representation of incomplete seismic data by curvelet coefficients and solve sparsity‐promoting problems through an iterative thresholding process to reconstruct the missing data. In conventional iterative thresholding algorithms, the updated reconstruction result of each iteration is obtained by adding the gradient to the previous result and thresholding it. The algorithm is stable and accurate but always requires sufficient iterations. The linearised Bregman method can accelerate the convergence by replacing the previous result with that before thresholding, thus promoting the effective coefficients added to the result. The method is faster than conventional one, but it can cause artefacts near the missing traces while reconstructing small‐amplitude coefficients because some coefficients in the unthresholded results wrongly represent the residual of the data. The key process in the joint curvelet‐domain reconstruction method is that we use both the previous results of the conventional method and the linearised Bregman method to stabilise the reconstruction quality and accelerate the recovery for a while. The acceleration rate is controlled through weighting to adjust the contribution of the acceleration term and the stable term. A fierce acceleration could be performed for the recovery of comparatively small gaps, whereas a mild acceleration is more appropriate when the incomplete data has a large gap of high‐amplitude events. Finally, we carry out a fast and stable recovery using the trade‐off algorithm. Synthetic and field data tests verified that the joint curvelet‐domain reconstruction method can effectively and quickly reconstruct seismic data with missing traces.     

Magnetostratigraphy of Cave Sediments: Application and Limits

The application of the magnetostratigraphy for dating of clastic and chemogenic cave sediments has been limited by the complex conditions underground and the lack of age constraints on these deposits for correlation with geomagnetic polarity timescale (GPTS). Without age constraints any correlation of obtained results cannot be explicit. Additionally, the dynamic character of cave infilling, exhumation and fossilisation expressed by unconformities within preserved sedimentary profiles can hide a substantial part of the geological time. The detailed internal division of deposits (breaks in deposition and related processes) and scarcity of fossils make the correlation of obtained magnetostratigraphic log with geomagnetic polarity timescales sometimes problematic. The analytical results confirmed that the complete step/field procedure offered by demagnetisation methods must be applied. The application of complete analysis only to pilot samples and shortened, selected field/step approach, to other samples did not offer sufficient data set for reliable interpretation.     

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.     

General absorbing boundary conditions for dynamic analysis of fluid-saturated porous media

General absorbing boundary conditions based on Biot's two-phase mixture theory and paraxial approximation is presented for the dynamic analysis of fluid-saturated porous media with isotropic, transverse isotropic, and anisotropic properties. For the last two cases, the equivalent Lame's constants, under conditions of uniqueness, are introduced to facilitate the analytical solutions. The numerical results show that the proposed absorbing boundary can greatly suppress spuriously reflected waves and efficiently model the far field of the system with sufficient accuracy.