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锥束CT利用面阵探测器获取物体的二维射线投影,并通过三维重建得到物体在扫描体积范围内的所有切片图象。它与传统的二维CT相比,具有扫描速度快、空间分辨率高和射线利用率高等优点,在工业无损检测和医学应用领域中都有广阔的应用前景,是当今国际CT研究领域的前沿课题之一。 锥束CT仿真是锥束CT研究的重要内容。本文重点研究了锥束CT仿真系统的数学建模、STL样本模型投影成像的并行快速仿真等关键技术,开发构建了一个支持混合样本、非点光源与多光谱投影仿真的锥束CT仿真系统平台。 主要研究内容和成果如下: 1.锥束CT仿真系统的数学建模。在分析X射线与物质的相互作用及其衰减规律的基础上,研究了锥束CT成像的物理原理。根据计算机仿真的一般模型和锥束CT系统的组成,提出了基于光线跟踪和X射线衰减定律的投影成像仿真总体思路。完成了射线源、探测器和检测样本等主要部件的数学建模,实现了通用锥束CT仿真系统的装配,并给出了投影仿真计算的算法流程。 2.STL样本模型投影成像的并行快速仿真。针对STL样本基元,根据锥束CT仿真投影的特点,研究了一套基于八叉树的锥束CT仿真投影快速计算方法。采用SIMD技术对投影计算中的关键部分进行并行计算,进一步提高了生成仿真投影图象的速度。实验结果表明,在保证投影图象精度的前提下,该方法较之于UG样本投影计算有60～90倍左右的加速比,极大地提高了锥束CT仿真投影的计算速度,增强了仿真系统的实用性。 3.锥束CT仿真系统平台研发。面向锥束CT仿真研究需求,研究了锥束CT仿真软件系统的功能划分、体系结构、系统数据模型、系统框架设计和组件集成方法。在集成CSG、UG、STL、Voxel四种样本独立仿真功能模块的基础上,提出并实现了混合检测样本的建模方法与仿真技术,开发了一个支持混合样本、非点光源与多光谱的锥束CT仿真系统;通过三个实例系统地验证了本文研究成果的有效性,为进一步开展锥束CT技术研究,提供了一个良好的研究开发和实验平台。