工业CT图像重建算法的计算机模拟研究

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该文研究了CT成像的常用算法:滤波反投影算法和代数迭代算法.详细分析了影响滤波反投影算法图像重建质量的基本因素(滤波函数的选取,投影数,抽样间距,噪音的大小)和代数重建算法图像重建质量的几个因素(松弛引子的选择,数据访问方式,基函数的选择,最优迭代次数的估计).在此基础上通过多点平均法改进了RL滤波函数,发现改进后的RL滤波函数比原滤波函数的抗噪音的能力提高了;在实际中,为了在重建图像质量和成本之间有一个合理的平衡点,该文对投影数和抽样间距对滤波反投影算法重建的图像质量的影响进行了详细的研究,发现在有噪音的情况下,重建图像质量对射线的抽样间距变化很敏感,而对投影数变化的反应相对较弱,在噪音较大的情况下,抽样间距过小,重建图像的质量反而有所下降;为了提高滤波反投影算法图像的重建效率,该文利用参数表的方法对程序作了优化,使重建速度提高了近100倍.在代数迭代算法中,通过模拟图像的重建发现,ART算法和SIRT算法松弛因子的选择有很大的不同,SIRT的松弛因子选择范围偏小,而ART的松弛因子选择范围要宽得多;数据访问方式的不同,对重建的图像有一定的影响;提出了最优迭代次数的判据,避免了在迭代时迭代次数选取的盲目性.该文利用MCNP程序模拟了在有屏蔽和没有屏蔽的情况下<60>Co γ射线穿过工件后在探测器中的沉积能谱,详细分析了能谱各部分的数据作为投影数掘对最后重建图像的影响情况,发现利用ART重建算法对最后的重建结果没有多大的影响;在用MCNP程序进行粒子抽样时,在不影响抽样精度的情况下,利用曲面源卡代替放射源的方式,大大缩短了粒子的抽样时间.最后该文对图像重建时出现的伪影进行了初步分析,利用Matlab的图像处理技术尝试对CT重建图像作了一些再处理的探索,对重建图像中的伪影作了部分消减.上述结果是通过计算机模拟计算得到的,为此用C语言和Matlab语言编制了大量程序并调试成功,对实际的工业CT设计及其图像重建有一定的参考价值.
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