基于线阵列探测器的多角度平行投影数据及其图像重建算法

针对工业断层CT进行三维结构成像的应用需求,提出了由多角度的平行投影数据重建三维CT图像的TV-ART迭代算法的新实现方法,其中将Chambolle方法推广至三维情形并用于求解CT图像全变差(TV)最小。使用该方法进行TV求解的重建图像的质量优于基于最速下降法或共轭梯度法的TV-ART迭代算法。此外,该方法具有高度并行性,适合在GPU,FPGA等高速并行计算硬件上实现,从而可以大幅提高图像重建速度。在扫描时间相同的情况下,该方法重建的三维CT图像质量优于已有方法,特别是显著提高了CT图像的轴向分辨率。

基于CT扫描数据的X射线能谱估计方法

X射线能谱在计算机层析成像(computed tomography,CT)图像硬化校正、双能谱CT成像、辐射剂量计算等方面具有重要作用.常用的估计X射线能谱分布的方法,利用X射线穿过不同厚度模体的衰减数据,来间接估计X射线能谱分布.由于该问题具有严重的病态性,因此如何鲁棒和准确地求解是能谱估计问题的关键.本文提出了一种利用CT扫描数据来估计X射线能谱分布的方法.该方法中考虑了谱估计和图像重建之间的相互印证关系,即谱估计正确时重建的CT图像无硬化伪影,而重建图像无硬化伪影时,则说明估计的谱准确.该方法利用这种相互印证关系构造优化模型,通过交替迭代求解,估计能谱分布和重建无硬化伪影的CT图像.数值实验和实际实验结果表明,该方法可以准确、鲁棒地估计出X射线能谱.

惯性约束聚变靶丸高精度X射线数字成像

为了实现惯性约束聚变(ICF)靶丸几何尺寸的高精度、高效率检测,开展了靶丸X射线数字化成像系统的设计与研制。首先,分析了X射线直接投影成像和X射线透镜耦合显微成像的适用范围,根据ICF靶丸尺寸小、吸收衬度弱的特点,确定了基于X射线透镜耦合显微成像的技术路线。然后,分析了影响系统成像分辨率、图像衬度和测量效率的关键因素,确定了低几何放大成像,低电压、小焦点、高功率X射线源及高分辨CCD探测的总体技术方案,该方案能够有效抑制相衬效应和半影误差,解决了现有X射线数字成像设备测量靶丸时边缘扩展严重、尺寸测量误差大的问题。最后,对系统的性能进行了分析测试,实验结果表明,系统成像衬度良好,成像效率较高,分辨率优于0.5μm。靶丸几何尺寸的测量不确定度可达0.9μm(k=2),满足ICF靶丸几何尺寸高精度、高效率的检测需求。

可同时抑制多种图像伪影的最优骨校正

X线CT系统球管发射宽能谱X光子,使得重建图像中出现射束硬化伪影,如杯形和条纹伪影;成像对象体内还可能存在金属植入物,使得重建图像中出现金属伪影。多种图像伪影的同时出现,势必严重退化临床诊断精度,有必要深入研究加以抑制。本文利用数据一致性条件构造目标函数;利用非线性最小二乘和交替迭代优化算法求解最优尺度因子;最终得到可同时校正杯形、条纹和金属伪影的最优骨校正方法。计算机仿真实验结果表明,该方法的确能够自适应确定出最优尺度因子,从而同时校正多种图像伪影。

基于EnMAP卫星和深度神经网络的LAI遥感反演方法

区域叶面积指数(Leaf Area Index,LAI)定量反演是开展大尺度农作物长势监测和产量估算的重要基础。针对当前区域LAI遥感定量反演存在的反演精度不理想和模型稳定性弱等问题,提出了一种基于少量训练样本进行LAI高精度反演的深度神经网络(Small Simple Learning LAI-Net,SSLLAI-Net)。该网络由2个卷积层、1个池化层和3个全连接层构成,将光谱反射率数据作为网络输入端、输出端得到LAI反演值,且该网络模型可支持小样本数据量的训练。以德国阿尔卑斯山麓高光谱遥感卫星影像Environmental Mapping and Analysis Program(EnMAP)为数据源,以该区域的谷物、玉米、油菜、其他作物为研究对象,数值实验结果表明当各作物类别的训练样本量均为50时,基于SSLLAI-Net的LAI反演精度分别为0. 95、0. 99、0. 98、0. 90;且在添加噪声的情况下,各作物类别的LAI反演精度分别为0. 95、0. 98、0. 96、0. 89。综上,提出的基于深度神经网络的区域LAI遥感定量反演方法 SSLLAI-Net是鲁棒可靠的,且该模型能够支持稳定的小样本建模。

微分相位衬度计算机层析成像的感兴趣区域重建方法

基于光栅干涉仪系统的X射线微分相位衬度计算机层析成像,不仅可以重建物体的线性衰减系数,还可以重建物体的相移系数和线性散射系数.在实际应用时,大面积光栅不易获得,常常遇到样品大于光栅的情况.当用小于样品的光栅对样品进行扫描时,样品超出光栅成像视野的部分会导致微分相位投影信息被截断.本文针对微分相位衬度计算机层析成像提出了一种相移系数的感兴趣区域重建方法.该方法利用物体相移系数和线性衰减系数(即折射率实部减小量和折射率虚部)之间的近似线性关系;通过重建相移系数的Lambda函数和线性衰减系数的Lambda逆函数的多项式组合,近似重建物体感兴趣区域的相移系数.数值模拟实验依据菲涅耳衍射积分理论,进行计算机仿真X射线的传播过程和光栅成像过程.实际实验利用上海同步辐射BL13W1站的Talbot光栅干涉仪系统,分别对标准模体和生物样品进行光栅微分相位衬度计算机层析成像.数值模拟和实际实验结果都验证了该方法的有效性.

基于随机森林模型的小麦白粉病遥感监测方法

小麦白粉病是危害我国小麦生产的主要病害,及时高精度地监测其发生发展状况对有效制定病害防控策略十分重要。基于目测手查的传统病害调查方式,耗时费力且无法实时监测。随着空间遥感技术的发展,利用遥感开展病害监测已成为及时获取作物病害信息的重要方式。目前作物病害监测方法大致分为统计模型和物理模型,前者灵活易用、操作简单;后者能定量分析病害发生情况,