ART算法快速图像重建研究

讨论了影响ART(Algebraic Reconstruction Technique)算法重建速度和重建质量的主要因素,包括投影数据访问方式、松弛因子和投影系数等。针对投影系数的计算占绝大部分重建时间,成为制约ART算法的瓶颈,提出了一种快速、实时的投影系数计算方法。该方法通过一个距离参数来确定与射线相交的网格编号并计算出相交长度,距离参数采用增量计算,极大地节省了时间。实验结果表明该文提出的方法非常有效,与Siddon算法相比,在保证图像质量不受损失的前提下取得了6倍以上的重建加速比。

基于ART算法的投影系数快速计算方法

代数重建算法(Algebraic Reconstruction Technique,ART)投影系数的计算时间冗长,影响了ART的重建速度.基于长度加权模型提出了一种投影系数快速计算方法,从射线穿过网格的相交规律出发,通过顺序增量计算,快速推导出穿过的网格编号并计算其交线长度,大幅减少运算量及分支判断,该方法在二维重建及三维重建下均适用.仿真结果表明:与经典的Siddon算法相比较,在保证重建图像质量的前提下,本文算法速度提高约13倍.

有限角度CT中使用改进的SART算法消除截断投影伪影

有限角度CT(Computed Tomography)是一项应用广泛的医学影像成像技术,DBT(Digital Breast Tomography)是有限角度CT在乳腺成像上的应用,在早期乳腺癌检测上应用广泛.在有限角度CT采样过程中,由于探测器面板的尺寸有限,当X光光源位于一些大的投影角度时,探测器面板不能接收所有穿过被测物体的X射线,导致投影数据出现截断.在使用存在截断的PV(Projection Views)进行重建时,由于截断部位的体素不参与PV的更新,使体素的更新次数出现差异,产生截断投影伪影(Truncated Projection Artifacts,TPA).使用优化的SART(Simultaneous Algebraic Reconstruction Technique)算法,通过对每次更新的更新值进行扩散,降低重建过程中体素更新次数的不均衡对重建图像的影响,从而减少TPA的产生.使用模拟数据、仿体和选定患者的病例验证了该算法的可行性,证明优化的SART算法可以去除截断投影伪影,恢复被伪影遮挡的物体并改善有限角度CT的图像质量,这有利于放射科医生对患者的有限角度CT图像作出更好的判断.

ART算法的平均值法改进方案

二维断层成像中,代数重建(ART)算法面临的最大问题就在于计算量大、重建速度慢。针对这个劣势,提出了一种使用平均值法改进的ART算法,希望能更快地重建出质量较好的图像。该算法将每一次迭代过程的所有中间值记录下来,并求出其平均值,将此平均值作为下一次迭代的初始值。经过实验证明这种改进后的ART算法经过更少的迭代次数后就能达到较好的重建质量,且质量比传统算法还要好。

Radar Imaging Based on Iterative Algorithms

It has long been realized that the problem of radar imaging is a special case of image reconstruction in which the data are incomplete and noisy. In other fields, iterative reconstruction algorithms have been used successfully to improve the image quality. This paper studies the application of iterative algorithms in radar imaging. A discrete model is first derived, and the iterative algorithms are then adapted to radar imaging. Although such algorithms are usually time consuming, this paper shows that, if the algorithms are appropriately simplified, it is possible to realize them even in real time. The efficiency of iterative algorithms is shown through computer simulations.

ART算法中几种加权因子模型的研究

ART(algebraic reconstruction technique)算法是一种适合于投影数据采集量比较少的情况的图像重建算法。利用其进行图像重建时的主要工作是计算加权因子,该计算方法严重影响图像重建的重建质量和重建速度。讨论、研究并仿真了加权因子的三种计算模型,经比较分析最后得出了一种最优的重建模型。

基于多系统的GNSS三维水汽层析质量评价方法

本文基于提出的水汽层析廓线评价指标(tomographic profic fit score,TPFS),首次对GPS、北斗卫星导航系统(BeiDou Navigation Satellite System,BDS)、GLONASS和Galileo 4个系统的水汽层析结果进行了精度评估.结果表明:各GNSS水汽层析解算结果差异较小,最大均方根误差(root-mean-square error,RMSE)差距在11%之内,其中BDS水汽层析表现最好,GLONASS水汽层析表现最差.相较于GPS、GLONASS、Galileo,BDS在低层区域(2406 m以下)具有更好的层析解算优势.尤其在底层,BDS与GPS、GLONASS、Galileo的RMSE相比分别改进了3.2%、16.2%、5.2%.此外,在层析水汽廓线TPFS对比中,BDS平均TPFS最小;在暴雨天气下BDS水汽廓线TPFS最低,相较于GPS、GLONASS、Galileo改进了25.2%、31.5%、32.8%.

一种内存优化的代数重建算法及其快速实现

本文提出一种在图像的代数重建算法 (ART)中能够有效地减少内存占用的快速实现方法 ,将直接ART方法中的每个投影每条射线的系数矩阵分解为射线矩阵和单条射线的系数矩阵 .射线矩阵保存每条射线的斜率和截距 ,系数矩阵在每次迭代之前计算得到 ,考虑到同一投影角下每条射线的相关性 ,系数矩阵可以递推计算 ,从而极大地节省了时间 .实验选用Shepp logan模型 。

代数迭代算法进行CT图像重建的研究

对CT代数迭代重建算法(ART)进行了研究,讨论了射线数目对图像重建效果的影响,并采用平滑方法,改善了重建图像质量,加快了收敛速度,得出了效果满意的工业CT图像。

代数重建法中的一种快速投影系数计算方法

提出了一种快速投影系数计算方法。该方法只需通过简单的增量运算,即可确定射线穿过的网格编号并计算相交长度。实验结果表明该方法非常有效,与Siddon算法相比,重建速度提高了六倍多。

基于代数重构技术的对流层水汽层析

以上海地区GPS综合应用网为研究对象,研究了代数重构技术中的代数重构算法(ART)、乘法代数重构算法(MART)和联合迭代重构算法(SIRT)的理论,以及3种算法用于对流层水汽层析解算的可行性,并采用模拟仿真的方法进行实验讨论其有效性。通过模拟仿真实验发现,3种重构算法能够应用于对流层水汽的三维层析,收敛较快,结果比较可靠,能够给出水汽密度的空间分布以及垂直轮廓线,同时给出了松弛因子的合理取值范围,水汽密度初值的选取方法。

一种基于SIMD技术的快速并行代数重建算法

代数重建算法是解决非完全投影数据重建的有效方法,尤其在对于超出探测器尺寸范围的大型零件的无损检测中已成为最有力的关键技术,但以往算法计算量较大、耗时较长。为了快速地进行代数重建,提出了一种基于Intel处理器单指令多数据(single instruction multiple data,SIMD)技术[2]的快速并行算法,并在充分分析代数重建公式特点的基础上,设计了一套便于并行化运算的数据结构及计算流程,其在运算中可一次性加载多个打包数据,利用MMX(multimedia extension)、SSE(streaming SIMD extension)和SSE2指令完成SIMD方式计算。通过仿真实验证明,该算法在达到同样精度的前提下,不仅提高了重建速度(加速比4倍),解决了传统代数重建算法运算速度慢的瓶颈问题,并且能够较好地重建部分数据缺失的投影图像,该算法对于航空航天大型零部件的无损检测具有重要的理论意义及工程应用价值。

一种射束与像素的快速遍历和求交算法

针对ART(algebraic reconstruction technique)算法重建速度慢的问题,提出了一种射束与像素的快速遍历和求交算法。该算法通过一个距离参数来确定射束穿过的像素索引并计算出射束覆盖像素的面积,距离参数采用增量计算,因而运算效率很高。利用该算法在图像重建过程中实时计算权因子,不但节省了大量的内存空间,而且大大提高了图像重建的速度。实验结果表明,提出的算法非常有效,与传统方法相比取得了17倍以上的重建加速比。

锥束CT感兴趣区域图像重建研究

针对锥束CT感兴趣区域扫描中存在的截断投影数据图像重建问题,提出用基于迭代的代数重建(ART)算法进行重建。锥束ART算法的缺点是计算量大、重建速度慢。为了提高该算法的重建速度,提出了一种基于多核平台的快速并行图像重建方法。首先将三维重建区域等分为上下两块,相应地,探测器平面也分为上下两部分;然后通过双线性插值计算虚拟探测器投影数据;最后通过多线程技术在多核平台上实现了ART算法的并行重建,在保持较高重建精度的同时取得了约两倍的重建加速比。在此基础上,通过仿真实验对3DShepp-Logan模型不同感兴趣区域进行了重建,实验结果表明,ART算法用于感兴趣区域图像重建是可行的。

地基GPS水汽层析的投影面算法

水汽层析技术在研究气候变化、极端天气预警、辅助数值天气预报等方面发挥着重要作用。常规的水汽层析技术在计算层析方程系数时,需要进行大量的求交运算。对此,本文提出了一种投影面算法,提高了运算速度和反演的精度。本文采用的试验数据是香港卫星定位参考站网(SatRef)提供的GPS信号数据,与传统算法相比,投影面算法的计算速度更快、计算量更小,不受层析区域大小影响,水汽层析的结果与探空数据具有良好的一致性。

基于素数分解排序的水汽层析代数重构算法

该文首先介绍了解决层析方程组病态问题的代数重构算法,并对影响该算法迭代结果的松弛因子、投影次序、停止规则进行了讨论,提出了基于素数分解排序的水汽层析代数重构算法。其次,详细陈述了该算法的3个核心内容:分组排序、素数分解排序、非负约束。分组排序可提高反演结果精度;素数分解排序保证了解的无偏性;非负约束则使迭代结果符合水汽值的非零特性。最后,利用2015年8月13日UTC 0时的香港参考站的观测数据对6组实验方案进行了分析,证明了基于素数分解的投影排序对水汽层析结果具有重要影响,且通过该方法可以有效提高代数重构算法解算GNSS水汽层析方程组的精度。

用代数重建法反演地震面波品质因数Q值空间分布

本文用代数重建（简称ＡＲＴ）法，反演面波的品质因数Ｑ值分布；作了模型正演计算求得吸收特征时间ｔ＊，接着用这些ｔ＊求反演的Ｑ值分布作比较，求出Ｑ值的相对误差的空间分布在６－８％，说明这种方法用于Ｑ值反演的正确性。用中国地震台网观测报告中振幅和周期，对１９６６年以后的５１８个地震事件，共３０００多条射线，基于Ｓ．Ｊ．Ｄｕｄａ提出的由震级起算函数的方法，计算每一条射线的ｔ＊，然后对中国中部地区，取经纬度范围在２５°－４０°Ｎ，１００°－１１５°Ｅ，由ＡＲＴ法反演了面波Ｑ值空间分布。

基于Twomey算法的CT图像重建

针对不完全投影数据的CT图像重建,本文将原本用于反演微粒粒径分布的Twomey算法引入并应用到CT图像重建中。在代数迭代层面上把其与代数重建技术(ART)算法和同步迭代重建技术(SIRT)算法分析对比后进行了计算机模拟实验。仿真结果显示:本文算法所求得的解的精度要优于主流的ART和SIRT算法。

三维超声驻波场的数字全息测量与重建研究

利用数字全息干涉术研究了超声驻波场的三维分布特征,由所记录的不同角度的超声驻波场的数字全息图,经数值再现,得到了超声驻波场的强度和相位差分布图,进而由迭代重建算法重建出超声驻波场的三维分布曲线。结果表明,数字全息干涉术与迭代重建算法相结合是测量与重建三维超声驻波场的一种方便有效方法。

CO_2激光焊接等离子体图像的三维重建

利用一组同步触发的高速相机获取CO2激光焊接过程中等离子体在多个方向的投影图像,采用质心投影法则对等离子体图像进行微调以提高空间匹配度,通过相机标定以及投影权重因子的计算,建立了等离子体的三维图像与二维图像之间的投影关系方程,并利用代数迭代法求解方程,获得了等离子体的三维亮度分布.结果表明:与二维等离子体图像相比,所提出的激光焊接等离子体图像的三维重建方法具有较高的重建精度,能够更加准确地描述对象的整体特征和内部信息.