基于SIMD技术的锥束ART算法快速并行图像重建

ART(algebraic reconstruction technique)算法是一种迭代图像重建方法,适合于大型工业构件的无损检测,其缺点是计算量大、重建时间长。为了提高锥束ART算法的重建速度,本文提出一种快速并行图像重建方法。首先根据锥束CT扫描方式下三维射线的对称性提出一种权因子和体素索引的并行计算方法,通过一次计算可同时得到两条射线的权因子和体素索引;然后采用Intel处理器的单指令多数据(single instruction multiple data,SIMD)技术,一次性加载多个打包数据,利用SSE(streamingSIMD extension)指令实现了投影、计算图像校正和反投影的并行运算。实验结果表明本文提出的方法非常有效,在保证图像重建精度的同时取得了约1.5倍的重建加速比。

利用代数重建技术根据火焰辐射图像测量煤粉火焰断面温度场

本文分析了基于面阵CCD进行火焰断面温度场测量的测试原理 ,提出了测试系统的非线性物理模型。并对其作了适当的简化以得到线性模型 ,借鉴CT中的代数重建技术 (ART)来进行求解。同时 ,考虑到测量对象的一些特征 ,还设计了一个模糊判断器以“筛选”出合适的解。为了验证所提出的测试模型和解法 ,进行了数值模拟计算和在油煤混烧实验台进行了测试。

一种改进的代数重建算法及其实现

深入研究了代数重建算法求解中的迭代过程,从迭代次序入手,根据预先估计所得的每个超平面的伪误差大小来确定迭代投影次序,从而改变了传统代数重建算法迭代求解过程中所遵循的固定投影次序,且新的投影次序具有自适应的优点。实验结果表明,本方法求解的收敛速度及解的精度都有明显的改善。

基于超声层析成像技术的三维流场重建

在现有的以超声层析成像为基础的流场重建方法中,一般只能单独重建横向流场或轴向流场。为能够同时获得横向和轴向流场的信息,提出一种方法,通过在圆管周围合理布置超声换能器,采用联合代数迭代重建算法同时得到圆管中的横向流场和轴向流场的重建图像,完成圆管中流场的三维重建。实际的单弯管实验成功重建了横向流场和轴向流场表明方法可靠。

ART算法的改进及其应用——面波Q值反演

对地球物理学中常用的反演方法在算法上作了一些改进,使得计算速度大为提高,并使计算机占用的内存减少到改进前的几分之一到几十分之一,从而避免了原来由于射线或者反演的块数过多而不能计算的问题.将改进后的程序应用于1993年和1996年华南地区地壳的面波品质因子——Q值的实际反演,为中长期地震预报和地震趋势分析提供背景资料.

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。

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.

基于TDLAS检测技术的甲烷体积分数场重建研究

为了实现对甲烷体积分数场的2维分布重建,基于可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)检测技术,以甲烷为目标气体,采用直接吸收的测量方式,探测了甲烷氮气混合气的吸收光谱信号,通过代数重建算法对甲烷体积分数进行了模拟重建和实验研究,模拟重建采用了6×6共36个方格的正方形重建区域,假定一个方形区域内具有空穴的体积分数分布,模拟24条光束从4个方向穿过重建区域,获取了模拟光线下的投影值。结果表明,经过重复实验统计均方根误差在2.58%,对模拟投影信号加入不同信噪比(5%,10%,20%)的高斯白噪声之后再进行重建,均方根误差分别在4.17%~9.30%之间;实验研究采取面源泄露式扩散方式,并通过在中心附近放置石英柱的方式人为制造体积分数空穴,形成非均匀体积分数场,通过对放置障碍物前后的重建结果对比,能够看到在空穴位置有明显的体积分数下降。TDLAS技术与计算机断层重建技术在气体体积分数场的局部分布检测上有可行性,具备作为有毒有害气体云团体积分数分布检测手段的潜力。

基于稀疏约束的CT图像重建算法研究

探讨了不完全投影数据的CT图像重建问题.基于压缩感知理论,引入稀疏约束,构造了ART-算法和SART-迭代方法,对SART-方法应用前两步迭代信息进行加速.最后针对模拟数据与实际临床数据将所提算法与传统方法进行比较.

混凝土超声波成像中两种算法的成像效果分析

采用弯曲射线追踪算法计算走时,分别用最小二乘QR分解算法与代数重建技术就恰定方程组、超定方程组与欠定方程组进行了成像计算.结果表明:对恰定方程组与超定方程组,两种算法均可得到良好的重建图像;对欠定方程组,两种算法的重建图像均难于正确反映尺度较小的异常体.

Splatting算法在三维CT迭代算法中的应用

采用代数重建技术重建三维物体,提出了一种基于splatting原理的ART权值计算方法,以增强重建图像的空间分辨率。该算法基于三维锥束扫描方式,采用双三次样条局部基函数作为插值核,并利用其足印函数对物体进行插值来计算像素的权值。与常量插值相比,这种方法对物体的灰度值有更精确的近似,在相同的实验条件下可重建出分辨率高的物体。给出了适用于三维锥束重建的splatting算法的具体实现,并对实验数据进行了实物重建及误差分析。

计算机模拟断层扫描技术

根据CT原理,应用ART代数重建算法,利用计算机对两组二维图像进行重建模拟计算,结果表明,本文所用到的计算机模拟方法对二维图像的重建效果很好,精确度高,通过本文的介绍可以使大家对断层扫描技术原理有更深刻的了解,更好的应用CT技术造福人类。

自相关代数迭代重建算法重建含遮挡物场

用自创建的简单自相关代数迭代重建算法(SSCART)重建含遮挡物场,分析了重建效果。采用数值模拟的方法,分别用原始的代数迭代重建算法(ART)与SSCART重建含遮挡物场,分析了模拟效果和重建精度。结果发现,这2种算法都能重建含建遮挡物场,但重建效果差别较大,SSCART能较精确重建原场。SSCART算法的重建精度MSE指标在10-4数量级上比ART的降低了26.6%,PE指标在10-2降低了77.6%。

各向同性薄板中横穿孔缺陷的超声兰姆波层析成像

本文将地球物理中的跨孔层析重建技术用于兰姆波的定量无损评价。综合射线追踪与代数重建技术(ART),发展了横穿孔缺陷的超声兰姆波层析成像方法。基于Snell定律和费马原理,采用射线追踪方法寻求发射和接收换能器之间超声兰姆波的实际传播路径并计算走时,然后采用ART算法对走时数据进行速度图像重建。给出了具有人工横穿孔缺陷铝板的数值模拟和实验数据的直射线和弯曲射线重建图像。结果表明,弯曲射线ART方法比直射线ART方法重建的缺陷尺寸更接近于缺陷的真实尺寸,并且当考虑射线弯曲时,重建图像的赝象也有所降低。

电容成像图像重建算法原理及评价

对现有的电容成像图像重建算法进行了综述并介绍了其原理,其中包括线性反投影法(LBP)、基于奇异值分解(SVD)的直接算法、Tikhonov正则化方法、Newton-Raphson算法、最速下降法、Landweber迭代算法、代数重建技术(ART)、同步迭代重建技术(SIRT)和基于模型的重建算法。在此基础上使用仿真和实验数据对目前主要使用的线性反投影法、基于奇异值分解的直接方法、Tikhonov正则化方法、Tikhonov迭代、投影Landweber迭代等进行了评价。对它们从电容值误差、图像误差、相关系数和耗用时间几个角度进行了比较,并对今后电容成像图像重建算法的发展方向提出了一些看法。

光学层析重建算法改进的研究

光学层析技术在温度、密度等流场的非接触测试中有着广泛的应用前景 ,然而光学层析的重建是非完全数据的投影重建 ,通常采用的代数迭代法不能很好地解决重建精度这一难题。为此提出了一种新的光学层析技术的代数迭代重建算法 ,在算法中引入了包含先验知识的属性矩阵 ,并摒弃了通常所采用的对超松弛系数人为的确定取法 ,采用了变超松弛系数。实验计算结果表明 ,引入属性矩阵和变超松弛系数的代数迭代法能够较好的重建非完全数据投影的待测场 ,极大地提高重建精度 ,较好地与实测结果吻合。

基于吸收光谱技术的气体分布重建

结合计算机断层成像算法与吸收光谱气体测量技术,实现了对于均匀温度压力下气体分布二维图像重建。设计搭建了基于4个小型旋转平台摆动扫描的断层重建系统,在0.1 s内完成对于16 cm×16 cm测量区域的空间扫描,获得由激光器高速扫描气体吸收谱线所采集得到的400组投影数据。采用数值模拟方法,利用代数迭代重建算法(ART)与最小二乘QR分解算法进行重建与对比,并考察了气体浓度边界条件对重建结果的影响。实验室内利用体积分数为4%的NH3混合气体作为测量介质,重建了测量区域内圆形烟道出口不同位置处的气体断层分布图像,并对结果进行了分析。

一类有效序列的构造

从算子理论的角度分析无限维Kaczmarz算法的收敛性,构造可使Kaczmarz算法保持有效的一类序列。向希尔伯特空间的一组正规正交基中添加一些单位向量,探讨所得新序列的有效性。求解一类与Kaczmarz算法有效性等价的算子方程,给出此类序列有效刻画,进而得到一类有效序列的构造方法。

光学医学应用

基于高斯机(GM)提出了一种新的少数投影CT图像重建算法。首先将图像重建问题转化为最大嫡准则下的优化问题,然后构造相应的GM模型,并采用双曲调度进行模拟退火,网络的稳定解就是重建问题的优化解。数值模拟结果表明,与联合代数重建技术(SART)相比,从投影角间距为450的4个不同的投影视角方向获取投影数据时。