一种计算机层析成像用X光高分辨探测器技术

探测器技术是计算机层析成像系统的关键技术之一。提出了一种基于面阵CCD器件,采用 光纤和光纤面板进行光耦合及传输的扇形束线阵扫描X射线新型探测器技术。实验结果表明,该新型探测器具有结构紧凑、性能可靠且分辨力高(约50μm)等特点,可以实际应用于工业X-CT系统之中。

基于遗传算法的快速X射线计算机层析成像多相流测试技术(Ⅰ)测试原理和数值仿真

针对局部浓度场具有二值分布特征的特定多相流体系，提出引入多相流物理特征的快速X射线计算机层析成像（XCT）技术，基于围绕被测物有限角度的X射线投影数据，建立了改进的遗传算法（GA）求解不完整投影数据集的二值图像重构算法。通过有限角度的同时投影，实现对两相流浓度场的瞬间图像冻结和快速图像采集，既拥有XCT的高空间分辨率特征，同时满足高时间分辨率的动态测量要求，并由于投影角度数要求的大幅度缩减而降低了XCT的硬件成本。以气液两相流的多泡体系为研究对象，通过详细的数值仿真实验获得了较理想的图像重构效果，验证了GA—XCT的理论可行性。在3～24个有限角度投影数据的情况下，GA—XCT表现出明显优于传统CT图像重构算法（即滤波反投影算法）的二值图像重构能力。同时，GA—XCT具有很好的抗噪声能力，而且不依赖于气泡形状。

超声计算机层析成像技术

超声CT与X射线CT的一个重要区别是在通常所用的超声频率范围内 ,超声通过不均匀介质时将受到介质的散射 (衍射和折射 )。因此 ,由超声散射数据反演介质内部声学特性参数的计算方法较X射线CT要复杂。本文对当前超声CT成像的原理及方法进行评述。主要包括 :(1)超声波在介质中传播的基本原理 ;(2 )频域内的插值方法 ;(3)滤波反向传播方法 ;(4)矩量法 ;(5 )射线跟踪方法 ;(6 )

基于计算机层析成像(CT)技术的梁山慈竹密度检测研究

密度是竹材重要的物理指标之一,与竹材的许多物理力学性能紧密相关。采用计算机层析成像(CT)技术,对2-5年生梁山慈竹(Dendroclamus farinosus)的密度时空变异特性进行了系统研究;利用正交试验设计确定了适宜的扫描参数,对其气干密度(Y)与相对应的CT值(X)之间的相关性进行分析研究,建立了线性回归模型(Y=0.001 X+1.148)并验证了该模型的准确性,得出两者之间存在着线性关系;同时利用模型计算出梁山慈竹径向和纵向的密度变化规律。为实现梁山慈竹密度的精准高效检测提供了新方法,也为深入研究竹材的材性和构造提供了新思路。

基于有限角和计算机层析成像相结合的板状构件成像方法

计算机层析(computed laminography,CL)成像采用射线沿板状构件长宽表面倾斜入射的扫描方式,在厚度方向上获取不同断层的投影数据,然后利用此投影数据来重建构件断层图像.但在CL成像中,当倾斜角较大时,投影路径相对较长,对于板状构件中衰减系数大的部分,其投影数据存在一定的缺失.故针对板状构件的无损检测,提出了一种基于有限角和CL成像相结合的扫描方法,利用有限角扫描和CL成像分别采集投影数据,再进行数据融合,通过基于全变差最小化的迭代重建算法重构出扫描区域板状构件的断层图像.仿真实验结果表明,和传统的CL成像方式相比,该方法可以得到更好的图像重建效果.

基于遗传算法的快速X射线计算机层析成像多相流测试技术(Ⅱ)静态实验验证

采用静态实验模型和一套X射线测试系统模拟了二值多相体系多角度同时投影的S射线CT测量过程。静态实验模型模拟空气一水两相体系，截面相浓度分布满足O-1特征。X射线测试系统由一台工作电压为150kV的闪光X射线机、一台X射线平板检测器和一套数据采集单元组成。通过旋转静态实验模型，分步实现不同角度的投影数据采集。基于模拟的多角度“同时”采集的投影数据，使用本系列研究所构建的基于遗传算法的快速X射线CT多相流测试技术（GA—XCT）对截面图像进行重建，测试结果表明：在3～24个有限角度实测投影数据的情况下，GA—XCT表现出了明显优于传统CT图像重构算法（滤波反投影算法）的图像重构能力，且具有良好的抗噪声能力。

大坝检查监测中的计算机层析成像技术

计算机层析成像技术是现代科技的一项重大成果,已广泛应用于医学、工业和地球物理领域的无损检验,并开始应用于大坝内部检查监测.本文综述了CT技术在各有关领域的发展简况,阐释了层析成像的基本概念,援引了国内大坝CT实例.在此基础上笔者对大坝工程中应用CT技术的必要性和可行性进行了分析,提出了近期和远景应用项目的展望.笔者认为,CT技术是掌握大坝内部材质分布和变化的有力手段,大坝工程采用这一先进工具将可更全面地监控建筑物及地基、边坡的安全.

计算机层析成像和积分几何反问题

Tomography有二类:线性的和非线性的。Tomography线性与非线性的分类和积分方程线性与非线性的分类相同。医学诊断中的CT技术是线性tomography在实际中应用的例子,地震勘探中的旅行时反演(层速度)是非线性tomography在实际中应用的例子,非线性tomography常常(在选代之中)简化成线性tomography来处理,因此,线性tomography是理论和实际研究的重点。线性tomography围绕Rodon变换和反变展开。利用Fourier积分算子研究广义Radom变换(在一般曲线族、曲面族上的Radon变换)及其反演,特别地,利用Fourier积分算子微局部分析的理论反演被变换的函数的奇性反演,在理论和实际上都有巨大的潜在价值。在实际应用中,数据采集受到客观条件的种种限制,往往丢失许多数据,比如在地震勘探中,炮点,检波点只在地面布置,充其量也只是井间布置,总有一面或几面的数据是无法采集的。现有的各种tomography算法,大都是在完全数据的条件下,唯一成像的算法。如果把这些算法用于不完全数据,则它们就表现各异,这即是困难所在,同时又是可为之处。

基于工程地质勘察的高密度电阻率计算机层析成像技术研究

层析成像方法的应用,使得物探技术变得更加简捷、高效和经济。介绍了高密度电阻率层析成像的基本概念,讨论了该技术的工作机理和操作方法,详细阐述了该技术应用于工程勘察的技术原理与数学依据、操作装置与数据采集、观测仪器与系统控制、数据处理与层析算法、极化方式与参数计算、技术特点与注意事项等,并对高密度电阻率层析成像技术的发展前景做出了有益的探索。

计算机层析成像技术及其在化工多相流测量中的应用

介绍了射线、电容、电阻和超声波四种计算机层析成像技术的测量原理和在化工多相流测量中的应用,并讨论了它们的发展现状及存在的一些问题。

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.

X射线双能计算机层析成像投影分解的优化迭代方法

双能计算机层析成像(CT)投影分解是双能CT预处理重建算法的关键步骤,在采用迭代算法求解双能投影积分方程组时,迭代初值的选择对迭代的收敛性影响很大。为了解决双能投影积分方程组迭代求解的初值选择问题,提出一种优化迭代算法。该算法在计算双能基材料投影查找表以及进行系统标定时,依据高低能投影数据的数值范围,设置一定的步长,按照高低能投影值的大小依次求解对应的基材料投影,并以上次的收敛结果作为下次迭代的初值。结果表明,该优化迭代算法有效改善了迭代的收敛性,提高了双能CT系统标定的效率,验证了算法的有效性。

基于投影匹配的X射线双能计算机层析成像投影分解算法

X射线双能计算机层析成像(CT)技术是安全检查领域一种重要的材料探测与识别手段。双能CT投影分解是双能CT预处理重建算法的核心内容和关键步骤。针对现有投影分解算法的不足,提出了一种基于投影匹配的双能CT投影分解算法。依据系统能谱和基材料线性衰减系数曲线,通过求解投影积分方程组建立高低能投影查找表。对于给定的高低能投影,在查找表中寻找最佳匹配点,进而获取基材料分解投影。该算法避免了现有算法复杂的迭代优化过程,简化了系统的标定过程,分解精度取决于查找表的设定步长。相对现有算法该算法有实现过程简单、易于并行计算的优点。仿真实验结果验证了算法的有效性。

基于光学相干层析成像的投影折射率计算机层析成像系统研制

报道了基于光纤型光学相干层析成像(OCT)的投影折射率计算机层析成像(PICT)系统,并利用研制的系统对外径为1.3 mm,内径为0.9 mm的充水玻璃管样品进行了测量。样品以1°的步进角旋转,共采集180个方向上的投影值,然后利用卷积反投影算法进行了折射率分布图像的重建。实验结果表明,系统具有较高的空间分辨率,能够正确区分空气、玻璃和水三种不同折射率的物质,且其边界清晰可辨;由于利用了折射率信息,投影折射率计算机层析图像消除了常规光学相干层析图像中的几何畸变。

基于图形处理器的并行加速双能计算机层析成像重建方法

提出了一种基于图形处理器(GPU)并行加速双能计算机层析成像(CT)重建的整体解决方法.该方法通过将双能采样数据视角配准步骤整合到基本的双能CT重建过程中,保证了双能投影分解的准确性,从而提高了双能CT重建的准确性.通过在反投影步骤中同时反投影几种图像,避免重复计算投影地址,并且在整体重建过程的各个步骤中采用GPU并行方式进行计算,有效提高了双能CT的重建速度.重建图像为2种和4种时,与重复执行多次单能CT并行重建相比,本文方法的重建过程加速比分别为1.88和3.24,其中最耗时反投影步骤加速比分别为1.90和3.66.实验和实际应用证明了该方法可有效提高双能CT重建的准确性和速度.

一种迭代的锥束计算机层析成像系统几何全参数标定方法

计算机层析成像(CL)系统对于扁平状物体的检测具有独特的优势,几何参数标定是CL系统获得高质量图像的重要步骤。现有CL系统几何参数标定方法仅能标定部分几何参数,难以一次完成所有几何参数的标定。借鉴计算机断层成像(CT)系统几何参数标定方法,提出了一种高精度的迭代标定方法,利用简单体模快速标定CL系统的所有几何参数。对CT系统几何参数标定方法用于CL系统的有效性进行分析,确定对CT系统几何参数标定方法敏感的CL系统几何参数;根据CL系统投影几何关系,构建新的反映CL实际系统与理想系统间误差的非线性最小二乘目标函数,利用迭代法不断优化敏感参数和其他关键参数。实验结果表明,本文方法能够有效标定CL系统所有几何参数,敏感参数以及受敏感参数影响的其他几何参数标定精度均有明显提升。利用已标定的几何参数重建三维Shepp-Logan体模和印刷电路板体模,重建图像中没有几何伪影,验证了算法的有效性。

基于L^1范数和曲波系数双约束的稀疏角度微分相位衬度计算机层析成像重建方法

微分相位衬度计算机层析成像法(DPC-CT)是一种新的X射线无损检测方法。与传统方法相比,该方法在检测弱吸收物质时优势明显。但DPC-CT技术需要进行多次扫描后才能获取足够的样品信息,这必将导致很长的辐射时间和巨大的辐射剂量。因此,研究在稀疏角度条件下的DPC-PC重建算法就显得尤为重要。分析了DPCCT的特点,在凸集投影(POCS)的理论框架下,将L1范数、曲波系数约束和经典的代数迭代算法(ART)相结合提出了一种适合DPC-CT的重建算法。数值模拟和实验的结果表明,该方法可以根据少量投影数据获得较好的重建结果。

扁平样品体系的同步辐射层析成像检测技术

利用同步辐射X射线高穿透性、高亮度等特点,结合三维重建方法,可以实现样品的三维无损成像,该技术在生物、材料、化学等领域发挥着重要作用。针对扁平样品体系,计算机断层成像(computed tomography,CT)这种常规的三维成像方法,由于其高角度信息缺失,无法实现兼顾尺寸与分辨率的无损高精度成像。近年来再次发展起来的计算机层析成像(computed laminography,CL)可以满足对扁平样品的高精度三维成像的需求。然而,当前的三维重建方法需要足够多的投影数目才能实现高质量重建。文章在已有的三维重建算法的基础上,发展了一种针对CL的傅里叶迭代重建算法(laminography Fourier iterative algorithm,LFIA),在投影角度有限的情况下,利用投影之间的相关信息恢复缺失信息,从而实现更高的重建分辨率,并通过模拟与实验验证算法的可行性。

基于Delaunay三角剖分的多相流射线层析成像

为提高多相流CT系统重建图像质量,提出基于Delaunay三角剖分的射线层析成像方法。根据模型构造点集,对管道截面进行多尺度Delaunay三角剖分,根据三角形重心在探测阵列上的投影到其最近探测阵列元的归一化距离,确定各剖分单元的投影系数,并采用不同的重建算法进行图像重建。仿真与实验结果表明,该方法可利用少量投影数据重建图像,改善了工业多相流检测中投影数据不完整造成的图像失真;与均匀剖分相比,多尺度剖分明显改进了图像精度和实时性。

气体浓度层析成像重建算法性能比较与研究

针对少射线成像算法在研究气体浓度层析成像中的重要作用,对常用的几种少射线成像算法的性能进行了详细分析和比较,同时构造了一个多目标函数用于气体浓度优化重建成像。通过实验与常用的几种算法的重建性能相比,多目标优化重建算法具有良好的鲁棒性和抗噪性。在含5%测量误差的情况下,ART 重建结果与原始浓度分布的欧氏距离达 0.1680,而多目标优化重建算法下的该值仅为 0.0325。