基于改进群稀疏正则化的稀疏角度图像重建

计算机断层扫描(Computer Tomography,CT)是临床医学中广泛使用的医学图像,可以清楚地显示人体的精细结构细节,为医生诊断疾病提供很大帮助。通过最近的研究表明,基于群稀疏正则化的联合代数重建技术(Simultaneous Algebraic Reconstruction Technique,SART)重建在稀疏角度采样背景下可以获得较好的性能。然而,群稀疏正则化在去掉伪影的同时,可能将边缘或细节过度平滑,使得对比度降低,无法获得符合人类视觉效果的高分辨率图像。因此,该文提出了一种基于改进群稀疏正则化的稀疏角度图像重建方法。首先对稀疏角度下的Shepp-Logan模型进行SART重建,再利用群稀疏正则化去除图像伪影,最后利用滚动引导滤波(Rolling Guided Filtering,RGF)进行对比度提升,再次作为SART的输入进行迭代。实验结果表明,该方法在视觉上以及PSNR(Peak Signal-to-Noise Ratio),MSE(Mean Squared Error)和FSIM(Feature Similarity)上均优于其他算法,并且在迭代初始阶段就具有较好的收敛性能。

基于CUDA的多GPU加速SART迭代重建算法

为解决SART迭代重建算法计算耗时的问题,在单GPU基础上,利用多块GPU的并行计算能力,提出了一种多GPU加速迭代重建算法。实验结果表明,与CPU重建相比,在不影响重建图像质量的情况下,采用GPU重建速度有明显提高,且增加GPU数量可以进一步提高重建速度。

改进后Ray-Box Intersection权系数矩阵的SART＋TVM重建算法

针对均匀采样稀疏型重建问题,研究了Ray-Box Intersection和传统的双线性插值两种权系数矩阵计算方法。对Ray-Box Intersection算法的逻辑漏洞进行了改进,利用直线生成法并结合射线斜率和像素位置关系提出了改进算法。该算法利用代数关系求得射线穿过重建区域的起点和终点,然后取不大于其坐标的最大整数,最后采用直线生成法,依据射线斜率沿X或Y方向得到该条射线在投影区域内经过的所有像素块的左下角坐标集合,对于每个像素块,射线与像素块交点距离即为该像素块对射线的加权值。实验结果表明,相比Ray-Box Intersection权系数矩阵算法,改进后算法速度提高了96%,最大峰值信噪比提高了19%;相比双线性插值算法,改进后算法收敛速度更快,在同样时间代价下最大峰值信噪比提高了5%。改进后的Ray-Box Intersection算法能够获得更好的重建图像质量,细节更清晰。

锥束CT的惩罚SART重建算法

联合代数迭代方法(SART)对重建图像空间是无约束的,其迭代到一定次数后,图像空间的噪声会不断增加。为了解决这一问题,针对三维锥束CT情况,研究了一种增加惩罚项的联合代数迭代算法,同时研究了该算法与有序子集结合的方法。计算机仿真试验表明:在锥束CT图像重建中,该方法能够在抑制噪声的同时提高重建图像的收敛速度。

CT图像SART重建技术的CUDA并行实现

在计算机断层扫描(CT)图像重建领域,当投影数据不完备或者含有噪声时,相对于滤波反投影(FBP)算法,联合代数重建方法(SART)能重建出质量更高、更符合临床诊断要求的图像。但SART方法非常耗时,而算法的并行实现是解决这一问题的有效途径之一。提出一种基于nVIDIA通用设备计算架构(CUDA)实现的SART并行运算方法。实验结果表明,该方法在不牺牲重建图像质量的基础上,重建时间大为缩减,更有利于临床应用。

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.

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。

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 。

代数重建和同步迭代重建在电容层析成像中的比较研究

针对电容层析成像技术(ECT)中的逆问题——图像重建算法的非线性和病态性问题,以12电极电容层析成像系统为对象,研究了代数重建算法(ART)与同步迭代重建算法(SIRT).分别对仿真电容值和实测电容值进行图像重建的实验验证,从成像效果、相对误差及重建时间3个方面对这两种算法进行了评估与分析.结果表明,ART算法和SIRT算法均能有效地实现ECT图像重建,其中SIRT算法能够在100次迭代内达到高精度,在收敛速度和成像效果上更具有优势.

基于差分吸收光谱技术的大气痕量气体重建算法

针对在一些不能获取大量投影数据或者投影分布不均匀的实际情况下,重建大气痕量气体的二维空间分布问题,采用代数迭代重建算法(ART)和同步迭代重建算法(SIRT)2种重建算法对其进行重建。通过数值模拟的方式对2种重建算法的重建效果进行了比较研究,并建立了多轴差分吸收光谱层析系统,进行了外场试验。通过计算机模拟和外场实验研究,从成像效果中可以看出,2种迭代算法均能在数据不完善的情况下,精确地重建出大气痕量气体的二维空间分布;在不同的模型及评价指标下,通过对2种重建算法的重建误差的比较,可以发现SIRT算法的重建误差要小于ART算法的重建误差,尤其在测量数据波动比较大、受干扰的情况下。

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。

层析成像中的阻尼代数重建技术

在同时代数重构法(SART)中,引入阻尼项即可得到阻尼同时代数重构法(DSART)。可以证明,它收敛于阻尼最小二乘问题的解,因而克服了收敛于最小二乘问题的SIRT、SART法可能出现的不稳定解。文中给出了超声物理实验重建的结果。

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.

管壁长弦投影数据截断问题的迭代重建算法

计算机断层成像(CT)可用于管状物的无损检测。当管壁较厚而射线能量较低时,会产生管壁长弦投影数据截断问题。联合代数重建算法(SART)易于处理投影数据截断问题,但是该方法用于管壁长弦投影数据截断问题后,其重建结果仍存在灰度渐变的伪影。为了提高重建图像的质量,将基于Chan-Vese(C-V)活动轮廓模型的重建图像分段常数化修正引入到SART算法中,得到了带分段常数化修正的SART重建算法(PCC-SART)。实验结果表明,该算法收敛速度快、精度高、稳定性好。

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。

应用联合代数重建技术重建热气流三维温度场

本文我们将联合代数重建技术应用于光学层析重建透明物体的折射率分布．建立了一简易的能获得多方位干涉条纹数据的全息干涉系统．利用双曝光全息干涉技术，对长方形开口上方的热气流场进行了实际测量，重建出了气流场中一个截面内的温度分布．重建温度值与热电偶实测值一致。

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。

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。