工業(yè)CT三維圖像重建與分割算法研究.pdf

1、工業(yè) CT是使用 X射線來生成被測(cè)物體外部和內(nèi)部二維或三維表示的技術(shù)。工業(yè)CT在許多領(lǐng)域已被用于零部件的內(nèi)部檢測(cè)，主要應(yīng)用有缺陷檢測(cè)、故障分析、測(cè)量、裝配分析等。錐束CT(CBCT)通過平板探測(cè)器采集投影數(shù)據(jù)，能夠?qū)崿F(xiàn)快速體積成像，并且具有各向同性的高分辨率和較高的X射線使用效率。錐束 CT主要有圓形軌跡錐束 CT和螺旋軌跡錐束 CT兩種形式。本文主要研究了工業(yè)錐束CT重建算法，并提出了改進(jìn)方法，同時(shí)研究了三維CT圖像缺陷分割方法。

2、r>　　由于制作工藝問題，實(shí)際平板探測(cè)器獲取的圖像不一定理想，可能存在非均勻性，即使通過采集求平均也不能消去，需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行校正才可以消除。平板探測(cè)器的非均勻性存在于整個(gè)平面上，平板探測(cè)器越大，非均勻性問題就越突出。圍繞這個(gè)問題，本文提出了非均勻性校正的錐束CT重建算法。首先，在重建前對(duì)投影數(shù)據(jù)進(jìn)行非均勻性校正，然后采用校正后的數(shù)據(jù)進(jìn)行重建。采用仿真數(shù)據(jù)和實(shí)際采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)果表明提出的算法能顯著改善重建圖像的質(zhì)量。
　　因

3、為存在 X射線散射和電子噪聲干擾，平板探測(cè)器采集的投影數(shù)據(jù)可能被許多噪聲污染。如果不去噪就進(jìn)行圖像重建，那么重建圖像的信噪比就會(huì)降低。而且螺旋軌跡錐束CT的Katsevich重建算法需要計(jì)算投影數(shù)據(jù)的導(dǎo)數(shù)，如果直接對(duì)含噪的投影數(shù)據(jù)進(jìn)行求導(dǎo)，會(huì)放大噪聲在投影數(shù)據(jù)中的影響，重建圖像的質(zhì)量會(huì)嚴(yán)重下降，所以含噪投影數(shù)據(jù)需要提前進(jìn)行濾波處理。中值濾波能夠較好地去除信號(hào)或圖像中的椒鹽噪聲，但是該濾波方法可能會(huì)破壞圖像的一些重要細(xì)節(jié)。本文提出采用沖擊

4、濾波器改進(jìn)的算法來去噪，然后使用Katsevich算法對(duì)濾波后的投影數(shù)據(jù)進(jìn)行圖像重建。實(shí)驗(yàn)證實(shí)，采用該方法重建圖像的質(zhì)量明顯好于中值濾波的重建圖像。
　　在錐束CT發(fā)展過程中，采集數(shù)據(jù)的尺寸越來越大，因此錐束CT的圖像重建成為一項(xiàng)非常耗時(shí)的計(jì)算任務(wù)。GPU集群是高性能并行計(jì)算設(shè)備，利用多個(gè)計(jì)算機(jī)資源去同時(shí)處理計(jì)算任務(wù)，使計(jì)算時(shí)間極大地降低。本文采用GPU集群技術(shù)來加速圖像重建同時(shí)維護(hù)圖像質(zhì)量。首先分析了FDK重建算法的并行性，組建

5、了一個(gè)GPU集群平臺(tái)，并用于實(shí)現(xiàn)錐束CT并行重建。提出了兩級(jí)任務(wù)分配的并行計(jì)算策略。由于并行算法采用串行算法所使用的公式，這樣就確保了重建結(jié)果的一致性。實(shí)驗(yàn)表明，本文提出的重建方法完好地維持了圖像質(zhì)量，同時(shí)極大地降低了計(jì)算時(shí)間，圖像尺寸越大加速效果越明顯。
　　工業(yè)CT體數(shù)據(jù)的三維缺陷分割是工業(yè)CT應(yīng)用的一項(xiàng)重要任務(wù)。為了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)、準(zhǔn)確的缺陷分割，本文提出了一種數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)和重采樣相結(jié)合的方法。首先對(duì)體數(shù)據(jù)執(zhí)行形態(tài)學(xué)頂帽變換獲得初始