錐束工業(yè)CT掃描方式與近似重建算法的改進.pdf

1、計算機斷層成像(簡稱為CT)無論在醫(yī)學診斷，還是在工業(yè)領域都有著廣泛的應用，它被認為是當前最佳的無損檢測技術。工業(yè)CT和醫(yī)學CT的基本原理相同，都是以Radon數(shù)學變換為基礎。但是由于被掃描工件的材質(zhì)、尺寸和結(jié)構(gòu)等千差萬別，所以在射線能量、成像指標和后期處理等方面，工業(yè)CT與醫(yī)學CT有較大的差別。因此，工業(yè)CT的掃描方式和重建算法應根據(jù)其特點作相應的改進。在三十多年的時間里，CT的掃描方式已由最初的平行束掃描發(fā)展到今天的錐束掃描。錐束C

2、T也叫三維CT，與二維扇束CT相比，它具有射線利用率高、軸向分布均勻、掃描時間短等優(yōu)點。錐束工業(yè)CT目前已成為無損檢測領域的研究熱點。錐束CT的重建算法大致分為迭代法和解析法兩大類。迭代重建需要迭代運算，計算比較耗時。解析法又分為精確重建和近似重建，兩者比較而言，精確重建需要射線源的掃描軌跡滿足Smith提出的充分必要條件，而且算法的執(zhí)行效率較低。近似算法重建圖像的質(zhì)量雖然沒有精確重建的好，但是它具有執(zhí)行效率高，機械運動簡單等優(yōu)點。Fd

3、dkamp、David和Kress提出了基于圓形掃描軌跡的實用近似重建算法(簡稱為FDK算法)，目前該算法是商用錐束CT機上通用的算法。 本文仔細分析了錐束CT掃描的FDK算法及其掃描軌跡，討論了在探測器尺寸和探測器中心到轉(zhuǎn)臺中心的距離都固定的前提下，物體內(nèi)任一點能夠被射線束掃描的條件；物體完全掃描的高度及其與錐角的關系；并在此基礎上分析了多層圓形掃描的層間距，為實際多層圓形掃描參數(shù)的選擇提供依據(jù)。仿真結(jié)果證實，用FDK算法對錐

4、束CT圓形掃描軌跡得到的投影數(shù)據(jù)重建，重建圖像的質(zhì)量隨錐角的增大而變差，而且完全掃描的高度也隨錐角的增大而變小。 在工業(yè)CT中，經(jīng)常會遇到待檢測物體的直徑大于探測器寬度的情況，此時，基于圓形掃描軌跡的Ⅲ代錐束CT掃描方式和FDK算法的應用受到限制。解決此問題的傳統(tǒng)方法是用Ⅱ代錐束CT掃描方式，但是Ⅱ代錐束CT掃描非常耗時，得到的投影數(shù)據(jù)也有很多冗余，并且它的掃描時間不會因增加探測器的密度而減少。本文結(jié)合Ⅱ代和Ⅲ代錐束CT的掃描方

5、式研究了一種Ⅱ+Ⅲ代錐束CT掃描，并且對傳統(tǒng)的FDK算法進行改進，得到了一種適合于Ⅱ+Ⅲ代錐束CT重建的水平偏心FDK算法和拼接重建區(qū)域的方法，利用這種改進的掃描方式和重建方法不但可以實現(xiàn)大尺寸物體的檢測，而且不需要對投影數(shù)據(jù)重排和插值。在本文的仿真實驗中，Ⅱ+Ⅲ代錐束CT的采樣時間比Ⅱ代錐束CT大幅度減少，投影數(shù)據(jù)的相對冗余率也比Ⅱ代錐束CT少得多。 另外，在錐束CT中，一般使用高密度的面陣探測器，相鄰探測單元之間的間距約為0