錐束工業(yè)CT掃描方式與近似重建算法的改進(jìn).pdf

1、計(jì)算機(jī)斷層成像(簡(jiǎn)稱為CT)無(wú)論在醫(yī)學(xué)診斷，還是在工業(yè)領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用，它被認(rèn)為是當(dāng)前最佳的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)。工業(yè)CT和醫(yī)學(xué)CT的基本原理相同，都是以Radon數(shù)學(xué)變換為基礎(chǔ)。但是由于被掃描工件的材質(zhì)、尺寸和結(jié)構(gòu)等千差萬(wàn)別，所以在射線能量、成像指標(biāo)和后期處理等方面，工業(yè)CT與醫(yī)學(xué)CT有較大的差別。因此，工業(yè)CT的掃描方式和重建算法應(yīng)根據(jù)其特點(diǎn)作相應(yīng)的改進(jìn)。在三十多年的時(shí)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(shí)間短等優(yōu)點(diǎn)。錐束工業(yè)CT目前已成為無(wú)損檢測(cè)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。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(yùn)算，計(jì)算比較耗時(shí)。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(jī)械運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。Fd

3、dkamp、David和Kress提出了基于圓形掃描軌跡的實(shí)用近似重建算法(簡(jiǎn)稱為FDK算法)，目前該算法是商用錐束CT機(jī)上通用的算法。 本文仔細(xì)分析了錐束CT掃描的FDK算法及其掃描軌跡，討論了在探測(cè)器尺寸和探測(cè)器中心到轉(zhuǎn)臺(tái)中心的距離都固定的前提下，物體內(nèi)任一點(diǎn)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(guān)系；并在此基礎(chǔ)上分析了多層圓形掃描的層間距，為實(shí)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(shí)，用FDK算法對(duì)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(huì)遇到待檢測(cè)物體的直徑大于探測(cè)器寬度的情況，此時(shí)，基于圓形掃描軌跡的Ⅲ代錐束CT掃描方式和FDK算法的應(yīng)用受到限制。解決此問(wèn)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(shí)，得到的投影數(shù)據(jù)也有很多冗余，并且它的掃描時(shí)間不會(huì)因增加探測(cè)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(duì)傳統(tǒng)的FDK算法進(jìn)行改進(jìn)，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(jìn)的掃描方式和重建方法不但可以實(shí)現(xiàn)大尺寸物體的檢測(cè)，而且不需要對(duì)投影數(shù)據(jù)重排和插值。在本文的仿真實(shí)驗(yàn)中，Ⅱ+Ⅲ代錐束CT的采樣時(shí)間比Ⅱ代錐束CT大幅度減少，投影數(shù)據(jù)的相對(duì)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(cè)器，相鄰探測(cè)單元之間的間距約為0