CT代數(shù)重建的并行加速和圖象質(zhì)量?jī)?yōu)化技術(shù)研究.pdf

1、工業(yè)CT(ICT)是在無(wú)損狀態(tài)下，通過(guò)重建物體斷層切片灰度圖象來(lái)獲耿物體內(nèi)部幾何和材質(zhì)信息的檢測(cè)技術(shù)。由于具有不受材料和結(jié)構(gòu)限制的優(yōu)點(diǎn)，ICT在發(fā)達(dá)國(guó)家已被廣泛應(yīng)用于各產(chǎn)業(yè)部門的無(wú)損檢測(cè)、無(wú)損評(píng)估與逆向工程等研究，被譽(yù)為當(dāng)代最佳無(wú)損檢測(cè)手段，具有廣闊的應(yīng)用前景和良好的發(fā)展前途。 代數(shù)重建算法(ART)是取代濾波反投影算法，解決非完全投影問(wèn)題的最有效方法。但傳統(tǒng)ART算法運(yùn)算、存儲(chǔ)量較大，重建速度較慢，圖象質(zhì)量較低，成為算法實(shí)用性

2、的瓶頸。本文以此為研究背景，從算法的數(shù)學(xué)原理出發(fā)，結(jié)合計(jì)算機(jī)并行技術(shù)，對(duì)ART的并行加速和圖象質(zhì)量?jī)?yōu)化展開研究，并針對(duì)超出探測(cè)器尺寸的航空航天大型零部件的無(wú)損檢測(cè)提出了解決方案。 主要研究?jī)?nèi)容和成果如下：1.基于數(shù)字樣品的快速高精度投影算法。針對(duì)ART算法要求，同時(shí)結(jié)合CT仿真環(huán)境特點(diǎn)，研究了基于數(shù)字樣品模型的二維和三維前向投影算法。提出了一種對(duì)空間體素網(wǎng)格的快速遍歷方法，加快了投影速度；引入復(fù)化Simpson積分方法，提高算法

3、對(duì)材質(zhì)非均勻分布零件的投影精度。仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，算法在滿足功能梯度材料投影精度要求的前提下，相比傳統(tǒng)UG仿真投影算法加速比達(dá)到100倍以上，極大地提高了算法的計(jì)算速度； 2.快速并行ART重建算法。在結(jié)合上述快速前向投影算法的基礎(chǔ)上，研究了ART算法的數(shù)學(xué)原理，結(jié)合Intel處理器的MMX、SSE(2)等單指令多數(shù)據(jù)(SIMD)并行技術(shù)，提出了一種快速并行的ART重建算法。詳細(xì)討論了迭代過(guò)程中的加速技術(shù)和優(yōu)化的內(nèi)存訪問(wèn)方式，給

4、出了最終的算法流程。通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)，得到了質(zhì)量較好的重建結(jié)果；與傳統(tǒng)ART算法比較，加速比達(dá)到20倍左右，增強(qiáng)了算法的工程實(shí)用性。 3.大尺寸零件的重建方法。針對(duì)超出探測(cè)器尺寸的大型零部件、寬大扁平零件的無(wú)損檢測(cè)，分別提出了幾種解決方案，通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了算法的可行性，得到了可以滿足工程應(yīng)用要求的重建結(jié)果。 4.重建圖象質(zhì)量?jī)?yōu)化方法。根據(jù)投影訪問(wèn)規(guī)律，針對(duì)投影角度的訪問(wèn)順序，提出了改進(jìn)的投影隨機(jī)訪問(wèn)方法，并在此基礎(chǔ)上提出了