大尺寸构件工业CT成像方法

为解决大尺寸构件快速ICT(Industrial Computed Tomography)成像问题,提出了一种通过检台2次偏置扩大扫描视场的ICT成像方法,并基于三代ICT投影数据存在的冗余特征,推导了它的投影数据重排预处理方法和滤波反投影(FBP,Filter Back-Projection)重建算法.该重排预处理方法建立了扇束投影数据与平行束投影数据间的函数映射关系,可将探测器在2个扫描位置采集的2组不完整扇形射束投影数据重排成一组完整的平行射束投影,从而使后续重建得以进行.计算机仿真结果表明,该方法在重构大尺寸构件图像时,获得了满意的质量.分析表明,在增加一次360°回转扫描情况下,其有效扫描视野达到标准三代ICT方法的2.8倍左右.该方法仅需CT扫描台具备平移和旋转自由度,易于与现有三代ICT兼容,工程实现方便.      

一种新颖的ICT扫描方式及其FBP重构算法

计算机层析成像检测的突出问题是获取一幅图像的时间太长.为了缩短较大尺寸构件层析成像检测的二代(TR,Transverse Rotation)扫描时间,讨论了一种准三代(RR,Rotation and Rotation)扫描的概念,推导了它的滤波反投影算法. 计算机模拟结果证明了该算法的正确性. 分析表明,在同样检测条件下,它的扫描速度将比TR提高3倍以上.      

极稀疏投影数据的CT图像重建

从稀疏投影数据足够精确地重建断层图像，从而能够在显著降低计算机断层成像（CT）检查X-射线辐射剂量的前提下，提供充分适宜影像学临床诊断需求的重建图像。针对圆周扫描扇束投影的二维CT图像重建，提出了投影驱动的系统模型，并将CT迭代图像重建与压缩感知（CS）理论相结合，设计了一种CT迭代图像重建算法，且将算法扩展到圆周扫描锥束投影的三维CT图像重建。仿真实验结果表明:在极稀疏投影数据的条件下（[0，2π）范围内扇束/锥束扫描不超过20个投影角度），算法数值精度高，计算复杂度低，内存开销少，有很强的工程实用性。      

基于正弦图的计算机断层图像配准

为了解决工业X射线无损检测中图像配准的问题,以计算机断层(CT,Computerized Tomography)图像中物体的位置变化与采集的投影数据之间的理论关系为基础,提出了基于正弦图的CT图像配准算法.该算法结合实际的投影采集系统对投影信号进行预处理,并利用投影信号的相关性寻找物体的位置变化,可以解决二维平行束和扇束投影采集方式下物体二维刚性变换的配准问题.由于提出的算法是在重建之前的投影域内进行,因此相比传统的图像域内的配准算法适用性更高,尤其当投影数据不足、质量不高、噪声较大、重建图像有严重的伪影时,该方法更加有效可靠.对某一封装零件的配准结果证明了算法的可行性.      

单圆轨道扫描的Grangeat改进算法

为减少ICT(Industrial Computed Tomography)重建图像的伪影,研究了Grangeat精确重建算法的原理.基于平板探测器依次通过对投影数据沿行、列一阶偏微分,求Radon导以及两步反投影等步骤仿真实现了Grangeat算法.针对单圆轨道锥束扫描投影数据的不完备性,分析了Radon空间的数据缺失情况,提出了通过近邻插值、线性插值、二次三点插值和一元线性回归插值的方法对Radon空间缺失数据进行插值改进该算法的几种途径.计算机仿真结果证明了改进算法的正确性和可行性.     

基于加权全变差最小化的中子外部CT重建算法

针对中子外部CT检测需求，提出了基于加权方向全变差（WDTV）最小化的中子外部CT重建算法。首先，利用平行束数据对称性原理将正弦图中旋转中心另一侧缺失的投影数据进行补充；其次，采用传统FBP算法进行了外部CT扫描模式下的CT重建。为了抑制传统FBP、SART算法重建图像中径向边缘伪影，采用WDTV算法计算沿径向和周向方向的局部方向差分并作加权和。另外，在重建模型的WDTV项中引入2个权重参数以控制径向边缘和切向边缘的不同响应强度。最后，采用所提算法研究了重建图像质量与投影数据量的关系。计算机仿真和真实冷中子实验表明:基于WDTV最小化的中子外部CT重建算法能够有效抑制径向边缘伪影，获得高质量重建图像。      

基于结构光扫描数据点的内表面重建方法

提出基于结构光扫描获取的特征点重建物体内表面的方法.结构光扫描获取原始数据精度较高,但是存在数据密度不均的问题.通过剔除测量方向部分冗余数据点和插补扫描方向的稀疏数据,对原始三维数据密度进行适当调整,然后采用基于局部切平面簇的方法对调整后的数据点云进行表面重建.在某一特征点的邻域构造对应于该点的局部切平面,通过局部切平面簇逼近原始表面,采用Marching cubes算法提取等值面,得到三维表面重建的初始网格,根据优化算法简化网格,并采用Loop细分法平滑网格,获得描述物体表面特征的重建表面.该方法解决了由结构光扫描获取的不均匀原始数据点重建物体内表面的问题.      

基于CDD函数的ICT系统设计技术

工业计算机层析成像(ICT,Industrial Computed Tomography)是一种先进的非接触式无损 检测技术,具有复杂精密、非通用和高成本的特点,需要根据用户的具体检测需求进行定制 开发,以降低系统研发风险和成本.为此,提出并研究了一种基于对比度-细节-剂量(CDD ,Contrast-Detail-Dose)函数的ICT系统设计技术框架.据此,推导了扇束三代二维ICT 系统基于CDD函数的设计平台,并完成了软件开发.该项技术包括基于CDD函数的计算机辅助 设计(CAD,Computer Aided Design)模块、扇束三代二维ICT成像数字仿真模块和CT图像 性能评定模块3部分.其输入参数是表征用户检测需求的初始设计参数,输出参数是满足用户 检测需求的最优解.初始设计参数首先进入CAD模块完成性能考核;如果满足要求,再进入仿 真模块完成仿真考核;最后,对仿真结果进行量化评定,得到设计参数对应的系统性能指标 .计算机仿真和工程系统开发结果验证了该设计技术的有效性.      

基于球投影的面阵探测器扭转角测量与校正

为了消除基于面阵探测器的锥束X射线计算机断层成像(XCT,X-ray Computed Tomography)检测系统中探测器的安装误差对重建断层图像的影响,使投影坐标系准确建立,并与重建坐标系精确配准,提出了基于椭圆拟合的平板探测器位姿参数的估计方法.并在此基础上,从锥束XCT的近似重建算法FDK(Feldkamp)出发,结合空间坐标变换原理,改进了重建算法中投影地址的计算方式,使之能在存在安装误差的情况下准确计算投影地址,重建出正确的断层图像.该方法简单有效,计算量小,无需对系统硬件进行调整.实验结果表明,利用该方法可以有效地消除由于探测器位姿引起的图像伪影.     

空间材料科学实验中的X光三维成像仿真

用于空间材料科学研究的X射线观察设备已列入空间站材料科学实验规划,仿真实现X光三维成像的流程可为X射线观察设备的研制提供设计依据.仿真流程主要包括三个步骤:使用锥束X光照射被扫描对象并旋转对象,获取多角度下的投影影像;根据投影影像和几何信息重建扫描对象,获取对象空间点数据;将扫描对象三维显示出来.使用线衰减系数不同且相互重叠的多个椭球组成的三维Shepp-Logan模型对算法进行了仿真测试,仿真结果能很好地将模型重建并显示出来.      

A study of the plasmasphere density distribution using computed tomography methods from the EUV radiation data

In this paper, we introduce a new topic for imaging plasmasphere density with CT techniques. Both parallel-beam and fan-beam reconstruction formulas are derived with a special weighting function. Different from the traditional X-ray CT, the extreme ultraviolet (EUV) radiation may be totally absorbed by the Earth. Only the portion between the Earth and the detector enters the EUV sensor and be measured. The key step in our derivation is to remove the complete absorption effect with a specific weighting function. Computer-simulation studies are present to verify our formulas for the plasmasphere density.     

捷联惯性连续测斜算法仿真

针对快速准确的油井轨迹测量要求,研究了一种基于陀螺罗盘测量方案的连续测斜方法.根据不同井斜角度范围,此方法采用了两种工作模式:陀螺罗盘测量模式(倾斜角≤15°)和连续测量模式(倾斜角＞15°).陀螺罗盘测量模式在特定测点进行静态单点测量.连续测量模式进行仪器移动过程中的不停止测量,测量初值通过陀螺罗盘测量模式确定.给出了两种工作模式下的数学模型.对连续测斜算法的有效性进行仿真验证.比较了仿真结果和原始轨迹,得出了测量误差曲线.仿真结果表明,算法可以实现倾斜角0°~90°、方位角0°~360°的全方位井眼轨迹连续测量,大大提高了测量效率.      

不完全角度CT图像重建的模型与算法

为了提升不完全角度计算机断层成像(CT)图像的重建精度和重建效率,研究了有限角度和稀疏角度下的CT图像重建问题,提出新的全变差最小化目标函数,通过将上一步迭代重建的图像作为反馈加入到新的迭代之中,不断更新目标函数的已知项。在算法求解时,采用增广Lagrangian罚函数方法,将约束问题非约束化,并将之转化为等价的3个子问题,通过在交替方向上求解子问题来获得优化问题的最优解。实验结果表明,该算法重建出的图像信息完整,细节清晰,重建精度高,与Split Bregman算法相比,本文算法结果的相对均方误差可下降42.1%~98.5%,条纹指标可下降42.8%~98.5%。     

太阳极紫外光谱仪无缝成像技术研究

传统极紫外成像光谱仪无法实时观测大范围的太阳活动.无缝成像技术使得光谱仪能够获得大视场范围内的太阳空间信息和光谱信息.通过无缝成像光谱仪成果分析,提出了一种改进的光学设计思路,并通过模拟数据重建证明其能够大幅提高多普勒速度反演的准确性,从而极大提高了观测数据的可信度.