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。      

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。      

一种基于伪影估计的低剂量CT图像降噪方法

低剂量CT(LDCT)包含丰富组织结构、病理信息和分布极其不规律的噪声伪影，这2种信息的幅度值分布规律相似。因此，LDCT降噪任务易出现特征提取不充分、网络对噪声伪影方向特性敏感度不足及降噪结果过度平滑等问题。为此，应用U-Net网络作为去噪网络的基本模型，设计了一种基于伪影估计的LDCT降噪网络。所提网络模型主要包括主特征提取网络和方向敏感注意力子网络2部分。为充分利用不同尺度特征之间的差异性，提高特征提取有效性，在编解码U-Net结构基础上增加了一个稠密特征增强模块；为提高降噪网络对噪声伪影方向特征的敏感度，设计了一个方向敏感注意力子网络；为保障网络训练稳定性，设计了多种损失函数来共同优化网络训练过程。实验结果表明：与目前主流的LDCT降噪方法相比，所提方法降噪结果的视觉效果与量化指标均表现最佳。     

基于的DTV图像去噪模型

针对纹理图像的去噪问题,通过分析全变分（TV）去噪模型与方向全变分（DTV）去噪模型,提出了一种具有鲁棒性的基于的DTV去噪模型。为了刻画图像中的不同结构特征,该模型中DTV正则项的指数p由图像的结构来确定在（0,2）中自适应地选取。由于该模型是含有可分性算子的非光滑优化问题,可用交替方向乘子法（ADMM）求解,并能保证算法的收敛性。数值实验结果表明:与其他经典模型相比,提出的模型取得了更高的峰值信噪比和结构相似度,在去除噪声的同时能有效保持图像的细节信息。      

基于改进MRNSD算法的电阻抗层析成像

电阻抗层析成像（EIT）作为一种新兴的碳纤维增强复合材料（CFRP）无损检测方法，具有成本低、无辐射、可视化等优点，受到研究者广泛关注。EIT逆问题具有严重的病态性，通常采用正则化算法改善成像质量。基于修正残差范数最陡下降法（MRNSD），利用其在减少图像伪影和保持边界信息方面的优势，针对该算法存在的半收敛性和抗噪声效果差等问题，采用预处理和软闭值方法对MRNSD算法进行改进。通过仿真和实验，对比所提改进算法与几种常用算法的成像效果。结果表明，所提算法有效提高了EIT图像质量和抗噪声能力，并且实现了最佳迭代次数的自动更新，有利于推动EIT方法在CFRP损伤检测中的实际应用。      

CT图像环状伪影校正方法

CT图像环状伪影是由探测器像元响应不理想等因素造成的,它导致CT重建图像的降质,影响了图像的后续处理和量化分析.提出了一套完整的算法完成CT伪影校正:基于探测器像元通道响应不一致性的校正,通过偏置和增益校正对硬件响应不一致性进行补偿;基于投影正弦图的校正,通过数字滤波提取正弦图上残余的线状伪影,属于CT图像重建前的一种预处理校正方法;基于重建图像的校正,通过坐标变换将直角坐标系中的环状伪影变为极坐标系中的线状伪影进行处理,属于一种图像后处理方法.这些算法已经用于基于YXLON XRS232 9″图像增强器的CT重建,在保证图像质量的基础上环状伪影得到有效校正.      

电容成像双共轭梯度图像重建改进算法

针对电容层析成像技术（ECT）逆问题中软场效应的影响,以及重建图像时使用的传统迭代类算法迭代次数多、成像速度慢等问题,将双共轭梯度（BICG）应用到电容层析成像技术中,为了得到更好的重建效果,提出了双共轭梯度与正则化思想相结合来求解逆问题的最佳解。通过COMSOL5.3软件进行建模,使用MATLAB 2014a进行图像重建与图像评估,分别使用Tikhonov、Landweber、共轭梯度（CG）、BICG、所提改进算法进行图像重建。实验表明:所提改进算法的成像效果不仅优于其他迭代类算法,而且大大缩短了图像重建需要的时间;尤其对一些复杂流型成像效果更佳,图像错误率低至约0.2,相关系数高达约0.88,成像时间缩短至2.77 s,迭代次数减少至20次。      

基于结构加权低秩近似的泊松图像去模糊

针对由高斯模糊和泊松噪声引起的图像降质问题，提出了一种基于结构加权低秩近似的图像去模糊方法。首先，通过依次组合缩放、旋转、剪切和翻折等四种基本操作引入结构变换，以增加搜索空间内候选图像块的相似性。然后，构造新的目标函数，利用相似图像块的低秩性，在正则项中使用加权核范数（WNN）对结构变换后的图像块进行惩罚，以在去模糊的同时抑制泊松噪声。最后，基于半正定二次分裂（HQS）方法设计交替优化方案，用于求解目标函数，从泊松图像中去除模糊。实验结果表明:在多种泊松噪声强度下，所提方法取得的峰值信噪比（PSNR）和结构相似性（SSIM）都高于当前同类去模糊方法。      

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%。     

基于改进NL-means算法的显微CT图像降噪

显微CT(Computed Tomography)采用微焦点射线源,射线剂量低,CT图像噪声大,对其降噪十分必要.综述了现存主要CT图像降噪算法及其优缺点,介绍了NL(nonlocal)-means算法,根据实验结果分析了其会在图像平滑区域引入人工伪影的不足.根据NL-means算法的不足,在原算法中引入图像的梯度信息,提出了改进的降噪算法,改进算法保持了原算法优良的降噪功能,并能有效抑制人工伪影,且能够提高图像细节对比度,实验结果验证了改进算法的有效性.     

基于原始投影正弦图的X-CT硬化校正

在X射线层析成像(X-CT,X-ray Computed Tomography)技术中,X射线束能谱的多色性将导致层析重建图像出现杯状或条状等射束硬化伪迹,降低成像质量.在分析射束硬化现象具有的3个物理属性基础上,提出了一种对原始多色投影正弦图进行操作的硬化校正方法,并从数学上证明了其校正原理. 针对该方法带来的噪声放大问题,研究了一种基于高、低频信息分类处理的噪声抑制方法.计算机仿真和2种典型试件的实际CT扫描数据的硬化校正结果表明了该方法的有效性.与传统基于多项式拟合技术的校正法相比,该方法不需要事先进行建模扫描和计算,校正程序简单、实时,校正结果具有更高信噪比,且不受扫描条件限制.      

Construction of lunar DEMs based on reflectance modelling

Existing lunar DEMs obtained based on laser altimetry or photogrammetric image analysis are characterised by high large-scale accuracies while their lateral resolution is strongly limited by noise or interpolation artifacts. In contrast, image-based photometric surface reconstruction approaches reveal small-scale surface detail but become inaccurate on large spatial scales. The framework proposed in this study therefore combines photometric image information of high lateral resolution and DEM data of comparably low lateral resolution in order to obtain DEMs of high lateral resolution which are also accurate on large spatial scales. Our first approach combines an extended photoclinometry scheme and a shape from shading based method. A novel variational surface reconstruction method further increases the lateral resolution of the DEM such that it reaches that of the underlying images. We employ the Hapke IMSA and AMSA reflectance models with two different formulations of the single-particle scattering function, such that the single-scattering albedo of the surface particles and optionally the asymmetry parameter of the single-particle scattering function can be estimated pixel-wise. As our DEM construction methods require co-registered images, an illumination-independent image registration scheme is developed. An evaluation of our framework based on synthetic image data yields an average elevation accuracy of the constructed DEMs of better than 20 m as long as the correct reflectance model is assumed. When comparing our DEMs to LOLA single track data, absolute elevation accuracies around 30 m are obtained for test regions that cover an elevation range of several thousands of metres. The proposed illumination-independent image registration method yields subpixel accuracy even in the presence of 3D perspective distortions. The pixel-wise reflectance parameters estimated simultaneously with the DEM reflect compositional contrasts between different surface units. Specifically, the detected variations of the parameter of the single-particle scattering function indicate small-scale variations of the regolith particle size, possibly as a result of differences in soil maturity.     

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.     

Improved detection of faint streaks based on a streak-like spatial filter

This paper presents an algorithm to detect very faint object streaks on CCD images acquired with an optical system. The proposed detection method uses image filters simulating the geometrical form and orientation of possible streaks on the CCD image. The method searches for a matching between streak and filter evaluating the convolutions of the image with all possible filters. Based on the statistics of the image background a threshold is applied in order to accept, respectively reject, the possible streak candidates. The detection probabilities and the effect of different parameter settings are estimated with tests on simulated images, while subframes of real images are used to evaluate the applicability of the algorithm to real cases. The detection probability of this method depends on the length and on the signal-to-noise ratio of the streak. For long streaks, a detection for signal-to-noise values around 0.5 is achieved. The further characterization of the detected streak (e.g. centroid and length), which is not performed in the current algorithm, and the reduction of the computation time, which is relatively high for full acquired frames, as well as possible improvements are briefly addressed.     

基于失真敏感性的可见光遥感图像压缩补偿

可见光遥感图像纹理细节丰富且分布情况复杂,高倍压缩后容易出现失真不均衡现象。现有研究并不针对图像的主观品质且易出现错补偿问题。为此,设计了基于失真敏感性的可见光遥感图像压缩补偿方法。通过对比结构相似度模型各函数对遥感压缩失真的评价效果,构造了压缩失真敏感性模型,在此基础上深入分析了不同程度的数据损失对恢复像质的影响,设计了基于失真敏感性的压缩补偿策略,在压缩编码端确定失真敏感区域并量化回传失真影响明显的数据,补偿于解码端恢复图像中。结果表明,该方法能有效提高恢复图像失真敏感区域内遥感目标的清晰程度和可判读性,降低恢复图像的失真不均衡程度,改善恢复图像的整体质量。