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工业锥束CT伪影校正方法研究

作　者: 张峰
导　师: 李建新
学　校: 解放军信息工程大学
专　业: 检测技术与自动化装置
关键词: 工业锥束CT 无损检测伪影校正散射伪影金属伪影蒙特卡罗方法
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 89次
引　用: 2次
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内容摘要

作为一种新兴的工业无损检测技术,锥束X射线计算机断层成像(Computed Tomography, CT)技术具有扫描速度快和空间分辨率高的优点,能够对工业部件、精密仪器无破坏地进行三维成像,在工业、航空航天等领域具有重要的应用价值。但是由于射线硬化和散射等因素的影响,重建的三维图像往往受到伪影的严重干扰。锥束CT的伪影校正技术对提高CT图像的质量具有重要意义,已成为工业CT研究的难点和热点之一。在针对工业金属部件成像的锥束CT系统中,散射伪影和金属伪影是两类常见的伪影。本文以散射伪影和金属伪影为研究对象,运用数字体模仿真和实际锥束CT实验相互验证的方法,系统研究了锥束CT散射伪影和金属伪影的形成因素,并提出了相应的伪影校正方法。论文取得的主要成果包括:1、采用单因素分析方法对伪影进行研究,分别得到了不同因素影响下散射伪影和金属伪影的特征。由于锥束CT伪影形成原因复杂,本文运用蒙特卡罗方法对散射伪影和金属伪影进行研究,通过物理计算和数字体模仿真,给出单因素的伪影表现形式。理论分析和仿真结果一致表明:散射伪影表现为图像对比度差和杯状伪影;金属伪影在不同的条件下表现为不同的伪影特征,主要为放射状伪影和黑色带状伪影。2、针对锥束CT散射伪影的特点,建立了散射校正模型,提出了一种结合衰减网格与散射采样的散射校正方法。本文将散射分解为基本散射和交变散射,利用插值方法得到散射的二维分布,最后在原始投影数据上消除散射。实验结果表明,该散射校正方法降低了重建图像的散射伪影,并能够有效避免衰减网格引入的新散射。3、针对扁平状物体的金属伪影问题,提出了一种基于角度补偿的扁平状物体金属伪影校正方法。以印刷电路板(Printed Circuit Boards, PCB)为典型代表的扁平状物体CT图像金属伪影严重,对此本文研究了扁平状物体金属伪影的特点,并提出针对此问题的校正方法。该方法以蒙特卡罗模拟分析结果为基础,综合考虑硬化、散射以及不透明现象对伪影的影响,通过预扫描获得校正表,在重建过程中实现不同角度下的数据补偿。实验表明,该方法有效减少了扁平状物体重建图像中的黑色带状金属伪影,恢复出了被伪影破坏的物体特征信息。通过与基于重投影插值的金属伪影校正方法对比,结果表明在针对扁平状物体的金属伪影校正中,本文提出的校正方法从速度和效果上都具有明显的优势。

全文目录

表目录  6-7
图目录  7-9
摘要  9-10
ABSTRACT  10-12
第一章绪论  12-22
  1.1 课题研究背景与意义  12-13
  1.2 工业锥束CT系统概述  13-15
  1.3 蒙特卡罗方法  15-17
  1.4 国内外研究现状  17-20
    1.4.1 散射伪影与校正  17-19
    1.4.2 金属伪影及其校正  19-20
  1.5 课题研究内容与论文结构安排  20-22
第二章锥束CT伪影形成因素分析  22-36
  2.1 散射伪影  22-27
    2.1.1 散射的物理特点  22-24
    2.1.2 基于蒙特卡罗方法的散射模拟  24-25
    2.1.3 散射伪影的特点  25-27
  2.2 金属伪影  27-33
    2.2.1 单金属条件下的放射状金属伪影  27-29
    2.2.2 多金属条件下的放射状金属伪影  29-31
    2.2.3 多金属条件下的黑色带状金属伪影  31-33
  2.3 本章小节  33-36
第三章锥束CT散射伪影校正  36-44
  3.1 散射与累计衰减系数的关系  36-37
  3.2 散射校正装置设计  37-38
  3.3 结合衰减网格与散射采样的散射校正方法  38-41
    3.3.1 散射强度的分解  38-39
    3.3.2 校正方法的改进  39-40
    3.3.3 校正方法的流程  40-41
  3.4 实验及结果  41-42
    3.4.1 实验条件  41
    3.4.2 实验结果  41-42
  3.5 散射校正方法分析  42-43
    3.5.1 衰减网格工艺  42-43
    3.5.2 散透比参数曲面的插值  43
    3.5.3 与硬化校正的结合  43
  3.6 本章小节  43-44
第四章锥束CT金属伪影校正  44-62
  4.1 硬化与散射对金属伪影的贡献  44-50
    4.1.1 基于蒙特卡罗方法的多能谱射线模拟  44-46
    4.1.2 射束硬化的影响  46-48
    4.1.3 射束硬化与散射的综合影响  48-50
  4.2 扁平状物体金属伪影特点分析  50-55
    4.2.1 不透明现象  50-53
    4.2.2 噪声干扰  53-55
    4.2.3 照射角度补偿系数  55
  4.3 基于角度补偿的扁平状物体金属伪影校正方法  55-58
    4.3.1 校正表的计算  55-58
    4.3.2 投影数据的校正  58
    4.3.3 图像重建  58
  4.4 实验结果  58-59
  4.5 校正算法比较  59-61
  4.6 本章小节  61-62
结束语  62-64
参考文献  64-68
附录A 射线衰减  68-69
附录C 平板探测器串扰问题研究  69-72
作者简历攻读硕士学位期间完成的主要工作  72-73
致谢  73

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