基于图形处理器的锥束CT快速迭代重建算法

提出了一种基于图形处理器实现的锥束CT图像迭代重建算法.该算法将三维纹理作为被重建物体的离散模型,基于射线投射方法实现了锥束CT的正投影计算;通过反向逐层映射到三维纹理实现了反投影计算;采用多纹理融合等技术完成了图像校正和投影校正.与经典的TMA-SART算法比较,作者算法运算速度快,占用显存少,支持全浮点精度运算,且易于在算法中添加先验知识和约束条件.通过对Shepp-Logan模型的图像迭代重建实验,验证了该算法的优势.     

GPU加速实现的锥束CT高精度正投影算法

CT的正投影计算是对CT数据采集过程的模拟,不仅可用于生成投影数据,而且是CT图像迭代重建算法的一个关键组成部分.在CT的锥束扫描方式下,正投影计算量大,计算时间长.为此,提出了一种GPU加速实现的锥束CT正投影算法.该算法通过并行计算各条X射线在探测器上投影,实现了锥束CT正投影的快速计算.由于该算法支持全浮点运算精度计算,且采用三线性插值方式,因此计算精度高.通过对Shepp-Logan模型的正投影计算实验以及与其他正投影算法的比较,验证了作者算法的优点.     

基于非局部方向性核先验的PET图像Bayesian重建

为了在抑制噪声的同时更好地保持PET重建图像中的细节结构,提出了一种基于非局部方向性核先验(NSKP)的Bayesian重建算法.为了充分利用图像中的全局信息,该算法在二阶核回归过程中估计出图像梯度,计算出相应的方向性矩阵,并根据非局部均值权值矩阵和方向性矩阵的卷积,计算先验项的权值.在重建中,该算法在高阶核回归过程中同时更新图像的梯度和先验信息,而不是单独计算图像梯度.另外,高阶核回归方法运用多自由度的参数估计提高了重建的精确度.研究结果表明,该算法通过计算引入局部结构信息的全局先验权重,更好地抑制了噪声和过平滑,保持了重建图像中细节区域的结构性和背景区域的一致性.对体模数据的模拟实验结果从视觉和数值角度验证了该算法在PET图像重建中的有效性.     

CT投影变换理论及其在圆轨道锥束重建中的应用

为了精确地获得计算机断层成像(CT)图像重建所需的平行束X射线投影,提出了CT投影变换理论,得到了一种精确地由锥束投影计算平行束投影的算法.该算法可以适用于任意形式的扫描轨道.在此基础上,分别提出了针对完整物体和物体感兴趣区域进行CT投影变换的投影数据完备性条件.将CT投影变换方法应用于圆轨道CT图像重建,有效地改善了FDK算法的重建结果,特别是在远离扫描轨道的平面内,改进后的重建图像CT值更加接近真实值.数值模拟实验证明了上述CT投影变换理论和方法的有效性.     

一种快速迭代软阈值稀疏角CT重建算法

针对目前迭代软阈值稀疏角CT重建算法收敛速度较慢的问题,提出了一种基于全变分约束的快速迭代软阈值稀疏角CT重建算法.该算法首先对CT稀疏投影数据采用联合代数重建算法(SART)进行重建,以获得满足数据一致性的重建图像,然后计算SART重建图像的离散梯度变换,并对其进行软阈值滤波,最后利用离散梯度变换的伪逆更新重建图像.由于在迭代过程中利用了前2次迭代重建图像作为下一次迭代的初始图像,因而加快了重建算法的收敛速度.对Shepp-Logan模体进行仿真的实验结果表明:在无噪、5×104和2×105光子泊松噪声情况下,与SART重建算法、基于Harr小波的快速迭代软阈值算法以及基于全变分约束的迭代软阈值重建算法相比,该重建算法的收敛速度有明显提高,同时能够有效减小图像的相对重建误差.     

基于相机模型的锥束CT重建误差校正

该文对存在几何误差的锥束计算机层析成像(CT)的图像重建校正方法进行了研究。该文将锥束CT系统看做针孔相机,因此相机的成像模型可以用来修正三维体素与二维投影之间的映射关系。将该映射关系带入到重建算法中,就可以对存在误差的锥束CT进行有效的重建,提高重建图像的质量。计算机视觉中的相机标定技术被用来构建成像模型。该技术的可靠性保证了本文方法的精度和鲁棒性。仿真和实际系统实验表明:本方法可以在图像重建过程中对锥束CT中的几何误差进行有效的校正。     

基于增量优化传递的正电子发射断层图像重建

将增量优化传递算法用于正电子发射断层图像重建中,得到一种新的最大后验概率图像重建算法,实验结果表明,相对于滤波反投影和最大似然期望值最大化算法,有序子集可分离的抛物面型替代函数算法和发射增量优化传递算法得到的图像归一化均方误差较小,且边界得到一定的保持.在迭代的初期,有序子集可分离的抛物面型替代函数算法收敛较快,误差小;当迭代到一定的次数时,发射增量优化传递算法误差小,且能够有效收敛,对发射扫描断层图像重建产生重要的影响.     

基于ADMM的TV图像重建算法研究：设计、实现及评估

稀疏重建是当前CT(computed tomography)领域的研究热点,其实质是用稀疏视角下的投影来重建图像,以减少扫描过程中对病患的辐射剂量。随着压缩感知理论的提出,稀疏重建算法已经被广泛应用到了医学CT中。TV(total variation)算法是可以实现稀疏重建的一种有效方法。本文设计了一种基于ADMM(alternating direction method of multipliers)的TV算法,先将非约束的优化问题转换为约束形式,然后引入乘子,最后通过交替方向法实现迭代过程。该方法将复杂的优化问题分解为了若干个具有闭合形式的子优化问题,故迭代速度较快。仿真实验表明,与传统的滤波反投影算法相比,该算法可以实现稀疏角度下的高精度图像重建。同时还初步探讨了平衡因子在不同噪声情形下对重建精度的影响。     

基于改进非局部先验的Bayesian低剂量CT投影平滑算法

针对低剂量CT(LDCT)图像质量退化的问题,提出了一种改进的非局部先验模型,并将基于该模型的Bayesian统计算法应用于LDCT投影降噪中.首先将方向性测度引入到传统的非局部先验模型中,构建一种改进的先验模型;同时结合基于加权欧氏距离的距离测度,提高权重系数计算的准确性;然后运用基于该先验模型的Bayesian统计算法对LDCT投影进行平滑降噪;最后依据降噪后投影,利用滤波反投影(FBP)方法进行重建,得到改善的LDCT图像.实验结果表明,与典型的传统LDCT重建算法相比,该算法在抑制噪声、去除伪影的同时,较好地保留了重建图像细节信息.     

一种自适应加权欠采样图像重建算法

针对欠采样图像重建中容易对噪声敏感且出现伪影的问题,构建了结合离散小波和TV的双正则化图像重建模型,基于该模型进一步提出了一种自适应加权迭代图像重建算法。该算法在每次迭代中通过阈值收缩方法依次计算TV正则项与小波系数先验项,更新重建图像。同时为了进一步提升重建图像的质量,引入迭代支集检测方法计算小波系数的自适应权重。实验结果表明,与其他算法相比,该文算法具有更好的时间效率和重建质量。     

基于低秩约束和字典学习的图像超分辨率重建

基于学习的超分辨率重建算法通过对图像的整体信息学习进行重建,没有对图像的内部结构信息特征进行分解考虑.基于图像的低秩稀疏分解理论,本文提出一种新的图像超分辨率重建算法.在研究图像矩阵的低秩部分与稀疏部分信息特征的基础上,结合图像自身蕴含的先验信息,本文分两步对图像恢复重建.首先,将图像的非局部自相似性先验信息引入图像的基本重建模型.在该模型下利用相似图像块矩阵的天然低秩性约束得到初始估计高分辨率图像.第二步,提出一种改进的字典学习算法恢复出初始估计高分辨率图像中缺失的高频成份信息,获得最终的高分辨率图像.为了使高频成份得到更好的恢复,在字典学习样本集的构建阶段应用了一种基于低秩稀疏分解理论的样本集构建方法.实验分析表明,本文提出的算法与现有主流算法相比,在主观视觉效果和客观性能分析上都能显示出更好的优越性.     

基于先验信息的全变分图像复原算法

为了提高全变分模型的图像复原效果,提出一种基于先验信息的全变分图像复原算法.首先,采用能够有效保护滤波后图像结构信息的非局部均值算法对模糊退化图像进行滤波以减少其中所含噪声,获取滤波后的先验图像信息.然后,构建基于该先验信息的全变分图像复原模型,该模型不仅保留了全变分模型对复原图像边界信息的保护优势,也保留了非局部均值的结构信息保护优势.最后,采用分裂Bregman交替方向乘子迭代算法对所提模型进行优化,得到复原后的图像.实验结果表明,无论从主观视觉效果方面,还是从峰值信噪比与结构相似性客观量化指标方面对所复原图像进行评价,与其他算法相比,所提算法均能取得较好的复原效果.     

一种基于多尺度结构自相似性的图像超分辨重建算法

多尺度结构自相似性是指图像中存在大量相同尺度以及不同尺度相似结构的性质。本文提出一种基于多尺度结构自相似性的超分辨率重建算法,该方法通过图像旋转和金字塔分解将输入图像的先验信息附加到训练库中,并对样本图像块聚类,分别训练针对各类的多个字典。在图像重建阶段,自适应选择最优字典,并利用相似图像块间的关系建立非局部约束项重建图像。最后利用迭代反投影算法进行图像后处理,进一步提升图像的超分辨率重建效果。实验结果表明,与SCSR、SISR和ASDS算法相比,本文算法能够取得边缘更为清晰的超分辨率重建效果。     

一种基于多尺度结构自相似性的图像超分辨率重建算法

多尺度结构自相似性是指图像中存在大量相同尺度,以及不同尺度相似结构的性质。提出一种基于多尺度结构自相似性的超分辨率重建算法;该方法通过图像旋转和金字塔分解,将输入图像的先验信息附加到训练库中;并对样本图像块聚类,分别训练针对各类的多个字典。在图像重建阶段,自适应选择最优字典;并利用相似图像块间的关系建立非局部约束项重建图像。最后利用迭代反投影算法进行图像后处理,进一步提升图像的超分辨率重建效果。实验结果表明,与SCSR、SISR和ASDS算法相比,算法能够取得边缘更为清晰的超分辨率重建效果。     

基于分块灰度投影的无人飞行器视频稳像方法

针对传统灰度投影算法局部运动影响全局运动矢量估计精度的问题,结合无人飞行器航摄视频图像的特点,提出一种适用于无人飞行器的视频稳像方法. 该方法将图像划分为若干子区域,剔除灰度特征不明显和物体局部运动等影响全局运动估计精度的子区域,对保留的子区域分别采用灰度投影法计算运动矢量,由局部运动估算出图像的全局运动矢量,经过运动决策,将运动补偿矢量应用于图像补偿,获得稳定的视频图像. 对真实无人飞行器航摄视频稳像实验结果表明,该算法稳像准确度与块匹配全搜索算法相当,而单帧稳像时间只有块匹配全搜索算法的1/3,在准确性和实时性方面均优于传统灰度投影算法.      

基于自回归正则化和稀疏表示的图像超分辨率重建

针对图像超分辨率重建中稀疏系数解不精确和重建图像质量不理想的问题,本文提出了一种空间自回归正则化的超分重构算法.该重构算法联合稀疏K-SVD方法训练一个具有相同稀疏系数解的相对应于高低分辨率图像块的字典对,在此基础上利用自然图像本身具有的局部自回归性先验知识来对图像进行处理,经过模型的训练和选择引入正则化项,实现图像的局部约束,从而完整构造了基于正则化的稀疏编码目标函数,为了进一步实现图像去模糊得到清晰图像,利用退化模型实现全局约束.实验结果表明:与Bicubic、NE和SCR等算法相比,本文算法在主观视觉效果和客观评价指标方面都有了一定地提升.     

基于同心圆轨道的锥形束CT重建算法

由于基于圆轨道锥形束 CT(com putertom ography)重建算法 (如 FDK算法 )只有在小锥角的条件下才能得到比较好的重建质量 ,因此在实际应用中时受到很多的限制。该文利用外推的思想提出了一种基于同心圆轨道的锥束 CT重建算法。利用不同半径的同心圆轨道对物体重建两次 ,并根据平方反比关系 ,利用两次 FDK算法重建结果的差异估计出真实值和重建值的差异 ,然后利用这个差异来修正重建结果。得益于这个修正 ,该算法可以很好地抑制FDK算法由于锥角变大引起的伪影。仿真模拟结果表明 :该算法对高对比度和低对比度物体锥束重建的锥角使用范围比 FDK提高 1～ 3倍     

利用投影数据重排进行锥形束体积重建的改进算法

针对锥顶轨迹为单圆的锥形束体积重建问题,提出了一种基于平板检测器的T-FDK算法．不同于传统的FDK算法,该算法首先将锥形束投影数据重排为倾斜平行投影数据,然后再经过加权滤波和反投影重建,最后重建出待测物体的三维结构．数据仿真实验结果表明,该算法在保持与传统FDK算法有相同的计算复杂度的同时,重建图像的质量有了明显的提高,可以确保在较大的锥角范围内获得满意的重建图像．因而该算法在医学成像和无损探伤等领域具有重要的实用价值．     

锥束CT系统几何参数校正的解析计算

为了解决锥束计算机层析成像(computedtomography,CT)系统几何参数偏离设计值影响重建质量的难题,提出了锥束CT系统几何参数校正的解析计算方法。该方法只采用简单假设和模型,获取少量投影即能解析计算出锥束CT系统几何参数。仿真和实验结果表明该算法的计算精度高,关键参数旋转中心的投影坐标偏差小于0.1个像素;误差分析表明该算法的鲁棒性好。该方法容易实现,具有较高的工程实用价值。     

基于Ostrowski不等式的有限Hilbert变换在CT重建算法中的应用

研究了一种由Ostrowski不等式推导出的有限Hilbert变换近似公式在CT重建算法中的应用.通过两个解析函数验证了这一有限Hilbert变换近似公式的计算精度,并将其应用到基于弦线的背投影滤波锥束CT重建算法中.结果表明这一近似公式计算精度和效率较高,这一算法可在基于弦线的背投影滤波CT重建算法得到应用.