具有噪声鲁棒性的三维磁性纳米粒子成像快速重构方法

为提升磁性纳米粒子三维成像和重构速度,降低三维重构对采样投影数据完备性要求,针对含噪声投影数据三维重构优化问题,本文提出了一种具有噪声鲁棒性的三维磁性纳米粒子成像快速重构方法（noise-robust 3D sparse sampling magnetic particle imaging,3D NRSS-MPI）. 该算法通过求解一个由MPI投影成像正向模型l₂范数和稀疏正则约束建立的凸优化问题实现3D MPI图像重构. 模型不受MPI扫描轨迹限制,为不断发展的MPI新技术提供了普适性的基础模型;建立的三维全变分稀疏算子（3D total variation sparse operator, 3D TV Sparse Operator）利用MPI先验信息提升含噪MPI投影数据三维重构的鲁棒性,且可以进行无矩阵运算,大幅提升了运算效率. 通过点源和冠状血管模型成像实验表明,在1/4欠采样下,本文3D NRSS-MPI方法可以有效消除重构图像星状伪影,获取较高的图像信噪比,同时冠状动脉重建结构相似性超过0.701,可以准确地对欠采样、有噪声的MPI数据进行快速而稳健的重建,有效缩短了4倍成像和重构时间.      

基于子空间投影的SFGPR压缩感知成像算法

针对传统压缩感知SFGPR成像重建算法在强杂波测量环境中往往会失效的问题,提出一种基于子空间投影杂波抑制技术的SFGPR压缩感知成像重建算法.该算法首先在每个天线测量位置通过压缩感知测量模型重建所有的频域原始均匀采样数据,然后采用子空间投影杂波抑制技术滤除较强的地面回波,最后结合稀疏重建算法对地下目标图像进行压缩感知重建.实验数据处理结果验证了所提方法的有效性和准确性.     

核废物桶检测中探测效率的数值方法

为了既准确又快速地进行探测效率刻度,针对中低放射性废物活度测量,提出了一种基于探测对象、准直器和以高纯锗探测器为例的空间分布的探测效率实时数值计算方法.采用该方法对不同位置、不同能量的点放射源进行效率刻度,与蒙特卡罗方法计算结果的相对偏差均在5%以内.使用γ射线探测系统对木材和聚氨酯填充的废物桶样品进行实验测量,得到核素137Cs和60Co的探测效率,相同工况下的数值计算结果与实验测量值的相对误差均在12%以内,且多数小于5%.研究结果表明,在进行放射性核废物桶检测时,采用该数值计算方法可以快速而准确地进行效率刻度.     

基于GATE程序的MicroSPECT成像系统并行化Monte Carlo模拟

MicroSPECT(micro single photon emission computed tomography)是专用于小动物成像的分子核医学设备。为了准确研究复杂放射源分布条件下光子在MicroSPECT成像系统中的输运过程,使用GATE程序模拟了基于H8500位置灵敏光电倍增管和针孔准直器的MicroSPECT系统,并在清华高性能计算集群上实现了GATE程序的并行化模拟。通过并行计算有效地提高了模拟速度,分别获得了点源、线源、Derenzo模型、Moby模型的投影数据及用于迭代断层图像重建的系统点扩展函数(point spread function,PSF)数据。     

基于乘型ART算法的快速图像重建技术研究

为了利用迭代算法快速实现不完全投影数据下的图像重建,介绍了乘型ART(A lgebraic Reconstruction Techniques)迭代算法的快速实现,利用投影矩阵是一个极大的超稀疏矩阵的性质,对迭代矩阵计算方法进行简化,并对其存储结构和检索方法进行优化设计,使迭速度得到了大大提高.在不完全投影的情况下,该迭代算法具有一定的优势.同时针对迭代模型不足导致的重建伪影提出了校正方法,取得了理想的效果.     

基于双字典自适应学习算法的低采样率CT重建

在医疗诊断中,稀疏采样能减少CT扫描过程中辐射对患者的伤害.但直接对稀疏采样后的投影数据进行重建,会使CT重建后的图像出现失真、伪影等问题.为保证低采样率下重建图像的质量,提出了双字典自适应学习算法,参照Sparse-Land模型的双字典学习框架,将K-SVD算法与双字典学习算法框架相结合得到补全投影数据,利用FBP算法进行重建得到高质量的重建图像.实验结果表明,在低采样率下使用所提方法进行CT重建的图像质量优于COMP双字典学习算法和MOD双字典学习算法,并且此方法有效提高了CT图像重建在低采样率时的性能.     

由粗到精的三维人脸稀疏重建方法

针对传统三维人脸重建算法精度不高的问题, 提出一种由粗到精的三维人脸稀疏重建方法。根据稀疏形变模型方法对待重建人脸的部分区域显著点进行重建, 得到第1步重建结果, 并在此基础上进行后续重建。将第1步的重建结果作为新的参考模型, 求取待重建人脸与参考模型的特征点的坐标投影距离, 从而求取参考模型的形变因子, 完成最终三维人脸的重建。由于两步稀疏重建的作用不同, 对重建过程中参数的选取也采用不同方式。实验结果表明, 该方法能有效提高人脸重建精度, 同时保持较快的重建速度。     

核电厂放射性废物水泥固化线的分析和改进

核电站的运行与维护产生的放射性废物采用水泥固化线进行处理,由于放射性废物处理的特殊性和水泥固化工艺的复杂性,水泥固化线必须具有高度的可靠性和安全性。通过对核电站桶内混合式和桶外混合式水泥固化线的安全性和可靠性进行分析,提出了相应的改进措施。     

非负矩阵分解下的稀疏基构建

当信号在某个变换域是稀疏的或可压缩的,可以利用与变换矩阵非相干的测量矩阵将变换系数投影为低维向量,同时这种投影保持了重建信号所需的信息。 压缩感知技术以较少的投影数据实现信号的精确或高概率重构。而信号重建能力很大程度上取决于信号的稀疏性,以及采样矩阵和变换矩阵的非相干性。本文提出用非负矩阵分解（NMF）对原始信号进行稀疏变化,构建稀疏变换基矩阵 ,并与离散傅立叶变换（DFT）和离散小波变换构（DWT）建变换矩阵进行对比研究,对相干度,稀疏度进行测量,并采用正交匹配追踪（OMP）进行信号还原能力分析,表明在同等测量次数下NMF还原能力优于DFT和DWT。     

一种新的三维CT扫描系统投影坐标原点的高精度测量方法

针对实际的三维CT扫描成像系统射线源焦点和探测器成像面的位置不能直接测量的问题,提出了一种简单易行的投影坐标系原点位置精确测量方法.利用双圆目标体二次成像获得的DR(Digital Radiography)图像,配合图像、图形处理方法和最小二乘拟合技术求取不同成像位置下的目标体圆心投影坐标,然后求解方程组得到投影坐标系的原点坐标.实验结果表明,所提出方法的测量精度达到了实际扫描系统的重建要求,并且实现简单、具有较强的抗噪能力.     

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.     

图像重建中X射线投影模拟的常用方法

锥束CT是目前医学成像领域研究的热点.在CT图像重建算法研究和比较过程中,第一步工作就是获取投影数据.该文为正在研究CT的工作者或即将步入CT领域的研究者提供几种在图像重建中X射线投影模拟的理论方法,对这几种方法进行了比较详细的理论推导,讨论了它们各自的适用条件,在计算机上模拟实现并比较了它们在获取投影数据方面的优劣.结果表明,在物体形状规则且密度分布均匀的情况下,解析法与矢量法能获取真实投影,而在物体形状不规则和密度分布不均匀的情况下,离散法的效果也可以接受.     

先验知识在三维折射率场重建中的应用研究

在干涉层析中，目前最大的难点仍是对非完全投影数据场的重建，非完全投影数据指观察角小于１８０°，或者折射率场中存在不透明的遮挡模型，问题的核心在于如何设计结合先验知识的可行算法，对于三维折射率场的重建，先验知识，如折射率非负，遮挡物的尺寸，几何形状，空间位置等是常用的信息。该文提出了一种有效易行的给先验知识的三维折射率场重虎法，在算法中引起属性矩阵的概念，无需对缺少的投影数据补齐，将该算法应用于高超     

三维非轴对称温度场的实时全息干涉层析测试技术

介绍了激光实时全息干涉层析技术用于三维温度场测量的原理、实验装置 ,对实验中的一些技术问题进行了探讨 .通过采集多个方向上的全息干涉图投影数据 ,用代数重建技术对三维温度场进行重建 ,得到较为满意的结果 .文中还对不同算法对重建结果的影响进行了讨论 .     

复杂采空区激光扫描拼合散乱点云球面投影三角剖分算法

利用三维激光扫描技术对采空区进行探测以建立三维可视化模型,从而准确获取其三维空间位置和形态,是矿山采空区事故隐患综合治理工作中的重要环节.但由于采空区形态复杂,往往需要从多个方位对其进行多次探测才能准确获取采空区完整的三维形态.如何对多次探测点云数据拼合后的散乱点云构建三角网格模型,是实现复杂采空区三维探测建模的关键.本文提出了采空区激光扫描拼合散乱点云数据球面投影三角剖分生长算法,首先选定球心将原位点云投影到球面上得到投影点云,然后对投影点云进行三角剖分,最后将投影点云三角网空间拓扑关系还原到原位点云,从而构建复杂采空区三角网模型.为了有效实现算法,研究了球面投影参数设定、XYZ三向单元栅格点云搜索策略、三角形生成规则、优势顶点边界切分策略、边界闭合策略、不规则三角形优化策略等多种方法.实际应用表明,所研究的算法能够生成优质的采空区三角网模型,为实现复杂采空区三维精确建模及可视化管理提供了重要技术支持.     

基于一种三维低冗余曲波变换和压缩感知理论的地震数据重建

基于稀疏变换的重建方法是地震数据重建的研究热点,其中稀疏变换的性质对重建的效率和质量起关键作用。曲波变换对波场数据有非常稀疏的表示和可靠的数值效果,然而三维曲波变换的冗余度在24~32之间,须消耗很多的内存和计算时间。提出基于一种低冗余度曲波变换的地震数据重建方法,介绍低冗余曲波变换并且分析其优点,给出一个解基于分析的1范数模型的快速迭代阈值方法。数据实验结果表明:该低冗余变换将三维曲波变换的冗余度降低了60%,能够有效提高数据重建的计算效率;基于低冗余度曲波变换的数据重建的计算效率是基于原始曲波变换重建效率的4倍,对于10%的采样比例仍然能够得到较好的重建和去噪效果。     

放射性废物库运行中相关监测问题探讨——以福建为例

结合福建省放射性废物库2010—2020年收贮废旧放射源情况,通过对放射性货包、辐射工作人员、库区环境三个维度的技术监测管控分析,发现放射性货包表面剂量率满足运输要求,辐射工作人员历年个人剂量测值小于标准限值,库区周围γ辐射剂量率测值均在本底范围内。年收贮量与年个人剂量最大值有较好的正相关关系,经验反馈指出监测过程中需注意的事项,为国内放射性废物库的监管、监测工作提供参考。     

因式分解的三维非刚体重建方法

为了实现三维非刚体的重建,提出了一种因式分解的三维非刚体重建方法,该方法首先利用图像点和深度因子构成的图像矩阵为低秩的特性,求到相差一个变换矩阵的射影重建;再利用投影矩阵的约束关系,线性地求解出该变换矩阵,完成到欧氏重建的过渡。该方法采用线性方法求变换矩阵,而且在求解过程中将所有图像平等地对待。模拟实验和真实实验数据结果表明,该重建方法具有鲁棒性好、重投影误差小等优点。     

电离层断层成像数值模拟

将计算机断层成像（ＣＴ）技术用于电离层探测，可以得到电离层垂直剖面大尺度的电子浓度分布，根据电离层ＣＴ的有限投影角度和稀疏接收站的实际探测条件，提出了增加接收站观测数据及扩展投影角度的方法，在迭代过程中对重建结果引入了最平稳解约束，以此构造了一个能量函数，在迭代过程中结合模拟退火方法，求得全局最优解。     

一种新的高维稠密数据隐私保护算法

针对隐私保护数据挖掘中的维数灾难问题,提出一种基于随机投影技术的隐私保护算法.该算法通过定义l投影扰动和Prevent-Ω数据集的概念,构造一种根据投影维数的不同,投影矩阵的稀疏度也相应变化的稀疏投影数据扰动,增加了数据的安全性.实验结果表明,在保护数据隐私的前提下,该算法能有效保证数据挖掘应用中的数据质量.