圆轨道锥束重建中Radon空间数据缺失

实际工程中广泛采用的圆轨道锥束CT重建算法(FDK类算法)中,只有在小锥角(<±5°)的条件下才能较好地重建。为了克服这一缺点,增大圆轨道可重建的锥角范围,推导了圆轨道锥束重建中R adon空间数据缺失与锥角的关系,并基于这一关系提出了基于不同半径的两个同心圆轨道的“改进型误差减小”(im proved error reduction-based,IERB)算法,利用估算的重建误差改善重建结果。数值仿真实验结果表明,IERB算法在锥角≤±10°时都能获得相当好的重建结果,在锥角更大时也可适用于一定的区域。该算法不适用于数据缺失过多的区域。     

锥束CT的分区短扫描FDK重建算法

圆轨道锥束CT(computed tomography)重建中,随着锥角增大,锥角伪影和数据缺失伪影越来越严重,影响FDK算法(由Feldkamp-Davis-Kress名字命名)重建区域的大小和图像质量。本文分析了短扫描FDK算法(short scanFDK,SS-FDK)重建时的数据完整性,提出了根据重建切片高度自适应地将重建切片分成若干区域,对每个区域采用SS-FDK算法进行重建的分区短扫描FDK重建算法。理论分析及试验仿真表明,该方法虽然计算复杂度有所增加,但充分利用了锥束CT投影数据,较大地增大了重建区域,完全重建区域高度达到扫描高度的1-sin2δ倍(δ为射线源半张角),且重建精度和图像质量与FDK算法相当。     

锥束CT的分区短扫描FDK重建算法

圆轨道锥束CT(computed tomography)重建中,随着锥角增大,锥角伪影和数据缺失伪影越来越严重,影响FDK算法(由Feldkamp-Davis-Kress名字命名)重建区域的大小和图像质量。本文分析了短扫描FDK算法(short scanFDK,SS-FDK)重建时的数据完整性,提出了根据重建切片高度自适应地将重建切片分成若干区域,对每个区域采用SS-FDK算法进行重建的分区短扫描FDK重建算法。理论分析及试验仿真表明,该方法虽然计算复杂度有所增加,但充分利用了锥束CT投影数据,较大地增大了重建区域,完全重建区域高度达到扫描高度的1-sin2δ倍(δ为射线源半张角),且重建精度和图像质量与FDK算法相当。     

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.     

基于FDK反投影权重的锥束DSA重建算法

针对锥束数字减影血管造影成像系统(DSA)锥角增大而导致锥束伪影严重的问题,提出了一种基于FDK的反投影权重锥束DSA重建算法.分析了圆扫描轨迹远端伪影的成因,针对短扫描阴影区域导致的Radon空间数据缺失,提出了一种距离变量的反投影权重函数,并将其作为约束条件引入到FDK算法中,实现扫描轨迹远端区域的数据补偿,扩大图像重建区域.应用该算法对无噪声和有噪声的模拟投影数据,及自行研发的锥束DSA的实际扫描数据分别进行了重建试验.结果表明,文中算法较FDK类算法(Parker-FDK)对大锥角投影数据可明显抑制锥角伪影,其归一化均方距离判据和归一化平均绝对距离判据比Parker-FDK均降低了5％.     

基于转角增量关系的FDK锥束重建改进算法

单圆形轨迹不能满足锥束投影精确重建的充要条件是经典FDK算法出现锥向衰减伪像的根本原因.通过斜平面转角增量关系的分析,推导出同锥角斜平面间转角及其增量的计算关系,进而得出FDK算法是对同锥角斜平面族上有限视角的投影数据进行重建,并且在滤波反投影重建过程中存在转角关系不匹配问题.针对上述两个问题,提出了一种利用转角及其增量关系对FDK算法进行改进的新方法,改进思路也进一步推广到T-FDK算法中.Shepp-Logan模型的仿真实验结果表明在适中或较大锥角情况下,改进算法显著改善了FDK算法所存在的锥向衰减伪像.     

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．     

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.     

锥束射线倾斜扫描三维层析算法

对于板、壳构件的无损检测,提出一种锥束射线倾斜扫描数字层析方法.采用射线相对于构件长宽表面倾斜入射、构件绕旋转轴回转的扫描方式,以采集的二维数字投影序列重构出该扫描区域的断层图像,给出了锥束射线倾斜扫描二维投影数值模拟算法以及滤波反投影重建算法.该重建算法为FDK算法的推广,在倾斜角90°时,该算法即为FDK算法.实验结果表明,该方法能较好地解决该类结构的层析检测,但由于该重建方法属于不完全投影数据重建,存在着相邻层之间的图像“混迭”现象,使得厚度方向上的分辨力有所降低.     

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。     

一种确定三维锥束CT精确重建域的方法

三维锥束CT精确重建是近几年图像重建领域的研究热点,完全条件、源点轨迹和重建方法是精确重建的主要研究内容。在已知源点轨迹形状和尺寸的情况下,确定物体精确重建的区域,是一个在实际应用中需要解决的重要问题。基于3D Radon变换的性质和三维锥束CT精确图像重建的一般公式,提出了一种在锥束源点轨迹给出之后确定物体精确重建域(ERR)的方法——“Radon壳图解法”。该方法使原有分析复杂轨迹ERR的工作大大简化,且更加直观、有效,使精确重建方法向实际应用又前进了一步。     

遗传算法在近圆轨道编队设计中的应用

椭圆参考轨道的卫星编队队形设计比圆参考轨道要困难得多,有时很难找到符合队形要求的初始条件。基于L aw den方程,给出了利用遗传算法设计椭圆参考轨道情形下的星下点圆形编队设计方法。由于参考轨道为大偏心率椭圆轨道时不存在圆形星下点队形,只讨论了参考轨道为小偏心率椭圆的情形。与对圆参考轨道的C-W方程初始条件进行修正的方法相比,该方法有更高的设计精度。最后使用脉冲推力模型求解了椭圆参考轨道编队的能量最省队形重构的轨迹规划问题。结果表明,遗传算法可以很好地应用于小偏心率参考轨道编队的队形和重构轨迹设计中。     

用通用显卡加速三维锥束T-FDK重建算法

利用通用显卡实现算法加速是一种适应CT重建特点的重要硬件加速方法。为了提高三维锥束T-FDK算法的重建速度,在对T-FDK算法简单描述的基础上结合显卡特点提出了快速实现T-FDK算法重建的方法。由于显卡的浮点管道比8bit的纹理光栅化管道慢,但是精度高,将两者结合,在力求达到重建速度和图像质量的平衡的基础上实现了该方法。实验结果表明,与经过初步对称性优化后的T-FDK软件算法相比,快速算法达到了27.6倍的时间加速比,从而在保证图像质量的情况下提高了重建的速度。     

用几何参数表实现快速三维重建CT图像

重建时间过长一直是影响三维直接重建在 CT(com puted tom ography)中广泛使用的主要原因之一 ,对于很少采用专用硬件的工业 CT,影响更为严重。用几何参数表方法替代 FDK(Feldkamp- Davis- Kress)算法可以避免由于周期函数的存在而产生的大量重复计算。预先计算出反投影的地址和权重 ,使得反投影的过程中只需从存储的几何参数表中查找。这使得计算量减少到微机可以接受的程度。预插值和最近邻插值的办法能避免大量的插值运算 ,分离变量能避免存储庞大的三维查找表。实验结果说明这些简化在实际系统中是令人满意的     

太阳帆新型逆向周期轨道

太阳帆航天器以其连续推力、不消耗燃料的特点而广受关注。该文提出一种太阳帆新型逆向周期轨道。采用太阳帆理想光压模型,在二体模型下给出了太阳帆逆向日心轨道的动力学特性,分析得出了能够形成平面逆向日心轨道的条件。由于该逆向周期轨道的对称性,该文以轨道的半周期为例,详细说明了逆向周期轨道的特点。该周期轨道位于黄道面内太阳的一侧,1个周期内角动量的符号变化2次。为了求解该轨道控制过程中所需要的姿态角,引入了粒子群差分进化(PSODE)优化算法。最后通过仿真计算,得出了一种简单控制律的逆向周期轨道,该轨道周期为4.26a,在一个周期内姿态角只变化1次。     

阵元不规则N-层环形阵波束控制算法

针对阵元不规则排列的N-层环形阵波束控制算法进行了研究.通过分析不规则阵元波束控制理论,在球坐标系下推导了波束控制码与最大波束指向的计算过程,并进行了坐标系的转换,建立了天线阵模型.提出了一种基于角度码与径向码相结合的波束控制算法,设计了控制码分配准则,评估波束跃度与阵列入射波仰角之间的关系.结果表明：采用该算法分配控制码与均匀分配法相比,具有较低的最大波束指向误差与较低的最小波束跃度,可满足目标精密跟踪测量的应用.     

一种新的求解圆锥规划的非内点算法

针对一般的圆锥优化问题,本文提出了一种新的非内点算法.该算法根据圆锥与二阶锥的关系通过引入一个与圆锥规划互补条件等价的投影方程将问题转化为线性方程组求解,且在每步迭代中只需求解一个系数矩阵固定的线性方程组并执行两次投影运算.该算法还具有可以从任意初始点开始且不要求仿射约束系数矩阵的行向量组线性独立等特点.本文还在较弱的假设条件下证明了算法的全局收敛性.数值实验结果表明该算法快速有效.