一种新的针对感兴趣区域的CT扫描模式及其重建公式

在工业和生物医学成像应用中,经常会遇到所谓"感兴趣区域成像问题",即仅需对被测物体的一部分区域进行成像.文中对转台具有旋转和平移运动功能的CT设备,设计了一种新的针对大物体感兴趣区域的CT扫描模式,并提出了相应的反投影滤波(BPF)型的重建公式.此公式是扇束BPF重建算法的一个推广,其中CT转台在旋转过程中其旋转中心沿与探测器平行的方向移动.仿真结果表明:重建公式可以正确重建大物体的感兴趣区域的图像.     

CT系统参数标定及图像重建模型

当今,CT系统被广泛应用于医疗与工业生产中。精确的几何参数标定和准确的图像重建方法是CT系统研究课题中的重要任务。本文以2017年高教社杯全国大学生数学建模竞赛A题为例,依据Radon变换和最小二乘方法,经过坐标变换,建立优化模型求解出系统的旋转中心、初始角度和探测器间距。基于所求参数,采用滤波反投影算法,通过平移及旋转修正完成图像的重建。     

基于卷积反投影的CT系统参数标定和成像模型

该文考察了电子计算机断层扫描(CT)系统的参数标定和未知样品的成像问题。基于标定模板的接收信息,建立了多个优化模型,并求解得到了模板的旋转角度、探测器间距和旋转中心,从而解决了CT系统的参数标定问题;采用傅立叶变换和卷积反投影法建立了介质吸收率重建模型,根据CT系统对X射线接收信息的数值,并结合已标定的参数,采用MATLAB编程求解,得到了未知介质的吸收率、形状和位置,解决了CT系统的参数标定和成像问题。     

全光纤的级联光纤系统琼斯弥勒矩阵测量

基于系统估值理论, 提出并实现采用光纤波片的光纤系统琼斯弥勒矩阵测量. 光纤波片和光纤系统有良好的适配性, 且简单易行. 针对光纤波片的环境敏感性, 提出并实现基于系统方程矩阵自相似特点的波片延迟校准方法. 此外, 还通过系统优化, 实现光纤波片旋转角度的调整. 经实验验证, 光纤波片延迟的校准和旋转角度的调整使系统误差得到了明显改善. 最后, 测量了1 520~1 620 nm波长范围内两段级联光纤的偏振参数及其弥勒矩阵谱.     

基于非成像模型的摄像机校准方法

作为摄影测量关键部件的摄像机,其校准精确度直接影响了整个测量系统的测量不确定度．通过对常规摄像机校准技术的研究,发现基于内参数成像模型的校准方法会因为内参数综合优化的相关性干扰和非线性求解的不确定性使校准的畸变参数不稳定,且无法修正由镜头透镜组制造中的曲率变化非连续平滑等造成的非模型化畸变．结合航空摄影测量光学实验室方法与垂线法,以摄像机的成像原理为依据提出基于非成像模型的校准方法,以实现逐像元（甚至亚像素级）畸变的细化修正．实验表明,该校准方法的角度测量精度为±5″,系统不确定度为10×10-6,并可适用于所有的相机和镜头．     

基于图像重建的CT系统参数标定与成像模型

针对CT系统中,由探测器的接收信息确定介质形状的问题,首先基于解析几何原理,分析了旋转中心、X射线方向、介质吸收率和探测器接收数据之间的关系;然后根据标定模版所测数据,利用回归分析、二重搜索等算法,求解得到CT系统的参数;最后,基于傅立叶切片定理,建立了CT系统成像模型,通过图像重建中的滤波反投射方法和相应的平移变换得到未知介质的灰度矩阵,实现介质形状的确定。实验结果表明,该方法CT系统在图像重建方面有很强的可靠性和较大的精确度。     

波动光学应用于成像光学系统装配公差的确定

给出一种利用波动光学原理计算成像光学系统，特别是非旋转对称系统的装配公差计算方法．采用光波波面描述物面上一个点发出的光在存在装配误差的系统中的传播过程．用菲涅耳衍射公式计算自由传播部分；用薄透镜的透射比计算通过透镜时的波面变化，由此得到射向像面的成像波面；通过对成像波面分布的分析推断成像情况；依据容许的成像质量确定装配误差．以一个含两个柱面透镜的成像系统为例，导出了确定这两个柱面透镜母线不正交性公差的公式．由此说明该方法可以解决不易用几何光学方法获得解析结果的问题．     

基于反正切变换的相控阵天线相位校准方法

初始相位校准是影响相控阵天线工作性能的关键环节之一,为实现无人机微波着陆引导设备对飞行器的精确引导,需要对其相控阵扫描天线各阵元的初始相位误差进行精确估计与补偿.针对这一问题,提出一种相控阵天线初始相位校准方法.该方法在固定角度测量随阵元移相器相移值改变而变化的合成信号功率值,通过反正切变换建立初始相位误差与测得功率值的关系.对曲线拟合法、旋转矢量法以及反正切变换法的仿真及对比分析表明,反正切变换法的相位校准精度优于其他2种方法,并且工作时间缩短,从而验证了反正切变换法的可行性.     

基于线阵CCD的高精度位置检测

为对大范围内运动的物体进行精确定位 ,该文描述了一种使用线阵 CCD(charge coupled device)进行空间位置检测的方法。首先阐明物像空间的坐标关系 ,在传统摄像机模型的基础上 ,建立了包括成像误差在内的一维摄像机修正模型。通过先进行成像误差矫正再进行系统标定的两步法完成对系统的校准。实际测试表明 ,系统定位精度可达 1‰。该方法中 ,成像误差矫正方法适用性广 ,两步校准法物理意义明确。     

CT系统参数标定及成像研究与设计

CT系统除需要设备支持外,参数标定精度和成像模型对扫描效果具有显著影响.本文巧妙地利用模板与探测器的关系,寻找最佳标定位置,精确地对CT扫描系统进行参数标定,在此基础上,建立含有插值、滤波、局部搜索算法的CT介质成像优化模型,并列举实例进行图像重构模拟分析,最后利用逐差法设计更加精确的标定模板.     

光在扁旋转椭球面上的成像研究

通过研究光在扁旋转椭球面上的折射和反射,推导出近轴条件下的成像公式,完善了旋转二次曲面的成像化式。     

大角度旋转扩展视野超声成像技术

扩展视野超声成像技术能够克服常规超声成像视野小的缺点,为医生更加全面地了解被成像部位并作出准确的诊断提供帮助。该文主要针对扩展视野超声成像中图像间存在较大旋转角度的情况,在传统的配准参数搜索方法的基础上,引入了对旋转角度进行预测的处理过程,进而提出了大角度旋转扩展视野超声成像的新算法。从理论上证明了算法的可行性,并利用实际采集的超声图像对算法进行了验证。实验表明,该算法可以达到预期的成像效果,具有较好的成像精度,且运算量较小,有望实现实时成像。     

大角度旋转扩展视野超声成像技术

扩展视野超声成像技术能够克服常规超声成像视野小的缺点,为医生更加全面地了解被成像部位并作出准确的诊断提供帮助。该文主要针对扩展视野超声成像中图像间存在较大旋转角度的情况,在传统的配准参数搜索方法的基础上,引入了对旋转角度进行预测的处理过程,进而提出了大角度旋转扩展视野超声成像的新算法。从理论上证明了算法的可行性,并利用实际采集的超声图像对算法进行了验证。实验表明,该算法可以达到预期的成像效果,具有较好的成像精度,且运算量较小,有望实现实时成像。     

基于双目立体视觉的目标空间坐标计算及姿态估计

基于双目立体视觉的目标空间坐标计算及姿态估计方法、双目立体视觉系统标定和双目视觉系统校准技术,构建了三维场景中目标的空间坐标与图像中点像素坐标的对应方法.通过双目立体视觉系统采集目标图像,采用基于半全局立体匹配(SGBM)方法,实现了目标中心点三维坐标的计算,并通过背景差分的手段获得目标轮廓,获取目标在水平面的旋转角度,配合焦点所处的坐标位置标示,即可提取目标姿态信息.采用以上方法对电力仪表的姿态进行估计和验证,结果表明:设计的方法可以完成电力仪表的空间坐标计算以及姿态估计,可实现对电力仪表的准确抓取,为机器人在电力系统人工智能领域的应用提供参考.     

旋转二次曲面折射成像的球差分析

为研究旋转二次曲面及其透镜对轴上物点的成像质量,从二次曲面的标准方程出发,以折射定律为基础,导出了旋转二次曲面折射成像的精确球差公式,并由此计算了不同类型二次曲面及其透镜成像的球差,结果发现,旋转椭球面、抛物面和双曲面双凸薄透镜的成像质量都优于球面双凸薄透镜的成像质量.     

具有不确定参数的温度传感器的动态相对校准(英文)

存在动态偏差情况下的传感器校准,与多个传感器的相对校准类似.实现相对校准对许多控制问题都很重要,比如需要产生精确温度梯度的问题、保持均匀与稳定温度场的问题.本文以温度传感器为例,对静态(稳态)校准与动态校准从理论和实验两个角度进行了对比.动态校准的一个优势是其适用于任何测量数据,但其需要建立一个测量仪器的动态模型.尽管本文只研究了一个由三个传感器构成的简单设备,但其结果也适用于更复杂的情况.这正是因为动态校准的另一个显著优势,即其能在任何设备上进行校准,校准的一个前提是所用的动态模型与传感器具有相同的阶次.本文证明了可辨识性(可校准性)条件,并通过以迭代方式求解一个非线性加权最小二乘问题,实现了校准.对解的收敛性、一致性和渐近效率,不但给予了理论证明,且通过蒙特卡罗模拟实验进行了验证.     

医学远程图像系统的颜色再生成

介绍一种校准计算机显示器和寻找数码照相机的颜色校准公式的方法.实验中,首先校准计算机显示器并且固定其颜色显示,然后计算数码照相机的颜色公式,再用数码照相机的颜色公式修正数码照片.通过和实物比较发现,修正过的数码照片的颜色更接近真实物体的颜色.     

基于极坐标等角度分布的钢轨廓形测量误差校准

针对钢轨廓形(轨廓)动态测量系统现场长期应用精度下降问题,提出采用接触式轨廓测量仪对动态测量系统进行校准.首先根据极坐标系等角度分布原则,分别对接触式测量轨廓和非接触式测量轨廓进行数字化建模和重采样处理.然后选取接触式测量轨廓作为基准,建立非接触式测量轨廓与基准轨廓之间的映射关系.最后通过对比二者偏差,实现轨廓动态测量系统误差现场校准.实际应用表明,经校准后的轨廓动态测量系统,静态测量误差由0.96mm降低到0.14mm,动态重复性误差最大值、平均值和均方根值分别为0.29mm、0.13mm和0.18mm,验证了校准方法的可行性.     

双能量乳腺X射线成像噪声分析与评价方法

针对双能量乳腺X射线成像结果易受到成像噪声影响的问题,提出了一种新的用于评价成像噪声对双能量计算结果影响的方法.该方法首先采用乳腺体模在两台临床常用的乳腺X射线成像系统中用双能量曝光,计算出成像噪声大小,并根据双能量成像物理模型推导出双能量计算结果对成像噪声的敏感度指标公式,然后依据公式和成像噪声水平评价敏感度大小.使用该评价方法对成像噪声引起的钙化图像背景区域的波动值以及钙化点的对比度信噪比值进行研究,仿真结果表明,成像噪声对双能量计算结果的影响较大,对于Essential系统,成像噪声会给钙化图像背景区域带来100～120μm的波动;对于DS系统,波动为160～200μm.Essential系统的性能明显优于DS系统,更适合于双能量乳腺X射线成像.     

基于特征函数的空间点光强快速算法优化

讨论了部分相干成像系统空间点光强的一种近似算法——即通过特征值分解的方法将部分相干成像系统的Hopkins公式展开为N阶相干系统之和的相干系统与双线性系统算法,并提出了优化的N取值方案.该方案充分考虑了光刻系统参数对N取值的影响.实验结果证明,采用了新的N取值方案的近似算法是一种高精度算法.