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直线扫描CT图像重建的Landweber迭代-滤波反投影算法研究

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摘要

1.1 课题背景与意义

1.2 论文的主要内容

2 CT图像重建的原理

2.1 CT图像重建数学基本理论

2.1.1 Radon变换

2.1.2 傅里叶变换

2.1.3 中心切片定理

2.1.4 卷积重建法

2.2 CT图像重建物理基本理论基础

2.2.1 Lambert—Beer定律

2.2.2 CT扫描的方式

3 直线扫描轨迹图像重建

3.1 直线扫描轨迹图像重建的基本组成

3.1.1 直线扫描轨迹系统装置

3.1.2 直线扫描轨迹成像系统扫描角度

3.1.3 直线扫描轨迹投影与圆周扫描轨迹投影

3.1.4 直线扫描轨迹系统投影数据频域分布特点

3.2 直线扫描轨迹滤波反投影算法

3.3 直线轨迹扫描系统成像有限角度问题

3.3.1 有限角度问题

3.3.2 带限函数外推

3.4 Landweber迭代——滤波反投影算法

3.4.1 Gerchberg——Papoulis迭代

3.4.2 Landweber迭代

3.4.3 Landweber迭代—滤波反投影算法

3.4.4 离散化

4 数值模拟

4.1 实验参数

4.2 数值模拟

5 结论

参考文献

作者简历

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摘要

计算机断层成像技术(Computed Tomography,CT)被广泛地应用于医学诊断、工业零部件检测和安全检查等领域,但是在实际应用中,由于成像环境的限制或采集时间比较短,所以无法得到完备的投影数据。一种不完全投影数据系统是直线扫描轨迹计算机断层成像(Linear Computed Tomography,LCT)系统,因为它采用直线扫描物体的方式获得投影数据,所以扫描方式简单。但是直线扫描轨迹CT系统中探测器序列长度是有限的,我们只能得到有限扫描角度范围内的投影数据。直线扫描轨迹CT图像重建问题本质上是有限扫描角度图像重建问题,因此研究直线扫描轨迹CT图像重建算法具有十分重要的应用价值。
  本文提出了直线扫描CT图像重建的Landweber迭代—滤波反投影算法。在直线扫描轨迹CT系统中,采集有限角度投影数据重建得到原图像问题可以归结为有限角度不完全数据图像重建问题,进一步可以归结为带限函数外推问题。有限角度图像重建问题主要是针对Radon变换中的角度展开研究,Radon变换公式如下:Rf(p,θ)=∫+∞-∞f(pcosθ-ssinθ,psinθ+scosθ)ds其中β可以由直线扫描轨迹系统射线源的张角确定,β∈(0,π/2),θ∈[0,π/2-β)∪(π/2+β,π]。
  对于直线扫描轨迹CT系统采集的不完全投影数据来说,如果我们只采用滤波反投影图像重建算法并不能精确重建出目标,所以本文在滤波反投影图像重建算法的基础上,提出了有限角度不完全数据图像重建的新算法—基于Landweber迭代系统的滤波反投影。先将有限角度不完全数据图像重建问题归结为带限函数外推问题,然后应用Landweber系统迭代公式求解带限函数外推问题,并研究Landweber系统迭代公式中松弛因子λn的选取。通过数值模拟,发现新算法重建图像效果优于滤波反投影算法重建图像,采用归一化均方误差评价重建图像与原始图像之间的差异,当松弛因子λn为最优松弛因子时,新算法的图像重建效果最好。

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