锥束CT迭代重建方法的改进与加速.pdf

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塑』:≥东南大学学位论文独创性声明东南大学学位论文使用授权声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知,除了文中特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果,也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。研究生签名:日期:东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档,可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外,允许论文被查阅和借阅,可以公布ㄒ缘缱有畔⑿问娇论文的全部内容或中、英文摘要等部分内容。论文的公布ㄒ缘缱有畔⑿问娇授权东南大学研究生院办理。导师签名
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摘要锥束是三维断层成像技术的代表,它具有扫描速率快,辐射利用率高,可获得高精度的空间分辨率等诸多优势,在医学和工业检测等诸多领域具有广泛的应用。湎叨匀颂褰】涤幸欢ǖ奈:Γ瑇射线的照射时间越长,照射剂量越大,对人体的危害越大,且在扫描期间病人自主或非自主的运动会造成伪影影响重建结果,因此减少湎哒丈涞氖奔和剂量十分有意义。对待测成像物体进行稀疏角度投影数据测量,可以有效减少数据采集的时间,减少湎叩姆浼亮俊亟ǖ乃惴òń馕鲋亟ㄋ惴ê偷亟ㄋ惴嚼唷=馕鏊惴ǘ栽肷比较敏感且要求投影数据完备,无法解决数据缺失的情况。迭代重建算法对投影数据的完备性要求较低,可以根据具体成像条件引入先验约束信息,可以抑制噪声,使得重建图像更为准确,效果更好。但是迭代重建算法的时间和空间复杂度高,速度较慢,因此实际应用并不广泛。在迭代重建中,投影和反投影的计算时间最为耗时,远远超过其他步骤,因此本文使用公司推出的统一计算设备架构环境,在鲜迪滞队昂头赐队暗目焖偌扑恪6杂谕队的快速计算,对传统射线驱动的投影算法进行改进,采用固定的采样点个数,使用一个线程块计算一条射线的投影值,线程块中的每个线程计算一个采样点的值,并使用共享存储器实现采样点的规约相加。将体数据绑定为三维纹理,利用纹理拾取加速体数据的滤波采样。对于反投影的快速计算,改进传统的基于体素驱动的反投影算法,并使用二维纹理绑定投影数据。经实验证明,在保证全浮点运算精度的情况下,本文提出的算法与传统铀偻队昂头赐队八惴ㄏ啾龋俣扔写蠓嵘亟ㄋ惴ɑ诒匆端构兰疲瓤悸峭队笆莸耐臣铺匦裕臃鲜导实氖莶杉蹋又充分利用了先验知识,利用先验对图像中的噪声施加一定的约束。压缩感知理论证明了,当采样信号不满足裳ɡ硎保∈栊藕湃钥梢员换指闯隼矗O∈杞嵌韧队笆莸耐枷裰亟问题提供了一条解决途径。根据压缩感知理论,本文采用了图像稀疏变换后的范数作为先验项,通过一系列势函数对如范数进行逼近,并设计了一个渐进的优化策略,采用自适应的参数,根据图像局部方差自适应计算先验项,可以在平滑图像的同时加强图像的边界。通过计算机仿真实验证明,该算法较算法更能保持图像的细节,更接近原始图像。关键词:锥束重建,迭代重建,稀疏投影重建,
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目录第一章绪论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯..研究背景⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.国内外研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯..⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.论文组织结构⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.第二章成像的基本原理及数学基础⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯成像的物理基础⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯成像系统⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯解析重建算法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯重建图像质量的评价方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯第三章投影和反投影的快速计算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.锥束投影几何关系⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯离散化模型选取⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.逅厍狣⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯