工业锥束CT伪影校正方法研究

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作为一种新兴的工业无损检测技术,锥束X射线计算机断层成像(Computed Tomography, CT)技术具有扫描速度快和空间分辨率高的优点,能够对工业部件、精密仪器无破坏地进行三维成像,在工业、航空航天等领域具有重要的应用价值。但是由于射线硬化和散射等因素的影响,重建的三维图像往往受到伪影的严重干扰。锥束CT的伪影校正技术对提高CT图像的质量具有重要意义,已成为工业CT研究的难点和热点之一。在针对工业金属部件成像的锥束CT系统中,散射伪影和金属伪影是两类常见的伪影。本文以散射伪影和金属伪影为研究对象,运用数字体模仿真和实际锥束CT实验相互验证的方法,系统研究了锥束CT散射伪影和金属伪影的形成因素,并提出了相应的伪影校正方法。论文取得的主要成果包括:1、采用单因素分析方法对伪影进行研究,分别得到了不同因素影响下散射伪影和金属伪影的特征。由于锥束CT伪影形成原因复杂,本文运用蒙特卡罗方法对散射伪影和金属伪影进行研究,通过物理计算和数字体模仿真,给出单因素的伪影表现形式。理论分析和仿真结果一致表明:散射伪影表现为图像对比度差和杯状伪影;金属伪影在不同的条件下表现为不同的伪影特征,主要为放射状伪影和黑色带状伪影。2、针对锥束CT散射伪影的特点,建立了散射校正模型,提出了一种结合衰减网格与散射采样的散射校正方法。本文将散射分解为基本散射和交变散射,利用插值方法得到散射的二维分布,最后在原始投影数据上消除散射。实验结果表明,该散射校正方法降低了重建图像的散射伪影,并能够有效避免衰减网格引入的新散射。3、针对扁平状物体的金属伪影问题,提出了一种基于角度补偿的扁平状物体金属伪影校正方法。以印刷电路板(Printed Circuit Boards, PCB)为典型代表的扁平状物体CT图像金属伪影严重,对此本文研究了扁平状物体金属伪影的特点,并提出针对此问题的校正方法。该方法以蒙特卡罗模拟分析结果为基础,综合考虑硬化、散射以及不透明现象对伪影的影响,通过预扫描获得校正表,在重建过程中实现不同角度下的数据补偿。实验表明,该方法有效减少了扁平状物体重建图像中的黑色带状金属伪影,恢复出了被伪影破坏的物体特征信息。通过与基于重投影插值的金属伪影校正方法对比,结果表明在针对扁平状物体的金属伪影校正中,本文提出的校正方法从速度和效果上都具有明显的优势。
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