等角型扇束工业CT系统的几何校正方法研究

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工业计算机断层成像(Computed Tomography,CT)技术被广泛地应用于汽车、航空、国防等领域的机械产品质量判定。CT图像质量的好坏直接影响机械产品质量的判定。受装配和定位精度等限制,工业CT系统实际的几何位置与理想位置会存在偏差。利用存在偏差的几何参数进行图像重建,会导致重建图像中出现几何伪影,降低图像质量。因此,成像之前需要对CT系统进行几何参数标定。针对目前工业CT系统几何参数标定不完整且标定精度欠佳等问题,本文以等角型扇束工业CT系统为研究对象,并根据重建图像质量确定几何参数偏移量的标定精度,提出一种基于投影正弦图的几何校正方法。该方法能够准确标定所有几何参数的偏移量,并有效消除重建图像的几何伪影。本文主要的研究内容如下:首先,基于等角型扇束工业CT系统的结构,建立几何模型。该模型引入CT系统可能存在的所有偏移量,能够描述等角型扇束工业CT系统在一般条件下唯一确定的位置关系。基于该几何模型,推导椭圆在任意偏差下的投影函数,并分析各偏移量对图像质量造成的影响;最后研究了各类型偏差下伪影的形成机理。其次,提出一种基于投影正弦图的等角型扇束工业CT系统几何参数偏移量的标定方法。首先根据建立的几何模型,推导理想点旋转一周的投影位置曲线。然后,从针规模体扫描获取的投影正弦图中提取质心的投影坐标,用于上述曲线的拟合。最后通过拟合曲线的最值点,使用解析法标定CT系统的几何参数偏移量。然后,推导带几何参数偏移量的滤波反投影(Filtered Back-projection,FBP)重建算法。在FBP算法的基础上,引入虚拟探测器思想,将标定后的几何参数偏移量融入FBP算法中用于消除图像中的几何伪影。仿真结果表明,引入几何偏差后的FBP重建算法可以很好地抑制几何伪影,重建出质量较好的CT图像。最后,针对实际的等角型扇束工业CT系统,设计并加工几何校正模体,并针对模体的安装误差设计CT系统几何校正实验方案,完成对等角型扇束工业CT系统几何参数偏移量的标定。实验结果验证了本文方法对等角型扇束工业CT系统几何参数偏移量标定的准确性,并通过带几何参数偏移量的FBP重建算法消除了几何伪影,实现了对等角型扇束工业CT系统几何校正的全过程。本文提出的几何校正方法所需校正模体简单,标定精度高,满足等角型扇束工业CT系统几何校正的工程需求。
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