超分辨重建方法的研究

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二十世纪80年代以来,X射线计算机断层成像技术(X-rayComputerizedTomography)的发展一直引人注目。作为一种高性能无损检测技术,它能比较准确地再现物体的内部结构,如缺陷的位置及尺寸、密度的变化等,是国际无损检测界公认的最佳无损检测手段,近年来广泛地应用于诸多领域。 在CT重建中,人们通常认为重建图像的分辨率是由系统决定。因此,为了得到细节更丰富的图像,人们通过减小焦点宽度或者探测器单元宽度来提高图像的分辨率。但是,如果焦点较小,一方面射线源的穿透能力会变弱;另一方面探测器的计数率会降低,从而必须延长采集时间以保证计数率。如果探测器单元较小,不仅造价昂贵而且探测器计数率较低,为了提高探测器的计数率,就必须延长采集时间或者加大焦点宽度。这些做法在一定程度上有一些效果,但是效果非常有限。那么,在现有硬件设备的条件下如何得到超过系统固有分辨率的图像(即超分辨成像)就成为人们比较关注的问题。 本文研究了扇束等距的超分辨成像问题。根据通常CT扫描系统的特点,本文提出了两种超分辨重建方法,即平台平移法和平台平移旋转法。(1)平台平移法。根据通常CT平台可沿垂直于中心射线方向水平移动的特点,设计了平台分别向左和向右平移约1/4个探测器宽度的超分辨扫描模式,利用由此方法获得的两组相叠采样数据,通过SIRT迭代和适度平滑的方法求解一组三对角型矩阵的线性方程组,便可得到高分辨的CT虚拟投影数据,进而由扇束滤波反投影算法(FBP)即可重建出明显高于原有分辨率的CT图像;(2)平台平移旋转法。根据平台不仅可以沿着垂直于中心射线的方向水平移动而且能够绕着平台中心做微小角度旋转的特点,设计了CT平台平移并作适当旋转的超分辨扫描模式,运用与(1)相同的求解方法,得到了高于平台平移法重建图像的分辨率的CT图像。此外,我们还考查了旋转和平移精度对重建图像的影响。最后,从理论的角度解释了CT扫描系统参数对重建CT图像的影响,弄清了通过相叠采样提高超分辨成像分辨率的条件。
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