工业CT(ICT)是在无损状态下,通过重建物体断层切片灰度图象来获取物体内部几何和材质信息的检测技术。由于具有不受材料和结构限制的优点,ICT在发达国家已被广泛应用于各产业部门的无损检测、无损评估与逆向工程等研究,被誉为当代最佳无损检测手段,具有广阔的应用前景和良好的发展前途。 代数重建算法(ART)是取代滤波反投影算法,解决非完全投影问题的最有效方法。但传统ART算法运算、存储量较大,重建速度较慢,图象质量较低,成为算法实用性的瓶颈。本文以此为研究背景,从算法的数学原理出发,结合计算机并行技术,对ART的并行加速和图象质量优化展开研究,并针对超出探测器尺寸的航空航天大型零部件的无损检测提出了解决方案。 主要研究内容和成果如下: 1.基于数字样品的快速高精度投影算法。针对ART算法要求,同时结合CT仿真环境特点,研究了基于数字样品模型的二维和三维前向投影算法。提出了一种对空间体素网格的快速遍历方法,加快了投影速度;引入复化Simpson积分方法,提高算法对材质非均匀分布零件的投影精度。仿真实验结果表明,算法在满足功能梯度材料投影精度要求的前提下,相比传统UG仿真投影算法加速比达到100倍以上,极大地提高了算法的计算速度; 2.快速并行ART重建算法。在结合上述快速前向投影算法的基础上,研究了ART算法的数学原理,结合Intel处理器的MMX、SSE(2)等单指令多数据(SIMD)并行技术,提出了一种快速并行的ART重建算法。详细讨论了迭代过程中的加速技术和优化的内存访问方式,给出了最终的算法流程。通过仿真实验,得到了质量较好的重建结果;与传统ART算法比较,加速比达到20倍左右,增强了算法的工程实用性。 3.大尺寸零件的重建方法。针对超出探测器尺寸的大型零部件、宽大扁平零件的无损检测,分别提出了几种解决方案,通过仿真实验验证了算法的可行性,得到了可以满足工程应用要求的重建结果。 4.重建图象质量优化方法。根据投影访问规律,针对投影角度的访问顺序,提出了改进的投影随机访问方法,并在此基础上提出了一种基于零件特征的投影访问方法,提高了访问角度序列的计算效率,对于不同类型的零件具有自适应的能力,相比以往投影访问方式,误差降低为1/3,较大地提高了重建精度。