[發(fā)明專利]一種基于CAD模型的不完全掃描CT圖像重建方法有效
| 申請?zhí)枺?/td> | 202010350780.8 | 申請日： | 2020-04-28 |
| 公開（公告）號： | CN111583389B | 公開（公告）日： | 2023-05-23 |
| 發(fā)明（設(shè)計）人： | 鄒永寧;余浩松 | 申請（專利權(quán)）人： | 重慶大學(xué) |
| 主分類號： | G06T17/00 | 分類號： | G06T17/00 |
| 代理公司： | 北京同恒源知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11275 | 代理人： | 趙榮之 |
| 地址： | 400044 重*** | 國省代碼： | 重慶;50 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 一種 基于 cad 模型 不完全 掃描 ct 圖像 重建 方法 | ||
本發(fā)明涉及一種基于CAD模型的不完全掃描CT圖像重建方法，屬于CT圖像重建領(lǐng)域。該方法包括：輸入被掃描工件的CAD三維模型圖M，建立三維坐標(biāo)系，根據(jù)分層位置P設(shè)置模型M的剖切面，根據(jù)CT系統(tǒng)X射線能量和模型M中各部分材質(zhì)確定和生成一幅衰減系數(shù)圖像f，將其作為先驗(yàn)圖像，再對掃描投影數(shù)據(jù)進(jìn)行迭代重建，重建過程是SART算法和TV算法的交替迭代。本發(fā)明方法得到的CT重建圖像有更好的邊緣結(jié)構(gòu)信息，內(nèi)部缺陷細(xì)節(jié)也更為清晰。
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于CT圖像重建領(lǐng)域，涉及CAD設(shè)計模型和有限角重建算法。
背景技術(shù)
CT圖像重建算法分為解析重建算法和迭代重建算法兩類。對于完備的投影數(shù)據(jù)(全掃描得到的投影數(shù)據(jù))，解析重建算法能夠較好地重建出被掃描物體的斷層面信息，且重建速度快。但是當(dāng)CT掃描得到的投影數(shù)據(jù)不完備時(有限角或稀疏角掃描)，采用解析重建算法將不能夠精確地重建出被掃描物體的斷層面信息，且重建圖像中會呈現(xiàn)明顯的滑坡偽影。
相比于解析重建算法，基于最優(yōu)化理論的迭代CT重建算法具有良好的抗噪性、較強(qiáng)的偽影抑制能力、可以在重建中引入與物體相關(guān)的先驗(yàn)信息、能夠處理不完備數(shù)據(jù)的重建問題等優(yōu)點(diǎn)，并且隨著計算機(jī)運(yùn)算能力的提高和圖形處理器(GPU)的出現(xiàn)，使得其重建速度慢的缺點(diǎn)也被弱化。
對于有限角CT重建問題，基于圖像域先驗(yàn)的方法是解決有限角度問題的主流手段，利用先驗(yàn)信息構(gòu)建約束條件可以有效改善有限角度問題的病態(tài)性?，F(xiàn)有的圖像域先驗(yàn)?zāi)壳翱煞譃樾螒B(tài)學(xué)(重建圖像的輪廓、空間位置、結(jié)構(gòu)組成)先驗(yàn)和圖像稀疏(重建圖像的本身稀疏性)先驗(yàn)兩類。
大尺寸和高密度工件在做CT掃描時，會出現(xiàn)穿不透、掃描角度有限等情況，有限角掃描得到的投影數(shù)據(jù)不完備。因此，亟需一種對大工件的有限角CT重建方法。
發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種基于CAD模型的不完全掃描CT圖像重建方法，利用工件的CAD設(shè)計模型作為先驗(yàn)知識，從中提取需要的先驗(yàn)圖像，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)該類對象的有限角CT重建。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：
一種基于CAD模型的不完全掃描CT圖像重建方法，具體包括以下步驟：
S1：輸入被掃描工件的CAD三維模型圖M，根據(jù)實(shí)際掃描狀態(tài)確定工件的基準(zhǔn)面，建立三維坐標(biāo)系，設(shè)基準(zhǔn)面上的坐標(biāo)為X、Y軸坐標(biāo)，則Z軸坐標(biāo)代表垂直于基準(zhǔn)面的分層位置，工件的基準(zhǔn)面的分層位置為O；
S2：根據(jù)輸入工件的分層位置P獲得模型M的剖切面，并對剖切面進(jìn)行離散采樣；
S3：根據(jù)X射線能量和材質(zhì)確定每一像素的衰減系數(shù)，生成一幅衰減系數(shù)圖像f；
S4：將圖像f作為CT重建的先驗(yàn)圖像fpri，對投影數(shù)據(jù)進(jìn)行SART算法和TV算法的CT迭代重建。
進(jìn)一步，所述步驟S2具體包括：輸入工件當(dāng)前CT掃描的分層位置P，根據(jù)位置P設(shè)置模型M的剖切面；設(shè)CT掃描圖像物理寬度為D(mm)，像素寬度為W(pix)，利用這兩個數(shù)據(jù)即可得到圖像上實(shí)際距離和像素距離的比例D/W，即采樣像素的大小，對剖切面進(jìn)行離散采樣。
進(jìn)一步，所述步驟S3具體包括：對步驟S2得到的采樣像素進(jìn)行灰度賦值，任一點(diǎn)像素的灰度值和該點(diǎn)物質(zhì)的衰減系數(shù)相等；根據(jù)CT系統(tǒng)X射線能量和模型M中各部分材質(zhì)確定每一像素的衰減系數(shù)，生成一幅衰減系數(shù)圖像f。
進(jìn)一步，所述步驟S4具體包括以下步驟：
S41：重建參數(shù)初始化：停止迭代次數(shù)Ncount、TV算法中每輪的停止迭代次數(shù)NTV、SART重建算法的松弛因子ωn、TV算法中的松弛因子α和先驗(yàn)圖像fpri，ai,j為系數(shù)矩陣i行j列的系數(shù)；
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