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锥束CT混合检测样本建模与投影仿真

计算机应用研究 2007年第12期24卷 366-369页

作者：黄魁东张定华毛海鹏西北工业大学现代设计与集成制造技术教育部重点实验室西安710072

根据锥束CT仿真原理,设计了仿真系统的功能结构和数据模型,提出并实现了混合检测样本的建模方法和装配技术,在此基础上研究了射线与混合检测样本求交的一般算法,并给出了一个验证实例。实验结果表明,该锥束CT仿真系统具备对多零件、多... 详细信息

根据锥束CT仿真原理,设计了仿真系统的功能结构和数据模型,提出并实现了混合检测样本的建模方法和装配技术,在此基础上研究了射线与混合检测样本求交的一般算法,并给出了一个验证实例。实验结果表明,该锥束CT仿真系统具备对多零件、多材质、多类型的混合检测样本进行投影仿真的能力,可以满足面向复杂工业零部件的锥束CT仿真需求。

关键词：锥束计算机断层扫描成像混合检测样本投影仿真求交

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基于UG模型的文物CT投影仿真研究

基于UG模型的文物CT投影仿真研究

作者：徐艳芝西北大学

学位级别：硕士

近年来,文物数字化成为了一个研究热点。传统的文物数字化建模通常利用三维激光扫描设备获取文物表面的点云数据,无法对文物的内部结构进行有效建模。工业CT技术是一种先进的成像技术,能够在无损情况下获取物体的内部结构信息,为文物内... 详细信息

近年来,文物数字化成为了一个研究热点。传统的文物数字化建模通常利用三维激光扫描设备获取文物表面的点云数据,无法对文物的内部结构进行有效建模。工业CT技术是一种先进的成像技术,能够在无损情况下获取物体的内部结构信息,为文物内部结构数字化建模提供了一种有效手段。文物数字化建模的第一步是获取其CT投影数据。实际中,由于工业CT设备昂贵导致扫描成本较高,且随意移动或接触文物易对文物造成二次破坏,因此有必要通过仿真的方法获取文物的CT投影数据,进而对文物模型进行各种方式的“扫描”,为后续文物模型的图像重建及三维数字化建模研究提供理想的支撑数据。本文研究工作主要包括:(1)实现了UG模型文物CT投影仿真。针对UG建立的单材质文物模型,在进行仿真时首先获取模型实体标识,然后利用UG/Open API函数对实体对象进行射线与物体求交,并根据交点序列来确定射线穿过物体的路径长度,结合模型材质名称寻找数据库中对应的衰减系数,计算投影数据。在此基础上,针对多材质文物模型,首先对模型进行遍历,获取每种材质的实体对象并将其保存在集合中,在进行投影仿真时,对集合中的每一个实体对象分别进行单材质投影仿真,将结果进行合成得到最终的多材质模型的投影数据。实验结果表明,提出的投影仿真方法针对UG文物模型能够得到较理想的投影数据。(2)提出了投影仿真算法的多核并行计算。针对UG模型CT投影仿真计算速度慢的问题,提出一种多核并行计算方法:首先对投影仿真算法的并行性进行分析,然后采用任务并行模式将算法中的循环任务进行分解,均分到每个处理器核,实现负载均衡,并采用Windows API函数创建多个线程,在线程中启动进程,从而实现投影仿真的多核并行计算。实验结果表明,本文方法在保证投影精度的同时取得了近乎线性的加速比。(3)实现了基于UG模型的文物CT投影仿真系统。针对UG模型文物CT仿真需求,根据提出的仿真算法设计并实现了文物CT投影仿真系统。采用MFC框架进行功能组织,集成了基于UG模型的单材质投影仿真、多材质投影仿真、射线源离散仿真及投影仿真多核并行计算,支持投影数据图像重建等,并通过实例对仿真系统进行展示,为文物数字化建模后续研究提供一个操作便捷的虚拟实验平台。

关键词：工业CT UG模型投影仿真并行计算文物数字化建模

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基于二分法的CT投影快速仿真

CT理论与应用研究（中英文） 2014年第1期23卷 115-122页

作者：李斌张耀军朱佩平李保磊莫阳公安部第一研究所北京100048 中科院高能物理研究所北京100049

投影仿真是CT仿真研究的基础。本文基于二分法原理,研究了一种CT投影快速仿真方法,并对仿真过程进行了优化。针对由凸物体组成的待扫描体,可实现任意轨迹的扫描,投影仿真精度可无限逼近于解析投影精度。数值仿真实验验证了本文方法的有... 详细信息

投影仿真是CT仿真研究的基础。本文基于二分法原理,研究了一种CT投影快速仿真方法,并对仿真过程进行了优化。针对由凸物体组成的待扫描体,可实现任意轨迹的扫描,投影仿真精度可无限逼近于解析投影精度。数值仿真实验验证了本文方法的有效性。

关键词：二分法 cT 投影仿真

基于球轨迹的三维Shepp-Logan投影数据仿真

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基于球轨迹的三维Shepp-Logan投影数据仿真

基于Shepp-Logan头模型的锥束CT仿真投影快速计算

第十三届中国体视学与图像分析学术会议

作者：刘华陈平潘晋孝中北大学信息与通信工程学院

在面对长宽比较大的工件时,现有系统的x射线穿透能力具有约束性,常规的扫描方式(如圆轨迹、螺旋轨迹扫描)已经不能使工件厚度和射线穿透能力相匹配,从而导致投影数据缺失。为了改善系统的约束性,本文拟改变扫描方式,来弥补投影数据的缺... 详细信息

在面对长宽比较大的工件时,现有系统的x射线穿透能力具有约束性,常规的扫描方式(如圆轨迹、螺旋轨迹扫描)已经不能使工件厚度和射线穿透能力相匹配,从而导致投影数据缺失。为了改善系统的约束性,本文拟改变扫描方式,来弥补投影数据的缺失,以达到投影数据的完备性。在空间几何中,任意的曲线可以用球坐标来表示,即任意的CT扫描轨迹都可以用球坐标来表示。因此理论上对球轨迹进行投影数据仿真,确定相关的参数,就能得到任意轨迹下的投影数据,进而弥补投影数据的缺失,使得物体能够精确重建。本文推到了球轨迹的仿真算法,并用Shepp-Logan模型进行了仿真实验。实验结果表明本算法对任意的轨迹具有可行性。由于CT重建的第一步是数据仿真,因此本算法为研究任意轨迹下CT重建算法奠定了基础。

关键词：任意轨迹球轨迹投影仿真

来源： cnki会议评论

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cnki会议

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计算机科学 2012年第5期39卷 257-260页

作者：张顺利张定华李小林刘敏娜西北工业大学现代设计与集成制造技术教育部重点实验室西安710072 咸阳师范学院图形图像处理研究所咸阳712000

针对三维Shepp-Logan头模型投影仿真,提出了一种快速并行投影计算方法。首先依次计算三维射线与各椭球的交点,然后对交点序列进行排序,用排序后的交点序列来确定射线穿过模型的区域编号及长度,最后将每个区域内的投影累加得到射线的投... 详细信息

针对三维Shepp-Logan头模型投影仿真,提出了一种快速并行投影计算方法。首先依次计算三维射线与各椭球的交点,然后对交点序列进行排序,用排序后的交点序列来确定射线穿过模型的区域编号及长度,最后将每个区域内的投影累加得到射线的投影值。在此基础上,将计算任务分解为4个独立的子任务,通过多线程技术在多核平台上实现了锥束CT仿真投影的快速并行计算。实验结果表明,该方法非常有效,在四核平台上取得了约3.5倍的加速比;图像重建结果验证了该方法生成的投影数据是准确的。

关键词：锥束CT Shepp-Logan头模型投影仿真多线程图像重建

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一种基于STL样本的锥束CT快速仿真方法

系统仿真学报 2007年第11期19卷 2578-2582页

作者：黄魁东张定华刘晶毛海鹏西北工业大学现代设计与集成制造技术教育部重点实验室西安710072

针对STL样本基元,根据锥束CT仿真投影的特点,研究了一套基于八叉树的锥束CT仿真投影快速计算方法,并采用SIMD技术对投影计算中的关键部分进行并行计算,进一步提高了生成仿真投影图象的速度。实验结果表明,在保证投影图象精度的前提下,... 详细信息

针对STL样本基元,根据锥束CT仿真投影的特点,研究了一套基于八叉树的锥束CT仿真投影快速计算方法,并采用SIMD技术对投影计算中的关键部分进行并行计算,进一步提高了生成仿真投影图象的速度。实验结果表明,在保证投影图象精度的前提下,该方法较之于UG样本投影计算有65～90倍左右的加速比,极大地提高了锥束CT仿真投影的计算速度,增强了仿真系统的实用性。

关键词：锥束CT 投影仿真 STL样本八叉树

基于配准模型仿真的锥束CT射束硬化校正方法

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系统仿真学报 2009年第4期21卷 1164-1167页

作者：黄魁东张定华王凯西北工业大学现代设计与集成制造技术教育部重点实验室西安710072

根据锥束CT射束硬化机理,提出一种实际扫描与仿真投影相结合的锥束CT射束硬化校正新方法。该方法从实际重建的零件序列切片图像中提取轮廓点集,然后采用初始-精确两步配准算法配准测量点集和CAD模型,并对配准后的CAD模型进行投影仿真,... 详细信息

根据锥束CT射束硬化机理,提出一种实际扫描与仿真投影相结合的锥束CT射束硬化校正新方法。该方法从实际重建的零件序列切片图像中提取轮廓点集,然后采用初始-精确两步配准算法配准测量点集和CAD模型,并对配准后的CAD模型进行投影仿真,得到射线在各成像点上穿越零件的长度,最后采用新的指数函数拟合长度-灰度曲线并据此校正射束硬化伪影。仿真与实际校正结果均表明,该方法可基本消除射束硬化伪影且简单实用。

关键词：射束硬化锥束CT 模型配准投影仿真伪影校正

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锥束CT仿真系统关键技术研究

锥束CT仿真系统关键技术研究

作者：黄魁东西北工业大学

学位级别：硕士

锥束CT利用面阵探测器获取物体的二维射线投影,并通过三维重建得到物体在扫描体积范围内的所有切片图象。它与传统的二维CT相比,具有扫描速度快、空间分辨率高和射线利用率高等优点,在工业无损检测和医学应用领域中都有广阔的应用前景,... 详细信息

锥束CT利用面阵探测器获取物体的二维射线投影,并通过三维重建得到物体在扫描体积范围内的所有切片图象。它与传统的二维CT相比,具有扫描速度快、空间分辨率高和射线利用率高等优点,在工业无损检测和医学应用领域中都有广阔的应用前景,是当今国际CT研究领域的前沿课题之一。锥束CT仿真是锥束CT研究的重要内容。本文重点研究了锥束CT仿真系统的数学建模、STL样本模型投影成像的并行快速仿真等关键技术,开发构建了一个支持混合样本、非点光源与多光谱投影仿真的锥束CT仿真系统平台。主要研究内容和成果如下: 1.锥束CT仿真系统的数学建模。在分析X射线与物质的相互作用及其衰减规律的基础上,研究了锥束CT成像的物理原理。根据计算机仿真的一般模型和锥束CT系统的组成,提出了基于光线跟踪和X射线衰减定律的投影成像仿真总体思路。完成了射线源、探测器和检测样本等主要部件的数学建模,实现了通用锥束CT仿真系统的装配,并给出了投影仿真计算的算法流程。 ***样本模型投影成像的并行快速仿真。针对STL样本基元,根据锥束CT仿真投影的特点,研究了一套基于八叉树的锥束CT仿真投影快速计算方法。采用SIMD技术对投影计算中的关键部分进行并行计算,进一步提高了生成仿真投影图象的速度。实验结果表明,在保证投影图象精度的前提下,该方法较之于UG样本投影计算有60～90倍左右的加速比,极大地提高了锥束CT仿真投影的计算速度,增强了仿真系统的实用性。 3.锥束CT仿真系统平台研发。面向锥束CT仿真研究需求,研究了锥束CT仿真软件系统的功能划分、体系结构、系统数据模型、系统框架设计和组件集成方法。在集成CSG、UG、STL、Voxel四种样本独立仿真功能模块的基础上,提出并实现了混合检测样本的建模方法与仿真技术,开发了一个支持混合样本、非点光源与多光谱的锥束CT仿真系统;通过三个实例系统地验证了本文研究成果的有效性,为进一步开展锥束CT技术研究,提供了一个良好的研究开发和实验平台。

关键词：锥束CT 投影仿真 STL样本 UG样本混合样本八叉树并行计算仿真系统

新型显微计算机层析成像系统几何误差分析与实验研究

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新型显微计算机层析成像系统几何误差分析与实验研究

作者：张家俊重庆大学

学位级别：硕士

众所周知,X射线计算机断层成像技术（X-ray Computed Tomography,X-CT或CT）自上世纪发明以来,其在医疗、工业等领域的应用日益广泛,技术发展也日趋成熟。然而,因受制于其几何结构以及扫描方式的限制,CT系统对于大尺寸板状结构物体的无... 详细信息

众所周知,X射线计算机断层成像技术（X-ray Computed Tomography,X-CT或CT）自上世纪发明以来,其在医疗、工业等领域的应用日益广泛,技术发展也日趋成熟。然而,因受制于其几何结构以及扫描方式的限制,CT系统对于大尺寸板状结构物体的无损检测,难以获得或提供高精度、高对比度的断层图像。针对这一类无损检测对象,采用倾斜扫描方式的X射线计算机层析成像技术（Computed Laminography,X-CL或CL）将开始日益发挥其独特的作用。由于其特别的扫描方式,使得CL技术能从板状物体的长度或厚度方向进行扫描成像,从而获得物体内部结构信息。另一方面,针对这种有限角的扫描情况,CL的成像质量和精度要明显高于CT。正是因为CL具备了这些特点,使得CL技术在印刷电路板（PCB）、古生物化石、芯片等方面有着广阔的应用前景。本论文选题依托于科技部国家重大科学仪器设备研发计划“X射线三维分层成像仪”项目的子课题“X射线三维分层成像仪整机研发”,开展了基于一种新型显微CL（Micro-CL）系统研究工作。相比于常规的CL系统,Micro-CL系统的几何结构更加复杂,因此其误差的校准也更为困难。本论文的主要内容便是对新型Micro-CL系统的几何误差进行了具体研究,通过模拟与实验,研究分析了各种几何误差对新型Micro-CL系统成像质量的影响,以便能够指导实际系统的几何误差校准工作。本论文首先对于射线成像系统的几何误差的产生原理以及误差分类进行了详细的介绍和分析。然后详细介绍了Micro-CL的基本组成器件以及几何结构,并讨论了该成像系统在实际应用中可能会产生的几何误差种类。在数学建模部分,本论文把Micro-CL系统坐标化,针对每一个部件来具体分析其几何误差的存在形式以及表达方式。Micro-CL复杂的几何结构以及多自由度的系统,使得其不同部位的几何误差都存在一定关联,对于单一误差的分析往往需要考虑全局的影响,这也是本研究的一大难点。在模拟实验中,本论文首先将系统的几何误差进行分类,然后在系统放大比相同和不同的情况下进行误差模拟。对于重建结果的处理,本论文利用差值图和灰度值曲线来直观地观察误差的影响,同时引入归一化距离判据和结构相似度来定量分析几何误差的作用范围。除了模拟研究了Micro-CL系统最常用的同步圆轨迹旋转扫描方式外,论文还对物体旋转模式和平移扫描模式的几何误差,开展了模拟实验,进而研究分析了其可能带来或造成对于成像质量的影响。

关键词：计算机层析成像新型显微CL 几何误差模拟投影仿真几何校正