锥束工业CT系统几何参数误差校正算法研究

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CT(Computed Tomography),又称为计算机层析成像技术,以其无损、精确、方便等优点广泛应用于医学诊断、工业检测、安检等各个领域。它是利用射线穿过物体时,不同密度和厚度的物体对射线衰减程度不同的原理来成像的。在应用CT进行各种检测时,重建图像的质量是人们非常关注的问题,其中不同几何参数误差在重建图像中的表现形式对系统几何参数的判定具有重要意义,而CT系统主要部件安装定位精度和相关几何参数的测量精度是影响重建图像质量的重要因素。对CT系统几何参数误差的校正也被称为几何参数标定,一般是借助一个特殊设计的模型,根据模型的投影计算CT系统的几何参数误差。本文主要是针对锥束CT圆周扫描轨迹系统几何参数难以准确标定的问题,研究了相应的系统几何参数的标定方法。首先,本文将锥束CT系统的几何参数误差归结为探测器面的偏差,借助点模型分析了系统几何参数误差对重建图像的影响,给出了各种几何参数误差与重建点坐标的定量关系式,并通过仿真实验研究了系统各种几何参数误差对重建图像质量的影响。另外,设计了一个判定模型,利用所设计的模型可以粗略判定出系统是否存在探测器面内旋转角,也可以标定射线源焦点与旋转中心的连线和探测器平面交点所在探测器单元的位置,而这两种参数误差对重建图像质量的影响最为明显。此外,也可根据模型的投影图像对系统进行相应的调整,以使系统尽可能的处于理想状态。其次,本文给出了一种针对锥束CT圆周扫描轨迹系统全部几何参数的标定方法,方法借助一个以一系列点状小球为目标的定标模型,标定出了重建相关的全部七个几何参数。方法分两步执行,第一步需要模型在四个特殊角度下的投影数据,由此求得系统的几何参数中除探测器平面的两个面外旋转角之外的五个几何参数;第二步需要模型在一个特殊角度下的投影数据,从而计算出剩余的两个几何参数。计算机仿真实验验证了方法的正确性和有效性。最后,根据以上标定方法计算出的系统几何参数误差,介绍了一种几何参数误差的校正方法,利用该方法可以对有系统几何参数误差下的扫描投影数据进行校正,重建校正后的投影数据,可以有效消除重建图像中的几何伪影,提高重建图像质量,结合仿真实验验证了方法的正确性。
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