CT重构中射线硬化的校正研究

在工业CT(ComputedTomography)重构中,由于射束硬化使得重建图像中出现"杯状"伪影。为了消除这种影响,提出了一种校正方法。该方法基于Beer理论,根据多色射束和数据,首先拟合出等效单色射束和数据,然后进行卷积反投影重构。这种方法不仅较好地消除了射线硬化的影响,同时也使重构图像的信息损失不大。     

两种CT成像环状伪影校正方法

探测器探元响应的不一致性导致计算机层析成像(CT)图像产生环状伪影,使得像质下降,影响了缺陷的判读以及图像的后续处理与量化分析.提出了两种CT成像环状伪影校正方法:基于特征识别的校正方法和基于B样条曲线拟合的校正方法.前者针对单个独立探元或者少数几个相邻探元存在突出响应不一致的情况.该方法首先识别出响应不一致探元的位置,然后在该位置执行局部中值滤波以消除正弦图中的竖直条纹.后者针对多个连续探元同时存在微小响应不一致的情况.该方法用B样条曲线拟合的方法确定各个探元的归一化增益系数,进而对探元的响应不一致性进行校正.两种方法各有特点,互为补充,共同组成较为完备的环状伪影校正体系.实验结果验证了两种方法的有效性.     

低能X射线工业CT图像杯状伪影校正

为了去除X射线工业CT图像中的杯状伪影,提高CT图像的识别能力和量化分析精度,提出一种基于分度投影和权函数的射束硬化校正方法。首先分析得出杯状伪影主要是由X射线连续谱穿过被测物体过程中出现的射束硬化所导致。然后扫描阶梯模型,采集不同厚度下的投影数据并求出线衰减系数,通过拟合曲线,得到硬化模型函数和权函数校正模型函数,并确定权函数。接着,扫描被测圆柱形工件,采集不同分度下的投影数据。最后,针对每一个分度投影数据,采用权函数与当前分度投影数据乘积的方法进行硬化校正。对含有杯状伪影的实际CT图像进行了校正实验,结果表明,与多项式拟合法相比,该方法校正后的灰度图像没有放大噪声,且信噪比提高3.29%,有效地消除了杯状伪影,同时较好地保留了图像边界细节。     

基于重投影的多项式拟合校正射束硬化

在X射线工业CT(ICT)中,射束硬化会导致重建的图像出现伪影,甚至产生变形。为了消除这种影响,提出了一种基于重投影的多项式拟合校正射束硬化的方法。该方法对原始CT图像进行阈值分割二值化,将物体目标区域的像素值设为1;重投影此二值图像以获取X射线贯穿物体的长度集合;利用多项式拟合此长度集合与多色投影间的关系来建立射束硬化校正模型,用该模型对多色投影进行校正。与传统的多项式拟合校正方法相比,该方法不需要楔状模体(用于测量不同厚度下的衰减值,以此来建立射束硬化校正模型)。研究表明,该方法能有效地抑制射束硬化的影响。     

图像平场校正方法的扩展应用研究

对于图像阵列探测器而言,由于各像元响应的不一致使得所获图像中各像元灰度存在差异（响应的非均性现象）,而图像的平场校正可以非常有效地消除图像中各像元响应的不一致性.如果将图像背景或光路中影响成像的一些因素在一定程度上看作是图像探测器的响应,认为它是响应非均匀的组成部分,根据平场校正的原理对其进行处理,则可以获得较好的效果.     

基于分段硬化曲线的X射线CT射束硬化校正方法

研究了X射线CT射束硬化的形成机理,分析了射束硬化校正的常用方法,建立了以投影灰度为自变量的射束硬化校正模型,从而降低了射束硬化校正的计算难度。分析了采用多项式拟合射束硬化曲线的优缺点,提出一种基于多项式的分段硬化曲线表达新方法。该方法首先采用过原点的多项式曲线拟合硬化数据,然后通过所得多项式曲线的曲率变化,判断该曲线在拟合区间两端是否出现振荡,并对振荡部分的多项式曲线采用幂函数曲线进行替换,同时保证各段曲线在连接点处C1连续(曲线的C1连续定义为, 两条曲线交于一点且在交点处的一阶导数相等)。计算机CT仿真实验结果表明,该方法对理想CT图像和含噪CT图像的射束硬化校正,均表现出良好的稳定性,并可基本消除射束硬化造成的伪影。     

基于极坐标变换去除计算机层析图像环形伪影

探测器像元响应的不一致、光源能不稳定等因素使得计算机层析(CT)图像中含有较多的环形伪影,严重降低了图像质量,影响了图像的三维重建和量化分析,为此提出了基于极坐标变换与傅里叶变换后低通滤波的算法去除环形伪影。通过极坐标变换将直角坐标下的环形伪影转化为极坐标下的线性伪影,然后对线性伪影图像进行傅里叶变换获得频谱图像,进而设计二维低通滤波器进行滤波处理,最后通过傅里叶逆变换与坐标逆变换获得校正后的图像。利用Matlab软件,编写程序对算法进行验证,结果表明,该算法能够有效地去除环形伪影,使图像内部细节清晰可见,并且保护了图像边缘信息,提高了图像的信噪比;另外,使用该方法处理100张切片图像只需3.5min,可满足批量处理的需求。     

基于动态电流的锥束CT环状伪影校正方法

为了去除平板探测器中坏点和响应不一致探元引起的环状伪影对X射线计算机断层成像(CT)质量的影响,利用探元响应与管电流的线性相关关系,提出了一种基于探测器校正的环状伪影去除方法。检测出不同管电流下响应恒定的探元后,分别计算每个探元响应与管电流的相关系数,并检测出响应随机变化和迅速达到最大的探元,将检测出的探元记入坏点模板并进行校正。以单个管电流下所有探元响应的均值为基准,计算同一组管电流下各探元响应曲线方程与基准曲线方程的转化关系,得到探测器的一致性校正参数矩阵。依据坏点模板和一致性校正参数对各探元的输出响应进行校正。实验结果表明,该方法能够有效去除环状伪影,并改善图像信噪比。解决了现有坏点检测方法中阈值选择困难的问题,可适用于多种类型的探测器。     

局部扫描情况下多项式拟合的X射线硬化校正

在进行X-CT成像时,容易诱发射束硬化效应。通过多项式拟合建立起多色投影同透射距离的数学模型,然后将多色投影校正为单色投影,是一种简单高效的射束硬化校正方法。对于局部扫描的情况,在重建图像域通过正投影方法计算得到的透射距离不再代表真实的射线穿过长度,拟合数据不再有效。因此借助一圆柱模体,根据圆柱自身的几何特性,通过解析的方法计算得到射线真实的透射距离,并用于射束硬化校正。实验结果表明,该方法能够有效抑制射束硬化引起的图像伪影,提高CT重建图像质量。     

工业CT在工件检测中X射线硬化校正

X射线工业CT中,由于X射线能谱具有多色性,X射线在透射物质时,能量较低的射线优先被吸收,X射线能量越高,衰减系数越低。也即较高能量的X射线的衰减系数比较低能量的X射线的衰减系数小。射线随透射厚度增大,变得更易穿透,也就是发生了能谱硬化现象。由于射线硬化现象使图像重建时出现伪影,因此必须修正。文中对X射线硬化现象进行了分析,探讨了在均匀物质中,X射线射束和与透射厚度的关系。并根据Beer定律和X射线与物质作用的特点,通过获取X射线射束和数据,拟合出射束和与透射厚度的关系式。然后得出在同一透射厚度时,X射线射束和校正为单色等效射束和的关系及其等效方法。最终得出X射线等效单色射线的衰减系数的拟合值。再对此衰减系数拟合值进行卷积反投影重构,即可有效消除X射线射束硬化的影响。     

硬化伪影的新型表现形式及其校正

X射线硬化是导致工业CT重建图像质量下降的物理原因之一。硬化伪影通常表现为两种形式,即杯状伪影和带状伪影。描述并证实了硬化伪影的一种新型表现形式,这种伪影与真实结构相关,且分布规则,容易造成伪影与真实结构的混淆。采用线性化校正方法对该伪影进行抑制,提高了重建图像质量,改善了通过CT重建图像进行几何测量的精度。     

Beam hardening correction for a cone-beam CT system and its effect on spatial resolution

In this paper, we present a beam hardening correction (BHC) method in three-dimension space for a cone-beam computed tomography (CBCT) system in a mono-material case and investigate its effect on the spatial resolution. Due to the polychromatic character of the X-ray spectrum used, cupping and streak artifacts called beam hardening artifacts arise in the reconstructed CT images, causing reduced image quality. In addition, enhanced edges are introduced in the reconstructed CT images because of the beam hardening effect. The spatial resolution of the CBCT system is calculated from the edge response function (ERF) on different planes in space. Thus, in the CT images with beam hardening artifacts, enhanced ERFs will be extracted to calculate the modulation transfer function (MTF), obtaining a better spatial resolution that deviates from the real value. Reasonable spatial resolution can be obtained after reducing the artifacts. The 10% MTF value and the full width at half maximum (FWHM) of the point spread function with and without BHC are presented.     

X射线TICT在复合材料工件检测中的射束硬化拟合校正研究

X射线TICT中,X射线透射物质时,发生了能谱硬化现象。使图像重建时出现伪影。因此必须进行修正。文中对X射线硬化现象进行了分析,探讨了X射线TICT在检测复合材料工件中, X射线射束和与透射厚度的关系, 并根据Beer定律和X射线与物质作用的特点, 通过获取X射线射束和数据,首先拟合出射束和与透射厚度的关系式, 然后推导出X射线射束和校正为单色射线射束和的等效厚度与透射厚度的关系及其等效方法, 最终得出X射线TICT在检测复合材料工件中X射线等效单色射线的衰减系数的射束硬化拟合值, 再对此衰减系数拟合值进行卷积反投影重构, 即可有效消除X射线TICT在检测复合材料工件中射束硬化造成的影响。     

Beam Hardening Correction Base on Monte Carlo Simulation Method

For the empirical beam hardening correction in computerized tomography (CT), it is necessary to measure an attenuation curve for the material. The attenuation curve depends on the X ray machine operation parameters and object material, etc. If any measuring condition changes, a new attenuation curve has to be measured. This approach is time consuming and difficult to implement. A new method of beam hardening correction is presented in this paper, which is based on Monte Carlo simulation of the attenuation characteristic. An aluminium object is scanned and the projection data is corrected by the empirical beam hardening correction and by the simulation based correction. The results of the reconstructed images confirm the correctness of the simulation based method. The simulation based correction has been applied successfully to CT projection data of several test samples, with the material of aluminum, steel and copper.     

基于蒙特卡罗模拟的射束硬化校正方法

传统的射束硬化校正方法, 通常需要针对每一种材料测量该材料对射线的吸收曲线. 由于吸收曲线对实验条件有很大的依赖性, 每当改变X光机电压或者被测工件的材料等条件时,需要重新测量吸收曲线才能完成硬化校正过程. 这种方法费事费时. 本文提出了基于蒙特卡罗模拟计算物质吸收曲线的硬化校正方法. 实验中, 分别用本方法和传统的硬化校正方法对铝工件进行硬化校正, 经过比较, 确认本方法是有效的. 然后用该方法对不同材料(铝、铁和铜)的工件进行校正. 实验结果表明, 本方法能有效消除各种材料工件图像中的硬化伪影, 是快速的和切实可行的.