基于最小区域的锥束ART算法快速图像重建

针对锥束ART算法重建速度慢的问题,考虑到工业CT重建目标尺寸差异较大的特点,提出了一种基于最小重建区域的快速三维图像重建方法。由不同视角下的锥束投影构建最小区域包络,对最小区域包络进行膨胀处理,以消除重建目标边界附近所出现的伪影,在此基础上,给出了射线穿过最小重建区域的体素索引及权因子的计算。该方法能够根据重建目标的尺寸自适应地确定最小重建区域,从而最大限度地减少了计算量。实验结果表明,该方法不仅大幅度提高了锥束ART算法的重建速度,而且有效地提高了重建质量。     

基于深度神经网络的时空编码磁共振成像超分辨率重建方法

单扫描时空编码磁共振成像是一种新型超快速磁共振成像技术,它对磁场不均匀和化学位移伪影有较强的抵抗性,但是其固有的空间分辨率较低,因此通常需要进行超分辨率重建,以在不增加采样点数的情况下提高时空编码磁共振图像的空间分辨率.然而,现有的重建方法存在迭代求解时间长、重建结果有混叠伪影残留等问题.为此,本文提出了一种基于深度神经网络的单扫描时空编码磁共振成像超分辨率重建方法.该方法采用模拟样本训练深度神经网络,再利用训练好的网络模型对实际采样信号进行重建.数值模拟、水模和活体鼠脑的实验结果表明,该方法能快速重建出无残留混叠伪影、纹理信息清楚的超分辨率时空编码磁共振图像.适当增加训练样本数量以及在训练样本中加入适当的随机噪声水平,有助于改善重建效果.     

代数重建技术中投影序列选择次序的研究

在代数重建技术中投影序列的选择次序对重建收敛速度及精度均具有重要影响。针对在360°方向上均匀获取投影数据的场合,提出加权距离正交投影排序方法。该方法将投影序列分成若干组,在每一组内前后选择的投影序列彼此正交,同时相邻组之间投影序列尽可能均匀分布。该方法能提高重建精度及收敛速度,同时利用前后正交投影角度下射线经过像素信息关系,可将重建速度提高1倍。     

数字显微全息重建图像的景深扩展研究

显微物镜的景深问题限制数字显微全息在大纵深视场中的应用. 本文充分利用数值重建的特点, 采取低频和高频系数子图上的最大亮度梯度的局部方差作为聚焦判据, 在小波分解域内对显微全息重建图像的景深扩展问题进行了研究. 对倾斜的连续物体碳纤维进行三维重建, 分析了重建距离与直径测量误差的关系. 以超声波雾化器生成的微液滴颗粒场为例, 对离散颗粒场的重建图像进行了景深扩展. 利用基于广义洛伦兹-米散射理论的模型分别模拟1-15 μm 的非透明与透明离散颗粒的显微全息图, 分析了该方法重建的颗粒场的纵深定位误差与夫琅禾费系数的关系, 对比了非透明与透明颗粒纵深定位误差的异同点. 实验和模拟结果显示出该方法对于连续物体和离散颗粒场的显微全息重建图像的景深扩展能力, 且能由此准确重建物体信息.     

基于Hilbert变换实现数字全息高精度相位重建

为了提高数字全息相位重建精度,研究了基于Hilbert变换重建相位的理论和方法,并通过像面数字全息实验对该方法的有效性进行了验证,同时与数字全息常规重建方法得到的结果进行了比较.结果表明:Hilbert变换本身具有消除直流项的作用,对利用频域滤波滤除零级谱后的全息图进行Hilbert变换,能够彻底消除零级衍射项的干扰,从而提高相位重建精度.与常规重建结果相比,基于Hilbert变换的相位重建结果的标准偏差降低了14.0%.本文结果对提高数字全息相位重建精度具有重要的指导意义.     

基于双阈值Huber范数估计的图像正则化超分辨率算法

多帧图像超分辨率算法利用图像间的互补信息, 可以从一系列具有亚像素位移的低分辨率影像数据中重建出高分辨率图像. 在众多超分辨率算法中, 正则化方法以其求解病态问题的有效性而被广泛应用, 但在此类方法中, 最优估计算子的估计准确度对最后的重建结果有着较大的影响. 本文在现有正则化超分辨率重建算法的基础上, 提出了一种基于双阈值Huber范数的极大似然估计算子, 可以提高Huber范数对于阈值取值的容忍性和算子估计精度; 并给出了基于该算子的正则化超分辨率算法的迭代公式. 通过对仿真图像进行重建, 结果表明算法可有效地抑制各种噪声并保证重建效果; 同时将此算法应用于实际图像的超分辨率重建, 有效地提高了目标影像的空间分辨率. 关键词： 图像处理 图像重建 超分辨率 正则化     

光谱体层析技术诊断三维等离子体场

提出一种光谱体层析图像重建新算法.通过计算机数值模拟, 考察了该算法对非对称单峰发射系数场分布的重建效果,并与传统的三维重建算法进行比对.结果表明,该算法具有收敛快,重建准确度高的特点,仅用两个方向的投影数据就能高准确度地重建单峰三维发射系数场分布.作为一个应用实例, 结合谱线相对强度测量方法重建了自由电弧等离子体的三维温度场分布.     

利用源强密度声辐射模态重建声场

为了利用声场中少量测点声压数据精确重建复杂结构的辐射声场,提出了源强密度声辐射模态分析理论和声场重建公式.在结构表面定义的空间上,利用以源强密度分布函数为参量的结构辐射声功率泛函表达式定义了一个线性自伴正辐射算子,该算子的特征函数为结构的源强密度声辐射模态.然后通过对矩形平板和带有半球帽的圆柱体的源强密度声辐射模态的分析,证明了源强密度声辐射模态具有空间滤波特性,并利用该性质建立了声场重建公式.球体仿真和平板实验验证了所提出的声场重建方法的可行性和稳健性.基于源强密度声辐射模态的声场重建方法简单,利用较少测点数据就可以获得较高的声场重建精度,特别适合于复杂结构的低频声场重建.     

多目标优化发射层析算法在等离子体场光谱诊断中的应用

提出一种基于多目标优化原理的发射光谱层析(EST)图像重建新算法MCIRT.通过计算机数值 模拟，考察了该算法对非对称发射系数场分布的重建效果.结果表明，与传统层析算法相比 ，MCIRT算法具有收敛快，重建精度高的优势，适合于非完全数据情况下的等离子体发射系 数场重建，并且实时性更好.作为一个应用实例, 运用谱线相对强度法重建了自由电弧等离 子体的三维温度及粒子数密度分布. 关键词： 等离子体诊断 图像重建     

一种少投影光学层析新算法及其应用

研究少投影数情况下等离子体温度场重建问题。结合光学层析重建算法及等离子体光谱诊断中的谱线绝对强度法进行自由电弧等离子体温度场重建实验。理论上，详细讨论了一种基于最大熵准则及最优化原理的光学层析图像重建新算法。通过计算机数值模拟，考察了该算法对非对称温度场分布的重建效果。详细分析了投影噪声、投影方向数、场分布性质对重建精度的影响，并与代数迭代重建算法结果进行对比．结果表明，该算法以两个正交方向投影数据重建单峰余弦模拟场平均误差仅为0.3％，而代数迭代重建算法为3．81％；该算法以四个均匀角度间隔投影数据重建三峰随机高斯模拟场平均误差为1．77％，而代数迭代重建算法为2．02％。实验中，运用该算法结合谱线绝对强度法重建了自由电弧等离子体的温度分布。     

Channel-combination method for phase-based |B1+| mapping techniques

PurposeThe aim of this study was to propose a channel combination method for |B₁⁺| mapping methods using phase difference to reconstruct |B₁⁺| map.Theory and methodsPhase-based |B₁⁺| mapping methods commonly consider the phase difference of two scans to measure |B₁⁺|. Multiple receiver coils acquire a number of images and the phase difference at each channel is theoretically the same in the absence of noise. Affected by noise, phase difference is approximately governed by Gaussian distribution. Considering data from all channels as samples, estimation can be achieved by maximum likelihood method. With this method, all phase differences at each channel are combined into one. In this study, the proposed method is applied with Bloch-Siegert shift |B₁⁺| mapping method. Simulations are performed to illustrate the phase difference distribution and demonstrate the feasibility and facility of the proposed method. Phantom and vivo experiments are carried out at 1.5 T scanner equipped with 8-channel receiver coil. In all experiments, the proposed method is compared with weighted averaging (WA) method.ResultsSimulations revealed appropriateness of approximating the distribution of phase difference to Gaussian distribution. Compared with WA method, the proposed method reduces errors of |B₁⁺| calculation. Phantom and vivo experiments provide further validation.ConclusionConsidering phase noise distribution, the proposed method achieves channel combination by finding the estimation from data acquired by multiple receivers coil. The proposed method reduces |B₁⁺| reconstruction errors caused by noise.     

菲涅耳波带板扫描全息术透过高散射介质成像

将菲涅耳波带板扫描全息术用于高散射介质成像技术中。对于编码函数非负给物体的再现像带来的背景噪音．提出采用构造复合全息图的方法来消除。在实验中运用该方法得到了信噪比和衬比度较好的物体的再现像。计算并测试了系统的点扩展函数,实验结果与理论计算结果相吻合．其结果都接近于二维的δ函数。用菲涅耳波带板扫描全息成像系统进行了成像实验．得到了嵌埋在浓度为1％、深度为1．7cm的脂肪乳剂中的吸收体清晰的再现像,吸收体为直径0．4mm的金属丝和内径为6．0mm的金属环,另外．也得到了直径为2．5mm的黑塑料球的再现像。     

Numerical simulations to improve the performance of tunable diode laser absorption tomography in a harsh combustion environment

The impact of measurement noise and tomographic methods on reconstruction quality are investigated via simulation studies under a hypothesis harsh flow field environment. Computer tomographic methods based on direct absorption spectroscopy and wavelength modulation spectroscopy are conducted under different measurement noise levels to assess the noise effect quantitatively. It turns out that the wavelength modulation spectroscopy-based tomographic method shows efficient immunity to measurement noise. However, the direct absorption spectroscopy-based tomographic method is found to be susceptible to the measurement noise, which makes the reconstruction quality decline with the increasing noise level. In addition, two kinds of tomographic methods including linear and nonlinear method are investigated under a complex multimodal temperature distribution environment with limited projection data. The reconstructed distribution for the nonlinear tomographic method reveals great fidelity to the original value with a maximum deviation of 51.9?K, while the reconstructed distribution for the linear tomographic method under parallel beam arrangement shows an obvious distortion.     

A statistical method for characterizing the noise in nonlinearly reconstructed images from undersampled MR data: The POCS example

The projection-onto-convex-sets (POCS) algorithm is a powerful tool for reconstructing high-resolution images from undersampled k-space data. It is a nonlinear iterative method that attempts to estimate values for missing data. The convergence of the algorithm and its other deterministic properties are well established, but relatively little is known about how noise in the source data influences noise in the final reconstructed image. In this paper, we present an experimental treatment of the statistical properties in POCS and investigate 12 stochastic models for its noise distribution beside its nonlinear point spread functions. Statistical results show that as the ratio of the missing k-space data increases, the noise distribution in POCS images is no longer Rayleigh as with conventional linear Fourier reconstruction. Instead, the probability density function for the noise is well approximated by a lognormal distribution. For small missing data ratios, however, the noise remains Rayleigh distributed. Preliminary results show that in the presence of noise, POCS images are often dominated by POCS-enhanced noise rather than POCS-induced artifacts. Implicit in this work is the presentation of a general statistical method that can be used to assess the noise properties in other nonlinear reconstruction algorithms.     

Reconstruction in image space using basis functions for partially parallel imaging

General theory of a new reconstruction technique for partially parallel imaging (PPI) is presented in this study. Reconstruction in Image space using Basis functions (RIB) is based on the general principle that the PPI reconstruction in image space can be represented by a pixel-wise weighted summation of the aliased images directly from undersampled data. By assuming that these weighting coefficients for unaliasing can be approximated from the linear combination of a few predefined basis functions, RIB is capable of reconstructing the image within an arbitrary region. This paper discusses the general theory of RIB and its relationship to the classical reconstruction method, GRAPPA. The presented experiments demonstrate RIB with several MRI applications. It is shown that the performance of RIB is comparable to that of GRAPPA. In some cases, RIB shows advantages of increasing reconstruction efficiency, suppressing artifacts and alleviating the nonuniformity of noise distribution. It is anticipated that RIB would be especially useful for cardiac and prostate imaging, where the field of view during data acquisition is required to be much larger than the region of interest.     

结合透射CT的康普顿背散射图像重建

在康普顿散射成像(CST)技术中可以结合透射成像重建出衰减系数来消除散射重建的非线性,但这样得到的投影矩阵带有误差。而CST重建问题的不适定性对噪声和投影矩阵的误差非常敏感,重建结果会有较大误差。针对此问题,基于压缩感知理论提出了一种新的CST重建算法。新方法将图像重建问题归结为一个图像的全变分(TV)最小化问题,并使用收敛速度较快的基于交替方向法的Split-Bregman方法进行求解。在仿真实验中,通过与代数重建技术(ART)进行比较,在测量数据充足和测量数据不足两种情况下,本文算法都具有更好的重建质量,证明了所提算法在重建精度和抗噪性能方面的优势。     

结合透射CT的康普顿背散射图像重建

在康普顿散射成像(CST)技术中可以结合透射成像重建出衰减系数来消除散射重建的非线性,但这样得到的投影矩阵带有误差。而CST重建问题的不适定性对噪声和投影矩阵的误差非常敏感,重建结果会有较大误差。针对此问题,基于压缩感知理论提出了一种新的CST重建算法。新方法将图像重建问题归结为一个图像的全变分(TV)最小化问题,并使用收敛速度较快的基于交替方向法的Split-Bregman方法进行求解。在仿真实验中,通过与代数重建技术(ART)进行比较,在测量数据充足和测量数据不足两种情况下,本文算法都具有更好的重建质量,证明了所提算法在重建精度和抗噪性能方面的优势。     

基于菲涅耳波带板扫描全息术的光学层析成像

基于光学扫描全息术原理和编码孔径层析成像技术,提出了一种三维物体层析成像技术——菲涅耳波带板扫描全息术。该技术通过将物体的光强分布函数与菲涅耳波带板的光强分布函数进行卷积运算来得到物体的扫描全息图,通过相关解卷积的方法来进行扫描全息图的数字重建。依据该技术原理设计了实验系统,系统结构简单紧凑,具有三维物体层析成像功能。提出用数字高通滤波器来减少重建图像的背景噪声。计算机仿真及对实物的扫描记录和重建实验结果表明,该技术原理正确,用于三维物体层析成像是可行的,用数字高通滤波的方法提高重建图像的对比度是有效的。     

基于贝叶斯分层模型的MCMC方法在闪光图像重建中的应用

针对闪光图像得到的光程数据,采用贝叶斯分层模型建立了后验概率模型,运用Gibbs抽样动态构造马尔可夫链;进而获得了关于线吸收系数的统计结果及其不确定度,并与约束共轭梯度(CCG)方法进行对比分析。数值实验结果表明,马尔可夫链蒙特卡罗(MCMC)方法对理想光程图像的重建结果与真值近似完全一致;在含模糊和噪声时,重建结果与CCG方法相当;当含模糊且噪声干扰较大时,MCMC方法的重建结果要略优于CCG;更重要的是MCMC方法能够给出重建结果的不确定度。     

数字全息周期像的产生机理及在抑制零级衍射上的应用

在数字全息成像中, 利用CCD的RGB模式采样全息图时, 全息重构像会出现特定的周期性分布. 本文从理论和实验上详细研究了这种周期像产生的机理、分布特性和应用. 研究结果显示, 由于CCD的光谱滤镜会使全息图的RGB三个单色采样阵列出现部分像素信号的缺失, 因此, 需要通过特定的demosaicing数学算法对缺失的像素信号进行重建以形成完整的单色采样阵列, 这是数字全息再现像周期分布产生的根源. 而基于demosaicing算法的采样阵列重建会在全息图频谱中引入调制函数, 导致物体再现像和零级衍射斑的周期分布差异. 本文揭示了全息图的RGB采样、demosaicing算法与全息重构像周期性之间的内在关联. 最后, 讨论了结合空间移位和图像形态学技术, 利用重构像的周期性抑制零级衍射斑的应用. 所有理论与实验研究结果完全一致. 关键词： 数字全息 图像周期性 零级斑抑制