X射线CT环形伪影去除方法

为去除X射线CT图像中的环形伪影,建立了一种投影数据预处理方法。该方法通过对各角度投影数据逐一进行分段多项式拟合的方式建立异常探元的备选校正因子集合,再根据备选校正因子的概率密度分布确定最可几校正因子。介绍了方法的物理依据、原理及其实现步骤,并分析了其在复杂条件下的适应性。结果表明:该方法对稀疏环形伪影、密集环形伪影以及伴随强噪声污染的CT图像环形伪影均可去除;与中值滤波等方法相比,可以更好地保持图像的空间分辨率。该方法可用于多材质检测对象CT图像的处理。     

X射线CT正交基材料分解成像方法及其在校正金属伪影中的应用

针对被测样品的组成物质已知且彼此不混合的情况,提出了一种结合能谱信息的单能谱计算机断层扫描（CT）图像重建方法。该方法利用已知物质作为基材料对CT投影数据的采集过程进行数学建模,然后对该非线性模型进行基材料图像的迭代求解。在求解中,通过将基材料“不混合”的性质转化为向量正交性,实现了迭代过程的快速收敛。本文方法充分考虑了X射线的能谱和被测样品材料的属性,可显著地校正传统CT图像中的硬化伪影和金属伪影,有效地提高该类样品的CT成像质量。实验验证了所提方法的有效性。     

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。     

CT图像“条状”伪影校正方法研究

在CT重建中,当断层射线衰减系数的变化呈非连续性的跳跃变化,如一种材质密度远远大于另一种材质的密度时,CT图像中高密度物质周围就会产生条状伪影。利用重投影技术分别获取高密度物质和低密度物质的正弦图,低密度物质正弦图中的数据缺失区用线性插值技术进行平滑过渡。利用两幅正弦图分别进行CT重建,然后将两幅CT图像进行相加,得到校正后的图像。实验结果表明,该方法能有效抑制条状伪影,同时提高了图像对比度。     

工业CT图像边缘伪影校正

为了去除工业CT图像中的边缘伪影,提高CT图像的识别能力和尺寸测量精度,提出一种降低串扰的系数修正法。首先分析得出边缘伪影主要是由散射射线在相邻探测通道之间的串扰所导致,并给出了探测通道串扰的数学模型;然后根据数学模型设计实验方案,通过对影响串扰率的主要因素进行实验分析,得到串扰率随入射X射线能量和被测物体厚度变化关系,再通过最小二乘拟合得出投影数据关于串扰率的函数;最后利用此函数对投影数据进行校正,降低了串扰的影响。实验结果表明,探测器间一级串扰率约为9.0%,二级串扰率约为1.2%,其中一级串扰是造成边缘伪影的主要因素,采用本文方法能够有效地抑制边缘伪影,同时较好地保留了图像细节和边缘。     

工业CT图像边缘伪影校正

为了去除工业CT图像中的边缘伪影,提高CT图像的识别能力和尺寸测量精度,提出一种降低串扰的系数修正法。首先分析得出边缘伪影主要是由散射射线在相邻探测通道之间的串扰所导致,并给出了探测通道串扰的数学模型;然后根据数学模型设计实验方案,通过对影响串扰率的主要因素进行实验分析,得到串扰率随入射X射线能量和被测物体厚度变化关系,再通过最小二乘拟合得出投影数据关于串扰率的函数;最后利用此函数对投影数据进行校正,降低了串扰的影响。实验结果表明,探测器间一级串扰率约为9.0%,二级串扰率约为1.2%,其中一级串扰是造成边缘伪影的主要因素,采用本文方法能够有效地抑制边缘伪影,同时较好地保留了图像细节和边缘。     

多金属物体CT图像的金属伪影校正

针对多金属伪影的校正问题,本文通过仿真实验分析了多金属伪影的成因,并提出了一种基于投影校正的多金属伪影校正方法.该方法首先直接从投影域分割出金属区域,然后建立对金属区域投影值的校正模型,最后通过调整模型参数达到校正目的.模型以重建图像的灰度熵为目标函数,采用单纯形法迭代求解使熵最小时的校正参数.仿真和实际数据的实验结果表明,本文算法对多金属伪影的校正起到了良好的效果,且校正后的图像质量优于插值校正法.     

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。     

高精度环形谱仪等时性模式的闭轨校正模拟

高精度环形谱仪（SRing）是HIAF装置的重要组成部分,闭轨校正设计是该同步加速器设计的关键部分。由于等时性模式（γ_t=1.43）线性光学水平β函数很大,磁铁场误差及安装误差会引起较大的闭轨畸变,并导致线性光学发生变化。模拟过程采用奇异值分解（SVD）算法,通过多次计算响应矩阵并计算校正铁校正量实现闭轨校正。同时考虑BPM误差的影响,并通过减少特征值使用个数降低校正铁校正量。校正后全环最大闭轨小于0.8 mm,线性光学也得到明显优化。     

上海光源储存环线性模型校正

上海光源是我国刚刚建成的一台第三代中能同步辐射光源。为使得上海光源能够严格工作在设计状态下, 在调试过程中进行了一系列线性模型的校正, 主要包括闭轨校正、 基于束流准直（BBA）校正、 LOCO参数校正和线性耦合校正。经过反复的线性模型校正以后, 上海光源储存环的闭轨畸变均方根误差在水平和垂直两个方向可以分别控制到50和60 μm的水平, 包络函数畸变和色散函数畸变都可以控制到小于1%的状态, 工作点和束流发射度基本上校正到了设计值。线性耦合校正能够方便地将储存环的耦合度从0.02%调节到2%左右。调试结果表明, 上海光源采取的这一套线性模型校正方法, 能够有效地将上海光源的工作状态校正到设计状态, 并且为其他模式的调节奠定了基础。In the commissioning stage of Shanghai Synchrotron Radiation Facility(SSRF) storage ring, several methods were used to correct the linear optics. Beam Based Alignment(BBA) was used for BPM\|Quadrupole offsets measurement; Response matrix was used for orbit correction; LOCO was used for linear optics fitting, and quadrupoles strength were adjusted to correction the beta function; coupling was measured and corrected by skew quadrupoles. After correction, closed orbit are reduced to 50/60 μm in hortizontal and vertical plane; β beating and dispersion errors are less than 1%; betatron tune and emmittance are closed to the design value; betatron coupling also can be adjusted from 0.02% to 2%. These methods have been proved to be useful for storage ring calibrations, with the help of these methods, SSRF storage ring can be tuned to the design model and other model easily.     

Two Methods for Extending Quantum Key Warehouse

Because the rates of quantum key distribution systems are too low, the interleaving technique and interpolation technique are used to extend the capacity of the quantum key warehouse to increase the quantum key rates of quantum secure communication systems. The simulation shows that the interleaving technique and interpolation technique can extend random sequences and that their randomness are invariable. The correlative theory and technique of digital signal processing is an effective method of extending the quantum key warehouse. Translated from Chinese Journal of Quantum Electronics, 2005, 22(1) (in Chinese)     

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。     

Correction for Shift-variant Characteristics of Single Photon Emission Computed Tomography Acquisition System Using Sensitivity Functions

The single photon emission computed tomography (SPECT) imaging system has shift-variant characteristics due to non-uniform attenuation of gamma-ray, collimator design, scattered photons, etc. In order to provide quantitatively accurate SPECT images, these characteristics should be compensated in the reconstruction. This paper presents a new method to correct the shift-variant characteristics, which is based on a continuous-discrete mapping model and filtered backprojection (FBP) method, in which the projection data are assumed to be acquired by narrow ray sum beams in the FBP method and the assumed data set is expressed as a linear combination of the actual projection data. Narrow ray sum beams are approximated by a weighted sum of the original sensitivity functions. Thus, at the reconstruction the projection data are first modified using an approximation and the FBP method is then applied to the corrected projection data and a SPECT image is reconstructed. We further propose a technique that requires the inversion of smaller matrices than the conventional algebraic method; the amount of calculation and memory space become smaller and the stability of the calculation is greatly improved as well. The results of the numerical simulations are also demonstrated.     

分光计调节方法的修正

分光计作为光学精密测量工具,测量前的调整至关重要。在对载物台及望远镜的调节中,分析了传统调节方法存在的遗漏与弊端,提出了应采用垂直方向的分步调节方法,确保载物台平面和望远镜光轴都与分光计中心轴处于垂直状态。     

平行平板横向剪切干涉仪装调误差的矫正方法研究

对平行平板双光路横向剪切干涉仪的装调进行了研究,提出了一种矫正两个平行平板之间角度误差的方法.输出激光的波前采用Zernike多项式拟合,经过理论推导,发现两个方向差分波前求解出的倾斜像散之差与平行平板的角度误差存在线性关系,利用两个方向倾斜像散之差来矫正两个平行平板之间的角度误差.在平行平板横向剪切干涉仪的装调过程中使两个方向差分波前的倾斜像散之差为零即可以使两个方向的平行平板之间的角度误差值为零.进一步地从实验上证明了这个线性关系,对于所用的实验系统,当离焦像差为-3.224 7±0.001 8,两个方向差分波前的倾斜像散之差波动范围为±2.0×10^-3时,平行平板的角度误差可以控制在8.82″之内,高阶像差对平行平板的角度误差调节精度的影响约为1.63″.该方法具有装调简单、精确度高,易于流程化操作的优点.     

红外光谱发射率测量系统的温漂修正方法

针对探测器光谱响应度温漂现象对红外光谱发射率测量系统重复性的影响,分析探测器温度与输出电压之间的变化规律,提出了基于多项式拟合的光谱响应度温漂修正方法。研究探测器自身温度与其光谱响应度的函数关系,对探测器光谱响应度随温度变化的曲线进行数据拟合,得到探测器温度-光谱响应度的拟合方程,计算光谱响应度的温漂修正系数,修正探测器的输出电压,消除光谱响应度温漂现象对探测器输出电压造成的影响。研制光谱响应度温漂修正装置,测得探测器光谱响度的温漂曲线,对比指数拟合曲线和多项式拟合曲线与测量曲线的吻合度,结果表明6阶多项式拟合曲线的一致性较好,提高了基于积分球反射计的光谱发射率测量系统的重复性。