一種切片尺寸自適應(yīng)的火焰ct圖像重建方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種切片尺寸自適應(yīng)的火焰CT圖像重建方法，該方法包括以下步驟：（1）提取前景圖像；（2）建立射線直線方程及計算切片單元權(quán)值；（3）切片生成。本發(fā)明能夠根據(jù)火焰投影圖像確定火焰在每個二維切片上的實際范圍，自適應(yīng)地選取每一層切片上對重構(gòu)火焰目標(biāo)有效的面元，進而提高CT重建速度、減弱光帶的影響；對于一些在空間、時間上幾何形狀不斷發(fā)生變化的火焰三維重構(gòu)有重要的實際意義，例如蠟燭或者燃燒器火焰在空間高度上形狀不一樣，內(nèi)燃機點火時火焰隨時間向外膨脹擴散；該方法簡化了線性方程組的次元，提高了重建速度；通過提取前景限定有效的面元，減少光帶影響，提高二維切片的重構(gòu)質(zhì)量。
【專利說明】一種切片尺寸自適應(yīng)的火焰CT圖像重建方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及圖像的三維重建領(lǐng)域，尤其涉及火焰燃燒領(lǐng)域中火焰內(nèi)部場分布的三
維重建。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，越來越多的技術(shù)人員開始采用計算機層析成像技術(shù)對火焰等透明或半透明體進行三維重構(gòu)研究，利用若干個同步CCD相機從目標(biāo)物體的幾個不同的角度，拍攝得到目標(biāo)物體在各個方向的投影圖像，再利用這些投影圖像利用適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)優(yōu)化方法重建目標(biāo)物體內(nèi)部的三維場分布，實驗裝置示意圖如圖1所示。這與醫(yī)學(xué)上的計算機層析成像技術(shù)(Computed Tomography, CT)具有相似的原理。醫(yī)學(xué)上的CT是在不損傷對象內(nèi)部結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，采用X射線等射線源，根據(jù)從對象外部獲得的投影數(shù)據(jù)，運用一定的數(shù)學(xué)模型和重建成像技術(shù)，生成對象內(nèi)部的二維斷面對象，再從一系列二維圖像構(gòu)成三維圖像，重現(xiàn)對象內(nèi)部特征。
[0003]CT在由投影圖像生成切片場時，醫(yī)學(xué)上通常使用濾波反投影(Filter backprojection, FBP)和代數(shù)重建法(Algebra Reconstruction Technique, ART)兩種方法。FBP算法能夠很準(zhǔn)確地估算出醫(yī)學(xué)圖像的密度，因此理論上來說FBP算法在重構(gòu)效果上優(yōu)于ART算法。但是FBP算法需要很多視角的投影圖像，并且對于噪聲比較敏感。故本重建方法采用ART重建算法。
[0004]切片生成的質(zhì)量和速度是利用整個火焰CT圖像重建的效果的至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。投影角度選取的越多，利用二維重構(gòu)切片恢復(fù)三維形狀的效果越接近于實際物體形狀。但是受限于硬件平臺或者實際操作環(huán)境，很多情況下投影角度不可能足夠地多，而在投影角度有限的情況下，必然的面臨的問題是生成的切片會產(chǎn)生光帶的影響，并且二維切片重構(gòu)速度也對實時三維重構(gòu)提出了挑戰(zhàn)。工業(yè)上為了提高切片重構(gòu)的速度，往往采用高性能的刀片式服務(wù)器來實現(xiàn)。
[0005]在一定的硬件條件下，為了減弱切片光帶影響同時為了提高二維切片的重構(gòu)速度，只能從算法的角度上進行改進。傳統(tǒng)的切片重構(gòu)方法，將投影圖像的每一行看成一個二維切片的投影，二維切面由均勻分布的圓形面單元填充，每一面元所占的面積是由實際需要的分辨率決定的，投影圖像每一行上的每個像素值看作是一條射線上所有單元輻射強度的疊加。通過標(biāo)定CXD及燃燒火焰的位置，建立幾何坐標(biāo)系，從而進一步建立火焰每一條輻射射線的直線方程。算出切面上每一個面元對輻射射線的貢獻率Wu，投影輻射強度便是這些單元的輻射強度&的疊加。公式表示為
[0006]Pi = Σ Wjjfj (I)
[0007]式中，Pi表示第i條射線上的輻射強度的疊加，即投影圖像上一個像素。Wij表示第j個單元對第i條射線的貢獻率，fj表示切面上第j個單元的輻射強度。對于每一個二維切片，其在投影圖像上對應(yīng)一條水平的像素行，像素行上的每一個像素點均對應(yīng)一條輻射線。對于一幅N*N的投影圖像，一個二維切片面在一個⑶D攝像機角度上將有N條輻射線，設(shè)二維切面上面元的個數(shù)為M，則建立的輻射方程如式(2)所示:
【權(quán)利要求】
1.一種切片尺寸自適應(yīng)的火焰CT圖像重建方法，其特征在于，該方法包括以下步驟:步驟(I)、首先，對于拍攝得到的RGB火焰投影圖像，進行預(yù)處理來消除環(huán)境因素導(dǎo)致的噪聲，將RGB的紅綠藍三個通道分別進行重構(gòu)，然后再將三個通道生成的切片進行合成；利用OSTU法選取一個自適應(yīng)的全局閾值，對火焰投影圖像進行二值化；利用得到的二值化圖像，找到前景圖像的邊界像素點的坐標(biāo)以及前景圖像的最小外接矩形； 步驟(2)、投影圖像上的每一行看成是一個二維切片的投影，每行中的各個像素點都看成是一條輻射線；根據(jù)CCD攝像機參數(shù)，以及火焰成像面與火焰的實際距離值信息，建立火焰輻射直線方程；然后確定切片上面元BLOB的分辨率；利用實測的圖像成像面積，計算出每一個圓形單元的中心點坐標(biāo)；利用二維高斯面元模型的方法，計算切片上每一個圓的圓心到每一條直線的距離，進而計算該單元的權(quán)值； 步驟(3)、生成切片，過程是從上到下的:即從投影圖像的第一行開始最后一行結(jié)束，每一行像素看成一個輻射面，生成一個切片，在生成每一層切片時，由上面計算得到的前景圖像的中心線和邊界像素坐標(biāo)，以中心坐標(biāo)為圓心,邊界像素到中心線的距離為半徑做圓形限定空間；計算切片上每一個面元BLOB的中心坐標(biāo)是否落在這個限定空間內(nèi)，如果在這個范圍內(nèi)，將該BLOB記為有效并讀取它的權(quán)值信息，將無效的BLOB權(quán)值置為O ;然后再利用這樣的權(quán)值進行ART迭代運算；當(dāng)?shù)Y(jié)束重構(gòu)完一個切片時，將生成的該切片圖像保存到指定路徑，再進行下一行投影像素的迭代；依次進行到最后一行投影像素。
【文檔編號】G06T17/00GK103971388SQ201410082859
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年3月7日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月7日
【發(fā)明者】張淑芳, 張聰, 李 瑞, 張金麗 申請人:天津大學(xué)