圖像濾波方法及ct 系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種圖像濾波方法及CT系統(tǒng)，尤其涉及利用并行計(jì)算的圖像濾波方 法及CT系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 圖像濾波，即消除圖像中的無(wú)用噪聲，是圖像預(yù)處理中不可缺少的操作。濾波器是 圖像處理中最關(guān)鍵的組成部分之一，無(wú)論是在圖像變換、圖像增強(qiáng)和圖像恢復(fù)中都是相當(dāng) 重要。選擇不同的濾波器可W實(shí)現(xiàn)不同的處理效果，例如低通濾波器可用于平滑圖像，高通 濾波器可用于邊緣提取等。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，我們需要處理的數(shù)據(jù)量大幅增加，該就對(duì) 圖像濾波的處理速度提出了更高的要求。
[0003]除了直接用于圖像處理外，濾波器還可W作為一些迭代計(jì)算的正則化約束條件。 例如，計(jì)算機(jī)斷層成像術(shù)（CT)廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)影像領(lǐng)域。它是利用計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)被測(cè)物體 斷層掃描圖像進(jìn)行重建獲得3維斷層圖像的掃描方式。該掃描方式是通過(guò)單一軸面的射線 穿透被測(cè)物體，根據(jù)被測(cè)物體各部分對(duì)射線的吸收與透過(guò)率不同，由計(jì)算機(jī)采集透過(guò)射線 并通過(guò)3維重構(gòu)成像。解析重建和迭代重建是CT圖像重建的兩種基本方法，其中迭代重建 在保證圖像質(zhì)量恒定的前提下能夠大幅降低福射劑量，有利于作為未來(lái)的發(fā)展方向的低福 射劑量CT。在低福射劑量CT圖像的迭代重建中，每次迭代計(jì)算中都要進(jìn)行濾波正則化計(jì) 算，由于醫(yī)療圖像數(shù)據(jù)量大，濾波的速度將直接影響CT圖像重建的速度。因此，對(duì)大規(guī)模圖 像濾波處理進(jìn)行加速十分必要。
[0004]另一方面，W圖像處理器（GPU)為代表的多核處理器的高性能數(shù)值運(yùn)算能力在 近些年發(fā)展迅速。NVIDIA公司于2007年正式發(fā)布的CUDA(Computer化ifiedDevice Architec化re;計(jì)算統(tǒng)一設(shè)備架構(gòu))，使用一種類C語(yǔ)言(支持現(xiàn)有C語(yǔ)言基礎(chǔ)上，進(jìn)行了部 分?jǐn)U展)，使得開發(fā)工作更加易于掌握。GPU不再局限于圖形處理，也可應(yīng)用于通用數(shù)值計(jì) 算中，特別適用于并行度高數(shù)值運(yùn)算量大的運(yùn)算。
[0005]因此，近年來(lái)開始利用WGPU為代表的多核處理器的并行計(jì)算來(lái)加速大規(guī)模圖像 濾波處理。在傳統(tǒng)的并行處理方法中，將圖像中的每一個(gè)像素點(diǎn)的濾波計(jì)算作為基本計(jì)算 單元交給每一個(gè)線程完成。但是，該不但會(huì)產(chǎn)生大量的重復(fù)計(jì)算，造成計(jì)算量和計(jì)算時(shí)間的 無(wú)謂增加，而且會(huì)產(chǎn)生全局存儲(chǔ)器的大量重復(fù)訪問，造成全局存儲(chǔ)器的訪問次數(shù)和訪問時(shí) 間的無(wú)謂增加。由此，現(xiàn)有技術(shù)在利用并行計(jì)算來(lái)實(shí)現(xiàn)圖像濾波處理時(shí)存在圖像濾波速度 低下的技術(shù)問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的上述技術(shù)問題，其目的在于，提供一種基于W圖像處理 器（GPU)為代表的多核處理器的圖像濾波方法及CT系統(tǒng)，在利用并行計(jì)算實(shí)現(xiàn)快速的大規(guī) 模圖像濾波處理中，通過(guò)減少現(xiàn)有并行計(jì)算中的重復(fù)計(jì)算，減少計(jì)算量，大幅提高圖像濾波 的并行計(jì)算速度。
[0007] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種圖像濾波方法，利用多核處理器，并行地對(duì)圖 像進(jìn)行濾波處理，其特征在于，包括W下步驟：計(jì)算方向確定步驟，根據(jù)所述圖像的維數(shù)及 所述濾波處理的預(yù)定的鄰域范圍，確定所述濾波處理的多個(gè)計(jì)算方向；各方向?yàn)V波計(jì)算步 驟，按所確定的多個(gè)計(jì)算方向中的每個(gè)計(jì)算方向分別進(jìn)行下述處理：由多個(gè)線程中的每個(gè) 線程分別針對(duì)所述圖像中的一行像素，W該行的每個(gè)像素作為對(duì)象像素，在對(duì)象像素與該 對(duì)象像素在該計(jì)算方向上的各鄰域像素之間進(jìn)行預(yù)定的濾波計(jì)算，并將所述濾波計(jì)算的結(jié) 果分別W累加的方式保存為該對(duì)象像素和各鄰域像素的濾波結(jié)果，其中所述鄰域像素是位 于對(duì)象像素的所述鄰域范圍中的像素；W及圖像濾波結(jié)果獲得步驟，將通過(guò)所述各方向?yàn)V 波計(jì)算步驟針對(duì)所確定的全部計(jì)算方向得到的濾波結(jié)果按所述圖像的每個(gè)像素累加，從而 獲得所述圖像的圖像濾波結(jié)果。
[0008] 根據(jù)本發(fā)明的圖像濾波方法，在利用并行計(jì)算的圖像濾波處理中，能夠減少現(xiàn)有 并行計(jì)算中的重復(fù)計(jì)算，減少計(jì)算量，從而大幅提高圖像濾波的并行計(jì)算速度，并提高圖像 濾波處理的速度和實(shí)用性。
[0009] 本發(fā)明的圖像濾波方法也可W是：在所述各方向?yàn)V波計(jì)算步驟中，多個(gè)線程中的 每個(gè)線程相互并行地進(jìn)行濾波計(jì)算。
[0010] 在此，通過(guò)多個(gè)線程中的每個(gè)線程相互并行地進(jìn)行濾波計(jì)算，能夠進(jìn)一步提高圖 像濾波處理的速度。
[0011] 本發(fā)明的圖像濾波方法也可W是：在所述各方向?yàn)V波計(jì)算步驟中，每個(gè)線程分別 針對(duì)所述圖像中的一行像素，從該行的起始像素開始直到該行的最終像素為止依次作為對(duì) 象像素，在對(duì)象像素與該對(duì)象像素在該計(jì)算方向上的各鄰域像素之間進(jìn)行所述濾波計(jì)算， 并將所述濾波計(jì)算的結(jié)果分別W累加的方式保存為該對(duì)象像素和各鄰域像素的濾波結(jié)果。
[0012] 在此，在針對(duì)各計(jì)算方向的濾波計(jì)算中，每個(gè)線程將一行像素中的起始像素到最 終像素依次作為對(duì)象像素。由此，能夠在該行的各像素之間充分地相互利用濾波計(jì)算結(jié)果， 大幅提高圖像濾波的并行計(jì)算速度。
[0013] 本發(fā)明的圖像濾波方法也可W是：在所述計(jì)算方向確定步驟中確定了相對(duì)于所述 圖像中的像素排列方向傾斜的計(jì)算方向的情況下，在所述各方向?yàn)V波計(jì)算步驟中，按該傾 斜的計(jì)算方向進(jìn)行處理時(shí)，每個(gè)線程所計(jì)算的各行像素的像素?cái)?shù)量相等。
[0014] 在此，在按傾斜的計(jì)算方向進(jìn)行濾波計(jì)算時(shí)，通過(guò)合理設(shè)定由每個(gè)線程所計(jì)算的 各行像素，使得各行像素的像素?cái)?shù)量相等，能夠最大程度地在各個(gè)線程之間使計(jì)算量平均 化，而且有利于各個(gè)線程并行計(jì)算，從而提高了圖像濾波的并行計(jì)算速度。
[0015] 本發(fā)明的圖像濾波方法也可W是；在針對(duì)2維圖像進(jìn)行濾波處理、且濾波處理的 鄰域范圍的半徑為1的情況下，在所述計(jì)算方向確定步驟中，所確定的計(jì)算方向的數(shù)量為 4,在所述圖像濾波結(jié)果獲得步驟中，將通過(guò)所述各方向?yàn)V波計(jì)算步驟針對(duì)所確定的4個(gè)計(jì) 算方向得到的濾波結(jié)果按所述圖像的每個(gè)像素累加，從而獲得所述圖像的圖像濾波結(jié)果。
[0016] 由此，通過(guò)多核處理器并行地針對(duì)2維圖像進(jìn)行濾波處理，能夠減少現(xiàn)有并行計(jì) 算中的重復(fù)計(jì)算，減少計(jì)算量，從而大幅提高2維圖像濾波的并行計(jì)算速度，并提高2維圖 像濾波處理的速度和實(shí)用性。
[0017] 本發(fā)明的圖像濾波方法也可W是；在針對(duì)3維圖像進(jìn)行濾波處理、且濾波處理的 鄰域范圍的半徑為1的情況下，在所述計(jì)算方向確定步驟中，所確定的計(jì)算方向的數(shù)量為 13,在所述圖像濾波結(jié)果獲得步驟中，將通過(guò)所述各方向?yàn)V波計(jì)算步驟針對(duì)所確定的13個(gè) 計(jì)算方向得到的濾波結(jié)果按所述圖像的每個(gè)像素累加，從而獲得所述圖像的圖像濾波結(jié) 果。
[0018] 由此，通過(guò)多核處理器并行地針對(duì)3維圖像進(jìn)行濾波處理，能夠減少現(xiàn)有并行計(jì) 算中的重復(fù)計(jì)算，減少計(jì)算量，從而大幅提高3維圖像濾波的并行計(jì)算速度，并提高3維圖 像濾波處理的速度和實(shí)用性。
[0019] 本發(fā)明的圖像濾波方法也可W是；在針對(duì)3維圖像進(jìn)行濾波處理、且濾波處理的 鄰域范圍的半徑為r的情況下，通過(guò)所述計(jì)算方向確定步驟確定了多個(gè)計(jì)算方向之后進(jìn)行 下述處理；（1)從全局存儲(chǔ)器向所述多核處理器的共享內(nèi)存讀入構(gòu)成所述3維圖像的多個(gè)2 維圖像中的起始化+1個(gè)2維圖像，并對(duì)該化+1個(gè)2維圖像執(zhí)行所述各方向?yàn)V波計(jì)算步驟 和所述圖像濾波結(jié)果獲得步驟，（2)將讀入的化+1個(gè)2維圖像中的前r+1個(gè)2維圖像的各 像素的濾波結(jié)果從共享內(nèi)存寫入全局存儲(chǔ)器，（3)從全局存儲(chǔ)器向共享內(nèi)存讀入構(gòu)成所述 3維圖像的多個(gè)2維圖像中的后續(xù)r+1個(gè)2維圖像，并對(duì)由該后續(xù)r+1個(gè)2維圖像和在（2) 中未從共享內(nèi)存寫入全局存儲(chǔ)器的r個(gè)2維圖像組成的化+1個(gè)2維圖像，執(zhí)行所述各方向 濾波計(jì)算步驟和所述圖像濾波結(jié)果獲得步驟，（4)重復(fù)處理（2)和處理（3)，直到將構(gòu)成所 述3維圖像的全部2維圖像的圖像濾波結(jié)果從共享內(nèi)存寫入全局存儲(chǔ)器，并將寫入全局存 儲(chǔ)器的所述全部2維圖像的圖像濾波結(jié)果作為所述3維圖像的圖像濾波結(jié)果。
[0020] -般而言，全局存儲(chǔ)器不具有緩存，讀寫速度較慢，而多核處理器的共享內(nèi)存具有 緩存該一優(yōu)勢(shì)，讀寫速度快。通過(guò)上述處理，充分利用共享內(nèi)存的緩存機(jī)制，減少全局存儲(chǔ) 器的訪問次數(shù)，大大減少處理器內(nèi)存的訪問時(shí)間，從而提高了圖像濾波處理的速度和實(shí)用 性。
[0021] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明還提供一種CT系統(tǒng)，通過(guò)X射線對(duì)掃描對(duì)象進(jìn)行掃描， 輸出所述掃描對(duì)象的CT圖像，其特征在于，具有；CT掃描儀，通過(guò)X射線對(duì)掃描對(duì)象進(jìn)行掃 描，獲得所述掃描對(duì)象的投影圖像；CT圖像重建裝置，具有多核處理器，根據(jù)所述投影圖像 重建CT圖像，在為了重建CT圖像而利用所述多核處理器對(duì)圖像并行地進(jìn)行的濾波處理中， 根據(jù)圖像的維數(shù)及所述濾波處理的預(yù)定的鄰域范圍，確定所述濾波處理的多個(gè)計(jì)算方向， 按所確定的多個(gè)計(jì)算方向中的每個(gè)計(jì)算方向，由多個(gè)線程中的每個(gè)線程分別針對(duì)所述圖像 中的一行像素，W該行的每個(gè)像素作為對(duì)象像素，在