一種高分辨錐束ct系統(tǒng)的幾何校正方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種在錐束CT系統(tǒng)中對投影圖像的處理方法，特別涉及一種在錐束 CT系統(tǒng)中對于投影圖像空間位置偏移的校正方法，屬于計(jì)算機(jī)斷層成像的圖像處理領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 在錐束CT系統(tǒng)中，對于斷層圖像的重建可以獲得被測物體內(nèi)部圖像信息，具有其 它無損檢測方法無法替代的特點(diǎn)，在工業(yè)無損檢測領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。錐束CT系統(tǒng) 的主要組成部分包括X射線源，載物臺(tái)及探測器。對于錐束投影一般采用FDK算法及其改 進(jìn)算法。如Practicalcone-beamalgorithmL.A.Feldkamp,L.C.Davis,andJ.ff.Kress ResearchStaff,FordMotorCompany,Dearborn,Michigan48121,J.Opt.Soc.Am.A/ Vol. 1，No. 6/June1984中所述，標(biāo)準(zhǔn)的FDK算法要求錐束CT系統(tǒng)中的射線源、旋轉(zhuǎn)軸和平 板探測器滿足一個(gè)嚴(yán)格的空間位置關(guān)系，這個(gè)位置關(guān)系描述如下：射線源焦點(diǎn)與探測器中 心的連線垂直于探測器平面，且該連線穿過旋轉(zhuǎn)軸，同時(shí)要求旋轉(zhuǎn)軸平行于平板探測器的 豎直方向的邊緣。
[0003] 在實(shí)際的錐束CT系統(tǒng)中，射線源、旋轉(zhuǎn)軸和探測器通常無法滿足上述空間位置關(guān) 系，即它們的實(shí)際空間位置與理想的空間位置之間存在著一定的誤差，如果不糾正這個(gè)誤 差，依然以標(biāo)準(zhǔn)的FDK算法對投影圖像進(jìn)行重建，重建圖像就會(huì)發(fā)生退化，這種退化就稱為 幾何偽影。因而要得到好的重建圖像就必須對錐束CT系統(tǒng)進(jìn)行幾何校正。而現(xiàn)有的錐束 CT幾何校正方法由于精度較低，用于高分辨錐束CT時(shí)并不能解決重建圖像的幾何偽影問 題，本發(fā)明因此而來。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提出一種高分辨率錐束CT系統(tǒng)的幾何校正方 法，利用幾何參數(shù)與小球球心重建圖像之間存在的聯(lián)系，建立了一個(gè)能反映該關(guān)系的目標(biāo) 函數(shù)，解決了現(xiàn)有技術(shù)存在的精度不夠高的問題。
[0005] 本發(fā)明解決以上技術(shù)問題的技術(shù)方案：提供一種高分辨錐束CT系統(tǒng)中的幾何校 正方法，其特征在于該方法包括以下步驟為：
[0006] 根據(jù)投影圖像的灰度差異選擇合適的閾值對選取的不同角度投影圖像進(jìn)行二值 化處理；
[0007] 經(jīng)對二值化后的投影圖像中黑色像素測量得到各個(gè)投影圖像的投影中心，并對各 個(gè)投影圖像旋轉(zhuǎn)后測量得到旋轉(zhuǎn)后的各個(gè)投影圖像的投影中心，從而得到投影圖像的旋轉(zhuǎn) 中心；
[0008] 采用一個(gè)能反映重建體數(shù)據(jù)質(zhì)量的目標(biāo)函數(shù)，建立該函數(shù)與CT系統(tǒng)幾何參數(shù)之 間的數(shù)學(xué)關(guān)系；
[0009] 采用最優(yōu)化算法計(jì)算目標(biāo)函數(shù)的最大值，并最終得到幾何參數(shù)的最優(yōu)解；
[0010] 用幾何參數(shù)的最優(yōu)解對高分辨錐束CT系統(tǒng)進(jìn)行幾何校正，就能有效的抑制高分 辨CT重建圖像中的幾何偽影，提高重建圖像的質(zhì)量。
[0011] 本發(fā)明進(jìn)一步限定的技術(shù)方案為：前述的高分辨錐束CT系統(tǒng)中的幾何校正方法， 所述的閾值通過測量被測物體的投影灰度和背景灰度的差異來確定，即記被測物體投影灰 度的平均值為A，記背景灰度的平均值為B，采用（A+B)/2作為所述閾值。
[0012] 前述的高分辨錐束CT系統(tǒng)中的幾何校正方法，所述的幾何參數(shù)為一組6參數(shù)的向 量。
[0013] 前述的高分辨錐束CT系統(tǒng)中的幾何校正方法，所述的目標(biāo)函數(shù)為重建體數(shù)據(jù)的 平方和。
[0014] 進(jìn)一步的，前述的高分辨錐束CT系統(tǒng)中的幾何校正方法，所述的最優(yōu)化算法為模 擬退火算法。
[0015] 本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明技術(shù)方案利用了幾何參數(shù)與小球球心重建圖像之間存 在的聯(lián)系，建立了一個(gè)能反映該關(guān)系的目標(biāo)函數(shù)，并通過計(jì)算目標(biāo)函數(shù)的最大值來計(jì)算得 到幾何參數(shù)的最優(yōu)解。試驗(yàn)證明通過該方法計(jì)算得到的高分辨CT系統(tǒng)的幾何參數(shù)能夠有 效的抑制重建圖像中的幾何偽影，提高重建圖像質(zhì)量。
【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明方法采用的錐束CT的幾何模型的立體示意圖。
[0017]圖2為本方法采用的錐束CT幾何模型的俯視圖。
[0018] 圖3為本方法采用的錐束CT幾何模型的探測器平面示意圖。
[0019] 圖4為本發(fā)明方法幾何校正后的細(xì)竹簽的重建圖像。
[0020] 圖5為未采用本方法進(jìn)行幾何校正的細(xì)竹簽的重建圖像。
【具體實(shí)施方式】
[0021] 實(shí)施例1
[0022] 本實(shí)施例提供一種高精度的錐束CT幾何校正方法，步驟可以分述為：
[0023] 第一步，將金屬小球固定于CT系統(tǒng)的載物臺(tái)上，用30kV/200yA的X射線對金屬 小球進(jìn)行掃描，角度間隔為3.6°，掃描范圍為360°，得到100張小球的投影圖像。
[0024] 第二步，對投影圖像的灰度差異，選擇合適的閾值T，對投影圖像做二值化處理，設(shè) 投影圖像中在坐標(biāo)（x，y)處的灰度值為G(x，y)，如果G(x，y)彡T，置G(x，y) =0,反之若 G(x，y)多T，置G(x，y) =2N-1，其中N為投影圖像的位數(shù)，這樣通過二值化之后的投影圖像 中的目標(biāo)物體為黑色，背景為白色。
[0025] 第三步，對二值化后的投影圖像求中心。由于物體在處理后的投影圖像中為黑色， 測量得出投影圖像中黑色區(qū)域的中心即為投影中心。以測量橫坐標(biāo)為例，具體的方法是首 先令nXSum= 0,nCount= 0,其中nXSum代表所有黑色像素的X坐標(biāo)和，nCount代表黑色 像素的個(gè)數(shù)，其中n表示該數(shù)據(jù)用int型表示，依次判斷二值化之后的圖像中的點(diǎn)是否為0， 如果為0,nXSum加上該點(diǎn)的橫坐標(biāo)，并且黑色像素的個(gè)數(shù)nCount加1，整幅圖像所有的點(diǎn) 判斷完之后，nXSum除以nCount即為該幅圖像的物體的投影中心。
[0026] 第四步，用數(shù)學(xué)公式描述目標(biāo)函數(shù)（重建體數(shù)據(jù)像素值的平方和）的值與幾何參 數(shù)之間的函數(shù)關(guān)系，即給出用幾何參數(shù)來計(jì)算相應(yīng)的目標(biāo)函數(shù)的計(jì)算公式。
[0027] 第五步，選取一組幾何參數(shù)作為初始值，并采用模擬退火算法迭代地計(jì)算目標(biāo)函 數(shù)的最大值，直至滿足迭代終止條件，得到幾何參數(shù)的最優(yōu)解。
[0028] 第六步，用得到的幾何參數(shù)的最優(yōu)解對投影圖像進(jìn)行幾何校正。
[0029] 具體的，本實(shí)施例以一組100張12位2048*2048像素的投影圖像幾何參數(shù)計(jì)算步 驟，步驟如下：
[0030] 1、針對投影圖像的灰度差異，選擇合適的閾值，對投影圖像做二值化處理。
[0031] 根據(jù)實(shí)際情況任意選擇一塊背景的區(qū)域計(jì)算出的平均值為3846,而目標(biāo)物體的灰 度值一般不超過2450,根據(jù)這兩個(gè)值選擇的閾值為T= 3000。設(shè)投影圖像中在坐標(biāo)（x，y) 處的灰度值為G(x，y)，如果G(x，y)彡3000,置G(x，y) = 0,反之若G(x，y)彡3000,置 G(x，y) = 4095。這樣通過二值化之后的投影圖像中的目標(biāo)物體為黑色，背景為白色。
[0032] 2、對二值化后的投影圖像求中心。
[0033] 由于物體在處理后的投影圖像中為黑色，只要求出圖中黑色區(qū)域的中心即為投影 中心。具體的方法是首先令nXSum= 0，nCount= 0,依次判斷二值化之后的圖像中的點(diǎn)是 否為〇,如果為〇,nXSum加上該點(diǎn)的橫坐標(biāo)，并且黑色像素的個(gè)數(shù)nCount加1，整幅圖像所 有的點(diǎn)判斷完之后，nXSum除以nCount即為該幅圖像的物體的投影中心。
[0034] 根據(jù)錐束CT幾何結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，采用如圖1中的幾何模型和參數(shù)（D，矜 9,n，i。，j。）來描述錐束CT的幾何結(jié)構(gòu)，并給出目標(biāo)函數(shù)f(D，鈐0，n，i。，j。）的計(jì)算公 式如下：
[0035]
[0047]
[0052] 采用（10000, 0, 0, 0, 1024, 1024)作為幾何參數(shù)的初始值，并根據(jù)上述的目標(biāo)函數(shù) 的計(jì)算公式，用模擬退火算法迭代的計(jì)算目標(biāo)函數(shù)的最大值，并最終收斂得到幾何參數(shù)的 最優(yōu)解（12680, 5. 25, 3. 38, -0? 5375, 894. 875, 1014. 3)。
[0053] 用上述的幾何參數(shù)的最優(yōu)解對一組400張12位2048*2048像素的細(xì)竹簽投影數(shù) 據(jù)進(jìn)行幾何校正，并對校正后的投影數(shù)據(jù)進(jìn)行重建，得到校正后的重建圖像如圖2所示。
[0054] 通過以上的實(shí)驗(yàn)說明采用此方法對高分辨錐束CT進(jìn)行幾何校正能夠有效的抑制 重建圖像中的幾何偽影，提高重建圖像的質(zhì)量。圖2為采用此方法幾何校正后的重建圖像， 圖3為沒有采用此方法的重建圖像。
[0055] 上述實(shí)例只為說明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點(diǎn)，其目的在于讓熟悉此項(xiàng)技術(shù)的人是 能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施，并不能以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡根據(jù)本發(fā)明精 神實(shí)質(zhì)所做的等效變換或修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種高分辨錐束CT系統(tǒng)中的幾何校正方法，其特征在于該方法包括以下步驟為： (1) 根據(jù)投影圖像的灰度差異選擇合適的閾值對選取的不同角度投影圖像進(jìn)行二值化 處理； (2) 經(jīng)對二值化后的投影圖像中黑色像素測量得到各個(gè)投影圖像的投影中心，并對各 個(gè)投影圖像旋轉(zhuǎn)后測量得到旋轉(zhuǎn)后的各個(gè)投影圖像的投影中心，從而得到投影圖像的旋轉(zhuǎn) 中心； (3) 采用一個(gè)能反映重建體數(shù)據(jù)質(zhì)量的目標(biāo)函數(shù)，建立該函數(shù)與CT系統(tǒng)幾何參數(shù)之間 的數(shù)學(xué)關(guān)系； (4) 采用最優(yōu)化算法計(jì)算目標(biāo)函數(shù)的最大值，并最終得到幾何參數(shù)的最優(yōu)解； (5) 最后通過幾何參數(shù)的最優(yōu)解對高分辨錐束CT系統(tǒng)進(jìn)行幾何校正。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高分辨錐束CT系統(tǒng)中的幾何校正方法，其特征在于：所述的 閾值通過測量被測物體的投影灰度和背景灰度的差異來確定，即記被測物體投影灰度的平 均值為A，記背景灰度的平均值為B，采用（A+B)/2作為所述閾值。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高分辨錐束CT系統(tǒng)中的幾何校正方法，其特征在于：所述的 幾何參數(shù)為一組6參數(shù)的向量。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高分辨錐束CT系統(tǒng)中的幾何校正方法，其特征在于；所述的 目標(biāo)函數(shù)為重建體數(shù)據(jù)的平方和。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高分辨錐束CT系統(tǒng)中的幾何校正方法，其特征在于：所述的 最優(yōu)化算法為模擬退火算法。
【專利摘要】本發(fā)明公布了一種高分辨率錐束CT的幾何校正方法，包括方法采用的幾何模型、校正模體、目標(biāo)函數(shù)和幾何參數(shù)求解算法，其特征在于所述的幾何模型為六幾何參數(shù)模型，校正模體為一個(gè)金屬小球，目標(biāo)函數(shù)的自變量為上述六個(gè)幾何參數(shù)并能夠反映重建圖像質(zhì)量的好壞，最終求解幾何參數(shù)的方法采用的是最優(yōu)化算法。該方法能夠計(jì)算出高分辨錐束CT系統(tǒng)的幾何參數(shù)，并且計(jì)算得到的參數(shù)具有很高的精度，能夠滿足高分辨錐束CT系統(tǒng)對幾何校正精度的要求，能夠有效的抑制高分辨錐束CT重建圖像中的幾何偽影，提高重建圖像的質(zhì)量。
【IPC分類】G06T5/00
【公開號】CN105023251
【申請?zhí)枴緾N201510394350
【發(fā)明人】蔣睿杰, 李光, 羅守華
【申請人】蘇州海斯菲德信息科技有限公司, 東南大學(xué)
【公開日】2015年11月4日
【申請日】2015年7月7日