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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。
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124
001
-
1
第
26
卷第
12
期
强激光与粒子束
Vol
.26
,
No.12
2014
年
12
月
HIGH
POWER
LASER
AND
PARTICLE
BEAMS
Dec.
,
2014
X
射线
CT
环形伪影去除方法
*
马继明
1
,
2
,
宋
岩
2
,
王群书
2
,
宋顾周
2
,
张建奇
1
,
夏惊涛
2
,
韩长材
2
,
段宝军
2
,
杜继业
2
,
周
鸣
2
(
1.
西安电子科技大学 物理与光电工程学院
,
西
安
710
071
;
2.
西北核技术研究
所 强脉冲辐射环境模拟与效应国家重点实验室
,
西
安
710
024
)
摘
要
:
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
C
T
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
。
关键词
:
X
射线
CT
;
环形伪影
;
投影正弦图
;
多项式拟合
中图分类号
:
TP391.41
文献标志码
:
A
doi
:
10.11884
/
HPLPB201426.124001
X
射线
CT
在医学
诊断和工业检测中有广泛应用
[
1
-
3
]
。
图像伪
影是影响
CT
检测精度的重要因素
。
环形
伪影是
CT
图像的一种典型伪影
,
在投影正弦图中表现为沿角度方向的明或暗线条
。
探测器校正偏差
、
闪烁体
缺陷甚至吸附灰尘等都会导致这种线条出现
[
4
-
6
]
。
除选用高性能
探测器并进行响应一致性校正
,
少数
CT
装置
还通过特殊投影系统和扫描时序设计抑制环形伪影
[
7
]
,
但图像
处理仍是主要的去环形伪影的辅助手段
。
图像
处理方法分为预处理和后处理
[
5
,
8
]
。
前者在
重建前对投影数据进行平滑滤波或补偿校正
,
易与投影数据获取
过程结合
,
物理依据直接
、
清晰
,
研究较多
;
后者将环形伪影看作普通缺陷或噪声并在重建图像中修复或去除
,
常为
CT
机终端用户所用
。
CT
环形伪影预处理校正方法有多种
。
一类是将投影正弦图中的线条看作高频噪声
,
采用低通
、
带通性质
的局部或全局平滑滤波消除
,
如
D.P
rell
和
Y.K
y
riakou
等人提出在极坐标系下进行
中值或均值滤波处理的方
法
[
9
-
10
]
。
此类方
法易于理解和实现
,
但多数效果有限且易降低图像空间分辨
。
另一类方法是先将投影数据中
的线条识别出来再对其修复
。
王钰等人提出的改进
Can
n
y
算法和
S
-
L
滤波增
强后识别校正的方法
[
8
,
11
]
、
E.
M.
A.Anas
等人提
出的线条识别三判据
[
12
]
,
都在
CT
环形伪影去除中取得了良好效
果
。
此类方法可较好保持
图像空间分辨
,
主要适用于稀疏环形伪影的去除
。
另外
,
200
9
~
2010
年
,
吴文晋
、
魏
英等提出了采用分段多项
式
,
李保磊等提出了采用
B
样条对投影数据叠加曲线进行拟合求校正因子的方法
[
1
3
-
1
5
]
。
这些方
法无需进行线
条识别
,
且能够在去除环形伪影的同时保持图像的空间分辨
,
但不适用于含有多种高密度差材料或高频信息丰
Fi
g
.1
S
chematic
dia
g
ram
of
fan
beamX
-
ra
y
CT
图
1
扇
束
X
射线
C
T
投影示意图
富的
CT
图像
[
1
4
]
。
本文提
出一种结合多项式拟合和概率统计的投影数据校
正方法
。
通过对投影数据逐列进行多项式拟合确定备选校正因子范围
,
再
根据最大概率原则确定校正因子
。
1
投影数据校正方法
1.1
物理原
理和依据
扇束
X
射线
CT
投影原理如图
1
所示
。
探元
P
点的信
号强度
I
由以下
因
素决定
:
X
射线在检测对象中路径长度
l
、
射线路径上的材料衰减系数
μ
和探测
器的
X
射线响应灵敏度
S
。
对于单材质检测对象
,
可表示
为
I
=
I
0
S
ex
p
(
-
μ
l
) (
1
)
式中
:
I
0
为入射
X
射
线强度
。
对于实际
CT
系统
,
探元尺寸远小于射线源和探测器的间距
,
X
射线从
*
收稿日
期
:
201
4
-
05
-
17
;
修订日
期
:
201
4
-
09
-
22
基金项
目
:
国家自然科学基金项目
(
61171013
);
国家高技术发展计划项目
作者简介
:
马继明
(
197
9
—),
男
,
副
研究
员
,
从事高速摄影
、
射线成像和图像处理研究
;
ma
j
im
in
g
@
nint.ac.cn
。
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