低能X射线工业CT射束硬化校正方法研究硕士论文.doc

低能 X 射线工业 CT 射束硬化校正方法研究  重庆大学硕士学位论文 (学术学位) 学生姓名：周 钦 指导教师：高富强 教 授 蔡玉芳 助理研究员 专 业：控制科学与工程 学科门类：工 学 重庆大学自动化学院 二 O 一三年四月  Research on Correction Methods for Beam Hardening in low-energy Industrial CT A Thesis Submitted to Chongqing University in Partial Fulfillment of the Requirement for the Master’s Degree of Engineering By Zhou Qin Supervised by Prof. Gao Fuqiang Assistant Supervised by Cai Yufang Specialty: Control Science and Engineering College of Automation of Chongqing University, Chongqing, China April, 2013  中文摘要 要 CT 技术不仅能清晰、精确的再现被测物体的内部结构，而且能定量地给出物 质组成和内部细节的几何尺寸，在医学和工业中得到了广泛应用。在低能 X 射线 工业 CT 中，由 X 射线连续谱导致的射束硬化使重建图像中产生杯状伪影，不仅 降低了图像质量，还降低了缺陷辨识度和密度测量精度。因此，射束硬化是制约 CT 图像质量的重要因素之一，也是低能 CT 研究的重要问题之一。 X 射线与物质的相互作用会产生射束硬化、散射和探测器串扰等效应，这些 效应综合作用，共同影响重建后图像的质量。因此，研究射束硬化校正方法时应 同时考虑散射和串扰校正才能得到更好的效果。 详细介绍了线性化校正法的实现过程，给出了基于双模型的线性化校正法和 基于分段拟合的线性化校正法两种改进的校正方法，并通过实际 CT 系统扫描数据 进行实验验证。实验结果表明，基于双模型的线性化校正法能较好的消除杯状伪 影，提高图像的均匀性，但是存在对于等效钢厚度较小的物体校正过度和等效钢 厚度较大的物体校正不足的现象；基于分段拟合的线性化校正法不仅能很好的消 除杯状伪影，而且可解决上述校正过度和校正不足的现象，校正后图像的边缘、 小孔、裂纹等细节信息都保存完好，图像信噪比较校正前有所提高。 从投影值的角度提出了基于权函数的硬化校正法，并通过实际 CT 扫描数据给 出了其校正效果。实验结果表明，基于权函数的校正法能很好的消除杯状伪影， 提高图像的均匀性，保留图像的边缘、小孔、裂纹等细节信息，且图像信噪比也 有所提高。 针对图像中噪声大的问题，用改进的全变分法进行降噪处理，该算法不需要 已知图像的噪声方差，且可根据不同区域选择不同的正则化参数。实验结果表明， 改进的全变分算法能有效的去除图像中的噪声，且不损失图像的细节信息，峰值 信噪比较高，降噪效果好。 关键词：射束硬化，杯状伪影，散射，串扰，全变分  I  重庆大学硕士学位论文  II  英文摘要 ABSTRACT Computed Tomography can not only reproduct the internal structure of the object clearly and accuratly, but also give the material composition and the size of internal details quantitatively, and it has been widely used in medicine and industry. In the low-energy X-ray industrial CT, continuous spectrum of X-ray causes an effect, called beam hardening, which causes cupping artifact in reconstructed images. The cupping artifact not only reduces the quality of images, but also reduces the degree of recognition of defects and the accuracy of density measurement. Therefore, beam hardening is a one of the important factors of restricting CT ima