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基于统计平均的旋转中心确定方法

刘欢;陈俊彪;宋小鹏;周冲;赵爱玲;刘祎;桂志国

【期刊名称】《《测试技术学报》》

【年(卷),期】2019(033)006

【总页数】5页(P498-502)

【关键词】CT重建;旋转中心;对称性;统计平均;扇束扫描

【作者】刘欢;陈俊彪;宋小鹏;周冲;赵爱玲;刘祎;桂志国

【作者单位】中北大学生物医学成像与影像大数据重点实验室山西太原030051;

中国兵器工业试验测试研究院陕西华阴714200

【正文语种】中文

【中图分类】TP206+.3

0引言

工业计算机断层扫描(IndustryComputedTomography,ICT)是当今无损检测中

的一种重要技术手段，自从Housfield发明第一台CT成像系统开始，CT成像便

登上了历史舞台，随着社会的发展，CT在医学、工业、军事上取得了重要应用，

如检查病人身体状况，检测器件的内部缺陷等等.而在一个CT重建系统中，旋转中

心(CenterofRotation,COR)是一个十分重要的参数，它需要得到高精度的测量，

旋转中心一旦发生微小的偏移便会使得重建出来的图像产生伪影，影响图像的重建

结果.因此旋转中心(COR)的准确定位与否直接影响到CT重建结果图像的好坏.

目前对旋转中心(COR)的确定分为两类情况，一类是针对平行束扫描重建的方法，

另一类是针对扇束扫描重建的方法.对平行束扫描的COR确定方法有线模扫描法

[1]，对称投影相关法[1]，图像配准方法[2]，重心法[1-3]，迭代法[3]等等.但从第

3代CT系统开始，平行束扫描方式由于其操作和时间的复杂性便逐渐被淘汰了，

在实际应用中主要是基于扇束扫描的方式,锥束其实也可以归为扇束一类，因此一

般能用于扇束的方法，也可用于锥束.刘通[4]讲述了3种针对扇束扫描的COR确

定方法，分别为正弦图中心法，相对角方法和迭代法.正弦图中心法要求射线源与

旋转中心的连线垂直于探测器，而在实际中当探测器发生一定角度的偏转，就很难

确定物体某一位置在投影图中对应的正弦线，因此此方法会有较大的误差.相对角

方法是基于旋转中心在不同角度投影下的投影位置始终在相同的位置.迭代法由于

算法的复杂性，因此运行时间过长；李保磊[5]提出OAMM通过将相差180°的投

影图像进行相减取绝对值然后相加再取平均，找出最小值出现的位置即为旋转中心

的位置，但此方法精度只能达到像素级，如要达到亚像素级，需要提前对投影图像

进行插值运算，因此计算量也较大，同时当投影图像受到椒盐噪声的影响时，此方

法会产生很大的误差甚至失效；杨民提出的CCM[6-7]方法通过对应投影的相关性

得到旋转中心的位置，但此方法需要提前将扇束投影转化为平行束投影，最后需要

平移像素进行相关性运算.因此此方法运算量很大，消耗时间长，同时当存在椒盐

噪声时会影响到投影的相关性，从而导致旋转中心确定不精确.

为了克服各种噪声的影响，在得到较高精确度的同时减少计算时间,本文通过将局

部平均后相差180°的图像相减取绝对值作为样本，根据旋转中心处出现最小值的

概率大的特点，找出多个样本中最小值的位置出现频次最多的两个位置通过加权确

定最终的旋转中心，能够克服随机噪声以及椒盐噪声对确定旋转中心的影响，不需

要插值，只需对原始数据进行操作即可达到亚像素级的精确度.

1统计平均方法(SAM)

1.1算法原理

扇束CT全圆轨迹扫描过程如图1所示，F为射线源焦点，O为旋转中心，X0为

旋转中心在探测器上的投影位置.物体绕旋转中心旋转一周相当于射线源与探测器

绕旋转中心旋转一周，射线源与探测器始终保持相对静止.

图1扇束CT圆轨迹扫描Fig.1FanbeamCTcirculartrajectoryscan

旋转角为β和旋转角为β+π的投影称为相对投影.经过旋转中心(O点)的射线在旋

转角为β和β+π下经过的路径是一样的，在探测器上的值理论上是一致的，如式

(1)所示.

Ptheory(β,X0)=Ptheory(β+π,X0).

(1)

在实际投影过程中，由于射线经过物体时会发生康普顿散射现象，以及由于噪声等

环境因素的影响会使得相对投影的投影值并不相等，严重时会产生很大的偏差，即

如式(2)所示.

Ppra(β,X0)≠Ppra(β+π,X0).

(2)

由于机械的经常摆动以及其他因素的影响，射线经过旋