CN107657610B - 一种基于计盒方法的ct扫描结果分析方法 - Google Patents

Abstract

一种基于计盒方法的CT扫描结果分析方法，本发明涉及基于计盒方法的CT扫描结果分析方法。本发明为了解决现有技术对图像处理时会产生信息丢失以及结果误差较大的问题。本发明包括：一：计算机读取所有CT扫描图片并对所有CT扫描图片进行二值化处理，得到每个图片的二值化结果为二维矩阵[A]；二：将步骤一得到的所有图片的二维矩阵[A]按照高度顺序进行排列，得到三维矩阵；三：根据计算机本身的内存容量将步骤二得到的三维矩阵[C]划分为L个三维子矩阵；四：对步骤三划分的L个三维子矩阵进行计盒，得到计盒结果序列；五：将每个三维子矩阵的计盒结果序列进行整合得到CT扫描结果的分数维度。本发明用于工业CT扫描领域。

Description

一种基于计盒方法的CT扫描结果分析方法

技术领域

本发明涉及工业CT扫描领域，具体涉及基于计盒方法的CT扫描结果分析方法。

背景技术

工业CT扫描是利用X射线或γ射线在不损伤检测对象的条件下，获取其内部信息并输出为二维断层图像或三维立体图像的技术。进而，使用者根据需要对扫描结果进行处理。以计盒方法得到图像的分形维数是其中一种常用的处理手段，因该方法易于理解，且能够生成一个明确的、能够描述检测对象几何性质的数值而应用广泛，常作为对检测对象进行初步分析的手段。

随着扫描技术精度的逐渐提高，使用者们通过CT技术能够获取的信息越来越详细，输出的文件体量也越来越大。具体来讲，现在常用的工业CT技术成像精度可以达到100微米左右，3D扫描能够处理试件的横截面直径和高度的最大值分别为300毫米和450毫米。不丢失信息的情况下，实际输出结果约含有3.2×10¹⁰个像素点。CT扫描结果通常以标准位图格式(BMP)输出灰度图像，此时一个像素点需要占用1个字节的空间，对输出图像进行二值化处理后，一个点可以被压缩到0.125个字节。进行二值化后的输出结果仍需占用至少4GB的空间，如果在计算机内存中进行运算的话，可能需要调用8GB甚至更多的内存空间。普通电脑所配置的内存范围一般在1GB与8GB之间，是难以满足该计算需求的。

针对现有情况，使用者一般使用如下两种办法之一对扫描结果进行处理：一种是对原有图像进行压缩或降低扫描的分辨率；另外一种是只选取部分二维断层图像进行处理。这两种处理办法的本质都是舍弃一些扫描得到信息而换取更小的内存占用、更短的时间消耗以及更高的计算效率。

但是上述舍弃信息的处理方法会有一定概率造成误判，增加后续处理的麻烦。所以在占用更少内存、更短时间的前提下进行CT扫描结果的盒维数计算成为了工业CT扫描领域迫切需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术对图像处理时会产生信息丢失以及结果误差较大的问题，而提出一种基于计盒方法的CT扫描结果分析方法。

一种基于计盒方法的CT扫描结果分析方法包括以下步骤：

步骤一：计算机读取所有CT扫描图片并对所有CT扫描图片进行二值化处理，得到每个图片的二值化结果为二维矩阵[A]；

步骤二：将步骤一得到的所有图片的二维矩阵[A]按照高度顺序进行排列，得到三维矩阵[C]，[C]的层数为CT扫描图片数目(断层图的总数)；

步骤三：根据计算机本身的内存容量将步骤二得到的三维矩阵[C]划分为L个三维子矩阵；

步骤四：对步骤三划分的L个三维子矩阵进行计盒，得到计盒结果序列；

步骤五：将每个三维子矩阵的计盒结果序列进行整合得到CT扫描结果的分数维度。

本发明的有益效果为：

本发明是为了解决对占用存储空间较大的工业CT扫描结果进行计盒处理时，不得不舍弃一定信息方能在可接受的时间内、较小内存占用的条件下，得到对象分数维度，然而却使得结果误差增大，进而导致造成误判的可能性增大的问题。

本发明能够在较短时间内处理完整的CT扫描结果，并最终得到误差较小的数据。相较于传统方法，可以将CT扫描获取的信息的利用率从30％以下提高到95％左右。

附图说明

图1是本发明流程图；

图2是压缩前的处理结果图；

图3是压缩后的输出结果图；

图4是本发明处理过程及结果视窗。

具体实施方式

具体实施方式一：如图1所示，一种基于计盒方法的CT扫描结果分析方法包括以下步骤：

步骤一：计算机读取所有CT扫描图片并对所有CT扫描图片进行二值化处理，得到每个图片的二值化结果为二维矩阵[A]；

步骤二：将步骤一得到的所有图片的二维矩阵[A]按照高度顺序进行排列，得到三维矩阵[C]，[C]的层数为CT扫描图片数目(断层图的总数)；

步骤三：根据计算机本身的内存容量将步骤二得到的三维矩阵[C]划分为L个三维子矩阵；

步骤四：对步骤三划分的L个三维子矩阵进行计盒，得到计盒结果序列；

步骤五：将每个三维子矩阵的计盒结果序列进行整合得到CT扫描结果的分数维度。

将本发明处理如图2所示扫描输出结果(即本发明处理对象文件信息)，由图2和图3(即传统方法处理对象文件信息)对比可见，本发明所处理对象信息含量约为传统方法处理对象的47倍。应用本发明处理过程及结果如图4所示。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述步骤一中计算机读取CT扫描图片并采用并行计算的方法对所有CT扫描图片进行二值化处理，得到每个图片的二值化结果为二维矩阵[A]的具体过程为：

由图片中的像素点计算得到二维矩阵[A]中第i行第j列元素A_ij的值；若第i行第j列像素点的灰度值大于等于阈值，则A_ij的值计为1，否则计为0。采用并行计算的方法同时计算尽可能多的像素点。

若执行该发明的计算机CPU同时具有多线程，则调用计算机的所有线程，在同一时间分别处理不同的像素点。

其它步骤及参数与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：所述阈值为计算机默认的50％或人为设置(根据图片的亮度)。

其它步骤及参数与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：所述步骤三中根据计算机内存容量将步骤二得到的三维矩阵[C]划分为L个三维子矩阵的具体过程为：

L个三维子矩阵包括P个三维方阵和Q个三维非方阵，L的计算公式为：

其中M为使用者调用的内存容量，N为方阵的边长，ceiling为向上取整；

P的计算公式为：

其中floor为向下取整；

Q的计算公式为：

Q＝L-P

P个三维方阵的大小为P个边长为N的三维矩阵，Q个三维非方阵的大小为Q个三个方向的边长分别为R₁，R₂和R₃的子矩阵；

R_i＝mod(size([C],i),N)i＝1，2，3

其中mod为计算余数，size为计算矩阵第i维的大小。

其它步骤及参数与具体实施方式一至三之一相同。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：所述步骤四中对步骤三划分的L个三维子矩阵进行计盒，得到计盒结果序列的具体过程为：

对于L个三维子矩阵中的第s个子矩阵，使用计盒方法得到第s个子矩阵的码尺序列δ_t以及相应的第t步迭代的计盒结果序列Box_t。其中若第s个子矩阵的尺寸为R₁，R₂和R₃，则δ_t∈[1,max(R₁,R₂,R₃)/4]。

若执行该发明的计算机CPU同时具有多线程，则调用计算机的所有线程，在同一时间分别处理不同的子矩阵。

其它步骤及参数与具体实施方式一至四之一相同。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是：所述步骤五中将每个三维子矩阵的计盒结果序列进行整合得到CT扫描结果的分数维度的具体过程为：

使序列BOX_t等于所有子矩阵第t步迭代的计盒结果序列Box_t之和，所有CT扫描图片的分数维度D根据如下方法计算：

其中a_t和b_t为中间变量，a_t＝-ln(δ_t)，b_t＝ln(BOX_t)，n为计盒方法迭代总次数。

其它步骤及参数与具体实施方式一至五之一相同。

本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，本领域技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (5)

1.一种基于计盒方法的CT扫描结果分析方法，其特征在于：所述基于计盒方法的CT扫描结果分析方法包括以下步骤：

步骤一：计算机读取所有CT扫描图片并对所有CT扫描图片进行二值化处理，得到每个图片的二值化结果为二维矩阵[A]；

步骤二：将步骤一得到的所有图片的二维矩阵[A]按照高度顺序进行排列，得到三维矩阵[C]，[C]的层数为CT扫描图片数目；

步骤三：根据计算机内存容量将步骤二得到的三维矩阵[C]划分为L个三维子矩阵，其具体过程为：

L个三维子矩阵包括P个三维方阵和Q个三维非方阵，L的计算公式为：

其中M为使用者调用的内存容量，N为方阵的边长，ceiling为向上取整；

P的计算公式为：

其中floor为向下取整；

Q的计算公式为：

Q＝L-P

P个三维方阵的大小为P个边长为N的三维矩阵，Q个三维非方阵的大小为Q个三个方向的边长分别为R₁，R₂和R₃的子矩阵；

R_i＝mod(size([C],i),N)i＝1，2，3

其中mod为计算余数，size为计算矩阵第i维的大小；

步骤四：对步骤三划分的L个三维子矩阵进行计盒，得到计盒结果序列；

步骤五：将每个三维子矩阵的计盒结果序列进行整合得到CT扫描结果的分数维度。

2.根据权利要求1所述的一种基于计盒方法的CT扫描结果分析方法，其特征在于：所述步骤一中计算机读取CT扫描图片并采用并行计算的方法对所有CT扫描图片进行二值化处理，得到每个图片的二值化结果为二维矩阵[A]的具体过程为：

由图片中的像素点计算得到二维矩阵[A]中第i行第j列元素A_ij的值；若第i行第j列像素点的灰度值大于等于阈值，则A_ij的值计为1，否则计为0。

3.根据权利要求2所述的一种基于计盒方法的CT扫描结果分析方法，其特征在于：所述阈值为计算机默认的50％或人为设置。

4.根据权利要求3所述的一种基于计盒方法的CT扫描结果分析方法，其特征在于：所述步骤四中对步骤三划分的L个三维子矩阵进行计盒，得到计盒结果序列的具体过程为：

对于L个三维子矩阵中的第s个子矩阵，使用计盒方法得到第s个子矩阵的码尺序列δ_t以及相应的第t步迭代的计盒结果序列Box_t。

5.根据权利要求4所述的一种基于计盒方法的CT扫描结果分析方法，其特征在于：所述步骤五中将每个三维子矩阵的计盒结果序列进行整合得到CT扫描结果的分数维度的具体过程为：

使序列BOX_t等于所有子矩阵第t步迭代的计盒结果序列Box_t之和，所有CT扫描图片的分数维度D根据如下方法计算：

其中a_t和b_t为中间变量，a_t＝-ln(δ_t)，b_t＝ln(BOX_t)，n为计盒方法迭代总次数。

Images