CN107945241B - 一种基于边界信息扩散的x射线cl图像重建算法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于边界信息扩散的X射线CL图像重建算法,步骤如下:输入变量;初始化;假设已得到估计图像u(k),以u(k)为初值,利用CL扫描数据集p,更新估计图像u(k+1/2)=RG(p,u(k));利用图像u(k+1/2)的边界信息扩散修正估计图像,得到u(k+1)=P(u(k+1/2));判断相邻两次迭代图像间的差别是否小于给定阈值,或是否达到迭代次数上限N,满足则终止迭代;否则,以u(k+1)为初值,开始新一轮迭代,直至满足则终止,基于边界信息扩散的X射线CL图像重建算法结束。本发明算法利用重建出的图像边界信息,通过迭代的方式,逐步恢复出图像内部灰度值,能够有效降低重建图像层间信息混叠,提高重建图像的层间分辨率,进而提高CL系统的实用性。
Description
技术领域
本发明属于X射线CL成像技术领域,涉及一种基于边界信息扩散的X射线CL图像重建算法。
背景技术
在工业无损检测中,经常会遇到大尺寸板状物检测问题,如印制电路板、太阳能板、机翼等。对于该种物体的检测,传统的X射线CT扫描难以胜任。相反的,CL(Computedlaminography)扫描能够提供更多角度的扫描数据、以及更大的放大比,是一种板状物扫描成像的有效手段。
然而,理论上CL成像为不完全数据成像问题。采用传统的图像重建算法(如FDK、SART等)得到的图像,存在严重的层间信息混叠,影响图像的层间分辨率,进而影响CL设备的实用性。
通过检索,尚未发现与本发明专利申请相关的专利公开文献。
发明内容
本发的目的在于克服现有CL成像算法中存在的层间信息混叠问题,提供一种基于边界信息扩散的X射线CL图像重建算法,该发明算法利用重建出的图像边界信息,通过迭代的方式,逐步恢复出图像内部灰度值,能够有效降低重建图像层间信息混叠,提高重建图像的层间分辨率,进而提高CL系统的实用性。
为了实现上述目的,本发明所采用的技术方案如下:
一种基于边界信息扩散的X射线CL图像重建算法,步骤如下:
步骤1、输入变量:CL扫描数据集p,CL扫描几何参数集G;
步骤2、初始化:初始估计图像u(0),迭代终止阈值ε或迭代次数上限N;
步骤3、假设已得到估计图像u(k),以u(k)为初值,利用CL扫描数据集p,更新估计图像u(k+1/2)=RG(p,u(k)),其中RG表示扫描几何参数集G相关的图像重建算子;
步骤4、利用图像u(k+1/2)的边界信息扩散修正估计图像,得到u(k+1)=P(u(k+1/2)),其中P表示边界信息扩散修正算子;
步骤5、判断相邻两次迭代图像间的差别是否小于给定阈值,即||u(k+1)-u(k)||≤ε,或是否达到迭代次数上限N,满足则终止迭代;否则,转步骤3,直至相邻两次迭代图像间的差别小于给定阈值,即||u(k+1)-u(k)||≤ε,或达到迭代次数上限N,则终止,基于边界信息扩散的X射线CL图像重建算法结束。
而且,所述步骤4中边界信息扩散修正算子P由下列最优化问题所定义:
其中K,λ,v,u(k+1),u(k+1/2)均为坐标分量x,y,z的函数,vx,vy分别表示v关于x和y的一阶偏导数;K为扩散函数,可取为常函数1;μ为调节参数,λ为边界保持函数,可设为u(k+1/2)的梯度的函数,如其中c>0;求解该优化函数可通过引入时间参数t,转为求解如下偏微分方程,
而且,所述的重建算子RG选择迭代类的重建算法或选用解析类算法。
而且,所述迭代类的重建算法为ART、SART或EM;所述解析类算法为FDK或BPF。
而且,在扩散过程中,边界位置保持不变。
本发明取得的优点和积极效果是:
本发明算法主要是为了解决现有CL图像重建算法重建的图像存在层间信息混叠,影响图像层间分辨率的问题,该发明算法利用重建出的图像边界信息,通过迭代的方式,逐步恢复出图像内部灰度值,能够有效降低重建图像层间信息混叠,提高重建图像的层间分辨率,进而提高CL系统的实用性。
附图说明
图1为本发明算法的流程图;
图2为CL扫描系统示意图及扫描条件图;
图3为本发明中扫描模体照片:一块多层PCB板;
图4为本发明中SART重建图像的三视图;
图5为本发明中DART重建图像的三视图;
图6本发明算法重建图像的三视图;
图7为图4中冠状面的放大图像;
图8为图5中冠状面的放大图像;
图9为图6中冠状面的放大图像;
图10为图4中矢状面的放大图像;
图11为图5中矢状面的放大图像;
图12为图6中矢状面的放大图像。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的内容、特点及功效,兹例举以下实施例,并配合附图详细说明如下。需要说明的是,本实施例是描述性的,不是限定性的,不能由此限定本发明的保护范围。
本发明中未详细描述的结构、连接关系及方法,均可以理解为本领域内的公知常识。
下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细说明。
实施例1
一种基于边界信息扩散的X射线CL图像重建算法,其具体流程描述如下:
步骤1、输入变量:CL扫描数据集p,CL扫描几何参数集G;
步骤2、初始化:初始估计图像u(0),迭代终止阈值ε或迭代次数上限N;
步骤3、假设已得到估计图像u(k),以u(k)为初值,利用CL扫描数据集p,更新估计图像u(k+1/2)=RG(p,u(k)),其中RG表示扫描几何参数集G相关的图像重建算子
步骤4、利用图像u(k+1/2)的边界信息扩散修正估计图像,得到u(k+1)=P(u(k+1/2)),其中P表示边界信息扩散修正算子;
步骤5、判断相邻两次迭代图像间的差别是否小于给定阈值,即||u(k+1)-u(k)||≤ε,或是否达到迭代次数上限N,满足则终止迭代;否则,转步骤3,直至相邻两次迭代图像间的差别小于给定阈值,即||u(k+1)-u(k)||≤ε,或达到迭代次数上限N,则终止,基于边界信息扩散的X射线CL图像重建算法结束。
实施例2
一种基于边界信息扩散的X射线CL图像重建算法,其具体流程描述如下:
步骤1、输入变量:CL扫描数据集p,CL扫描几何参数集G;
步骤2、初始化:初始估计图像u(0),迭代终止阈值ε或迭代次数上限N;
步骤3、假设已得到估计图像u(k),以u(k)为初值,利用CL扫描数据集p,更新估计图像u(k+1/2)=RG(p,u(k)),其中RG表示扫描几何参数集G相关的图像重建算子
步骤4、利用图像u(k+1/2)的边界信息扩散修正估计图像,得到u(k+1)=P(u(k+1/2)),其中P表示边界信息扩散修正算子;
其中,步骤4中边界信息扩散修正算子P由下列最优化问题所定义:
其中K,λ,v,u(k+1),u(k+1/2)均为坐标分量x,y,z的函数,vx,vy分别表示v关于x和y的一阶偏导数;K为扩散函数,可取为常函数1;μ为调节参数,λ为边界保持函数,可设为u(k+1/2)的梯度的函数,如其中c>0;求解该优化函数可通过引入时间参数t,转为求解如下偏微分方程,
步骤5、判断相邻两次迭代图像间的差别是否小于给定阈值,即||u(k+1)-u(k)||≤ε,或是否达到迭代次数上限N,满足则终止迭代;否则,转步骤3,直至相邻两次迭代图像间的差别小于给定阈值,即||u(k+1)-u(k)||≤ε,或达到迭代次数上限N,则终止,基于边界信息扩散的X射线CL图像重建算法结束;
其中,在扩散过程中,边界位置保持不变。
实施例3
为了更好的体现本发明一种基于边界信息扩散的X射线CL图像重建算法在重建效果方面的优势,下面结合一具体实施例将本发明所述的算法与已存在的典型算法SART和DART做比较。
本实施例所用CL设备示意图如图2所示,图中同时标明了扫描几何条件。扫描样品为一块多层PCB板,如图3所示。扫描电压为160kV,360度共采集720个投影数据。
分别采用SART、DART和本发明算法对扫描数据进行图像重建,重建图像如图4、图5、图6所示。其中图4为SART的重建图像的三视图(横断面、冠状面和矢状面),图7为对应冠状面的放大图像,图10为对应矢状面的放大图像;其中图5为DART的重建图像的三视图,图8为对应冠状面的放大图像,图11为对应矢状面的放大图像;其中图6为本发明算法重建图像的三视图,图9为对应冠状面的放大图像,图12为对应矢状面的放大图像。可以看出,SART的重建结果中存在严重的层间信息混叠,几乎看不到PCB的分层信息;DART算法也没能恢复出PCB的分层信息;而本发明算法有效的恢复出了PCB分层信息,减小了层间信息混叠,提高了图像层间分辨率。
以上,仅为本发明的实施例,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到的变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应该以权利要求所界定的保护范围为准。
Claims (5)
1.一种基于边界信息扩散的X射线CL图像重建算法,其特征在于,步骤如下:
步骤1、输入变量:CL扫描数据集p,CL扫描几何参数集G;
步骤2、初始化:初始估计图像u(0),迭代终止阈值ε或迭代次数上限N;
步骤3、假设已得到估计图像u(k),以u(k)为初值,利用CL扫描数据集p,更新估计图像u(k +1/2)=RG(p,u(k)),其中RG表示扫描几何参数集G相关的图像重建算子;
步骤4、利用图像u(k+1/2)的边界信息扩散修正估计图像,得到u(k+1)=P(u(k+1/2)),其中P表示边界信息扩散修正算子;
步骤5、判断相邻两次迭代图像间的差别是否小于给定阈值,即||u(k+1)-u(k)||≤ε,或是否达到迭代次数上限N,满足则终止迭代;否则,转步骤3,直至相邻两次迭代图像间的差别小于给定阈值,即||u(k+1)-u(k)||≤ε,或达到迭代次数上限N,则终止,基于边界信息扩散的X射线CL图像重建算法结束。
3.根据权利要求1所述的基于边界信息扩散的X射线CL图像重建算法,其特征在于:所述的重建算子RG选择迭代类的重建算法或选用解析类算法。
4.根据权利要求3所述的基于边界信息扩散的X射线CL图像重建算法,其特征在于:所述迭代类的重建算法为ART、SART或EM;所述解析类算法为FDK或BPF。
5.根据权利要求1至4任一项所述的基于边界信息扩散的X射线CL图像重建算法,其特征在于:在扩散过程中,边界位置保持不变。
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