虚拟机械系统误差对三维CT系统影响分析

论文摘要

机械扫描系统是工业CT装置的核心部件之一,它要完成被检测工件的平动、旋转、上升和下降;同时,在扫描过程中,它还要实时反馈运动位置脉冲,用于实际位置校正和数据采集的控制。其参数如何设置直接影响了X射线在被检测对象中的穿透路径,既而影响了CT投影及重建图像质量。因此实现机械系统的仿真可以为CT图像伪影分析及CT系统机械参数设置提供一定的理论依据。目前国内外对虚拟CT系统中的机械系统仿真仅停留在扫描模式的仿真,尚未涉及相关的机械定位误差仿真,还不足以为实际CT实验提供参数预设的先验信息,缺乏一定的CT图像伪影产生预见性。本文在实现常规的CT系统扫描模式仿真基础上,着重研究机械定位参数对CT重建图像质量的影响。对于机械定位误差主要从X射线源定位、工件定位和旋转中心定位三方面进行分析、建模和仿真。在分析旋转平台的机械径跳数据的基础上,提出了基于平稳随机模型的机械径跳仿真算法,实现了伴随机械径跳的CT投影仿真。最后通过仿真实验,对上述的扫描模型、机械定位误差模型和径跳模型进行了验证。实验表明,本文所构建的机械系统的仿真方法具有一定的可行性,能够为CT系统机械参数预设提供可靠的数据支撑,为CT图像伪影的分析及校正,提供一定的先验信息。本文所建立的仿真模型简便、有效、具有一定的实施可行性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• 1.1 课题研究的背景、目的和意义
• 1.2 课题的国内外研究现状
• 1.2.1 虚拟CT系统研究现状
• 1.2.2 CT系统中机械系统研究现状
• 1.3 课题来源
• 1.4 论文的主要内容以及章节安排
• 第二章 虚拟CT系统中的扫描模式仿真
• 2.1 CT图像投影的基本原理
• 2.2 CT系统中的两种扫描模式仿真
• 2.2.1 扇束圆轨迹扫描模式的投影模型
• 2.2.2 锥束圆轨迹扫描模式的投影模型
• 2.3 投影仿真结果及分析
• 2.4 小结
• 第三章 虚拟CT系统中的机械定位误差仿真
• 3.1 机械定位误差分析
• 3.2 伴随机械定位误差的投影仿真模型
• 3.2.1 理想定位模型仿真
• 3.2.2 射线源发生定位误差时的投影仿真模型
• 3.2.3 检测工件发生定位误差时的仿真投影模型
• 3.2.4 旋转中心发生定位误差时的仿真投影模型
• 3.3 仿真结果及分析
• 3.4 小结
• 第四章 虚拟CT系统中的机械径跳仿真
• 4.1 机械径跳产生原因及径跳位移模型
• 4.1.1 机械径跳产生的原因
• 4.1.2 机械径跳的位移模型
• 4.2 机械径跳数据分析与仿真
• 4.2.1 机械径跳数据测试与分析
• 4.2.2 机械径跳数据平稳化处理
• 4.2.3 机械径跳模型建立
• 4.2.4 机械径跳数学模型验证
• 4.3 伴随机械径跳的CT图像投影模型
• 4.3.1 伴随机械径跳的CT图像投影模型建立
• 4.3.2 仿真及重建结果分析
• 4.4 小结
• 第五章 总结
• 5.1 论文小结
• 5.2 虚拟CT机械系统中机械系统仿真方法总结
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表的论文
• 致谢