工业CT数控系统设计与图像重建研究

论文摘要

工业CT（Computed Tomography）具有直观、准确、无损检测等优点而被广泛应用于航空、航天、国防等多个领域。同时,理论上工业CT检测的对象不受其形状、材质等影响而被评为目前国际上公认的最佳无损检测手段。基于前人基础,对锥束CT进行了物理设计。射线源系统选用225KV的X射线机；探测器系统采用探测器单元数为128×128、单元尺寸为1.Omm×1.0mm的探测器阵列；数控系统采用微型机、多轴控制器、伺服驱动器及电机等搭建；采用射线源到扫描中心距离为240mm,探测器到扫描中心距离为160mm的整体布局。分析结果表明,此CT系统能较好的达到所预设的要求。图像重建算法在工业CT检测中起着重要作用。基于众多学者研究成果,采用C++与MATLAB对二维断层及锥束工业CT进行了仿真实验。采用单源单探测器、平行束扫描方式,选取128×128经典Shepp-Logan头部模型为重建对象,研究了二维ART算法重建中先验知识、初始值、不同噪声下不同投影数、缺角度等对图像质量及松弛参数选取的影响。实验结果表明,先验知识及较好的初始值可以改善其图像质量,不同噪声下不同投影数影响松弛参数的选取,可以通过均匀增加投影数来提高缺角度扫描的重建图像质量；探讨了锥束CT扫描方式对图像重建的影响。实验结果表明,射线源、扫描中心、探测器之间距离选择合理的分布及投影均匀分布于180度范围内可改善其重建图像质量,投影以一到两度扫描间隔均匀分布于第一缺角度间隔、剩余投影均匀分布于第二缺角度间隔范围内可以改善缺角度情况下重建图像的质量。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第一章 综述
• 1.1 工业CT工作原理
• 1.1.1 工业CT组成
• 1.1.2 工业CT工作原理
• 1.1.3 工业CT图像重建与显示
• 1.2 CT种类及应用
• 1.3 CT发展历程
• 1.4 课题背景
• 1.5 论文结构安排
• 第二章 CT设备基础知识介绍
• 2.1 物理基础
• 2.1.1 X射线性质
• 2.1.2 X射线产生机理
• 2.1.3 X射线谱线图
• 2.1.4 射线性质
• 2.1.5 X（γ）射线与物质相互作用
• 2.1.6 X（γ）射线衰减规律
• 2.2 数学基础
• 2.2.1 Radon变换及其逆变换
• 2.2.2 投影数据获取
• 2.2.3 图像重建原理
• 2.3 本章小结
• 第三章 工业CT设备组成
• 3.1 引言
• 3.2 射线源系统
• 3.2.1 射线源种类
• 3.2.2 X射线机组成
• 3.2.3 X射线源评价参数
• 3.3 数控系统
• 3.4 探测器系统
• 3.5 本章小结
• 第四章 锥束工业CT系统物理设计
• 4.1 引言
• 4.2 锥束工业CT性能指标评价
• 4.3 组件选择
• 4.4 锥束工业CT系统设计
• 4.5 数控系统设计
• 4.5.1 数控系统工作原理
• 4.5.2 PC机与PMAC数据传输
• 4.5.3 数控系统运动方式设计
• 4.6 本章小结
• 第五章 工业CT图像重建
• 5.1 引言
• 5.2 解析法介绍
• 5.2.1 反投影重建算法
• 5.2.2 滤波反投影法
• 5.2.3 三维FDK算法与三维直接重建法
• 5.3 ART算法图像重建
• 5.4 二维ART算法图像重建研究
• 5.4.1 先验知识对重建图像质量及松弛参数选取的影响
• 5.4.2 初始值对图像重建的影响
• 5.4.3 不同投影数在不同噪声下对松弛参数选取及重建图像的影响
• 5.4.4 缺角度对图像重建的影响
• 5.4.5 二维断层图像重建研究小结
• 5.5 三维ART算法图像重建研究
• 5.5.1 射线穿过三维体素计算方法
• 5.5.2 射线源到扫描中心距离对图像重建的影响
• 5.5.3 投影数对图像重建的影响
• 5.5.4 投影数一定情况下扫描方式对图像重建的影响
• 5.5.5 缺角度下扫描方式对图像重建的影响
• 5.5.6 三维图像重建研究小结
• 5.6 本章小结
• 第六章 工作总结与展望
• 6.1 工作总结
• 6.2 工作展望
• 参考文献
• 攻读硕士期间研究成果
• 致谢