硕士论文-CT代数重建的并行加速和图象质量优化技术研究

西北工业大学硕士学位论文CT代数重建的并行加速和图象质量优化技术研究姓名：刘远申请学位级别：硕士专业：航空宇航制造工程指导教师：张定华20060301CT代数重建的并行加速和图象质量优化技术研究作者：刘远学位授予单位：西北工业大学参考文献(35条)1.KCTam.JWEberhard.KWMitchellIncomplete-DataCTImageReconstructionsinIndustrialApplications1990(03)2.吕忆松.陈亚珠.郭玉红DIRECTVOXEL-PROJECTIONFORVOLUMETRICDATARENDERINGINMEDICALIMAGERY[期刊论文]-上海交通大学学报(英文版)2002(2)3.IA-32Intel(R)ArchitectureSoftwareDeveloper'sManual4.GJJenseVoxel-basedmethodsforCAD5.王召巴.金永高能X射线工业CT技术的研究进展[期刊论文]-测试技术学报2002(2)6.郭艳艳.韩焱.王明泉大型试件CT重构的一种方法[期刊论文]-测试技术学报2002(4)7.李春芳改进的联合代数重建法及其有限角投影重建8.王小璞.张朋.李兴东.张兆田一种块迭代的快速代数重建算法[期刊论文]-CT理论与应用研究2000(z1)9.HMalconHudson.RichardSLarkinAcceleratedImageReconstructionUsingOrderedSubsetsofProjectionData1994(13)10.蒋广胜.魏彩屏并行ART算法在曙光一号上的设计与实现[期刊论文]-计算机研究与发展1996(6)11.YangYan.TannenbaumAllen.GiddensDonKnowledge-based3DsegmentationandreconstructionofcoronaryarteriesusingCTimages200412.夏宇正.陈光杰.王澜高能X射线工业CT关键技术的研究1997(01)13.EllenLWalker.ToddHivnorKnowledge-Based3DReconstructionfromMultipleSegmentedImages199914.CarlSmets.DVandermeulen.PaulSuetens.AndreOosterlinckAKnowledge-basedsystemforthe3Dreconstructionandrepresentationofthecerebralbloodvesselsfromapairofstereoscopicangiograms198915.杨士强.慕岩.钟玉琢.喻丹.张春林指令级并行的多媒体数据实时处理[期刊论文]-高技术通讯1998(4)16.温佩芝.吴晓军.史泽林.于海斌一种三维实体模型的离散表示方法[期刊论文]-计算机工程与应用2003(15)17.刘勇奎.沈红.石教英一个有效的沿三维直线的体素遍历整数算法[期刊论文]-计算机学报2002(11)18.曹莹.顾耀林基于体元的光线跟踪算法2002(03)19.徐昊.庄天戈体积CT的研究与进展[期刊论文]-中国医疗器械杂志2001(4)20.孙晓安.陈淑珍.吴志斌.柴亚萍图象重建中的最优化方法[期刊论文]-中国图象图形学报1999(2)21.吕东辉体积CT中的图像重建算法研究综述2000(04)22.张朋.张兆田几种CT图像重建算法的研究和比较[期刊论文]-CT理论与应用研究2001(4)23.庄天戈CT原理与算法199224.李春芳.张新峰.潘金虎.是度芳改进的联合代数重建法及其有限角投影重建[期刊论文]-光电子·激光2002(7)25.秦中元.牟轩沁.王平.蔡元龙一种内存优化的代数重建算法及其快速实现[期刊论文]-电子学报2003(9)26.赵荣椿.赵忠明.崔苏生数字图象处理导论199527.AvinashCKak.MalcolmSlaneyPrinciplesofCTImaging198828.PMVSubbarao.PMunshi.KMuralidharPerformanceofiterativetomographicalgorithmsappliedtonon-destructiveevaluationwithlimiteddata1997(06)29.江小恩.刘忠礼.郑志坚.唐道源乘代数重建法和最大熵重建法比较研究[期刊论文]-光子学报1998(5)30.DavidFRogers.石教英.彭群生计算机图形学的算法基础200231.SiddonRLFastCalculationofTheExactRadiologicalPathLengthforAThree-dimensionalCTArray198532.KohlerT.RProksa.MGrassAFastandEfficientMethodforSequentialCone-BeamTomography200033.高上凯医学成像系统200034.张顺利工业CT图像的代数重建方法研究及应用[学位论文]硕士200435.KlausMullerFASTANDACCURATETHREE-DIMENSIONALRECONSTRUCTIONFROMCONE-BEAMPROJECTIONDATAUSINGALGEBRAICMETHODS1998相似文献(8条)1.学位论文肖永顺大型工业CT的快速迭代重建算法及可视化技术研究2003高能X射线大型工业CT能够对关键工业构件进行断层扫描，是航空、航天、汽车、国防等行业进行无损检测的重要手段。随着工业CT检测精度需求的不断提高，对断层重建质量和速度、图像检查效果、辐射成像检查方法提出更高的要求。本论文在大型工业CT系统研制中，结合现代科学技术发展研究成果，对大型工业CT的快速迭代重建算法和可视化检查关键技术问题进行研究。论文所做的研究工作及研究成果可概括如下：迭代重建算法在工业CT中具有很多优点，但重建速度限制了其在工程中的应用。本文提出等距探测器扇形束CT扫描方式下，基于CPU和GPU并行机制的双线性变形SART迭代重建加速算法。该算法改变逐射线串行计算射线和的方式，由双线性变形生成重采样网格图像求取投影数据；反投影时由投影修正数据生成修正图像数据，整体更新重建图像。提出了基于IntelCPUSIMD扩展指令集和图形硬件纹理映射的两种算法实现方案，分别在实验中获得4倍和10～15倍的加速比，显示了良好的加速性能和应用前景。论文深入研究了工业CT中的缺陷检测、分析、显示与定量测量等可视化检查应用问题。提出增强相对密度差异显示效果的伪彩色数字高程模型用于断层数据检查的方法；依据先验知识，采用模型化区域多等值面三维表面重建可视化进行结构检查，并实现了基于深度缓存的交互式标记测量算法。通过研究直接体绘制技术的光学模型及其在工业CT缺陷检测中的应用要点，在微机工作站上实现了基于三维纹理硬件的实时直接体绘制，并可通过交互式调整转换函数对感兴趣局部体数据进行细致检查。在研究人的视觉认知与CT三维重建的功能相似性的基础上，引入虚拟现实技术中IBR技术研究成果，提出利用圆周轨迹X射线投影图像合成任意视角立体图像对的方法，给出合成立体图像对的采样和重采样算法，以及指定旋转轴的立体图像序列生成算法，分析了影响立体合成效果的各因素，并开发了微焦点X射线多视角立体成像实验系统。2.会议论文莫仕林.曾理.王珏SART重建工业CT图像的并行实现2005本文介绍了同时代数重建算法(SART),讨论了SART的并行实施.通过算法复杂度分析和在工作站机群上的网络并行重建试验,证明了网络并行计算能有效提高SART算法的时间效率.3.会议论文莫仕林.曾理.王珏SART重建工业CT图像的并行实现2005本文介绍了同时代数重建算法(SART,SimultaneousAlgebraicReconstructionTechnique),讨论了SART的并行性.通过算法复杂度分析和在工作站机群上的网络并行重建试验,证明了网络并行计算能有效提高SART算法的时间效率.4.学位论文莫仕林网络并行计算在工业CT图像重建中的设计与研究2005传统并行计算技术依赖于专用、大型的并行计算机，其基本特征是采用内存共享方式，因此它有计算效率高的显著特点；但传统大型并行机的编程复杂、可扩展性差、价格昂贵，主要应用于诸如天气预报等专业领域。随着微处理技术和网络技术的飞速发展，可利用通用网络，如局域网(LocalAreaNetwork,LAN)将一组高性能工作站或高档PC机，按某种结构连接起来而构建的工作站机群(ClusterofWorkstations,COW)将现代网络通讯技术与传统并行计算技术结合起来，形成了一类新的并行计算技术——网络并行计算。因其具有系统性价比高、编程方便、可扩展性好、能充分利用现有资源等突出优点，而得到广泛的应用。在网络并行计算领域，并行算法(包括针对网络多机系统的并行计算流程和任务调度策略等)和软件（包括多机间数据通讯和拥塞处理等）的许多研究尚处于探索阶段，技术上还不成熟。研究一般的通用并行算法难度极大，而且在具体应用时，通常也不能直接使用。因此，针对具体体系结构的实际应用，进行并行算法的研究可望得到较大的发展。在计算机断层成像(ComputerizedTomography,CT)领域，能检测大型工业构件的高能X射线工业CT机对航空、航天等领域有着明显的重要性。当工业CT机检测对象为大型工业构件并且要求高分辨率时，重建图像的像素点阵巨大，计算量大大增加，从而使图像重建时间过长。另一方面，当遇到投影数据采集不全等情况时，现今在工业CT中普遍采用的滤波反投影(FilterBack-Projection,FBP)算法重建出的图像很难达到人们对图像质量的要求；此时，一般选用诸如同时代数重建算法(SimultaneousAlgebraicReconstructionTechnique,SART)等代数重建算法。但相对FBP来说，SART的重建时间大大增加，在对实时性要求较高的场合，很难得到实际应用。为此，本论文把新兴的网络并行计算技术引入工业CT图像重建中。本论文以新兴的COW为主要研究对象，详细讨论了并行处理技术和工业CT技术；重点讨论了并行算法、负载平衡策略和并行算法的一个设计模型――C3(Computation,Communication,Congestion)模型，以及工业CT的理论基础和扫描检测方式。在重点研究了串行SART算法的基础上，设计了并行SART算法；通过详细讨论现今并行计算中最为常用的负载平衡策略，并针对本文的实际应用问题，设计了一种自适应预分配负载策略。通过讨论本论文的实际应用问题，搭建了基于局域网络的并行计算平台；在此平台上，采用主从(Master/Slave)模式设计了该应用问题的软件结构；在VC++6.0环境下设计开发了网络并行计算可视化管理平台和并行SART算法软件；最后，通过实际测试的数据，分析讨论了并行SART算法的加速比和效率。通过理论分析和实际的测试数据证明了本文设计的并行SART算法、自适应预分配负载策略以及网络并行计算平台能有效的提高SART的时间效率，对提高SART在工业CT中的实际应用有重用意义；对其它类似应用问题起到抛砖引玉的作用。5.期刊论文王小璞.张朋.李兴东.张兆田.WangXiaopu.ZhangPeng.LiXingdong.ZhangZhaoTian一种块迭代的快速代数重建算法-CT理论与应用研究2000,9(z1)常用的计算机层析成像的重建算法可分为:变换重建法、代数重建法和其它算法几大类.变换重建算法中最为常用的为卷积反投影”算法,该算法重建速度较快,重建效果较好.但该算法也存在一些不足,它通常要求完全的、等间隔的平行采样数据.在天文、物探、地震成像等领域采样数据通常是不完全的和非等间隔的.代数重建算法简单,适用