(粒子物理与原子核物理专业论文)X射线工业CT物理设计及图像重建.pdf
《(粒子物理与原子核物理专业论文)X射线工业CT物理设计及图像重建.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《(粒子物理与原子核物理专业论文)X射线工业CT物理设计及图像重建.pdf(95页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、摘要工业CT技术,具有直观、准确、无损伤等特点。其原理主要是:射线 通过扫描工件得到断层投影值,由图像重建算法重建出断层图像。工业CT是 在无损状态下检测物体断层的灰度图像,以其灰度值来分辨被检测断层内部 的缺陷、几何结构、材质种类等。理论上工业CT检测不受检测物体的材料、形状和表面状况的影响,可以精确地给出检测物体的二维及三维图像,是目 前国际上公认的最佳无损检测手段。目前医用CT技术已经发展成熟,完全商业化,而八十年代开始的工业 CT技术在国内外虽然有一定的进展,但在工业应用中还有存在很多问题。为了进一步应用和发展工业CT技术,本文在前人的基础上,对X射线工业 CT物理设计的某些方面进行了
2、研究。研究的主要内容包括工业CT的系统结 构;X射线源的性能参数设计及选用;机械扫描系统的设计及性能参数的选 择;探测器系统中的探测器种类选择、探测器阵列的组成方式;扫描方式的 选择;准直器的设计;空间分辨率、成像时间等CT系统性能参数的计算分 析。经过工业CT各个部分及整体性能的设计分析,设计了一套250keV能量 的X射线机工业CT系统。目前工业CT系统一般采用完全投影数据的滤波反投影(FBP)重建算 法,但在实际中由于某些客观因素无法检测完全的投影数据,使得该算法失 效。而ART算法将图像重建问题转化为求解线性方程组,当投影数据不完全 时,可以看作是缺少了一些方程,如果方程组有解,通过迭
3、代逼近的方法,可以求解方程组。因而该算法适合于不能获得完备投影数据场合的图像重 建。本文在介绍ART算法的基础上,对ART算法权因子的计算进行了研究,得出了一种切实可行的权因子算法;通过C语言编程在VC平台下对该权因 子计算算法的进行了仿真验证,实验结果表明:通过siddon改进算法与快速 算法的图像重建比较,得出两种算法权因子计算时间相当,siddon改进算法 重建时间为快速算法的1/2,并且它们重建的图像质量也相当。因此,在重 建效率上,siddon改进算法是快速算法的2倍。兰州大学硕士毕业论文关键词:工业CT无损检测图像重建迭代算法ART X射线权因子H摘要AbstractIndustr
4、ial CT technol og y has the characteristics of direct,precise,nondestructive,etc.Its principl e is that we can g et main faul ts projection val ue throug h scanning the workpieces and then reconstruction faul t imag es throug h a certain imag es reconstructed al g orithm.Industrial CT can detect g r
5、ay imag e of objects faul t under nondestructive detection faul t condition,with using its g rayscal e val ue to disting uish detected the internal defects,g eometrical structure,material,etc.Theoretical l y,industrial CT testing is not affected by the material s,shape and surface conditions of the
6、tested object.It al so can precisel y g ive object detection of two-dimensional and three-dimensional imag es,which has been recog nized the best means of nondestructive ex amination now in the intemational ity.Now,medical CT technol og y and ful l y commercial ization.Whil e industrial CT technol o
7、g y have a l ot of probl ems in industrial appl ications thoug h it have g otten some prog ress at home and abroad since the 1980s.In order to devel ope and appl y of the industrial CT technol og y further,we have studied some aspects of the physical desig n of X-ray industrial CT based on the works
8、 of the prior.The main contents incl ude the structure of industrial CT system,the desig n and sel ection of X-ray source parameters,the desig n of mechanical scanning system and sel ection of performance parameters,the sel ection of detector probe system type,the detector array and scanning mode,th
9、e desig n of col l imator,the cal cul ation and anal ysis of CT system performance parameters such as spatial resol ution,density imag ing resol ution and imag ing time,ect.After we anal yse and desig n the unity as wel l as al l parts of industrial CT,we have decided to desig n the industry CT syst
10、em with 250keV energ y X-ray machine.At present,practical industrial CT system usual l y adopts fil tered backprojection(FBP)al g orithm which asked ful l y projection data to reconstructin兰州大学硕士毕业论文the imag e.Because of some objective factors,we usual l y can not g et ful l projection data in real
11、ity,so this method is not used.Whil e the ART al g orithm sol ve that perfectl y by transl ating imag ing reconstruction probl em into sol ving l inear equations.When the projection data is not ful l,we can see it as l acks some equations.If there is sol ution for the equations,we can cal cul ate it
12、 by using the approach of iterative al g orithm.So this approach is appropriate for imag ing reconstruction,when we do not g et ful l projection data.In this paper,we studied ART al g orithm as wel l as its weig ht factor on the former work.In this content,weig ht factor was studied in order to find
13、 an optimal weig ht factor al g orithm.We simul ated the al g orithm factor throug h C l ang uag e prog ramming in the VC pl atform.The ex perimental resul ts have shown that the compute time of weig ht factor of siddon-improve al g orithm is equal to that of fast al g orithm.But reconstruction time
14、 of siddon-improve al g orithm is hal f that of the fast al g orithm whil e their imag e qual ity are quite the same.Therefore,the efficiency of reconstruction of siddon-improve al g orithm is doubl e that of fast al g orithm.Keyword:Industrial CT,Nondestructive ex amination,Imag e reconstruction,It
15、erative Al g orithm,ART(Al g ebraic reconstruction technique),X-ray,Weig ht factor原创性声明本人呈交的学位论文X射线工业CT物理设计及图像重建,是在导师的指导下,独立进行研究工作所取得的成果,所有数据、图片资料真实可靠。尽我所知,除文中已经注明引用的内容外,本学位论文的研究成果不包含他人享有著作权的内容。对本论文 所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体,均已在文中以明 确的方式标明。本学位论文的知识产权归属于培养单位。本人签名:对御%日期:利八匚玷关于学位论文使用授权的声明本人在导师指导下所完成的论文及相关的职
16、务作品,知识产 权归属兰州大学。本人完全了解兰州大学有关保存、使用学位论 文的规定,同意学校保存或者向国家有关部门或机构送交论文的 纸质版和电子版,允许论文被查阅和借阅;本人授权兰州大学可 以将本学位论文的全部或部分内容编入相关数据库进行检索,可 以采用任何复制手段保存和汇编本学位论文。本人离校后发表、使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成果时,第一署 名单位仍然为兰州大学。保密论文在解密后应遵守此规定。论文作者签名:河商 为 导师签名:卜耳 日期:M.S、/第一章绪言第一节CT历史简介1895年11月,伦琴发现了 X射线;1896年贝克勒尔发现了 Y射线。从此射线检测技术便应运而生。最
17、初的射线检测技术是X射线照片照相技术,这种技术也是目前医学 中最常用的射线检测技术之一。随着科学技术的发展,又相继出现了Y射线 照相技术、中子照相技术、X射线实时成像(RTR)及计算机层析成像技术(Computed Tomog raphy),其中计算机层析成像技术简称CT。1921年Bocage描述了一种只对感兴趣平面a成像清楚,a平面的上下 平面成像模糊的设备。此种设备利用了射线源移动平面与探测器平面反向同 步移动的原理,如图1所示,他的这些工作奠定了传统断层成像技术的发展 基础。射线源移动平面图1经典断层成像术原理图图1中,射线源移动平面与探测器平面同步反向移动,在探测器平面 兰州大学硕士
18、毕业论文中检测到成像平面a上A、B点几何关系一致,而成像平面上平面的c点与 下平面的d点经过探测器平面检测后,几何关系发生变化,因此成像会变模 糊。投影图像重建的实验工作可以追溯到1940年叱但由于当时的计算机 技术比较落后,所以发展比较缓慢。1967年,英国EMI中心研究实验室的/fos/Ve/d开始了第一台临床 CT的研制,而第一台实验室扫描机也于当年完成。在当时,由于射线源强 度低,需要9天时间才能完成一幅图像的数据采集;由于计算机速度慢,用 迭代法重建图像求解28000个联立的方程需要2.5ho随着CT技术的发展,新的图像重建算法、高强度的X射线源及高性能 的探测器不断得到应用,扫描时
19、间由原来的几天减少到一小时以内,重建时 间也大幅度提高,一幅256X256像素的图像重建时间一般不会超过Imino第二节CT的应用及前景2.1 CT的应用在医学应用领域中,有着长久的历史,并且门类齐全。同时CT技术也 被广泛应用于航空、航天、军事工业、核能、石油、电子、机械、新材料研 究、海关及考古等多种领域,检测对象包括导弹、火箭发动机、军用密封组 件、核废料、石油岩芯、芯片、精密铸件和锻件、洗车轮胎、陶瓷复合材料、海关毒品、考古化石等。较其它无损检测技术,CT成像技术密度分辨率高 并且没有重叠信息,因此被称为最佳的无损检测手段。医用CT种类繁多,如心脏CT、脑CT、肺CT。在医学中的应用主
20、要 侧重于扫描时间短,这样病人所受的照射少,并可把做周期运动的器官看作 静止不动,如用于心脏成像的CT扫描一幅图片仅需100ms:另外医用CT所 用的射线源能量低,一般使用管电压低于150kV的X射线源,而且所用的X 射线管是脉冲式的(这仍然是为了减少病人所受的辐射剂量到最低);为了 防止病人在扫描过程中受到运动损伤,医用CT的扫描平台(床)固定不动,2第一章绪声即病人固定。工业CT与上所述的相反。CT技术在无损检测方面也有着广泛的应用。在上世纪八十年代美国就 曾花费数百万美元研制工业CT,用于检测军用的火箭发动机。现在,CT技 术可以检测各种密度高、厚度大的材料,如钢板焊缝的无损检测、水泥制
21、品 质量的检查、电力电容器质量的检验等。这种检测手段可以确保各种材料在 使用之前得到最严格的检查,大大提高了现代汽车、飞机、导弹等一系列的 军用民用的产品质量。目前,我国正大力发展核电站,而作为核电站核心的 反应堆的监督检测,是核电安全发展的重中之重,先进的工业CT技术可以 通过作出它的三维图来实时精确的检测反应堆的运行状况,及早地发现并消 除安全隐患。另外,CT技术也频繁用于考古、宝石鉴定等活动,它可以在 不破坏文物、宝石的情况下构造出其内部结构,从而确定它们的成份组成、结构以及它所发生的化学物理变化等。CT技术还可以用于农林业的发展,目前已经生产出可以测量活树的移 动式CT,这种CT可清楚
22、的检测出活树的年轮及含水状况,使得我们可以在 不破坏植物的情况下了解植物的状况。从而评估化学工厂、发电厂等对森林 生态环境的影响。此外,CT技术在地球物理方面也有着重要的应用。随着CT技术的发展,它在地球资源勘探、地震预测、地质构造等方面有着非常重要的作用,特别 对地震预报将越来越准确。目前,地球进入地壳活动期,地震越来越频繁,对地震预测的要求越来越高,也越来越迫切。2.2 CT的发展状况及前景我国从二十世纪九十年代初开始引进和研究工业CT技术。到目前为止,我国的CT技术取得了一定的进展。1988年清华大学研制成国内第一个Y射 线工业CT试验装置;1990年清华大学与北京航空材料研究所合作研制
23、成 国内第一台X射线工业CT试验系统;2000年清华大学将高能工业CT列 入重大科研项目,进行国产化论证,并经过几年的努力,高能工业CT的试 验研制取得了巨大成功;重庆大学也研发了用于实验室原理展示的CT系统。3兰州大学硕士毕业论文30多年来,从微焦点X射线源的高分辨CT系统到加速器射线源大型工业CT 系统;从线探测器阵列的高性能工业CT系统到采用面探测器的三维直接成 像的工业CT系统,我国工业CT的研制和应用取得了明显的进步。相对而言,国外的发展比国内要早。70年代末到80年代中期,以 工人松r的教授为首的一批美国科学家(同时作为SMS公司和IDM公司的 主要负责人)先后推出了两个系列的工业
24、CT产品(CITA200系列和IRISTM 系列)。现在美国EIR公司则推出了 ACTIS、REDAPT、KCT-AC-TIS等一系 列的X射线工业CT产品,加拿大原子能公司推出AECL系列产品,德国西门 子公司也推出了它们的产品,俄罗斯Indirotrs公司推出了一系列的X射线 工业CT产品,日本东芝公司推出了 T0SCANNER-3000、4000、以及20000 系列,日立公司已推出了 X射线工业CT产品等等。在最新应用方面,CT 技术已成功应用于地质中石油渗流过程的动态检测、工业生产中实时监测控 制等,同时工业CT技术与CAD/CAM结合起来的应用也得到了很大程度的发 展。在性能技术指
25、标上,X-CT的空间分辨率已达到201p/mnb可检测出 0.5mm的气孔,可分辨出约0.025Xl X3mm的裂纹,同时,密度分辨率也可 达到0.5%在以Y射线作为射线源的工业CT中,空间分辨率可达 0.25mm-1mm,可以检测到尺寸为0.Imm?的孔隙、宽度为0.025mm的裂纹。现在,CT技术正朝着更短的扫描时间、更快的成像速度、更高的空间 分辨率及密度分辨率方向发展。小体积、大功率的驻波式直线加速器;低噪 声、高效率的阵列固体探测器;快速的图像重建算法;多源、多探测器阵列 技术等已逐渐成为工业CT中最新的研究方向。第三节CT的基本原理我们知道,当射线穿透均匀物体时会与物体发生相互作用
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 粒子 物理 原子核 专业 论文 射线 工业 CT 设计 图像 重建
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【曲****】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【曲****】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。