图像滤波方法及ct 系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种图像滤波方法及CT系统，尤其涉及利用并行计算的图像滤波方 法及CT系统。
【背景技术】
[0002] 图像滤波，即消除图像中的无用噪声，是图像预处理中不可缺少的操作。滤波器是 图像处理中最关键的组成部分之一，无论是在图像变换、图像增强和图像恢复中都是相当 重要。选择不同的滤波器可W实现不同的处理效果，例如低通滤波器可用于平滑图像，高通 滤波器可用于边缘提取等。随着信息技术的发展，我们需要处理的数据量大幅增加，该就对 图像滤波的处理速度提出了更高的要求。
[0003]除了直接用于图像处理外，滤波器还可W作为一些迭代计算的正则化约束条件。 例如，计算机断层成像术（CT)广泛应用于医学影像领域。它是利用计算机技术对被测物体 断层扫描图像进行重建获得3维断层图像的扫描方式。该扫描方式是通过单一轴面的射线 穿透被测物体，根据被测物体各部分对射线的吸收与透过率不同，由计算机采集透过射线 并通过3维重构成像。解析重建和迭代重建是CT图像重建的两种基本方法，其中迭代重建 在保证图像质量恒定的前提下能够大幅降低福射剂量，有利于作为未来的发展方向的低福 射剂量CT。在低福射剂量CT图像的迭代重建中，每次迭代计算中都要进行滤波正则化计 算，由于医疗图像数据量大，滤波的速度将直接影响CT图像重建的速度。因此，对大规模图 像滤波处理进行加速十分必要。
[0004]另一方面，W图像处理器（GPU)为代表的多核处理器的高性能数值运算能力在 近些年发展迅速。NVIDIA公司于2007年正式发布的CUDA(Computer化ifiedDevice Architec化re;计算统一设备架构)，使用一种类C语言(支持现有C语言基础上，进行了部 分扩展)，使得开发工作更加易于掌握。GPU不再局限于图形处理，也可应用于通用数值计 算中，特别适用于并行度高数值运算量大的运算。
[0005]因此，近年来开始利用WGPU为代表的多核处理器的并行计算来加速大规模图像 滤波处理。在传统的并行处理方法中，将图像中的每一个像素点的滤波计算作为基本计算 单元交给每一个线程完成。但是，该不但会产生大量的重复计算，造成计算量和计算时间的 无谓增加，而且会产生全局存储器的大量重复访问，造成全局存储器的访问次数和访问时 间的无谓增加。由此，现有技术在利用并行计算来实现图像滤波处理时存在图像滤波速度 低下的技术问题。
【发明内容】
[0006]本发明针对现有技术中的上述技术问题，其目的在于，提供一种基于W图像处理 器（GPU)为代表的多核处理器的图像滤波方法及CT系统，在利用并行计算实现快速的大规 模图像滤波处理中，通过减少现有并行计算中的重复计算，减少计算量，大幅提高图像滤波 的并行计算速度。
[0007] 为了实现上述目的，本发明提供一种图像滤波方法，利用多核处理器，并行地对图 像进行滤波处理，其特征在于，包括W下步骤：计算方向确定步骤，根据所述图像的维数及 所述滤波处理的预定的邻域范围，确定所述滤波处理的多个计算方向；各方向滤波计算步 骤，按所确定的多个计算方向中的每个计算方向分别进行下述处理：由多个线程中的每个 线程分别针对所述图像中的一行像素，W该行的每个像素作为对象像素，在对象像素与该 对象像素在该计算方向上的各邻域像素之间进行预定的滤波计算，并将所述滤波计算的结 果分别W累加的方式保存为该对象像素和各邻域像素的滤波结果，其中所述邻域像素是位 于对象像素的所述邻域范围中的像素；W及图像滤波结果获得步骤，将通过所述各方向滤 波计算步骤针对所确定的全部计算方向得到的滤波结果按所述图像的每个像素累加，从而 获得所述图像的图像滤波结果。
[0008] 根据本发明的图像滤波方法，在利用并行计算的图像滤波处理中，能够减少现有 并行计算中的重复计算，减少计算量，从而大幅提高图像滤波的并行计算速度，并提高图像 滤波处理的速度和实用性。
[0009] 本发明的图像滤波方法也可W是：在所述各方向滤波计算步骤中，多个线程中的 每个线程相互并行地进行滤波计算。
[0010] 在此，通过多个线程中的每个线程相互并行地进行滤波计算，能够进一步提高图 像滤波处理的速度。
[0011] 本发明的图像滤波方法也可W是：在所述各方向滤波计算步骤中，每个线程分别 针对所述图像中的一行像素，从该行的起始像素开始直到该行的最终像素为止依次作为对 象像素，在对象像素与该对象像素在该计算方向上的各邻域像素之间进行所述滤波计算， 并将所述滤波计算的结果分别W累加的方式保存为该对象像素和各邻域像素的滤波结果。
[0012] 在此，在针对各计算方向的滤波计算中，每个线程将一行像素中的起始像素到最 终像素依次作为对象像素。由此，能够在该行的各像素之间充分地相互利用滤波计算结果， 大幅提高图像滤波的并行计算速度。
[0013] 本发明的图像滤波方法也可W是：在所述计算方向确定步骤中确定了相对于所述 图像中的像素排列方向倾斜的计算方向的情况下，在所述各方向滤波计算步骤中，按该倾 斜的计算方向进行处理时，每个线程所计算的各行像素的像素数量相等。
[0014] 在此，在按倾斜的计算方向进行滤波计算时，通过合理设定由每个线程所计算的 各行像素，使得各行像素的像素数量相等，能够最大程度地在各个线程之间使计算量平均 化，而且有利于各个线程并行计算，从而提高了图像滤波的并行计算速度。
[0015] 本发明的图像滤波方法也可W是；在针对2维图像进行滤波处理、且滤波处理的 邻域范围的半径为1的情况下，在所述计算方向确定步骤中，所确定的计算方向的数量为 4,在所述图像滤波结果获得步骤中，将通过所述各方向滤波计算步骤针对所确定的4个计 算方向得到的滤波结果按所述图像的每个像素累加，从而获得所述图像的图像滤波结果。
[0016] 由此，通过多核处理器并行地针对2维图像进行滤波处理，能够减少现有并行计 算中的重复计算，减少计算量，从而大幅提高2维图像滤波的并行计算速度，并提高2维图 像滤波处理的速度和实用性。
[0017] 本发明的图像滤波方法也可W是；在针对3维图像进行滤波处理、且滤波处理的 邻域范围的半径为1的情况下，在所述计算方向确定步骤中，所确定的计算方向的数量为 13,在所述图像滤波结果获得步骤中，将通过所述各方向滤波计算步骤针对所确定的13个 计算方向得到的滤波结果按所述图像的每个像素累加，从而获得所述图像的图像滤波结 果。
[0018] 由此，通过多核处理器并行地针对3维图像进行滤波处理，能够减少现有并行计 算中的重复计算，减少计算量，从而大幅提高3维图像滤波的并行计算速度，并提高3维图 像滤波处理的速度和实用性。
[0019] 本发明的图像滤波方法也可W是；在针对3维图像进行滤波处理、且滤波处理的 邻域范围的半径为r的情况下，通过所述计算方向确定步骤确定了多个计算方向之后进行 下述处理；（1)从全局存储器向所述多核处理器的共享内存读入构成所述3维图像的多个2 维图像中的起始化+1个2维图像，并对该化+1个2维图像执行所述各方向滤波计算步骤 和所述图像滤波结果获得步骤，（2)将读入的化+1个2维图像中的前r+1个2维图像的各 像素的滤波结果从共享内存写入全局存储器，（3)从全局存储器向共享内存读入构成所述 3维图像的多个2维图像中的后续r+1个2维图像，并对由该后续r+1个2维图像和在（2) 中未从共享内存写入全局存储器的r个2维图像组成的化+1个2维图像，执行所述各方向 滤波计算步骤和所述图像滤波结果获得步骤，（4)重复处理（2)和处理（3)，直到将构成所 述3维图像的全部2维图像的图像滤波结果从共享内存写入全局存储器，并将写入全局存 储器的所述全部2维图像的图像滤波结果作为所述3维图像的图像滤波结果。
[0020] -般而言，全局存储器不具有缓存，读写速度较慢，而多核处理器的共享内存具有 缓存该一优势，读写速度快。通过上述处理，充分利用共享内存的缓存机制，减少全局存储 器的访问次数，大大减少处理器内存的访问时间，从而提高了图像滤波处理的速度和实用 性。
[0021] 为了实现上述目的，本发明还提供一种CT系统，通过X射线对扫描对象进行扫描， 输出所述扫描对象的CT图像，其特征在于，具有；CT扫描仪，通过X射线对扫描对象进行扫 描，获得所述扫描对象的投影图像；CT图像重建装置，具有多核处理器，根据所述投影图像 重建CT图像，在为了重建CT图像而利用所述多核处理器对图像并行地进行的滤波处理中， 根据图像的维数及所述滤波处理的预定的邻域范围，确定所述滤波处理的多个计算方向， 按所确定的多个计算方向中的每个计算方向，由多个线程中的每个线程分别针对所述图像 中的一行像素，W该行的每个像素作为对象像素，在