域内，轮廓线的内部和外部的像素加权强度均值，fjy)和fb(y)分别为图像y处 的局部区域内，轮廓线的内部和外部的像素加权强度均值，
为Gauss核函数，〇为尺度参数，例如可取〇 =3.0，*表示卷积运算，Φ(χ)为水平集 函数，科为水平集函数Φ (X)的梯度，He (ζ)为Heaviside函数的正则化形式，δ Ε (ζ) 为Dirac测度的正则化形式，ε为正常数，例如可取ε = 1，div( ·)表示散度算子，V2 表示Laplace算子，A1, λ 2>〇，μ, v>〇是各项的权值系数，例如可取A1= λ 2= 1，μ = 0· 003X255X255, ν = I. 〇, t为引入的时间辅助变量；
[0070] 步骤2-3-2)在得到RSF活动轮廓模型的水平集函数后，利用这个水平集函数将 图像划分成不同的子区域，分别用每个子区域内的像素点灰度的平均值代替该子区域内各 像素点的灰度值；判定是否达到设定的迭代次数凡，如果是，则结束迭代，否则跳转至步骤 S2-1)〇
[0071] 步骤3)显示重建图像。
[0072] 本发明将 TVM-P0CS (Total Variation Minimization-Projection onto Convex Sets,总变差最小化-投影到凸集）重建算法与RSF(Region-Scalable Fitting,区域尺度 拟合）分割模型结合，实现大口径管道外部环形区域的重建。在TVM-POCS重建算法的基础 上引入RSF模型对重建的中间结果进行分割，能够大大地减轻图像边缘处的重建伪影，并 且能够很好地处理由于射线束硬化引起的重建图像的灰度不均匀性，得到的重建图像质量 高，分辨率高。
[0073] 最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通 过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在 形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。
【主权项】
1. 大口径管道壁外部CT局部扫描成像方法，其特征在于：该方法包括以下步骤： 步骤1)射线源和探测器设置在围绕待检测管道中心的圆形轨道上；探测器偏置放置， 使射线束能够覆盖以管道中心为圆心，以r为半径的圆盘外的管道环形区域；射线源和探 测器沿着圆形轨道作圆周运动进行扫描，获得待检测管道外部环形区域的投影数据； 步骤2)根据投影数据重建管道外部环形区域的图像； 步骤3)显示重建图像。2. 根据权利要求1所述的大口径管道壁外部CT局部扫描成像方法，其特征在于：扫描 开始时以射线源与原点连线所在的直线为y轴，并且以射线源指向原点的方向为正方向，X 轴垂直于y轴，X轴与y轴构成固定的笛卡尔坐标系〇-xy;在射线源和探测器围绕待检测管 道作圆周运动的过程中，以坐标原点O建立旋转的笛卡尔坐标系O-In，n轴为扫描过程 中射线源与原点连线所在的直线，并且以射线源指向原点的方向为正方向，〖轴垂直于n 轴，I轴与n轴构成右手笛卡尔坐标系；X轴与I轴的夹角为旋转角度0。3. 根据权利要求1所述的大口径管道壁外部CT局部扫描成像方法，其特征在于：所述 步骤2)根据投影数据重建管道外部环形区域的图像，具体包括以下步骤： 步骤2-1)凸集投影； 步骤2_2)总变差最小化； 步骤2-3)利用区域尺度拟合模型对子区域进行平均化修正。4. 根据权利要求3所述的大口径管道壁外部CT局部扫描成像方法，其特征在于：所述 步骤2-1)凸集投影具体包括以下步骤： 步骤2-1-1)采用下面的加型代数迭代公式对待重建图像进行重建：设待重建图像的像素点总数为N个，f表示待重建的数字图像，位于（s，t)处的像素 灰度值表示为fSit，则f可以表示成HXW的图像矩阵f= (fSit)，其中H为待重建图像的 行数，W为待重建图像的列数，将图像的像素点逐点排列成向量I=IXA…，O其中N =HXW，设经过待重建图像的扫描射线数为M条，将射线投影数据按射线逐条排列为向量 户= …-/7J'，W= (Wu)为MXN维的投景多系数矩阵，其中Wu表示第j个点对第i条 射线投影数据的贡献率； 其中，/广，（k= 1，2,…，Nraunt)表示第k次迭代时图像数据向量/的第j个分量，Nraunt 表示重建算法的最大迭代次数，/f表示图像数据向量^的初始值的第j个分量，P1表示第 i条射线对应的投影数据，k为迭代次数，A为松弛因子； 步骤2-1-2)引入非负性限制，得到图像数据的校正值：其中，表示经过非负校正后得到的图像数据向量y的第j个分量，/Ta表示按 加型代数迭代公式经过M1次迭代后的图像数据向量/的第j个分量。5. 根据权利要求3所述的大口径管道壁外部CT局部扫描成像方法，其特征在于：所述 步骤2-2)总变差最小化TVM，具体包括以下步骤： 步骤2-2-1)将总变差最小化的梯度下降方向f(TVM(：RAD)初始化为f(TVM_=f(P°es)，将 下降程度Ull始化为drocs=I|fII;通过以下公式计算图像的总变差TV(f)及 在图像（s，t)处的逼近形式的偏导数vSit:其中，Ngy表示总变差梯度下降法的迭代次数，TV(f)表示图像数据f?的总变差，T为极小的正常数，表示第I1次迭代图像像素点（s，t)处的总变差梯度下降方向，表 示第I1次迭代后整幅图像每个像素点处的总变差梯度下降方向矩阵，即Uxw.， 1彡s彡H，1彡t彡W，H为待重建图像的行数，W为待重建图像的列数，U?II表示向量的Frobenius范数，fs,t表示位于（s，t)处的像素点的灰度值，:^^表示位于（s-l，t)处的像 素点的灰度值，4^表示位于（s，t-l)处的像素点的灰度值，fs+lit表示位于（s+l，t)处的 像素点的灰度值，fs+litl表示位于（s+l，t_l)处的像素点的灰度值，fSit+1表示位于（s，t+l) 处的像素点的灰度值，fslit+1表示位于（s+1，t+1)处的像素点的灰度值，a为权系数；令fw =，判断是否达到总变差最小化中预设的迭代次数Ntvm，如果是，则跳转至下一步骤 S2-3)，否则跳转至步骤S2-1)。6. 根据权利要求3所述的大口径管道壁外部CT局部扫描成像方法，其特征在于：所述 步骤利用区域尺度拟合模型对子区域进行平均化修正，具体包括以下步骤： 2-3-1)使用区域尺度拟合RSF活动轮廓模型提取待重建图像的边缘，通过求解以下梯 度流演化方程得到水平集函数：其中，x，y为表示图像中像素点位置的二维坐标向量，f(x)表示图像在X处的灰度值，f?和fb(x)分别为图像X处的局部区域内，轮廓线的内部和外部的像素加权强度均值， fD(y)和fb(y)分别为图像y处的局部区域内，轮廓线的内部和外部的像素加权强度均值，XGR2为Gauss核函数，O为尺度参数，*表示卷积运算，伞（X)为水 平集函数，▽(!>为水平集函数巾（X)的梯度，He (z)为Heaviside函数的正则化形式，SE (z) 为维Dirac测度的正则化形式，e为正常数，div(〇表示散度算子，表示Laplace算子， 入i，A2>〇,y，v>〇是各项的权值系数，t为引入的时间辅助变量； 步骤2-3-2)在得到RSF活动轮廓模型的水平集函数后，利用水平集函数将图像划分成 不同的子区域，分别用每个子区域内的像素点灰度的平均值代替该子区域内各像素点的灰 度值；判定是否达到设定的迭代次数凡，如果是，则结束迭代，否则跳转至步骤S2-1)。
【专利摘要】本发明涉及一种大口径管道壁外部CT局部扫描成像方法，属于CT扫描成像技术领域。该方法将射线源和探测器设置在围绕待检测管道中心的圆形轨道上，并将探测器偏置放置；射线源和探测器沿着圆形轨道作圆周运动进行扫描，获得待检测管道外部环形区域的投影数据；将TVM-POCS重建算法与区域尺度拟合分割方法相结合，根据投影数据重建管道外部环形区域的图像。本发明提供的一种大口径管道壁外部CT局部扫描成像方法，扫描方式简单易行，扫描时间短，射线剂量低；该方法能够很好地处理投影数据截断问题，重建伪影大大减轻，并能很好地处理由于射线束硬化引起的重建图像灰度不均的问题，最后显示的管道外部环形区域的局部重建图像质量较好。
【IPC分类】G01N23/04, G06T11/00
【公开号】CN105136823
【申请号】CN201510394164
【发明人】曾理, 郭雨濛, 邹永宁, 蔡玉芳, 沈宽, 袁古兴
【申请人】重庆大学, 重庆真测科技股份有限公司
【公开日】2015年12月9日
【申请日】2015年7月7日