基于GPU处理器的图像正投影算法优化方法技术

技术编号:15725429 阅读:91 留言:0更新日期:2017-06-29 14:21
本发明专利技术公开了一种基于GPU处理器的图像正投影算法优化方法,于显存区中分配存储区域,对正投影输入的源数据进行预处理得到正投影计算参数等预处理数据,根据正投影计算参数,计算正投影计算结果数据,得到正投影矩阵,该矩阵中的每个数值对应特定通道于特定角度下计算得到的像素值之和,利用调整参数对正投影计算结果数据进行调整,将调整后的正投影计算结果数据拷贝至主机内存。本发明专利技术充分利用GPU处理器的并行处理性能,对正投影算法的实现进行了优化,优化后的正投影算法获得大幅提升的计算性能,避免了线程间的访问同步问题,适用于CT重建算法、计算机图形学、雷达等图像技术领域。

【技术实现步骤摘要】
基于GPU处理器的图像正投影算法优化方法
本专利技术涉及一种基于GPU处理器的图像正投影算法优化方法,属于CT设备图像处理

技术介绍
CT设备以其图像分辨率高、三维信息丰富等特点,已广泛应用于临床诊断、工业探测等领域。CT重建算法包括正投影算法,其原理是模拟射线穿过被测物体的强度衰减,以得到CT值。正投影算法的计算量大,精度要求高,其计算结果对降低重建图像的噪声、去除图像伪影、提高图像的分辨率等图像质量指标,具有重要的作用。基于CPU处理器实现正投影算法,由于计算速率有限,已无法明显提高CT重建的计算性能。GPU图形处理器以其“单计算、多数据”的计算任务处理特性,具有强大的并行计算处理能力,特别适用于实现正投影算法,可大幅提高算法的计算速率,提升CT设备的整体性能。
技术实现思路
鉴于上述原因,本专利技术的目的在于提供一种基于GPU处理器的图像正投影算法优化方法,基于GPU处理器实现优化的正投影算法,可提高正投影算法的计算速率,提升CT设备的计算性能。为实现上述目的,本专利技术采用以下技术方案:一种基于GPU处理器的图像正投影算法优化方法,包括:输入源数据,包括图像数据、正投影起始角度、正投影覆盖的角度范围、正投影的角度数M、通道数N,对源数据进行预处理,得到正投影计算参数,该正投影计算参数包括角度参数和角度参数的三角函数值;创建M*N个计算线程;各计算线程根据图像数据、正投影计算参数,计算相应通道于相应角度下,投影射线在投影路径上经过图像数据对应的所有有效像素点的像素值之和,根据各计算线程的计算结果,得到正投影计算结果数据。所述正投影计算参数的计算方法是:创建M个线程,各线程根据正投影起始角度、正投影覆盖的角度范围、正投影的角度数,计算得到M个角度参数,计算M个角度参数分别对应的M个三角函数值。所述源数据还包括重建图像对应的调整参数,根据该调整参数,对所述正投影计算结果进行调整,使得输出的正投影结果接近于实际的被测物体。所述重建图像对应的调整参数包括通道宽度、调整比例。依据相应的通道,根据相应的角度参数及角度参数的三角函数值,计算所有有效像素点的坐标,根据有效像素点的坐标,确定有效像素点的位置,将各有效像素点的像素值进行累加得到像素值之和。基于GPU处理器的图像正投影算法优化方法,包括如下步骤:根据所述源数据,在显存区分配存储区域,用于保存源数据、中间计算数据及正投影计算结果数据;将所述源数据从主机内存拷贝至该存储区域;对所述源数据进行预处理,得到所述正投影计算参数;根据所述正投影计算参数,计算所述正投影计算结果数据;根据所述重建图像对应的调整参数,对所述正投影计算结果数据进行调整;将调整后的正投影计算结果数据从显存区拷贝至主机内存。本专利技术的优点是:1、基于GPU处理器实现优化的正投影算法,大幅提升CT设备的计算及运行性能;2、对正投影算法的实现进行优化,减少了冗余资源占用,降低了冗余计算,避免了线程同步、显存互斥访问的计算性能损耗问题,整体计算性能大幅提升;3、本专利技术的正投影优化算法不仅适用于CT重建图像算法,还可延伸应用于计算机图形学、雷达技术等领域。附图说明图1是本专利技术的方法流程示意图。具体实施方式以下结合附图和实施例对本专利技术作进一步详细的说明。如图1所示,本专利技术公开的基于GPU处理器的图像正投影算法优化方法,包括:S1:根据输入的源数据,在显存区分配存储区域,用于保存源数据、中间计算数据及正投影计算结果数据;正投影算法输入的源数据(即正投影算法输入的参数)包括:原图像数据(包括图像数据、图像尺寸数据等)、投影转动方向、正投影起始角度StAng、正投影覆盖的角度范围RAng、正投影的角度数M(角度范围RAng下正投影的角度数)、通道数N、正投影对应的中心通道、重建图像对应的调整参数、投影中心的X坐标、投影中心的Y坐标等。S2:将源数据从主机内存拷贝至显存区分配好的存储区域;S3:对源数据进行预处理,得到正投影计算参数;对源数据进行预处理包括输入图像数据的坐标数据,计算各投影角度的三角函数,根据投影中心的X坐标、Y坐标,计算图像数据的像素点在投影坐标系中的(x,y)坐标,计算正投影计算参数等,其中计算各投影角度的三角函数,计算图像数据的像素点的坐标是正投影算法的常规方法,本专利技术不进行详细描述,计算正投影计算参数的具体方法为:S31:根据正投影的角度数M,创建相应数量的线程;S32:各线程分别计算相应角度对应的正投影计算参数;根据正投影起始角度StAng、正投影覆盖的角度范围RAng、正投影的角度数M,各线程利用等差数列计算独立性,分别计算相应角度所对应的正投影计算参数,该正投影计算参数包括角度参数和该角度参数对应的三角函数值,例如,RAng=2π,StAng=1.5(弧度值),M=1000,即设定一周投影1000个角度,此种情况下,计算得到1000个角度参数,第i个角度参数等于1.5+i*2*π/1000,i=0,1,……,999,对每个角度参数,分别计算三角函数,得到该角度参数的三角函数值。对源数据进行预处理的预处理数据结果均保存于显存区分配的存储区域。S4:根据正投影计算参数,计算正投影计算结果数据;具体是:S41:根据正投影的角度数与通道数,创建若干计算线程;即,根据正投影的角度数M和通道数N,创建M*N个计算线程。S42:各计算线程根据图像尺寸数据,依据角度参数和角度参数的三角函数值,确定相应通道于相应角度下(投影输出点),投影射线在投影路径上经过图像数据对应的所有有效像素点的像素值之和;即,依据相应的通道,根据相应的角度参数及角度参数的三角函数值,计算所有有效像素点的坐标,根据有效像素点的坐标,确定有效像素点位置,将各有效像素点的像素值进行累加得到像素值之和,特殊的像素点通过插值计算确定像素值。相较于遍历所有的像素点,依次判断每个像素点是否在投影路线上,根据坐标计算结果再进行累加的过程,大幅降低了判断计算量,避免影响GPU处理器的处理效率。同时,相较于根据图像数据的像素点确定线程的方法,本专利技术的方法可以避免线程互斥的问题。各计算线程计算像素值之和的过程中,中间结果均保存于显存中分配的存储区域。S43:根据各计算线程的计算结果,得到正投影计算结果数据。该正投影计算结果数据为M*N的正投影矩阵,矩阵中的每个数值对应特定通道于特定角度下计算得到的像素值之和。S5:根据重建图像对应的调整参数对正投影计算结果数据进行调整,使得输出的正投影结果更为接近实际的被测物体;重建图像对应的调整参数包括通道宽度、调整比例等。S6:将调整后的正投影计算结果数据从显存区拷贝至主机内存,正投影算法结束。本专利技术公开的基于GPU处理器的图像正投影算法优化方法,于显存区中分配存储区域,对正投影输入的源数据进行预处理得到正投影计算参数等预处理数据,根据正投影计算参数,计算正投影计算结果数据,得到M*N的正投影矩阵,该矩阵中的每个数值对应特定通道于特定角度下计算得到的像素值之和,然后,利用调整参数对正投影计算结果数据进行调整,最后,将调整后的正投影计算结果数据拷贝至主机内存。本专利技术充分利用GPU处理器的并行处理性能,对正投影算法的实现进行了优化,优化后的正投影算法获得了大幅提升的计算性能,避免了线程互斥问题,适用于本文档来自技高网...
基于GPU处理器的图像正投影算法优化方法

【技术保护点】
基于GPU处理器的图像正投影算法优化方法,其特征在于,包括:输入源数据,包括图像数据、正投影起始角度、正投影覆盖的角度范围、正投影的角度数M、通道数N,对源数据进行预处理,得到正投影计算参数,该正投影计算参数包括角度参数和角度参数的三角函数值;创建M*N个计算线程;各计算线程根据图像数据、正投影计算参数,计算相应通道于相应角度下,投影射线在投影路径上经过图像数据对应的所有有效像素点的像素值之和,根据各计算线程的计算结果,得到正投影计算结果数据。

【技术特征摘要】
1.基于GPU处理器的图像正投影算法优化方法,其特征在于,包括:输入源数据,包括图像数据、正投影起始角度、正投影覆盖的角度范围、正投影的角度数M、通道数N,对源数据进行预处理,得到正投影计算参数,该正投影计算参数包括角度参数和角度参数的三角函数值;创建M*N个计算线程;各计算线程根据图像数据、正投影计算参数,计算相应通道于相应角度下,投影射线在投影路径上经过图像数据对应的所有有效像素点的像素值之和,根据各计算线程的计算结果,得到正投影计算结果数据。2.根据权利要求1所述的基于GPU处理器的图像正投影算法优化方法,其特征在于,所述正投影计算参数的计算方法是:创建M个线程,各线程根据正投影起始角度、正投影覆盖的角度范围、正投影的角度数,计算得到M个角度参数,计算M个角度参数分别对应的M个三角函数值。3.根据权利要求2所述的基于GPU处理器的图像正投影算法优化方法,其特征在于,所述源数据还包括重建图像对应的调整参数,根据该调整参数,对所述正投影计算结果进行调...

【专利技术属性】
技术研发人员:刘磊
申请(专利权)人:赛诺威盛科技北京有限公司
类型:发明
国别省市:北京,11

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