基于对称权重场和旋转重建点的快速重建图像方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于对称权重场和旋转重建点的快速重建图像方法和装置，所述方法包括：建立图像重建几何模型，包括基于射线追踪的投影模型和基于重建点追踪的反投影模型；建立图像重建几何模型的权重场，给出图像重建几何模型的对称结构，结合扫描模式的旋转重建点离散化模型，将正演过程和反演过程归结为投影平面上的插值采样过程；图像重建离散化几何模型的对称结构性质：不同的投影角度下的正演过程和反演过程的具有相同的计算，简化计算提高重建速度；基于对称权重场和旋转重建点，建立图像重建快速方法。采用本发明专利技术的方案，实现计算机断层技术的快速重建，可以为医学CT、工业无损检测和地质勘探等应用领域更快地重建出高精度图像。

Method and apparatus for fast reconstruction of images based on symmetric weighted fields and rotational reconstruction points

The invention discloses a fast image reconstruction method and device for symmetric weight field and rotation point based reconstruction, the method includes: establish geometric model of image reconstruction based on projection model, including ray tracing and tracking based on back projection model reconstruction; image reconstruction of geometric model of weight, symmetrical geometric reconstruction the image model is given, with the rotation point scanning mode reconstruction of the discrete model, the forward modeling and inversion process due to the interpolation of the projection plane sampling process; symmetric reconstruction discrete image model structure properties: projection angle under different forward and inversion process has the same calculation, simplified to improve the reconstruction speed calculation; symmetrical weight field and rotation reconstruction based on image reconstruction, the establishment of rapid method. By adopting the scheme of the invention, the rapid reconstruction of the computer tomography technology can be realized, and the high-precision image can be rebuilt more quickly for medical CT, industrial nondestructive testing and geological exploration.

【技术实现步骤摘要】
基于对称权重场和旋转重建点的快速重建图像方法和装置
本专利技术涉及计算机断层重建与无损检测领域，特别是涉及一种基于对称权重场和旋转重建点的快速重建图像方法和装置。
技术介绍
计算机断层成像技术(ComputerizedTomography，CT)是众多科学与工业应用领域内重要的研究手段和应用技术，在理论上归结为由投影重建物体密度的分布图像的问题。图像重建有两类基本方法：解析算法和代数迭代算法。解析算法是基于Radon变换反演的闭合公式，要求投影数据完备。代数迭代算法将图像重建问题转化为线性方程组求解问题，能够处理不完备数据问题，并且有较大的算法构造空间。图像重建算法的实现建立在离散化模型基础上，离散化模型建立了离散图像空间和离散投影数据空间之间的关联关系。但是，因投影数据量大、投影和反投影的计算量大，现有技术的图像重建算法的重建速度较慢，无法满足某些特定应用场景的需求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于对称权重场和旋转重建点的快速重建图像方法来满足现有图像重建技术中对由投影数据快速迭代重建图像的需求。为实现上述目的，本专利技术提供一种基于对称权重场和旋转重建点的快速重建图像方法，所述方法包括：建立图像重建离散化几何模型，包括基于射线追踪的投影模型和基于重建点追踪的反投影模型；建立所述图像重建离散化几何模型的权重场，所述权重场描述图像空间和投影数据空间之间的正演和反演关系；将所述图像空间和投影数据空间之间正演过程和反演过程转化为投影平面上的插值采样过程；利用所述正演过程和反演过程在投影平面上的插值采样具有相同的计算方式，重建图像。进一步地，所述图像空间和投影数据空间之间的正演过程为：相应的，所述图像空间和投影数据空间之间的反演过程为：其中，待重建图像f(x,y)的极坐标表示投影数据表示为为投影权重场，对应对的投影贡献，为反投影权重场，对应对的反投影贡献。进一步地，所述将所述图像空间和投影数据空间之间正演过程和反演过程转化为投影平面上的插值采样问题，具体包括：旋转重建点离散化模型对应的正演模型的离散化转化为径向重建点在投影平面上的插值采样投影数据；旋转重建点离散化模型对应的反演模型的离散化转化为离散投影数据在投影平面上的插值采样过程。进一步地，所述正演模型的离散化具体为：相应的，所述反演模型的离散化具体为：进一步地，所述利用所述正演过程和反演过程在投影平面上的插值采样具有相同的计算方式，重建图像，具体包括：利用所述正演过程和反演过程在投影平面上的插值采样重建点具有相同的计算方式，构建滤波反投影图像重建算法或代数迭代图像重建算法，进行图像重建。本专利技术还提供一种基于对称权重场和旋转重建点的快速重建图像的装置，所述装置包括：第一构建模块，用于建立图像重建离散化几何模型，包括基于射线追踪的投影模型和基于重建点追踪的反投影模型；第二构建模块，用于建立所述图像重建离散化几何模型的权重场，所述权重场描述图像空间和投影数据空间之间的正演和反演关系；转化模块，用于将所述第二构建模块中所述图像空间和投影数据空间之间正演过程和反演过程转化为投影平面上的插值采样过程；重建模块，用于利用所述转化模块得到所述正演过程和反演过程在投影平面上的插值采样过程具有相同的计算方式，重建图像。进一步地，所述第二构建模块建立的权重场，描述的图像空间和投影数据空间之间的正演过程为：相应的，所述第二构建模块建立的权重场，描述的所述图像空间和投影数据空间之间的反演过程为：其中，待重建图像f(x,y)的极坐标表示投影数据表示为为投影权重场，对应对的投影贡献，为反投影权重场，对应对的反投影贡献。进一步地，所述转化模块具体包括：旋转重建点离散化模型对应的正演模型的离散化转化为径向重建点在投影平面上的插值采样投影数据；旋转重建点离散化模型对应的反演模型的离散化转化为离散投影数据在投影平面上的插值采样重建点。进一步地，所述正演模型的离散化具体为：相应的，所述反演模型的离散化具体为：进一步地，所述重建模块具体包括构建单元和重建单元：构建单元，用于利用所述正演过程和反演过程在投影平面上的插值采样重建点具有相同的计算方式，构建滤波反投影图像重建算法或代数迭代图像重建算法；重建单元，用于根据所述重建单元构建的滤波反投影图像重建算法或代数迭代图像重建算法进行图像重建。本专利技术基于对称权重场和旋转重建点建立快速图像重建方法，实现重建算法的加速的同时，一定程度上提高重建质量。利用对称权重场计算投影和反投影的计算来加速算法，提高重建速度。本专利技术建立对称权重场和旋转重建点，由旋转重建点生成离散投影数据的正演模型，将正演过程归结为径向重建点在投影平面上的的插值采样问题。建立重建点离散化模型的几何对称性质，基于对称权重场和旋转重建点，建立由离散投影数据重建离散重建点的快速方法。通过采用本专利技术提供的对称权重场和旋转重建点的图像重建快速方法，实现计算机断层技术的快速重建，可以为医学CT、工业无损检测和地质勘探等应用领域更快地重建出质量更好的图像。附图说明图1是本专利技术第一实施例中基于对称权重场和旋转重建点的快速重建图像方法的流程示意图。图2是本专利技术第一实施例中图像重建几何模型的示意图。图3是本专利技术第一实施例中旋转重建点模型的示意图。图4是本专利技术第二实施例中基于对称权重场和旋转重建点的快速重建图像装置结构示意图。具体实施方式在附图中，使用相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面结合附图对本专利技术的实施例进行详细说明。在本专利技术的描述中，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术保护范围的限制。实施例一如图1所示，本实施例所提供的基于对称权重场和旋转重建点重建图像的方法包括：步骤101：建立图像重建离散化几何模型，包括基于射线追踪的投影离散化模型和基于重建点追踪的反投影离散化模型。其中：基于射线追踪的投影离散化模型指投影射线对应的投影过程的离散化计算，基于重建点追踪的反投影离散化模型指重建点对应的反投影过程的离散化计算。具体地，待重建图像空间在笛卡尔坐标下表示为f(x,y)，在极坐标下表示为即下文提及的旋转重建点。旋转图像空间的几何表示如图2所示，左侧示出的圆柱体是旋转图像空间的三维坐标，右侧示出的平面是投影数据空间横坐标是xr，纵坐标是在旋转重建点离散化模型中，图像是极坐标下离散化的图像，投影数据是离散化采集获得。旋转重建点离散化模型如图3所示，旋转重建点具有旋转对称性。旋转重建点的离散形式为：nθ＝0,1,…,Nθ-1,kr＝0,1,…,Kr-1其中：nθ表示离散的角度标号，Nθ表示总的角度离散数，kr表示离散的径向标号，Kr表示总的径向离散数。离散投影数据的形式为：ma＝0,1,…,Ma-1本专利技术所提供的图像重建算法的实现建立在离散化模型基础上，基于射线追踪的投影离散化模型是根据旋转重建点离散化模型建立离散投影数据的过程，也就是说，投影离散化模型建立了离散图像空间到离散投影数据空间的投影表示。基于重建本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于对称权重场和旋转重建点的快速重建图像方法，其特征在于，所述方法包括：建立图像重建离散化几何模型，包括基于射线追踪的投影模型和基于重建点追踪的反投影模型；建立所述图像重建离散化几何模型的权重场，所述权重场描述图像空间和投影数据空间之间的正演和反演关系；将所述图像空间和投影数据空间之间正演过程和反演过程转化为投影平面上的插值采样过程；利用所述正演过程和反演过程在投影平面上的插值采样具有相同的计算方式，重建图像。

【技术特征摘要】
2016.12.14 CN 20161115469351.一种基于对称权重场和旋转重建点的快速重建图像方法，其特征在于，所述方法包括：建立图像重建离散化几何模型，包括基于射线追踪的投影模型和基于重建点追踪的反投影模型；建立所述图像重建离散化几何模型的权重场，所述权重场描述图像空间和投影数据空间之间的正演和反演关系；将所述图像空间和投影数据空间之间正演过程和反演过程转化为投影平面上的插值采样过程；利用所述正演过程和反演过程在投影平面上的插值采样具有相同的计算方式，重建图像。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述图像空间和投影数据空间之间的正演过程为：相应的，所述图像空间和投影数据空间之间的反演过程为：其中，待重建图像f(x,y)的极坐标表示投影数据表示为为投影权重场，对应对的投影贡献，为反投影权重场，对应对的反投影贡献。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将所述图像空间和投影数据空间之间正演过程和反演过程转化为投影平面上的插值采样问题，具体包括：旋转重建点离散化模型对应的正演模型的离散化转化为径向重建点在投影平面上的插值采样投影数据；旋转重建点离散化模型对应的反演模型的离散化转化为离散投影数据在投影平面上的插值采样过程。4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述正演模型的离散化具体为：相应的，所述反演模型的离散化具体为：5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用所述正演过程和反演过程在投影平面上的插值采样具有相同的计算方式，重建图像，具体包括：利用所述正演过程和反演过程在投影平面上的插值采样重建点具有相同的计算方式，构建滤波反投影图像重建算法或代数迭代图像重建算法，进行图像重建。6.一种基于对称权...

【专利技术属性】
技术研发人员：邱钧，刘畅，
申请(专利权)人：北京信息科技大学，
类型：发明
国别省市：北京,11