采用直线轨迹扫描的图像重建系统和方法技术方案

公开了一种采用直线轨迹扫描的图像重建系统和方法，以避免在数据重排中因为角度方向插值和探测器方向插值造成的图像分辨率下降。该系统包括：投影数据转换部分，用于将直线轨迹扫描下的投影数据转换成拟平行束扫描下的投影数据；滤波部分，通过用预定的卷积函数核与拟平行束扫描下的投影数据卷积，来获得滤波后的投影数据；以及反投影部分，通过对滤波后的投影数据进行加权反投影来重建图像。利用本发明专利技术的系统和方法，提高了图像重建分辨率，降低数据截断对重建图像的影响。本发明专利技术采用滤波反投影的形式，因而具有一般滤波反投影的优点，比如重建快速，利于并行，便于加速等。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及辐射成像领域，具体地，本专利技术涉及一种，以在提高三维成像中扫描的速度。
技术介绍
随着CT技术的发展，在有限角度和数据截断情况下，也能重建出一定质量的断层图像，这使得不完全扫描重建图像在实际中应用成为可能。理论上已经知道，对于扫描路径为直线的成像系统，如果直线无限长，就可以精确重建断层图像。如果扫描路径是有限长度，则等价于有限角度(Limited-Angle)的CT扫描模式。因此，应用不完全重建算法，对直线扫描的成像系统采集的数据做重建，就可以获得断层图像，实现立体成像。在实际的安全检查中，快速通关立体成像和大物体旋转是一个难题。因为传统的CT成像系统中需要对被检查物体进行圆轨道扫描，或者是被检查物体旋转，或者被检查体固定而以圆轨迹扫描进行检查。也就是说，或者是扫描系统旋转或者是被检查物体旋转。由于需要旋转，这对于大型的被检查物体，例如火车和卡车之类的车辆来说，是困难的。此外，旋转式扫描还存在大锥角问题。针对上述问题，已经提出了一种直线轨迹的成像系统——计算机分层层析成像(Computed Laminography)系统，它的射线张角很小，重建算法是采用层析的方式，但是三维立体成像能力不够，目前还没有应用于安全检查中。另一种技术是采用重排算法，即将直线扫描的投影数据重排为平行束情况下的数据，然后进行图像的重建。但是这种算法存在空间分辨率低的问题，这是因为将直线轨迹扫描数据重排为圆轨道平行束扫描数据时，在角度方向和探测器方向的插值会造成系统分辨率下降。
技术实现思路
鉴于上述问题，提出了本专利技术。本专利技术的一个目的是提供一种，它不需要重排投影数据为平行束，从而避免了数据重排中因为角度方向插值和探测器方向插值造成的图像分辨率下降，并提高了重建断层的质量。在本专利技术的一个方面，提出了一种采用直线轨迹扫描的图像重建系统，包括投影数据转换部分，用于将直线轨迹扫描下的投影数据转换成拟平行束扫描下的投影数据；滤波部分，通过用预定的卷积函数核与拟平行束扫描下的投影数据卷积，来获得滤波后的投影数据；以及反投影部分，通过对滤波后的投影数据进行加权反投影来重建图像。此外，根据本专利技术的一个实施例，图像重建系统还包括多个探测器单元的探测器阵列，用于接收从射线源发射的射线穿透待检查物体的透射信号，并将透射信号转换成投影数据。此外，根据本专利技术的一个实施例，所述多个探测器单元是等距离排列的。此外，根据本专利技术的一个实施例，所述投影数据转换部分反褶平移投影数据p(l，t，z)以得到拟平行束扫描下的投影数据q(l，t，z)，其中，投影数据p(l，t，z)表示当待检查物体运动到直线上坐标为l位置时，在探测器阵列第z层坐标位置为t处的投影值。所述滤波部分用预定的卷积函数核沿l方向对拟平行束扫描下的投影数据q(l，t， z)做一维卷积，得到滤波后的投影数据Q(l′，t，z)。所述反投影部分沿射线方向对滤波后的投影数据Q(l′，t，z)进行加权反投影操作，以得到重建图像，其中权重因子为 其中D表示射线源到直线运动中心线的距离。此外，根据本专利技术的一个实施例，所述多个探测器单元是关于射线源等角度排列的。此外，根据本专利技术的一个实施例，所述投影数据转换部分反褶平移投影数据p(l，γ，z)以得到拟平行束扫描下的投影数据q(l，γ，z)，其中，投影数据p(l，γ，z)表表示当物体运动到直线上坐标为l位置时，在探测器阵列第z层角度位置为γ的投影值。所述滤波部分用预定的卷积函数核沿l方向对拟平行束扫描下的投影数据q(l，γ，z)做一维卷积，得到滤波后的投影数据Q(l′，γ，z)。所述反投影部分沿射线方向对滤波后的投影数据Q(l′，γ，z)进行加权反投影操作，以得到重建图像，其中权重因子为1/cosγ。根据本专利技术的另一方面，提出了一种采用直线轨迹扫描的图像重建方法，包括投影数据转换步骤，将直线轨迹扫描下的投影数据转换成拟平行束扫描下的投影数据；滤波步骤，通过用预定的卷积函数核与拟平行束扫描下的投影数据卷积，来获得滤波后的投影数据；以及反投影步骤，通过对滤波后的投影数据进行加权反投影来重建图像。此外，根据本专利技术的一个实施例，本专利技术的方法还包括步骤利用包含多个探测器单元的探测器阵列接收从射线源发射的射线穿透待检查物体的透射信号，并将透射信号转换成投影数据。此外，根据本专利技术的一个实施例，所述多个探测器单元是等距离排列的。此外，根据本专利技术的一个实施例，所述投影数据转换步骤反褶平移投影数据p(l，t，z)以得到拟平行束扫描下的投影数据q(l，t，z)，其中，投影数据p(l，t，z)表示当待检查物体运动到直线上坐标为l位置时，在探测器阵列第z层坐标位置为t处的投影值。所述滤波步骤用预定的卷积函数核沿l方向对拟平行束扫描下的投影数据q(l，t，z)做一维卷积，得到滤波后的投影数据Q(l′，t，z)。所述反投影步骤沿射线方向对滤波后的投影数据Q(l′，t，z)进行加权反投影操作，以得到重建图像，其中权重因子为 其中D表示射线源到直线运动中心线的距离。此外，根据本专利技术的一个实施例，所述多个探测器单元是关于射线源等角度排列的。此外，根据本专利技术的一个实施例，所述投影数据转换步骤反褶平移投影数据p(l，γ，z)以得到拟平行束扫描下的投影数据q(l，γ，z)，其中，投影数据p(l，γ，z)表表示当物体运动到直线上坐标为l位置时，在探测器阵列第z层角度位置为γ的投影值。所述滤波步骤用预定的卷积函数核沿l方向对拟平行束扫描下的投影数据q(l，γ，z)做一维卷积，得到滤波后的投影数据Q(l′，γ，z)。所述反投影步骤沿射线方向对滤波后的投影数据Q(l′，γ，z)进行加权反投影操作，以得到重建图像，其中权重因子为1/cosγ。本专利技术与重排算法相比，提高了图像重建分辨率，降低数据截断对重建图像的影响。本专利技术采用滤波反投影的形式，因而具有一般滤波反投影的优点，比如重建快速，利于并行，便于加速等。这样，和传统透视成像相比，本专利技术的系统既能得到透视图像，又能得到断层图像，可以解决透视成像中的物体重叠问题，实现安全检查系统中的快速立体成像。和传统CT成像相比，本专利技术的系统具有设计简单，检查速度快，不需要旋转，没有圆轨道锥束CT中的“大锥角”问题等优点。附图说明图1是根据本专利技术的成像系统直线轨迹扫描的平面示意图；图2是根据本专利技术实施例的成像系统的构成示意图；图3是如图2所示的成像系统中的控制和图像处理装置的功能框图；图4示出了等效探测器在Z方向与重建物体点之间的几何关系的示意图；图5示出了用来解释本专利技术的直线滤波反投影方法几何关系示意图；图6示出了根据本专利技术的直线滤波反投影方法的流程图；图7示出了本专利技术的方法重建与重排平行束重建立体成像系统所采集的数据，获得的模拟图像(X-Y平面)效果比较。具体实施例方式下面对照附图详细描述本专利技术的实施例。图1示出在立体成像安全检查中本专利技术的成像系统进行直线扫描的示意图。图2示出了本专利技术的成像系统的构成示意图。如图1所示，待检查物体在射线源A和探测器之间按照直线运动，在运动的过程中，射线源A按照控制系统的命令发出射线，穿透待检查物体。探测器接收透射信号，并且在控制系统的控制下采集投影数据，并把投影数据存储在存储器中。如图2所示的系统包括射线源110，例如X射线本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种采用直线轨迹扫描的图像重建系统，包括：投影数据转换部分，用于将直线轨迹扫描下的投影数据转换成拟平行束扫描下的投影数据；滤波部分，通过用预定的卷积函数核与拟平行束扫描下的投影数据卷积，来获得滤波后的投影数据；以及反 投影部分，通过对滤波后的投影数据进行加权反投影来重建图像。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张丽，高河伟，陈志强，康克军，程建平，李元景，刘以农，邢宇翔，赵自然，肖永顺，
申请(专利权)人：清华大学，同方威视技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]