基于Surf特征点匹配的纳米CT漂移伪影校正方法及系统技术方案

本发明专利技术属于CT校正技术领域，特别涉及一种基于Surf特征点匹配的纳米CT漂移伪影校正方法及系统，获取纳米CT扫描的正常投影数据，并基于纳米CT扫描的参数通过局部角度旋转获取参考投影数据；将局部旋转角度作为参考角度，获取正常投影数据与参考投影数据的Surf描述子，利用Surf描述子提取正常投影数据和参考投影数据的特征点对；通过正常投影数据和参考投影数据两者之间的结构相似性筛选特征点对，依据筛选出的特征点对来计算参考角度投影漂移量；依据投影漂移量对正常投影数据进行亚像素级平移，以实现漂移伪影校正。本发明专利技术能够利用Surf描述子和投影的结构相似性(SSIM)准确完成漂移伪影校正，改善图像重建质量，具有较好市场应用价值。市场应用价值。市场应用价值。

【技术实现步骤摘要】
基于Surf特征点匹配的纳米CT漂移伪影校正方法及系统


[0001]本专利技术属于CT校正
，特别涉及一种基于Surf特征点匹配的纳米CT漂移伪影校正方法及系统。

技术介绍

[0002]计算机断层扫描(CT)是目前无损构建物体三维结构最有效的手段之一。纳米CT凭借其纳米级分辨率，在地质勘探、文物考古、工业检测等领域得到广泛应用。由于纳米CT的超高分辨率，其对机械结构和外部环境的要求更高。在纳米CT的扫描过程中，外部环境的微小变化(如振动、温度等)会影响物体支架和纳米CT机械结构的相对位置，造成投影之间的失准，最终重建结果包含严重的漂移伪影。漂移伪影严重降低图像质量，损失纳米CT的实际空间分辨率。因此纳米CT的漂移伪影是亟需解决的问题。漂移伪影的校正方法主要分为参考扫描法、自校正法两类。参考扫描法通过额外的扫描信息(如参考标记、辅助体模等)加入额外的投影信息校正失准投影。自校正法利用被扫描物体的投影构建目标函数对齐投影。由于纳米CT需要高放大比，目前基于辅助体模的参考扫描法在纳米CT中很难实现，而自校正法在漂移过大时精度不足。

技术实现思路

[0003]为此，本专利技术提供一种基于Surf特征点匹配的纳米CT漂移伪影校正方法及系统，能够利用Surf描述子和投影的结构相似性(SSIM)准确完成漂移伪影校正，改善图像重建效果。
[0004]按照本专利技术所提供的设计方案，提供一种基于Surf特征点匹配的纳米CT漂移伪影校正方法，包含如下内容：
[0005]获取纳米CT扫描的正常投影数据，并基于纳米CT扫描的参数通过局部角度旋转获取参考投影数据；
[0006]将局部旋转角度作为参考角度，获取正常投影数据与参考投影数据的Surf描述子，利用Surf描述子提取正常投影数据和参考投影数据的特征点对；
[0007]通过正常投影数据和参考投影数据两者之间的结构相似性筛选特征点对，依据筛选出的特征点对来计算参考角度投影漂移量；
[0008]依据投影漂移量对正常投影数据进行亚像素级平移，以实现漂移伪影校正。
[0009]作为本专利技术基于Surf特征点匹配的纳米CT漂移伪影校正方法，进一步地，基于纳米CT扫描的参数获取正常投影数据后，保持机械参数和曝光时间不变，设置局部旋转角度，对物体进行二次扫描来获取参考投影数据。
[0010]作为本专利技术基于Surf特征点匹配的纳米CT漂移伪影校正方法，进一步地，局部旋转角度在正常投影数据采集旋转步长的基础上进行设置。
[0011]作为本专利技术基于Surf特征点匹配的纳米CT漂移伪影校正方法，进一步地，假设I
query，θ
(x,y)表示局部旋转角度为θ的正常投影数据，I
train,θ
(x,y)表示参考投影数据，(x，y)
表示图像像素点，利用Surf算法获取正常投影数据与参考投影数据用于匹配特征点的Surf描述子。
[0012]作为本专利技术基于Surf特征点匹配的纳米CT漂移伪影校正方法，进一步地，依据参考投影数据旋转角度，逐对计算各特征点指导漂移量，该指导漂移量包含指导水平漂移量和指导垂直漂移量；根据各特征点对的指导漂移量移动正常投影数据，计算移动后的正常投影数据和参考投影数据之间用于利用图像灰度值衡量图像相似程度的结构相似性；依据结构相似性大小排序，选取满足条件的特征点对作为筛选结果。
[0013]作为本专利技术基于Surf特征点匹配的纳米CT漂移伪影校正方法，进一步地，特征点指导漂移量计算公式表示为：其中，shift
x
(θ,i)和shift
y
(θ,i)分别表示旋转角度θ的第i对特征点{(x
query,i
,y
query,i
),(x
train,i
,y
train,i
)}的指导水平漂移和指导垂直漂移量。
[0014]作为本专利技术基于Surf特征点匹配的纳米CT漂移伪影校正方法，进一步地，针对筛选得到的投影漂移量，利用其均值作为投影伪影校正的漂移量来进行亚像素级平移。
[0015]作为本专利技术基于Surf特征点匹配的纳米CT漂移伪影校正方法，进一步地，计算参考角度投影漂移量中，还包含：针对无参考投影数据的投影漂移量，利用三次样条差值来进行估算。
[0016]作为本专利技术基于Surf特征点匹配的纳米CT漂移伪影校正方法，进一步地，校正投影数据的亚像素级平移过程表示为：其中，F
θ
(u,v)表示正常投影数据I
query，θ
(x,y,i)的DFT变换，(M,N)为正常投影数据采集尺寸，shift
x
(θ)、shift
y
(θ)分别表示指导水平漂移量均值和指导垂直漂移量均值。
[0017]进一步地，本专利技术还提供一种基于Surf特征点匹配的纳米CT漂移伪影校正系统，包含：数据收集模块、特征提取模块、特征筛选模块和伪影校正模块，其中，
[0018]数据收集模块，用于获取纳米CT扫描的正常投影数据，并基于纳米CT扫描的参数通过局部角度旋转获取参考投影数据；
[0019]特征提取模块，用于将局部旋转角度作为参考角度，获取正常投影数据与参考投影数据的Surf描述子，利用Surf描述子提取正常投影数据和参考投影数据的特征点对；
[0020]特征筛选模块，用于通过正常投影数据和参考投影数据两者之间的结构相似性筛选特征点对，依据筛选出的特征点对来计算参考角度投影漂移量；
[0021]伪影校正模块，用于依据投影漂移量对正常投影数据进行亚像素级平移，以实现漂移伪影校正。
[0022]本专利技术的有益效果：
[0023]本专利技术利用Surf描述子提取正常采集投影和参考投影的特征点对，根据各对特征点的指导漂移移动正常采集投影，利用移动后的投影和参考投影的SSIM筛选特征点，提取SSIM较大的最优特征点对参与漂移的计算，针对无参考投影的角度利用三次样条插值计算漂移，最后利用图像域和DFT变换域的平移关系准确高效地实现图像的亚像素平移。并进一步通过Shepp
‑
Logan头模和实际竹签扫描数据对本案方案进行测试，和未校正数据进行对比，证实本案方案的有效性和抗噪性能，在视觉效果和定量指标均得到了满意的效果，能够
实现纳米CT漂移的高精度校正，具有较好的应用前景。
附图说明：
[0024]图1为本案纳米CT漂移伪影校正方法流程示意；
[0025]图2为实施例中漂移伪影校正流程示意；
[0026]图3为实施例中Shepp
‑
Logan头模仿真实验结果示意；
[0027]图4为实施例中竹签实际扫描数据校正结果示意。
具体实施方式：
[0028]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚、明白，下面结合附图和技术方案对本专利技术作进一步详细的说明。
[0029]本专利技术实施例，参见图1所示，提供一种基于S本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于Surf特征点匹配的纳米CT漂移伪影校正方法，其特征在于，包含如下内容：获取纳米CT扫描的正常投影数据，并基于纳米CT扫描的参数通过局部角度旋转获取参考投影数据；将局部旋转角度作为参考角度，获取正常投影数据与参考投影数据的Surf描述子，利用Surf描述子提取正常投影数据和参考投影数据的特征点对；通过正常投影数据和参考投影数据两者之间的结构相似性筛选特征点对，依据筛选出的特征点对来计算参考角度投影漂移量；依据投影漂移量对正常投影数据进行亚像素级平移，以实现漂移伪影校正。2.根据权利要求1所述的基于Surf特征点匹配的纳米CT漂移伪影校正方法，其特征在于，基于纳米CT扫描的参数获取正常投影数据后，保持机械参数和曝光时间不变，设置局部旋转角度，对物体进行二次扫描来获取参考投影数据。3.根据权利要求1或2所述的基于Surf特征点匹配的纳米CT漂移伪影校正方法，其特征在于，局部旋转角度在正常投影数据采集旋转步长的基础上进行设置。4.根据权利要求1所述的基于Surf特征点匹配的纳米CT漂移伪影校正方法，其特征在于，假设I
query，θ
(x,y)表示局部旋转角度为θ的正常投影数据，I
train,θ
(x,y)表示参考投影数据，(x，y)表示图像像素点，利用Surf算法获取正常投影数据与参考投影数据用于匹配特征点的Surf描述子。5.根据权利要求1所述的基于Surf特征点匹配的纳米CT漂移伪影校正方法，其特征在于，依据参考投影数据旋转角度，逐对计算各特征点指导漂移量，该指导漂移量包含指导水平漂移量和指导垂直漂移量；根据各特征点对的指导漂移量移动正常投影数据，计算移动后的正常投影数据和参考投影数据之间用于利用图像灰度值衡量图像相似程度的结构相似性；依据结构相似性大小排序，选取满足条件的特征点对作为筛选结果。6.根据权利要求5所述的基于Surf特征点匹配的纳米CT漂移伪影校正方法，其特征在于，特征点指导漂移量计算公式表示为：其中，shift
x
...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩玉，刘梦楠，闫镔，李磊，席晓琦，谭思宇，朱林林，杨双站，
申请(专利权)人：中国人民解放军战略支援部队信息工程大学，
类型：发明
国别省市：