一种基于压缩传感的闪光照相客体三维重构方法技术

本发明专利技术公开了一种基于压缩传感闪光照相客体三维重构方法，包括：1）利用AutoCAD获取客体的投影矩阵；2）通过正向光子输运计算获取闪光照相成像底片信息；3）通过压缩传感的方法获得闪光照相客体线性吸收系数的空间分布和几何参数。本发明专利技术利用少量信息基于压缩传感的三维闪光照相客体重构技术，具有较强的几何适应性，能够完成任意三维几何的线性吸收系数重构，而且具有较强的鲁棒性，能够对三维闪光照相客体自适应选择展开基，以获得较高的重建精度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于三维重构
，涉及一种三维重构方法，尤其是。
技术介绍
高能闪光利用高能射线穿透客体成像。在高能闪光照相系统中，电子在直线感应加速器加速后，撞击靶件，产生高能(MeV)光子，利用高能光子照射客体，高能光子在客体中进行输运过程，并与之发生相互作用，如康普顿散射，电子对效应和光电效应等，最后穿透客体，并在底片成像。散射照射量通过一定的设备扣除，通过研究透射粒子在底片的成像信息来反推客体的物理性质和几何性质。故能否从底片透射照射量信息建立合适的重建模型对精确反演客体的物理参数和几何参数影响很大。基于此，对高能闪光照相系统重建模型进行研究，并对模型的稳定性进行研究，对于提高重构客体质量、获得精确的线性吸收系数的空间分布和客体的几何结构分布具有重要意义。目前国内外开展了一些闪光照相客体重建研究，其中包括解析重建和迭代重建。解析重建包括的方法有滤波放投影等技术，它先对投影数据进行滤波，再把滤波后的投影数据进行反投影计算。这类算法具有分辨率高的特点,但是它对数据完备性具有严格要求，这就意味着需要进行较长时间和全角度范围的检测，以获取足够的探测信息，这带来了昂贵的检测成本。迭代重建算法有明确的几何意义和物理意义，而且重建算法简单，但是迭代重建算法计算量大，计算速度相对较慢，并且其对初值的选择也比较敏感，较差的初值选取严重影响重建结果。在迭代算法中，最为熟悉的是代数重构算法。基于正则化的重建是近年以来研究的热点，主要针对充分获得探测信息的基础上，这类算法主要有Tikhonov正则化算法，截断奇异值正则化算法，和全变分正则化算法。Tikhonov正则化提出较早，在图像处理和信号处理领域运用较多。在闪光照相系统一维检测中，采用锥形束投影，一次采集可以获取数目较大的采集量。Tikhonov在最小二乘的基础上加上了带有正则化参数的惩罚正则化项，虽然可以抑制噪声，但是惩罚项是基于二范数的，它严重平滑了重建客体的边界信息，给边缘带来模糊。截断奇异值正则化直接对原系统方程进行改造，将原方程进行奇异值分解，数值较小的系统奇异值在一定的数学准则下被截断，保证截断后的系统与原系统在二范数范畴下是等价的。这样系统可以有效的抑制测量误差对重构结果带来的误差放大。全变分正则化是在最小二乘的基础上添加了惩罚项，并用正则参数调和二者的比例关系，用以保证重构结果的合理性和稳定性。惩罚项是基于LI范数的，数学上允许客体线吸收系数的不连续。利用全变分正则化项具有较好的处理不连续线吸收系数的性质，对闪光照相客体内部相邻两种材料的分界做出明显界定。正则参数由一定的数学优化准则确定，比如说广义交叉验证原理，L曲线方法等。闪光照相中，采用单轴照相，只能获得单一角度的成像底片。对于三维客体重构，信息量远远小于重构三维客体所需要的信息，传统的Tikhonov正则化方法，截断奇异值方法和全变分正则化方法失效。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供，该方法利用少量信息基于压缩传感的三维闪光照相客体重构技术，具有较强的几何适应性，能够完成任意三维几何的线性吸收系数重构，而且具有较强的鲁棒性，能够对三维闪光照相客体自适应选择展开基，以获得较高的重建精度。本专利技术的目的是通过以下技术方案来解决的:这种基于压缩传感闪光照相客体三维重构方法，包括以下步骤:I)利用AutoCAD获取客体的投影矩阵；3)通过正向光子输运计算获取闪光照相成像底片信息；3)通过压缩传感的方法获得闪光照相客体线性吸收系数的空间分布和几何参数。进一步，以上步骤I)中，采用软件AutoCAD的二次开发语言VBA宏运用程序，实现对射线信息的追踪处理，获取射线在实体的交点并计算相应的摄像长度信息及区域材料信肩、O进一步，以上步骤2)具体为:(I)从成像底片上选取获得各个像素点的中心坐标；(2)光子输运正向模型计算得到成像底片像素点透射照射量信息；(3)从闪光成像底片透射照射量，利用压缩传感方法得到闪光照相三维客体吸收系数空间分布。进一步，以上步骤(3)中，自适应寻求闪光照相客体线吸收系数空间展开基形式，进行压缩；采用基于LO范数的优化算法正交匹配追踪算法，寻求稀疏线性吸收系数的非零元素的数值大小和位置，并通过反变换得到三维闪光照相客体的线性吸收系数和几何结构。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果:1.针对闪光照相问题，提出基于压缩传感，采用有限测量信息完成三维重构。克服闪光照相在重构过程中出现的对测量数据完备性的过度依赖。2.压缩传感只需采集重要的投影信息，不必对这个客体进行全角度，大范围的采集，这样避免了繁杂的投影步骤，大幅度节约了闪光照相成本，拓展了重建系统的应用范围。3.开发了重构程序自适应选择正交展开基的计算模块，可选择傅里叶展开和多类小波展开。利用基函数的优秀性质使系统对线性吸收系数空间分布复杂的客体更具适应性。4.采用著名商用计算机辅助设计软件AutoCAD作为几何处理工具，利用AutoCAD对复杂几何描述的便捷性，计算投影矩阵。极大程度的提高了本系统对任意几何结构刻画的适应性，具有较强的工程应用价值。附图说明图1为三维闪光照相系统示意图；图2为含散射修正图像重建系统流程图。具体实施例方式本专利技术基于压缩传感闪光照相客体三维重构方法，包括以下步骤:I)利用AutoCAD获取客体的投影矩阵，具体为:采用软件AutoCAD的二次开发语言VBA宏运用程序，实现对射线信息的追踪处理，获取射线在实体的交点并计算相应的摄像长度信息及区域材料信息。2)通过正向光子输运计算获取闪光照相成像底片信息，具体包括以下步骤:(I)从成像底片上选取获得各个像素点的中心坐标；(2)光子输运正向模型计算得到成像底片像素点透射照射量信息；(3)从闪光成像底片透射照射量，利用压缩传感方法得到闪光照相三维客体吸收系数空间分布。3)通过压缩传感的方法获得闪光照相客体线性吸收系数的空间分布和几何参数。该步骤中自适应寻求闪光照相客体线吸收系数空间展开基形式，进行压缩；采用基于LO范数的优化算法正交匹配追踪算法，寻求稀疏线性吸收系数的非零元素的数值大小和位置，并通过反变换得到三维闪光照相客体的线性吸收系数和几何结构。本专利技术的LO范数优化算法正交匹配追踪算法没有采用传统意义的L2算法。L2优化算法在空间凸，很难找到相对应的稀疏解，从而在重构闪光照相客体时，计算效率低，计算精度差。而基于LO范数的优化算法，克服了这些缺点。以上方法可以通过以下模块来实现:三维闪光照相透射照射量计算模块，基于快速光子输运过程获取任意客体几何结构下，闪光照相成像底片透射照射量强度分布图；重建模块，对上述透射照射量分布进行闪光照相压缩重建，针对重建问题欠定的性质，提出了可利用较少信息恢复较多信息的压缩传感重建模型，重构出闪光照相三维客体材料的线性吸收系数或者密度信息。其中透射照射量计算模块采用快速光子输运解析方法，在光子输运过程中，假设光子在客体中发生碰撞，散射光子主要来自己与初级散射光子，且对于几何结构确定散射光子份额基本不变。光子一经散射，即被认为消失。所以在求解透射照射量的过程中采取精确地光子输运程序。在整个方法系统中，为了实现对任意三维几何结构的适应性，采用计算机辅助设计软件AutoCAD 二次开发作为几何预处理工具。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于压缩传感闪光照相客体三维重构方法，其特征在于，包括以下步骤：1）利用AutoCAD获取客体的投影矩阵；2）通过正向光子输运计算获取闪光照相成像底片信息；3）通过压缩传感的方法获得闪光照相客体线性吸收系数的空间分布和几何参数。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：吴宏春，程玉雄，曹良志，郑友琦，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：