工业CT图像杯状伪影校正方法研究

摘要

在X射线工业CT系统中，射束硬化产生的杯状伪影不仅影响了图像的质量，还降低了图像的识别能力和密度测量的精度。因此，在X射线工业CT系统中对数据进行杯状伪影校正的预处理操作就显得尤为重要。
　　 本文详细介绍了基于多项式拟合的线性化校正算法的主要思想及其实现过程，并对硬化校正模型进行了设计。用该算法分别对模拟CT图像和实际CT图像的数据进行校正处理。实验结果表明，该校正算法能够有效的消除CT图像中的杯状伪影，提高图像的均匀性。但是该方法仍然存在一些问题：校正后图像的椒盐噪声比校正前图像的大，并且校正后图像中工件边缘伪影更加严重。为了更好地解决以上问题，获得更好的效果，本文从理论上对导致上述问题的原因进行了分析。发现X射线与物质相互作用产生的射束硬化、散射及由于散射在探测器中产生的串扰现象都会对CT图像产生影响，因此在进行射束硬化校正时，同时考虑散射和串扰的影响才能得到更好的校正效果。
　　 针对单纯多项式拟合的线性化校正算法的不足，给出了一种软硬件相结合的校正方法，即在被测物体和准直器之间加一铅箔过滤片，吸收散射射线，然后再用线性化校正算法进行硬化校正。为了解决单个校正曲线难以在不同能量下都能得到令人满意的校正效果的问题，采用不同能量下分段校正方法，分别在几个常用的x射线能量下对硬化校正模型进行扫描，得到硬化曲线组。用该硬化曲线组对相应能量下获取的CT图像进行硬化校正处理。实验结果表明，该方法较好的校正了杯状伪影，同时减小了工件均匀区域的噪声，提高了图像的均匀性，且校正后CT图像细节和边缘保持较好，得到了比较满意的校正效果。
　　 针对实际CT系统中，图像工件边缘伪影严重的问题，分析了工件边缘伪影的产生原因之一为射线散射在邻近探测器中产生的串扰，并给出了探测器通道串扰的数学模型，根据此模型提出了一种降低串扰的系数修正方法。通过对影响串扰率的主要因素进行实验，得到串扰率随入射X射线能量和被测物体厚度变化关系，进而得出投影数据和串扰率的关系函数。利用得到的关系函数来对投影数据进行修正。实际CT图像的修正实验结果表明，该方法能有效的降低工件边缘伪影。