基于分度方向插值的稀疏扫描CT重建方法

本发明属于图像处理，涉及一种基于分度方向插值的稀疏扫描ct重建方法。

背景技术：

1、计算机层析成像技术(ct)是基于x射线穿过不同物质时的衰减系数不同这一特性，通过探测器采集得到物质的衰减信息，然后使用重建算法重构出扫描物体的结构特征。随着技术的发展，ct技术也经历了从一代到五代扫描方式的发展，虽然五种扫描方式有所区别，但是都需要从射线从多角度方向对被测物体进行密集的扫描，以此得到完备的投影数据进行重建。对于医学检测，过量的扫描计量会对人体造成不可逆的伤害，往往采用降低x射线辐射强度或者进行稀疏扫描，稀疏扫描相对于低剂量扫描在降低了扫描剂量的同时提高了扫描时间，可以在一定程度上抑制运动伪影的出现。在工业上，射线源在某些场景会受到检测环境的限制无法进行完全扫描，只能得到稀疏投影。若是对不完全投影直接进行重建，图像中会出现严重伪影影响图像质量。

2、为解决不完全投影带来的伪影缺陷，常见的方法是对投影在投影域进行操作，或者在图像域进行伪影消除。也有利用先验信息进行不完全投影重建，例如全变分约束将问题转化成带有约束条件的优化。以及基于边缘指导的重建方法，需要提供先验图像进行重建，但是并非所有的不完全投影都能够提供相应的先验信息。随着机器学习的发展，深度学习也被应用到重建算法中，但是基于深度学习的方法需要大量的数据集对网络进行训练才能有较好的效果，并且数据标定需要耗费大量时间。虽然通常情况下迭代方法重建质量高于解析方法，但是面临迭代方法耗时长、内存占用大等问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于分度方向插值的稀疏扫描ct重建方法，充分利用原始稀疏投影数据对投影进行补全，既满足了减少伪影的要求，同时也保证了物体边缘结构的完整性。

2、为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种基于分度方向插值的稀疏扫描ct重建方法，包括以下步骤：

4、s1：对工件进行稀疏ct扫描，获取工件稀疏投影数据；

5、s2：对获取的稀疏投影进行插值，将投影数补全至完备投影数，利用滤波反投影方法进行图像重建；

6、s3：对重建图像进行背景提取，然后进行图像融合得到最终的重建图像。

7、进一步，步骤s2具体包括以下步骤：

8、s21：通过获取的稀疏投影图得到其投影数nsparse，通过插值计算相邻投影角度间需要插值的投影数：

9、

10、计算稀疏投影所需的完备投影数：

11、

12、s22：对稀疏投影图进行线性插值使其投影数等于ncomplete，对于同一探测器下相邻扫描角度的两个投影值prj1(x1,y1)、prj1(x1,y2)进行插值投影prj2(x1,y1i)：

13、

14、s23：计算出完备投影图后利用滤波反投影算法分别对稀疏投影图prj1和完备投影图prj2进行重建，得到重建图像f1、f2。

15、进一步，步骤s3具体包括以下步骤：

16、s31：设定图像f2灰度级为[0,1,...,l-1]；令灰度级为[k,...,l-1]的像素代表前景c0，灰度级为[0,1,...,k]的像素代表背景c1；前景和背景出现的概率按照下式计算：

17、

18、其中，p代表概率，pi代表灰度级为i的像素出现的概率，w0代表前景概率，w1代表背景概率，w(k)代表以灰度值k划分前景背景时的前景概率，每一类的平均灰度为：

19、

20、其中，u0代表前景平均灰度，u1代表背景平均灰度，u(k)代表以灰度值k划分前景背景时的前景平均灰度，计算得到类间方差：

21、

22、选取使得类间方差最大的k值，令其为τ，即为提取背景需要的阈值；利用τ对f2进行分割，得到f2的背景模板fmask；

23、s32：利用背景模板fmask与重建图像f2做与运算得到背景，再利用反模板fmask与重建图像f1做与运算得到前景，图像融合按照下式计算：

24、f＝f1⊙fmask+f2⊙fmask

25、其中，⊙代表图像与模板做与运算，将背景与前景融合得到最终重建图像f。

26、本发明的有益效果在于：本发明针对稀疏扫描投影直接重建存在严重伪影的问题，提出了对稀疏扫描投影进行插值重建的方法，插值后的投影数量满足完备要求。稀疏投影经过插值重建后图像中的伪影大部分消失。在插值重建的基础上，本发明结合图像融合技术，将两幅图像各自的优点相结合得到最终的图像，图像质量明显上升。本发明可以应用于任意的稀疏ct扫描投影，插值重建结合图像融合方法后图像质量较好，在抑制伪影的同时能够更好的复原图像结构特征。

27、本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

技术特征：

1.一种基于分度方向插值的稀疏扫描ct重建方法，其特征在于：包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的基于分度方向插值的稀疏扫描ct重建方法，其特征在于：步骤s2具体包括以下步骤：

3.根据权利要求1所述的基于分度方向插值的稀疏扫描ct重建方法，其特征在于：步骤s3具体包括以下步骤：

技术总结本发明涉及一种基于分度方向插值的稀疏扫描CT重建方法，属于图像处理技术领域，包括以下步骤：S1：对工件进行稀疏CT扫描，获取工件稀疏投影数据；S2：对获取的稀疏投影进行插值，将投影数补全至完备投影数，利用滤波反投影方法进行图像重建；S3：对重建图像进行背景提取，然后进行图像融合得到最终的重建图像。本发明可以应用于任意的稀疏CT扫描投影，插值重建结合图像融合方法后图像质量较好，在抑制伪影的同时能够更好的复原图像结构特征。技术研发人员：邹永宁,韦会鸿,秦倩,王俊瑶受保护的技术使用者：重庆大学技术研发日：技术公布日：2024/9/2