提高工业CT图像空间分辨率的理论与技术研究

工业CT图像的空间分辨率、密度分辨率、成像视野等性能指标通常是相互制约的。如工业CT的空间分辨率越高时，视野通常会越小。然而，在国防和民用工业中有许多无损检测问题，不但要求大的成像视野，而且还要求高的空间分辨率。这类检测通常针对一些尺寸较大的非金属材料或轻金属材料构件，如炭/炭复合材料、高硅氧复合材料、铝镁合金材料构件。因此，如何在成像视野和检测物厚度确定的情况下，尽可能提高CT图像的空间分辨率，成为工业CT设备研制和应用亟待解决的问题。本申请将研究该问题相应的科学问题、解决方法以及工程应用。将针对该研究问题建立新的成像模型，从工业CT系统设计(如射线源、探测器选取、前后准直器设计)、数据采集方式和图像重建算法等几方面综合研究，提出有效的解决方法，使得在满足成像视野的同时，显著提高CT图像的空间分辨率，使一台工业CT设备可同时适用于多种检测需求。

本项目针对典型CT应用需求，研究了提高工业CT成像分辨率的有关科学问题、解决方法以及工程实现。主要进展包括：针对射线源大焦点成像问题，给出了一种准直器的设计以及带有准直器的数据采集方式，通过准直器的遮挡作用将问题转换为一组虚拟小焦点源下的成像问题，建立了带有准直器的CT成像数学模型，并给出了相应CT图像迭代重建算法和解析近似重建算法，有效提高了重建图像的空间分辨率；针对CT系统扫描几何参数难以直接测量以及其误差导致重建图像空间分辨率降低的问题，提出了一般扇束CT和锥束CT扫描的几何全参数估计方法，有效消除了参数误差导致的几何伪影，提高了图像空间分辨率；此外，还发展了数据去噪方法、坏数据修复方法，以及基于多线程调度的多GPU数据处理和重建算法快速实现方法。本项目成果具有较高理论意义与应用价值，部分成果已发表在国内外著名刊物上，部分成果已用于为国防企业和科研机构研制的工业CT和显微CT设备。