一种γ光子3D成像噪声抑制方法及应用技术

本发明专利技术涉及一种γ光子3D成像噪声抑制方法及应用，属于工业检测技术领域，本发明专利技术基于γ光子ToF信息与正电子湮没位置的映射原理，提出了ToF数据重组的改进OSEM算法，建立ToF索引解的约束图像重建模型，以ToF信息为索引对LoR进行数据重组，以ToF信息权系数调整系统矩阵元素，通过稀疏化系统矩阵元素来压缩系统矩阵，提高图像重建效率；采用解约束的改进OSEM算法进行图像重建，限制图像像素对LoR的贡献与图像像素在ToF信息内正电子湮没“位置

【技术实现步骤摘要】
一种
γ
光子3D成像噪声抑制方法及应用


[0001]本专利技术涉及工业检测
，尤其涉及一种γ光子3D成像噪声抑制方法及应用。

技术介绍

[0002]航空推进系统中的发动机零部件及尾喷管气动流道等工业装备复杂件材质密度大、内腔结构复杂，对其内腔结构及内壁缺陷的无损检测已成为检测领域迫切需要解决的难题，常规检测方法受制于复杂件的材质密度及内腔结构复杂度等因素，无法实现无扰、无损的高分辨率检测。而γ光子3D成像技术成为工业装备复杂件内腔检测新方法，此外，γ光子具有穿透能力强、抗干扰能力强等优点，保证了γ光子三维成像技术在工业检测应用的技术稳定性。
[0003]系统矩阵描述了γ光子对被探测器记录的概率分布，作为桥梁，它连接了图像空间和投影空间，是迭代重建算法的关键。一股来说，系统矩阵反映了两方面的内容:一是像素与LOR之间的耦合定位，也就是说某一个像素发出的光子是否被某条LOR探测到；二是像素与LOR之间的耦合程度，也就是说某一个像素发出的光子被某一条LOR探测到的概率。
[0004]γ光子图像重建OSEM算法属于无约束优化求解算法，在图像重建过程中假设LoR经过的图像像素按系统矩阵相应分量对LoR的产生做了贡献，且属于同一条LoR的不同像素之间相互影响，这会导致属于同一条LoR的不同像素之间出现统计噪声并被放大传播，导致重建图像出现边缘过于平滑等情况，从而降低重建图像信噪比，继而对检测分辨率造成不利影响。

技术实现思路

[0005]本专利技术为了解决上述技术问题提供一种γ光子3D成像噪声抑制方法及应用。
[0006]本专利技术通过下述技术方案实现：
[0007]一种γ光子3D成像的噪声抑制方法，包括；
[0008]S1，引入γ光子ToF信息，以ToF信息为索引对γ光子LoR进行数据重组；
[0009]S2，采用解约束的改进OSEM算法进行γ光子图像重建：所述解约束的改进OSEM算法在图像重建过程中，根据γ光子探测器的时间分辨率和γ光子对的ToF信息，限定只有可行域内的图像像素参与图像重建。
[0010]进一步的，所述S1中，在保持系统矩阵维数不变的前提下进行数据重组。
[0011]进一步的，所述S1中，以ToF信息权系数调整系统矩阵元素，通过稀疏化系统矩阵元素来压缩系统矩阵。
[0012]进一步的，所述S1中，将LoR数据按γ光子对ToF信息差
△
t进行分组，然后对每组中LoR数据采用傅里叶重组方法进行数据重组。
[0013]进一步的，所述的数据重组具体包括:
[0014]采用离散化方式存储属于不同γ光子ToF信息差的LoR数据；
[0015]根据γ光子探测器的时间分辨率，将γ光子探测系统时间窗划分为若干区间，通过读取γ光子数据存储Root文件，将Root文件中的LoR数据匹配到所划分的时间窗区间中；
[0016]采用傅里叶重组方式将每个时间窗区间内的LoR数据重组为Sinogram数据。
[0017]进一步的，所述的数据重组用以下公式表示：
[0018][0019]式中，为探测系统中心O到投影线l的垂线与X轴的夹角；
[0020]δ＝tan(θ)，θ为投影线l与Z轴的夹角；l表示LoR投影线的长度，t为时间域内的变量。
[0021]进一步的，所述S2中具体包括；
[0022]根据γ光子探测器的时间分辨率和γ光子对的ToF信息，确定每一条LoR所对应的正电子湮没“位置-ToF”曲线；
[0023]限制图像像素对LoR的贡献与图像像素在ToF信息内正电子湮没“位置-ToF”曲线的分布概率相吻合，使得重建算法的可行解被限制在正电子湮没计算位置邻域内；
[0024]采用改进OSEM算法在该邻域内寻找最优解，进行图像重建。
[0025]其中，所述解约束的改进OSEM算法的迭代公式为：
[0026][0027]s.t.x
j
∈[x
j-δ
x
，x
j
+δ
x
][0028]式中，x
j
表示第j(j＝1,2,
…
,n)个图像像素的像素值，a
ij
表示从第j个图像像素处正电子湮没产生的γ光子对，沿着第i(i＝1,2,
…
,m(m-1)/2)条LoR被γ光子探测器对记录的概率；
[0029]p
ijt
为权系数；bi为第i(i＝1,2,
…
,m(m-1)/2)条LoR对应的γ光子探测器对记录的γ光子对数目；δx表示以正电子湮没计算位置为中心的一个邻域的领域长度。
[0030]γ光子3D成像噪声抑制方法在工业检测中的应用，包括以下步骤；
[0031]步骤1，启动γ光子探测系统，利用探测器对工件进行扫描；
[0032]步骤2，采用所述的γ光子3D成像噪声抑制方法对散射校正后的γ光子数据进行三维图像重建，获得重建后的图像。
[0033]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0034]本专利技术基于γ光子ToF信息与正电子湮没位置的映射原理，提出了ToF数据重组的改进OSEM算法，建立ToF索引解的约束图像重建模型，以ToF信息为索引对LoR进行数据重组，以ToF信息权系数调整系统矩阵元素，通过稀疏化系统矩阵元素来压缩系统矩阵，提高图像重建效率；采用解约束的改进OSEM算法进行图像重建，限制图像像素对LoR的贡献与图像像素在ToF信息内正电子湮没“位置-ToF”曲线的分布概率相吻合，达到抑制统计噪声传播的目的，从而提高检测分辨率。
附图说明
[0035]此处所说明的附图用来提供对本专利技术实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本专利技术实施例的限定。
[0036]图1是ToF数据重组原理图；
[0037]图2是γ光子对ToF信息示意图；
[0038]图3含有γ光子ToF信息的图像重建原理示意图；
[0039]图4本专利技术的改进OSEM算法图像重建原理图；
[0040]图5液压件壳体三维图纸；
[0041]图6现有技术的成像结果；
[0042]图7本专利技术方法的成像结果。
具体实施方式
[0043]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本专利技术作进一步的详细说明，本专利技术的示意性实施方式及其说明仅用于解释本专利技术，并不作为对本专利技术的限定。
[0044]本专利技术公开的γ光子3D成像噪声抑制方法，包括；
[0045]S1，引入γ光子ToF信息，以ToF信息为索引对γ光子LoR进行数据重组。
[0046]S2，采用解约束的改进OSEM算法进行γ光子图像重建：所述解约束的改进OSEM算法在图像重建过程中，根据γ光子探测器的时间分辨率和γ光子对的ToF信息，限定只有可行域内的图像像素参与图像重建。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种γ光子3D成像噪声抑制方法，其特征在于：包括；S1，引入γ光子ToF信息，以ToF信息为索引对γ光子LoR进行数据重组；S2，采用解约束的改进OSEM算法进行γ光子图像重建：所述解约束的改进OSEM算法在图像重建过程中，根据γ光子探测器的时间分辨率和γ光子对的ToF信息，限定只有可行域内的图像像素参与图像重建。2.根据权利要求1所述的γ光子3D成像噪声抑制方法，其特征在于：所述S1中，在保持系统矩阵维数不变的前提下进行数据重组。3.根据权利要求2所述的γ光子3D成像噪声抑制方法，其特征在于：所述S1中，以ToF信息权系数调整系统矩阵元素，通过稀疏化系统矩阵元素来压缩系统矩阵。4.根据权利要求2或3所述的γ光子3D成像噪声抑制方法，其特征在于：所述S1中，将LoR数据按γ光子对ToF信息差
△
t进行分组，然后对每组中LoR数据采用傅里叶重组方法进行数据重组。5.根据权利要求4所述的γ光子3D成像噪声抑制方法，其特征在于：所述的数据重组具体包括:采用离散化方式存储属于不同γ光子ToF信息差的LoR数据；根据γ光子探测器的时间分辨率，将γ光子探测系统时间窗划分为若干区间，通过读取γ光子数据存储Root文件，将Root文件中的LoR数据匹配到所划分的时间窗区间中；采用傅里叶重组方式将每个时间窗区间内的LoR数据重组为Sinogram数据。6.根据权利要求5所述的γ光子3D成像噪声抑制方法，其特征在于：所述的数据重组用以下公式表示：式中，为探测系统中心O到投影线l的垂线与X轴的夹角；δ＝tan(θ)，θ为投影线l与Z轴的夹角；l表示LoR投影线的长度，t为时间域内的变量。7.根据权利要求1、2、3、5或6所述的γ光子...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖辉，刘兼唐，
申请(专利权)人：南京航空航天大学深圳研究院，
类型：发明
国别省市：