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为了减少X射线对人体的伤害,局部图像重建成为人们研究的重点之一.本文研究了基于一种特殊窗函数的局部图像重建算法.通常,直接用局部区域的投影数据重建局部图像,会使重建图像产生常数偏移,我们将局部区域边缘的投影数据延拓为相应沿径向未知投影数据的方法,改进了局部重建图像,并给出了基于特殊窗函数重建时,该方法的误差分析.另外,本文将该算法应用于扇形束图像重建,并通过数值实验验证了此特殊窗函数应用于扇形束重建时同样有效. 相似文献
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一种基于数据外插改进的ART迭代算法 总被引：1，自引：0，他引：1
本文针对有限角度的投影数据的CT图像重建问题,提出了一种基于数据外插改进的ART算法.该算法的基本思想足运用已知角度的投影数据来补全未知角度的投影数据,再用ART算法进行图像重建.最后用模拟的投影数据进行了重建图像的数值实验.实验结果表明该算法不但提高了重建图像质量,同时也提高了图像达代的收敛速度. 相似文献
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本文基于锥束CT滤波反投影重建的FDK算法,通过两种算法改进并结合基于共享内存的OpenMP并行技术和代码优化,实现了锥束CT图像的快速重建.基于锥束CT实际投影数据的重建结果表明,图像重建速度得到了较大的提高,断层图像重建质量与FDK原型算法相当. 相似文献
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在用计算机断层成像方法由EUV观测图像重建等离子体层全球密度分布时,地球的遮挡和有限角度都会导致投影数据不完备,从而无法精确重建出等离子体层的密度分布.本文针对该问题,提出一种基于图像总变差极小化的代数迭代算法.通过重建等离子体层投影数据缺失最为严重的中心子午面,证明该算法能够显著提高重建图像的质量. 并且在IMAGE卫星仅能达到90°的有限投影角度下,此算法重建图像的相关系数可达0.760,而代数迭代算法的相关系数仅为0.696. 相似文献
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由投影重建图像的对称网格迭代算法 总被引：1，自引：0，他引：1
本文对于工业CT检测中常用的代数迭代重建算法提出了改进,利用投影射线之间存在的几何对称结构,提出了图像重建的对称网格迭代算法(简写为SM-IRT).该算法简化了投影系数矩阵的计算,调整了迭代算法逐线校正的迭代顺序.对模拟数据和工业CT实测数据进行了重建图像的数值实验,结果表明:与常规算法比较,本文提出的新算法重建速度快,成像精度高. 相似文献
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由投影重建图像的EM重建算法中,有序子集最大期望值法能够对经典EM算法加速,提高收敛速度,受到广泛地关注.本文提出了一种基于对称性结构的OSEM快速重建算法,在更好地满足子集平衡的条件和优化有序子集的迭代顺序的同时,压缩了尺度窗口的计算.数据实验结果表明:当合适选取子集的数量时,S-OSEM算法有效地提高了重建速度和成像精度. 相似文献
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一种块迭代的快速代数重建算法 总被引：2，自引：2，他引：0
常用的计算机层析成像的重建算法可分为:变换重建法、代数重建法和其它算法几大类.变换重建算法中最为常用的为"卷积反投影”算法,该算法重建速度较快,重建效果较好.但该算法也存在一些不足,它通常要求完全的、等间隔的平行采样数据.在天文、物探、地震成像等领域采样数据通常是不完全的和非等间隔的.代数重建算法简单,适用于不同格式的采样数据,对不完全数据亦可重建图像.还可以结合一些先验知识进行求解.可应用于工业检测、物探成像、天文成像等领域.其缺点主要是计算量大,收敛速度慢,难以重建大的图像. 计算机层析成像的重建问题,可离散化为线性方程组AF=P的求解问题,其中P是被采集的投影数据向量,A是投影系数矩阵,F是图像基函数.假设有M个投影数据,且重建的图像有N×N像素,则A为M行、N×N列矩阵.即使重建较小的图像,系数矩阵也是很大的,需要M×N×N个浮点数.A为大型稀疏矩阵,其非零元的个数约为2×M×N个浮点数.因此,想用代数重建算法重建中等或大的图像,必须寻找一种快速的投影系数矩阵实时计算方法. 其次,代数重建算法中迭代的收敛速度也是要解决的主要难点.初值的选取对收敛速度影响是很大的.如果选取的初值与原物体的密度分布较接近,迭代就容易满足收敛条件.传统的代数重建算法中,初值常选为零和某种平均值.在每次循环中都对N×N个图像值,进行逐线或逐点迭代修正.因此,需要大量计算时间,且收敛速度甚慢. 本文提出一种基于分块迭代的快速代数重建算法,其基本思想是采用对图像逐级分块,通过迭代使图像逐步细化,最终逼近于重建的图像.算法的实现过程如下:1.将重建图像按不同级别分块;2.根据块的大小,抽取投影数据,实时计算投影系数矩阵的非零元;3.对给定级图像块赋值,根据投影系数矩阵的非零元和阀值确定对哪些图像块的值进行修正:4.对给定级的图像块经一次循环迭代修正后,判断前后两次的图像是否满足该级迭代结束条件,满足时进入下一级块的迭代;最后一级块迭代满足条件后,块迭代结束.在每一级块迭代过程中,我们设计了求解系数矩阵非零元的快速计算方法,使得所需的系数矩阵的非零元可实时计算,而不必存贮. 利用X射线工业CT实采数据,我们对块迭代代数重建算法的测试结果表明:该方法重建速度快,重建图像精度高、伪影轻,并有较高的密度分辨率和空间分辨率. 相似文献
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在传统的CT系统中,系统的硬件成本和计算量都是非常巨大的.本文深入分析了一种利用偏移放置的面阵探测器的锥束CT系统,在这种系统中X射线束仅仅覆盖被扫描物体的一半体积,投影数据在探测器方向上是截断的,探测器尺寸和投影数据量都减少为传统CT系统的一半.在这种扫描方式下,现有的重建方法是首先利用重排算法获得180度范围内的平行束投影数据,然后再利用滤波反投影(FBP)算法重建出物体的三维图像.但是重排算法不可避免地会引入误差,降低重建图像的空间分辨率.本文提出了一种反投影滤波(BPF)形式的直接反投影重建方法,该方法不需要对投影数据重排,直接反投影滤波重建出最终的图像.因此,该算法在数学上更简洁,计算速度更快,能够更多地保留重建图像的高频信息.最后,数值模拟实验结果验证了该系统和重建算法能够获得高质量的CT图像. 相似文献
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总变差最小化算法是一种基于压缩感知理论的图像重建算法,能够从稀疏投影或含噪投影数据中高精度地重建图像,已经被广泛应用于计算机断层成像、磁共振成像、电子顺磁共振成像。能谱CT、T1或T2加权的MRI及EPRI均属于多通道成像。逐通道TV算法可以实现较高精度的图像重建,然而忽略了各通道图像之间的相似性。核TV算法是一种考虑了通道间图像相似性的TV类算法,可以实现高精度图像重建。面向多通道图像重建,以CT重建为研究范例,本文提出一种Chambolle-Pock算法框架下的核TV多通道图像重建算法。通过仿真模体和真实CT图像模体的重建实验,验证算法的正确性,分析算法的收敛性,探索算法参数对收敛速率的影响,评估算法的稀疏重建能力及含噪投影重建能力。结果表明,相对于逐通道TV算法,所提算法可以取得更高的重建精度。核TV算法是一种高精度的多通道图像重建算法,可以应用于各种成像模态的多通道重建场合。 相似文献
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在工业CT的检测过程中,由于各种原因可能造成投影数据的不完备.在这种情况下,直接利用传统的解析重建方法(FBP)或者统计重建方法(EM)都不能给出理想的重建结果,从切向CT扫描方式获得的就是典型的不完备投影数据.本文利用迭代算法来改善重建图像的质量,首先通过已有的投影数据合理估计缺失的投影数据,并通过不断的迭代来改善这种估计,从而使得重建图像不断逼近真实物体. 相似文献
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基于最小平方的Fourier地震数据重建方法最终转化为求解一个线性方程组, 其系数矩阵是Toeplitz矩阵,可以用共轭梯度法求解该线性方程组.共轭梯度法的迭代次数受系数矩阵病态程度的影响,地震数据的非规则采样程度越高,所形成的系数矩阵病态程度越高,就越难收敛和得到合理的计算结果.本文研究了基于Toeplitz矩阵的不同预条件的构造方法,以及对共轭梯度法收敛性的影响.通过预条件的使用,加快了共轭梯度法的迭代速度, 改进了共轭梯度算法的收敛性,提高了计算的效率.数值算例和实际地震数据重建试验证明了预条件共轭梯度法对计算效率有很大的提高. 相似文献
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We present preconditioned non‐linear conjugate gradient algorithms as alternatives to the Gauss‐Newton method for frequency domain full‐waveform seismic inversion. We designed two preconditioning operators. For the first preconditioner, we introduce the inverse of an approximate sparse Hessian matrix. The approximate Hessian matrix, which is highly sparse, is constructed by judiciously truncating the Gauss‐Newton Hessian matrix based on examining the auto‐correlation and cross‐correlation of the Jacobian matrix. As the second preconditioner, we employ the approximation of the inverse of the Gauss‐Newton Hessian matrix. This preconditioner is constructed by terminating the iteration process of the conjugate gradient least‐squares method, which is used for inverting the Hessian matrix before it converges. In our preconditioned non‐linear conjugate gradient algorithms, the step‐length along the search direction, which is a crucial factor for the convergence, is carefully chosen to maximize the reduction of the cost function after each iteration. The numerical simulation results show that by including a very limited number of non‐zero elements in the approximate Hessian, the first preconditioned non‐linear conjugate gradient algorithm is able to yield comparable inversion results to the Gauss‐Newton method while maintaining the efficiency of the un‐preconditioned non‐linear conjugate gradient method. The only extra cost is the computation of the inverse of the approximate sparse Hessian matrix, which is less expensive than the computation of a forward simulation of one source at one frequency of operation. The second preconditioned non‐linear conjugate gradient algorithm also significantly saves the computational expense in comparison with the Gauss‐Newton method while maintaining the Gauss‐Newton reconstruction quality. However, this second preconditioned non‐linear conjugate gradient algorithm is more expensive than the first one. 相似文献
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探地雷达（GPR）时间域全波形反演计算量巨大,内存要求高,在微机上计算难度大.本文中作者基于GPU并行加速的维度提升反演策略,采用优化的共轭梯度法,避免了Hessian矩阵的计算,在普通微机上实现了时间域全波形二维GPR双参数（介电常数和电导率）快速反演.论文首先推导了二维TM波的时域有限差分法（FDTD）的交错网格离散差分格式及波场更新策略.然后,基于Lagrange乘数法,将约束问题转化为无约束最小问题,构建了共轭梯度法反演目标函数,采用Fletcher-Reeves公式与非精确线搜索Wolfe准则,确保了梯度方向修正因子及迭代步长选取的合理性.而GPU并行计算及维度提升反演策略的应用,数倍地提升了反演速度.最后,开展了3个模型的合成数据的反演实验,分别从观测方式、梯度优化及天线频率等方面,分析了这些因素对雷达全波形反演的影响,说明双参数的反演较单一的介电常数反演,能提供更丰富的信息约束,有效提高模型重建的精度. 相似文献
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针对波阻抗反演中存在的不适定性问题,本文提出了一种带先验知识的正则化重开始共轭梯度法.该方法的内层循环采用修改的共轭梯度法,并使用重开始技巧;外层循环使用Morozov偏差准则作为停机准则.正则参数的选取采用连续几何选取法.克服了传统共轭梯度法迭代不足或迭代过度的缺点,将迭代步数控制在了合适的范围,使算法能够更快速更准确的收敛.同时考虑了用最速下降法计算先验解和对解施加非均一的规范约束.通过理论模型试算和实际资料处理,并与共轭梯度法进行对比,表明该算法具有精度高、抗病态能力强,运算速度快的优点,具有实用性. 相似文献
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多道瞬变电磁法(MTEM)是近年来发展起来的一种新的地球物理勘查技术,其数据采集方式与地震法类似,因此,采用瞬变电磁拟地震解释方法对MTEM数据进行处理解释具有一定的优越性.研究MTEM虚拟波场有效提取方法具有重要意义.在以往奇异值分解法、预条件正则化共轭梯度法两种不同的常规提取方法研究基础上,本文提出采用相关叠加法提取MTEM虚拟波场信息.首先采用预条件正则化共轭梯度法对全时段MTEM数据进行虚拟波场提取,然后采用同种方法对划分的各时间段数据进行虚拟波场提取,最后对全时段提取结果与各个时间段提取结果进行相关性叠加,叠加结果作为最终的提取结果.实测MTEM数据虚拟波场提取结果表明,采用相关叠加法可以得到稳定、光滑的虚拟波场波形曲线,且抗干扰能力强. 相似文献
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采用双三次B样条函数作为待重建函数的逼近,得到一般的线性代数方程组;采用Tkhonov正则化方法求解该方程组,获得待重建函数的正则解。算例表明,正则解有较好的精度,表明了本文方法的有效性。 相似文献
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Full waveform inversion and the truncated Newton method: quantitative imaging of complex subsurface structures 总被引：2，自引：0，他引：2
Full waveform inversion is a powerful tool for quantitative seismic imaging from wide‐azimuth seismic data. The method is based on the minimization of the misfit between observed and simulated data. This amounts to the solution of a large‐scale nonlinear minimization problem. The inverse Hessian operator plays a crucial role in this reconstruction process. Accounting accurately for the effect of this operator within the minimization scheme should correct for illumination deficits, restore the amplitude of the subsurface parameters, and help to remove artefacts generated by energetic multiple reflections. Conventional minimization methods (nonlinear conjugate gradient, quasi‐Newton methods) only roughly approximate the effect of this operator. In this study, we are interested in the truncated Newton minimization method. These methods are based on the computation of the model update through a matrix‐free conjugate gradient solution of the Newton linear system. We present a feasible implementation of this method for the full waveform inversion problem, based on a second‐order adjoint state formulation for the computation of Hessian‐vector products. We compare this method with conventional methods within the context of 2D acoustic frequency full waveform inversion for the reconstruction of P‐wave velocity models. Two test cases are investigated. The first is the synthetic BP 2004 model, representative of the Gulf of Mexico geology with high velocity contrasts associated with the presence of salt structures. The second is a 2D real data‐set from the Valhall oil field in North sea. Although, from a computational cost point of view, the truncated Newton method appears to be more expensive than conventional optimization algorithms, the results emphasize its increased robustness. A better reconstruction of the P‐wave velocity model is provided when energetic multiple reflections make it difficult to interpret the seismic data. A better trade‐off between regularization and resolution is obtained when noise contamination of the data requires one to regularize the solution of the inverse problem. 相似文献
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Tomography is widely used in geophysics as a technique for imaging geological structures by means of data that are line integrals of physical characteristics. In some transmission measurements, due to various kinds of normalization, the measured data are related to two (the current and the reference) raypaths and can be expressed as a function of differences between line integrals. This is the case, for example, in seismo-acoustic emission measurements, when (since the exact start time is unknown) only the differences between traveltimes (differences between line integrals of the slowness) can be determined. Similarly the use of normalized Fourier amplitudes results in data dependent upon the difference between line integrals of the absorption coefficient (computed along the actual and the reference raypaths). In order to invert these data the ordinary tomography algorithms should be modified. Some generalizations are presented for series expansion tomography methods in order to make them applicable to reconstruction problems in which the input data are differences between two line integrals. The conjugate gradient and the simultaneous iterative reconstruction technique (SIRT) methods were adapted and tested. It is shown that the modified tomography algorithms are stable and sufficiently accurate for practical use. In the reconstruction of noise-free difference data, the conjugate gradient algorithm is found to be faster and more accurate while, in the case of noisy difference data, the modified SIRT algorithm is more stable and insensitive to noise. 相似文献