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第十七届中国体视学与图像分析学术会议

作者：龚长城曾理重庆大学工业CT无损检测教育部工程研究中心重庆工商大学

ct成像利用X射线的衰减特性能够获得被检测物体的密度或结构信息,广泛应用于医学诊断、工业无损检测、材料科学和考古文博等领域。随着经济社会的发展,ct检测的需求和扫描对象多种多样。ct系统几何结构、扫描现场环境、物体形状、辐射... 详细信息

ct成像利用X射线的衰减特性能够获得被检测物体的密度或结构信息,广泛应用于医学诊断、工业无损检测、材料科学和考古文博等领域。随着经济社会的发展,ct检测的需求和扫描对象多种多样。ct系统几何结构、扫描现场环境、物体形状、辐射剂量或扫描时间等因素限制着传统的投影数据采集方式,可能使得很难采集完备的投影数据,或者不得不采集信噪比较低的投影数据。在不改变ct硬件的情况下适时调整ct扫描方案并发展ct重建方法具有重要意义。低强度X射线ct和有限角ct是两类典型的成像问题,滤波反投影算法重建的图像往往具有高水平噪声或明显伪影。结构信息是ct图像最主要的特征,并且表现出方向性、结构边界的灰度值变化大等特点。针对低强度X射线ct和有限角ct重建问题,利用噪声和伪影与图像结构的差异,建立ct重建模型,达到抑制噪声和伪影与保护图像结构的目的。针对低强度X射线ct,建立基于相对全变分的重建模型,并使用L曲线方法辅助确定正则化参数。针对传统的有限角ct,综合考虑伪影与结构的差异,利用图像结构的性质和伪影的方向性及缓慢变化的特点,分别建立基于各向异性的相对全变分的重建模型和基于自适应加权的各向异性全变分的重建模型。对于分段有限角ct,根据伪影的分布特点建立基于多方向全变分的重建模型减少伪影。综上所述,针对受限制的ct成像问题,分析并利用重建图像的特征建立重建模型,抑制噪声和伪影、保护图像结构,提高了重建图像的质量。

关键词： ct 图像重建受限制扫描低强度有限角

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基于改进SIFCM和区域生长的三维ct图像缺陷体积测量

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电子测量与仪器学报 2023年第6期37卷 77-85页

作者：张理泽沈宽张博重庆大学光电技术与系统教育部重点实验室重庆400044 重庆大学工业CT无损检测教育部工程研究中心重庆400044 河南省电力线路舞动防治技术重点实验室郑州450052 国网河南省电力公司电力科学研究院郑州450052

针对工件三维ct图像中孔洞和空腔缺陷体积测量问题,本文提出了一种基于改进型空间直觉模糊C均值聚类(NL-SIFCM)和三维区域生长的内部缺陷体积自动测量算法。首先对采集得到三维ct图像进行预处理;随后使用NL-SIFCM在三维ct图像上分割得... 详细信息

针对工件三维ct图像中孔洞和空腔缺陷体积测量问题,本文提出了一种基于改进型空间直觉模糊C均值聚类(NL-SIFCM)和三维区域生长的内部缺陷体积自动测量算法。首先对采集得到三维ct图像进行预处理;随后使用NL-SIFCM在三维ct图像上分割得到二值化缺陷图像组,同时针对三维ct图像切片间具有空间相似性改进得到快速算法;最后对二值化图像组进行三维区域生长得到缺陷体素数和空间结构,并将缺陷空间结构显示于三维可视化软件中辅助检测人员分析缺陷。实验结果表明,对用于模拟缺陷的标准球体积测量值相对误差在1.0%以内,具有较高测量精度;并通过实际工件检测验证了该算法适用性可有效满足ct检测需求。

关键词：三维ct图像体积测量空间直觉模糊C均值聚类三维区域生长

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ct外问题中的径向边缘伪影抑制

CT外问题中的径向边缘伪影抑制

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第十五届中国体视学与图像分析学术会议

作者：曾理郭雨濛重庆大学数学与统计学院重庆大学工业CT无损检测教育部工程研究中心

计算机断层成像(Computed tomography,ct)已经广泛应用于医疗诊断和无损检测领域。在实际的应用中,由于受到扫描环境,x射线能量,探测器长度和物体尺寸等因素的限制,采集得到的投影数据往往是不完备的。作为一种典型的不完备投影数据重... 详细信息

计算机断层成像(Computed tomography,ct)已经广泛应用于医疗诊断和无损检测领域。在实际的应用中,由于受到扫描环境,x射线能量,探测器长度和物体尺寸等因素的限制,采集得到的投影数据往往是不完备的。作为一种典型的不完备投影数据重建问题,ct外问题是指能采集投影数据的射线只穿过物体的外部环形区域,并用这些投影数据重建外部环形区域。ct外问题在工业ct中有重要的应用。外问题通常出现在以下情况:物体尺寸太大导致传统ct的射线柬无法完全覆盖物体断面;物体的中心部分太厚导致即使是工业C1产生的x射线也无法穿透物体中心部分等。基于现有的研究成果,ct外问题有两个主要的特点。一个特点是,旋转角度方向的边缘(切向边缘)能够较容易的重建。然而,指向物体中心的边缘(径向边缘)周围存在伪影(径向边缘伪影)。另一个特点是,和一般固定缺失角度的有限角问题不同,重建物体外部环形区域中每个像素缺失的射线角度都是不同的,但都缺失的射线都指向物体中心区域。ct外问题是一个严重不适定问题。如何抑制径向边缘伪影是外问题中的一个关键难点。受有限角ct重建的各向异性TV方法的启发,本文我们发展了一个基于加权方向全变差(weighted direct:ionaltotal variation,WDTV)的正则化重建模型和SART+WDTV的算法去处理外问题。我们的模型有如下三个特点。(1)为了抑制径向分布的伪影,我们选择计算沿径向和旋转角度方向的方向差分并作加权和。而在传统的TV是沿x方向和y方向计算差分并求和。各向异性TV是沿某些固定的方向(不一定是x方向和y方向)计算差分并求加权和。(2)为了加强沿径向的边缘响应,我们在模型的W:DTV项中引入两个权重参数。权重参数控制着径向边缘和切向边缘的不同响应强度。(3)WDTV更好地描述了外部ct、重建图像梯度模的稀疏性。仿真实验和真实数据实验表明,我们的重建方法能够更好地抑制径向边缘伪影,并且保护图像边缘。本文的工作仅仅是我们在外问题ct重建研究的开始,在将来的工作中,我们打算将L0拟范数和剪切波变换(sheartlet transform)引入到重建模型中。进一步,模型参数的自动选择,理论分析(算法的收敛性,数值解与参考图像之间的误差界等),将2D模型推广到3D等也是我们将来研究的重点。

关键词： ct 图像重建外问题径向边缘伪影抑制

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SART算法在探测器偏置扫描ct重建中的应用

SART算法在探测器偏置扫描CT重建中的应用

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第二届中国泛西部无损检测学术交流会

作者：程景烨曾理沈宽龚长城数学与统计学院重庆大学重庆401331 工业CT无损检测教育部工程研究中心重庆大学重庆400044 数学与统计学院重庆大学重庆401331 工业CT无损检测教育部工程研究中心重庆大学重庆400044

探测器偏置扫描是扩大视场的一种有效的扫描方式,Wang提出了加Parker权函数的FBP重建算法.本文研究使用SART重建算法对扇束探测器偏置扫描得到的投影数据进行重建,并比较加Parker权函数的FBP重建算法和SART重建算法.数值模拟实验结果表... 详细信息

探测器偏置扫描是扩大视场的一种有效的扫描方式,Wang提出了加Parker权函数的FBP重建算法.本文研究使用SART重建算法对扇束探测器偏置扫描得到的投影数据进行重建,并比较加Parker权函数的FBP重建算法和SART重建算法.数值模拟实验结果表明,对于扇束探测器偏置扫描方式,SART算法重建结果分辨率更高,伪影更少,更加精确.

关键词：无损检测工业计算机断层扫描成像探测器偏置扫描图像重建 SART算法 Parker权函数

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高速低能X射线工业ct数据采集与传输

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计算机应用 2014年第11期34卷 3361-3364页

作者：杨雷高富强李岭陈研栗忍重庆大学自动化学院重庆400044 工业CT无损检测教育部工程研究中心(重庆大学) 重庆400044 中国船舶重工集团公司江苏自动化研究所江苏连云港222006 重庆真测科技股份有限公司重庆400044

为满足低能X射线工业计算机断层(ct)扫描成像系统在快速扫描及大批量数据传输方面的应用需求,设计一种低能X射线工业ct高速数据采集与传输系统。系统选用DT公司X-CARD 0.2-256G为探测器,将高速时分复用电路与数据缓存乒乓操作相结合,以... 详细信息

为满足低能X射线工业计算机断层(ct)扫描成像系统在快速扫描及大批量数据传输方面的应用需求,设计一种低能X射线工业ct高速数据采集与传输系统。系统选用DT公司X-CARD 0.2-256G为探测器,将高速时分复用电路与数据缓存乒乓操作相结合,以适应高速模数转换的需要;采用以现场可编程门阵列(FPGA)为主控芯片的千兆以太网设计,以满足多通道数据的高速传输要求。实验结果表明,系统数据采集速度达到1 MHz,以太网传输速度达到926 Mb/s,动态范围大于5000。该系统可有效缩短低能X射线探测扫描时间,可满足更多通道的数据传输要求。

关键词：工业ct 数据采集以太网低能X射线现场可编程门阵列

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一种融合肺炎影像特征的肺结核病灶检测迁移网络

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光学技术 2023年第1期49卷 120-128页

作者：安乐彭柯鑫杨兴黄盼魏彪冯鹏成都理工大学计算机与网络安全学院图像信息处理研究室四川成都610059 重庆大学光电工程学院光电技术及系统教育部重点实验室重庆400044 重庆大学光电工程学院工业ICT无损检测教育部工程研究中心重庆400044

基于胸部X光透射图像(DR)的肺部病灶识别与疾病诊断是临床的常规操作。对于肺结核患者而言,其DR图像中的病灶区域与背景相融性高,目标弥散严重且边缘形态极不规则,严重干扰诊断的准确性。针对上述问题,提出了一种融合肺炎影像学特征的... 详细信息

基于胸部X光透射图像(DR)的肺部病灶识别与疾病诊断是临床的常规操作。对于肺结核患者而言,其DR图像中的病灶区域与背景相融性高,目标弥散严重且边缘形态极不规则,严重干扰诊断的准确性。针对上述问题,提出了一种融合肺炎影像学特征的肺结核病灶区域检测网络(TDT-Net),利用肺结核和新冠肺炎同为呼吸道疾病且在DR图像上具有相似表征的特点,借助大量肺炎DR数据,通过迁移学习引入强相关特征以提高肺结核病灶的检测精度。TDT-Net结合Transformer和扩张残差技术,提出上下文感知增强模块,以强化迁移模型对全局信息的建模能力;利用特征细化模块减少迁移过程中引入的冗余信息,凸显强相关特征的表示。实验结果表明,在TBX11K数据集上,所提检测方法的平均准确度(AP)达到87.5%,召回率(Recall)达到80.7%,相较于YOLOV5和RetinaNet等网络有效提升了肺结核病灶的检测精度,实现了更加准确的肺结核病灶定位和分类。

关键词： X射线成像肺结核病灶迁移学习目标检测肺炎特征

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交互式工业ct三维测量软件设计

交互式工业CT三维测量软件设计

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第五届无损检测高等教育发展论坛学术交流会

作者：邓翔邹永宁曾理重庆大学数学与统计学院重庆401331 工业CT无损检测教育部工程研究中心重庆400044 重庆大学数学与统计学院重庆401331 工业CT无损检测教育部工程研究中心重庆 400044

工业ct( Computed Tomograpy)，是利用X射线与探测器对工件的某个部位扫描，重建三维ct图像。通过这些三维数据，可以提取相应的特征，在人机交互的基础上实现工件的无损检测。使得工件在不受损害的情况下得到它的壁厚、孔洞规格、内腔... 详细信息

工业ct( Computed Tomograpy)，是利用X射线与探测器对工件的某个部位扫描，重建三维ct图像。通过这些三维数据，可以提取相应的特征，在人机交互的基础上实现工件的无损检测。使得工件在不受损害的情况下得到它的壁厚、孔洞规格、内腔体积等具体规格，还可以得到它的制造误差。在工业上是一项重要的技术。交互式工业ct三维测量软件主要分为四个模块,数据处理、三维配准、三维测量和真三维显示.首先,在数据处理模块,利用模糊区域竞争的方法得到工业ct数据边缘的亚像素特征.然后,在三维配准模块,利用CAD模型细化的数据和ct数据的亚像素特征,通过基于点的交互可以进行粗配准,进一步利用SVD-ICP(迭代最近邻点)算法可以实现三维ct数据和CAD数据的精确配准.在三维测量模块,利用点线面的交互方式可以得到特征数据中的感兴趣区域,进而通过三维区域生长的方法可以测量出感兴趣的工件内腔体积;通过二次曲面拟合可以测量出感兴趣孔洞的孔径和圆柱度;直接遍历感兴趣的内外表面,可以得到工件的壁厚.在真三维显示模块,通过模拟人眼,从不同角度观察三维ct数据的亚像素特征,得到视差图像,最终生成真三维视频.

关键词：工业计算机断层成像三维测量软件软件设计功能模块

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基于先验图像和正则化的不完备ct图像重建的发展

基于先验图像和正则化的不完备CT图像重建的发展

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第十六届中国体视学与图像分析学术会议——交叉、融合、创新

作者：申昭强曾理重庆大学数学与统计学院工业CT无损检测教育部工程研究中心重庆大学

X射线计算机断层扫描(ct)已成功地应用于医学诊断、工业无损检测、安全检测等领域。但由于X射线辐射的影响、扫描环境的限制以及扫描时间的要求等,可能导致有限角C T,稀疏角ct以及低剂量ct等不完备ct问题,使用传统的解析重建算法以及迭... 详细信息

X射线计算机断层扫描(ct)已成功地应用于医学诊断、工业无损检测、安全检测等领域。但由于X射线辐射的影响、扫描环境的限制以及扫描时间的要求等,可能导致有限角C T,稀疏角ct以及低剂量ct等不完备ct问题,使用传统的解析重建算法以及迭代算法都会引入噪声和伪影,而先验图像和正则化项的引入可改善迭代重建图像的质量。针对不完备ct重建问题,本文综述了近年来基于先验图像的正则化ct图像重建算法。Chen等提出一种先验图像约束压缩感知(PICCS)图像重建算法,该算法通过将先验图像和目标图像差值的全变差(TV)引入到传统的TV正则化重建算法中,实现稀疏角ct图像重建。结果表明PICCS能够在约20个视角下较好地重建动态灌注ct图像。为了降低X射线的辐射剂量,Sidky等提出了一种基于全变差(TV)和解剖图像结合的有限角锥形束ct重建算法,并且针对二维扇形束有限角投影数据中(锥形束投影中的一个截面),得出令人满意的图像。针对稀疏角锥束ct,马建华等提出了一种基于变形先验图像的重建策略(DPIR),来解决先验图像与目标图像的不匹配问题。具体方法是通过将先验图像的正投影与待重建图像的投影进行匹配,估计出用于对先验图像进行变形的变形向量场(DVF)。将变形后的先验图像作为先验图像,然后进行标准的PICCS重建。冯鹏等提出了一种改进的基于先验图像的TV最小化方法,用于稀疏角ct重建。与PICCS不同的是,他们直接将先验图像引入重建中,并通过局部线性嵌入方法(LLE)进行图像配准,最后通过分裂算法进行求解。高朋等提出了一种基于先验图像的各向异性边缘引导的TV最小化(PIEGTV)算法,用于提高传统全变分(TV)算法重建图像的空间分辨率,并且该方法在边缘保持和形状保持方面具有明显的优势。王成祥、曾理等将先验图像和小波压缩框架引入小有限角度ct重建问题,提出了一种基于L0正则化和先验图像的有限角度ct重建模型,分析了算法的收敛性,证明了交替迭代算法生成的有界序列具有子列收敛到稳定点的特性。张伶俐、曾理等提出基于包含非局部均值的先验图像的重建算法,并且该方法引入了小波框架以及L0范数进行稀疏约束。该算法在保留部分特征边缘的同时,具有更好的抑制滑坡的能力。待重建图像与先验图像不一致时,该方法可以避免或减弱重建图像中的畸变边缘。为了抑制有限角ct重建中的噪声和伪影,龚长城、曾理等提出了一种新的有限角ct重建模型,称为先验图像诱导相对总变差(piiRTV),它使用先前图像的结构信息来指导有限角ct重建。经过各个专家学者多年的研究,基于先验图像的正则化ct图像重建算法得到了快速的发展,可以从不完备的投影数据中重建出较高质量图像。随着数据增多和计算能力的提高,大数据和深度学习的算法已经引入到图像重建中,目前的深度学习图像重建也可利用先验图像(称作训练数据)来训练网络,以重建出高质量图像。相信在未来基于深度学习的重建算法可以在保证图像重建质量的同时进一步降低辐射剂量。

关键词： ct 图像重建不完备投影先验图像正则化

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基于深度学习的铁路铸件射线DR图像缺陷检测算法研究

基于深度学习的铁路铸件射线DR图像缺陷检测算法研究

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第十七届中国体视学与图像分析学术会议

作者：赵先圣冯鹏沈宽杨敬轩漆伟罗燕何鹏刘鑫重庆大学光电技术及系统教育部重点实验室重庆大学工业CT无损检测教育部工程研究中心

背景:铁道车辆铸钢摇枕、侧架是非常重要的承载元件,快速、准确地检测其质量对于保障列车行车安全有着重大意义。摇枕和侧架内部缺陷通常包括疏松、气泡等,现有检测方法是将铸件通过DR扫描后,由经验丰富的质控人员对DR图片进行目视识别... 详细信息

背景:铁道车辆铸钢摇枕、侧架是非常重要的承载元件,快速、准确地检测其质量对于保障列车行车安全有着重大意义。摇枕和侧架内部缺陷通常包括疏松、气泡等,现有检测方法是将铸件通过DR扫描后,由经验丰富的质控人员对DR图片进行目视识别,时间和精度均难以控制;而传统目标检测算法如HOG,LBP等无法对上述缺陷类型进行精确分级与分类。探索高效率、高准确度的铁路铸件缺陷检测技术是铁路重载技术过程中亟待解决的问题。方法:本文提出基于深度学习的铁路铸件缺陷识别技术,以期实现较高精度的缺陷检测。实验数据来自车间实际生产的摇枕与侧架铁路铸件的射线DR图像。将原始DR图像经预处理增强,由工厂质控人员对缺陷类型与位置进行标注,形成数据集。进而,使用YOLO v5的主干神经网络CSPDarknet-53作为基础构建模型,对数据集进行学习和训练,实现对两种铁路铸件射线DR图像中的2类缺陷5个等级进行自动检测与分级分类。实验:首先对原始图像进行预处理,采用引导滤波进行图像平滑和差分运算,将两者相加以增强图像细节信息;将训练集输入到Yolov5网络的输入端,进行Mosaic数据增强、自适应锚框计算;经过输入端提取特征之后进入网络的Backbone模块,利用Focus结构和CSP结构进一步提取特征细节;再传入Neck模块,采用FPN和PAN的结构,加强网络特征融合的能力;最后在输出端实现目标区域的检测,并验证算法在测试集上的效果。YOLO v5的Bounding box损失函数采用了GIOUoss,定义如式（1）所示。最后与YOLO V3和Mask R-CNN网络在同等条件下进行了对比。CIOUoss=1-CIOU=1-[IOU-Distance～2/Distance-v/(（1-IOU）+v)]（1）v=4/π[arctan w/h-arctan w/h] （2）结果:实验结果如图1（a）-（d）所示,YOLO v5的平均map值能达到91.3%,平均置信度能达到84.3%,检测结果较好,缺陷检测结果汇总如表1所示。与YOLO v3和Mask R-CNN的检测效果进行对比,采用平均map值和平均置信度作为评价指标,结果表2可以得出:YOLO v3的平均map值为68.5%,平均置信度为61.2%;Mask R-CNN的平均map值为76.2%,平均置信度为71.4%;YOLO v5的平均map值为91.3%,平均置信度为84.3%。综合考虑可以得出YOLO v5的检测速度更快,检测精度更高。

关键词：图像缺陷铁路铸件检测算法深度学习缺陷检测

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一种自由边界曲面网格参数化方法

一种自由边界曲面网格参数化方法

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2015首届中国泛西部无损检测学术年会

作者：谷明辉邵辉孔德昭段黎明重庆大学工业CT无损检测教育部工程研究中心重庆400044 重庆大学机械工程学院重庆400044

三维曲面网格的参数化是计算机图形学中的关键课题。在曲面网格参数化的过程中,除非网格是可展的,否则度量失真是不可避免的.所有参数化的相关研究的一个重要目标是减少度量失真.为了进一步同时减少面积和角度失真,提出了一种自由边界... 详细信息

三维曲面网格的参数化是计算机图形学中的关键课题。在曲面网格参数化的过程中,除非网格是可展的,否则度量失真是不可避免的.所有参数化的相关研究的一个重要目标是减少度量失真.为了进一步同时减少面积和角度失真,提出了一种自由边界的网格参数化方法.首先,执行从三维曲面网格到平面的初始固定边界保形参数化.然后在初始参数化结果的基础上,执行自由边界准调和参数化的迭代.在迭代中,准调和张量域在每一个步骤中更新.新方法涉及到一系列的线性系统的求解,方便进行计算.实验证实了文章参数化方法的效率和更好的参数化效果.

关键词：计算机图形学曲面网格参数化过程自由边界线性系统

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