工業CT偽影分析

Mondo 健康 更新 2024-01-29

工業CT技術是一種視覺檢測技術,工業CT掃瞄成像的結果不僅可以清晰準確地再現被測物體的內部結構,還可以定量給出物質的密度組成和內部細節的幾何尺寸,在工業和醫學上得到了廣泛的應用。

然而,由於技術原理和裝置軟硬體條件的限制,重建影象中不可避免地會產生偽影,影象均勻性變差,質量受到很大影響。 偽像有很多種,如環形偽像、邊緣偽像、金屬偽像、散射偽像等其中,在低能射線行業中,射線連續體引起的光束硬化,使得重建影象中產生的許多偽影沒有明顯的不連續性,沒有明確的邊界,這使得識別困難,容易引起檢測人員的誤判。

在工業CT掃瞄的結果中,光束硬化的X射線能量是乙個連續體,高能X射線穿透能力強,低能X射線穿透能力差,低能光子比高能光子更容易被材料吸收。 穿透工件時,X光子中低能光子的份額減小,高能光子的份額增加,光束的平均能量增加,能譜的峰值向右移動(能譜硬化),稱為光束硬化。 如果以射線能量值為橫坐標,相對強度為縱坐標,則透射射線光譜相對於人體發射光譜的峰值向右移動。 光束硬化會導致測量資料不一致,在掃瞄圓柱形均勻工件時,CT值隨著半徑的減小而減小,邊緣區域的灰度值高於中間區域的灰度值,從而產生類似於“杯”形狀的偽影,也稱為杯形偽影。 高腳杯神器的不連續性不明顯,沒有明確的邊界,難以識別。 高腳杯偽像與環形偽像和邊緣偽像不同,兩者都具有更清晰的邊框。

目前,多項式擬合校正方法在偽影的研究和解釋演算法中常用,該方法對每個投影角度下的每個探測器通道使用不同的校正函式。 由於擬合線衰減係數與物質的實際線衰減係數不同,校正後的投影值力也偏離理想值,校正後影象的標準差增大,原始雜訊被放大。 這是由線性化校正方法的校正原理決定的,這是不可避免的誤差。 還有一些新的方法,與多項式擬合方法相比,該方法在原則上改進了校正演算法,對於每個指標投影資料,採用權重函式與當前指數投影資料相乘的方法進行校正,校正後影象的標準差略有降低,雜訊不放大, 訊雜比提高3倍以上,校正效果理想。

分析了X射線CT影象中杯形偽影產生的原因,通過階梯模型和基於權重函式硬化偽影校正方法的被測物體投影資料,得到不同厚度下的線衰減係數,並給出了硬化模型的承載數和校正模型的權重函式, 並確定權重函式。結果表明,與最常用的多項式擬合方法相比,圓柱形工件杯形偽影校正後,灰度影象的訊雜比在不放大雜訊的情況下提高了3倍以上,影象邊界保留效果更好。 當然,目前權重函式是針對圓盤狀CT影象的,需要選擇不同的權重函式來完成對其他幾何形狀影象的校正演算法,這也是下一步研究和實踐的重點。

除了杯子神器,還有戒指神器。 為了去除工業CT影象中的環形偽影,王珏教授等人提出了一種基於投影正弦圖的校正方法,以提高CT重建影象的質量以及後續處理和定量分析的準確性。 首先,利用S-L濾波器對原始投影資料進行濾波,增強偽影資訊; 然後,將濾波後的投影資料整合到生產線中,並採用差分處理進一步增加工件與工件輪廓的差異。 然後,根據插值次數對差分投影資料進行插值和平均,並根據正態分佈自動選擇偽影的位置。 最後,將線性插值和線性外推的方法相結合,對環形偽影處的投影資料進行校正。 結果表明,與基於極坐標變換和小波FFT濾波的校正方法相比,校正後的灰度影象的訊雜比增益為1688 dB,有效消除環形偽影,同時保持影象邊緣和解像度。 環形偽影校正對於間歇性探測器故障或效能不穩定是有效的。

工業CT常用的CT掃瞄方式有一代掃瞄和三代掃瞄,其中第三代掃瞄效率較高,但由於校正方法不當,容易造成環形偽影,因此弱化或消除環形偽影是反映CT系統廠家技術水平的主要內容之一。

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