光学学报, 2019, 39 (7): 0711001, 网络出版: 2019-07-11   

基于Mojette频域最小冗余覆盖的有限角度计算机层析成像重建 下载: 1044次

Limited-Angle Computed Tomography Reconstruction Based on Mojette Minimal Redundancy Coverage in Frequency Domain
作者单位
大连理工大学信息与通信工程学院, 辽宁 大连 116024
图 & 表

图 1. 傅里叶切片定理。(a)投影方向与水平方向夹角为θ时获得的投影R(s,θ);(b)夹角θ所对应的傅里叶切线

Fig. 1. Fourier slice theorem. (a) Projection R(s,θ) when angle between projection direction and horizontal direction is θ; (b) Fourier slice corresponding to angle θ

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图 2. 离散傅里叶切片定理。(a)不同方向下离散Radon投影数据;(b)离散Radon投影数据的一维傅里叶变换在图像频域上的映射

Fig. 2. Discrete Fourier slice theorem. (a) Discrete Radon projection data in different angles; (b) projection of one-dimensional Fourier transform of discrete Radon projection data in Fourier domain

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图 3. 3×3图像的Mojette正变换示例。(a)投影矢量(p,q);(b)不同投影矢量方向上Mojette投影数据

Fig. 3. Example of Mojette transform for 3×3 image. (a) Projection vector (p,q); (b) Mojette projection data in different projection vector directions

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图 4. 频域中不同投影方向上频点集的示意图

Fig. 4. Diagram of sets of discrete frequency points along different projection directions in Fourier domain

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图 5. 不同投影方向上的频点。(a) θ=arctan 3的切线所经过的一组频点;(b) θ=arctan(5/7)的切线所经过的一组频点

Fig. 5. Discrete frequency points in different projection positions. (a) Frequency points along tangential corresponding to θ=arctan 3; (b) frequency points along tangential corresponding to θ=arctan(5/7)

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图 6. 所提算法的重建结果。(a)~(d)原始图像;(e)~(h)重建图像的二维频域;(i)~(l)所提算法的重建结果

Fig. 6. Reconstruction results of proposed algorithm. (a)-(d) Original images; (e)-(h) two-dimensional frequency domain of reconstruction images; (i)-(l) reconstruction results of proposed algorithm

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图 7. 几种算法的重建结果对比。(a)(e)(i)原始图像;(b)(f)(j)文献[ 14]中的重建结果;(c)(g)(k)所提算法的重建结果;(d)(h)(l) SART算法的重建结果

Fig. 7. Comparison of reconstruction results of several algorithms. (a)(e)(i) Original images; (b)(f)(j) reconstruction results in Ref. [14]; (c)(g)(k) reconstruction results of proposed algorithm; (d)(h)(l) reconstruction results of SART algorithm

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图 8. 水平方向28行切面上像素灰度值的变化曲线。(a)图7中第1排图像灰度值;(b)图7中第2排图像灰度值;(c)图7中第3排图像灰度值

Fig. 8. Image gray values in 28-th row of images in horizontal directions. (a) Image gray value in 1st row of Fig. 7; (b) image gray value in 2nd row of Fig. 7; (c) image gray value in 3rd row of Fig. 7

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表 1Radon变换和Mojette变换之间的差别

Table1. Difference between Radon transform and Mojette transform

Transform methodRadon transformMojette transform
DifferenceFixed detector resolutionFixed angular steppingAccurate reconstruction in continuous domain, approximate reconstruction in discrete domainDetector resolution varies with projection vectorsVariable angular steppingAccurate reconstruction in discrete domain

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表 2任意10个投影等效后的角度范围

Table2. Angular ranges of ten equivalent projections

Angular range of 172.38°Equivalent angular range of 104.25°Equivalent angular range of 31.42°
(16-order sets of Mojette projections)(16-order sets of Mojette projections)(48-order sets of Mojette projections)
Projection vectorAngle /(°)Equivalent projection vectorEquivalent projection angle /(°)Equivalent projection vectorEquivalent projection angle /(°)
(11,1)5.19(9,11)50.71(1,3)71.57
(15,1)3.81(9,7)37.88(3,13)77.01
(11,5)24.43(7,9)52.13(7,41)80.31
(9,7)37.87(5,11)65.56(5,43)83.37
(1,15)86.19(1,15)86.19(1,47)88.78
(-1,15)93.81(-1,15)93.81(-1,47)91.22
(-5,11)114.44(-3,13)103.00(-1,15)93.81
(-9,7)142.13(-5,11)114.45(-5,43)96.63
(-13,3)167.01(-7,9)127.88(-7,41)99.69
(-15,1)176.19(-9,7)142.13(-3,13)102.99

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表 3几种算法的扫描参数区别

Table3. Comparison of scanning parameters for several algorithms

AlgorithmProposed algorithmLiterature [14]SART
Reconstruction resultsFigs. 6(c)(g)(k)Figs. 6(b)(f)(j)Figs. 6(d)(h)(l)
Angular range[86.37°,94.01°][0°,10°][86.37°,94.01°]
Number of projections1838418

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表 4对比实验结果的量化指标

Table4. Quantitative indicators for comparison results

ResultSSIMPSNR /dB
Original image in Fig. 7(a)Mojette result in Fig. 7(c)0.980328.53
SART result in Fig. 7(d)0.944528.34
Original image in Fig. 7(e)Mojette result in Fig. 7(g)1.0000>50.00
SART result in Fig. 7(h)0.941934.73
Original image in Fig. 7(i)Mojette result in Fig. 7(k)1.0000>50.00
SART result in Fig. 7(l)0.933736.13

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蒋敏, 曲芝萍, 孙怡. 基于Mojette频域最小冗余覆盖的有限角度计算机层析成像重建[J]. 光学学报, 2019, 39(7): 0711001. Min Jiang, Zhiping Qu, Yi Sun. Limited-Angle Computed Tomography Reconstruction Based on Mojette Minimal Redundancy Coverage in Frequency Domain[J]. Acta Optica Sinica, 2019, 39(7): 0711001.

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