工业计算机断层成像(CT)扫描大尺寸和高密度工件时,会出现穿不透、扫描角度有限导致的投影数据不完备、重建伪影严重等问题。基于此,提出一种将工件的CAD设计模型作为先验知识,来实现该类对象的有限角CT重建优质图像的方法。由工件CT扫描的断层位置计算CAD模型对应的分层位置,并得到模型的像素截面;根据CT系统X射线能量和模型中各部分材质,确定和生成一幅衰减系数图像,并将其配准到一幅零灰度图像中,得到先验图像;最后对扫描投影数据进行SART+TVM+PRIOR算法重建,得到重建图像。仿真实验和实际工件扫描实验的结果显示,加入先验图像后重建的图像质量要远远优于未加入先验图像的重建结果,边缘结构更加清晰,并极大地减少了伪影。

传统非局部均值(NLM)算法在滤波过程中采用固定滤波系数,从而导致图像细节过度平滑。为解决此问题,引入结构张量(ST)的迹作为图像特征区域的判别准则,设计了一种自适应滤波系数的权值函数(ST-NLM)。此外,针对传统算法计算耗时的问题,采用积分图像对算法进行加速。测试结果表明:经ST-NLM方法去噪后,图像整体平滑度和细节保留程度均较好;与NLM相比,ST-NLM方法的峰值信噪比提高了3 dB,结构相似度提高5%,运行速度提高约2倍。

中值滤波去除噪声的同时, 难免出现含有线形图像的边缘轮廓信息跟随丢失的情况。为了达到滤除图像噪声最大化, 有用信息损失最小化的目的, 根据图像边缘特征选择或设计了适当大小和形状的窗口来进行中值滤波等操作。一方面, 创新性地提出将Hough变换应用到车轮裂缝CT图像的滤波窗口形状的选择上, 针对单一方向轮廓的图像, 利用Hough变换检测出裂缝的方向, 从而采用与裂缝形状相应的窗口对裂缝进行有针对性滤波, 将该方法与传统方法进行了对比实验, 并将60层滤波后切片图像堆栈得到了三维图像; 另一方面, 针对含有多个方向轮廓的图像, 为了进一步改善滤波效果, 提出根据像素梯度设计斜向滤波器, 对多方向的线对进行滤波, 数据显示经改进方法滤波后图像的峰值信噪比(PSNR) 较传统的中值滤波提高了4~6, 结构相似性(SSIM)提高了1%~2%左右, 最后用683层荞麦切片CT图堆栈得到三维图像, 对比滤波前后图像, 可知该方法滤波效果良好。