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。

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。

针对裂缝区域分割的需求和石油岩芯CT图像的特点,改进了现有的水平集分割算法。首先对图像中值滤波去噪后运用C-V模型对图像进行初分割,把背景区域和岩芯区域准确分开,得到岩芯区域的轮廓;然后调整轮廓外区域的灰度值,使之等于岩芯区域平均灰度值,增强目标区域; 最后再进行RSF模型细分割,得到最终分割结果。对于高斯噪声污染严重的岩芯图像,先采用了邻域加窗的非局部均值去噪方法,再用改进水平集算法分割,实验结果表明该分割方法是有效的。

针对工程应用中常见的轴向变化剧烈工件，研究一种Zernike矩亚像素层间拟合轮廓旋转积分的高精度体积测量算法。首先用Zernike矩方法提取亚像素级轮廓，其次采用多项式拟合切片轮廓，并进行等相角间隔采样；然后对等相位的轮廓点采用多项式拟合并通过外插法自动预测工件顶端，将各拟合轮廓旋转一个相角，对旋转块积分并累加得到待测工件的体积。分别对体积相等的3个试块进行CT扫描测量实验，结果表明该算法的测量误差低于0.7%；对实际含内腔工件进行测量实验，结果表明该算法测量精度是Canny台体法的1.5倍。

为提高工业计算机断层扫描(CT)图像亚像素边缘检测的精度和速度，研究了一种改进的Zernike矩边缘检测方法。该方法采用Sobel边缘算子快速检测出图像所有可能的边缘，通过Zernike矩算子对所有可能的边缘进行重新检测，最后，检测出图像的亚像素边缘并计算其精确位置。由于采用Sobel算子检测出可能的边缘使后续Zernike矩算子检测范围缩小，从而减小了运算量，提高了运算速度。对实际CT图像进行的实验结果表明: 改进的Zernike矩工业CT图像边缘检测精度绝对误差＜0.24 pixel，改进算法的运算速度提高了约70%。