1 重庆大学光电技术及系统教育部重点实验室, 重庆 400044
2 重庆大学工业CT无损检测教育部工程研究中心, 重庆 400044
常规显微计算机断层成像(CT)存在空间分辨率越高CT扫描视场越小的矛盾。近年来提出的基于电子束偏转扫描阵列微焦点X射线源的大视场显微CT(EBMCT),不仅保持了高空间分辨率的优点,也大幅扩大了CT扫描视场,增大了可检样品的尺寸。但EBMCT特殊的多焦点阵列扫描方式,导致其投影数据既存在截断问题也存在冗余问题。目前EBMCT一般采用对投影数据要求不高的迭代图像重建算法。然而,阵列焦点的投影数据量庞大,迭代算法的计算消耗大、重建时间长,难以满足EBMCT快速CT扫描检测需求。提出了一种平滑加权多源滤波反投影(MSFBP)算法。仿真和实验结果表明,算法很好地消除了投影数据冗余带来的伪影,并较好地抑制了截断伪影;均方根误差、峰值信噪比、结构相似性、空间分辨率等重建图像质量指标均优于常规重排等传统图像重建算法。在计算机硬件、图像矩阵等相同的条件下,所提算法的重建速度比联合代数迭代重建算法快3.3倍以上,为EBMCT系统在快速、大视场CT检测应用方面提供了良好的基础。
光学学报
2022, 42(11): 1134023
强激光与粒子束
2022, 34(4): 041006
中北大学 动态测试省部共建实验室,山西 太原 030051
为了更好地实现乳腺癌的早期精确诊断, 设计了一种基于聚焦环阵的新型超声CT成像系统。256个电容式微加工超声换能器（CMUT）环形分布于乳腺四周, 采用64个换能器发射, 对面64个换能器接收的方式进行, 在COMSOL中依次进行256次仿真来实现环形扫描。根据超声相控阵原理进行发射聚焦后, 采用滤波反投影算法进行图像重建。聚焦到乳腺外部时, 重建偏差值小于0.05%, 聚焦到4号肿瘤时, 该区域重建偏差值仅为0.002%。实验结果表明, 该系统可以用于乳腺癌的早期精确诊断, 且能提高内部肿瘤的检测质量。
超声 相控阵 断层成像 滤波反投影算法 ultrasound phased array tomography COMSOL COMSOL filtered back projection algorithm
非视域(Non-Line-of-Sight, NLOS)成像技术可以对被其他物体遮挡住(如拐角处、烟雾后等)的隐藏目标进行探测和成像,因此在机器视觉、安防、医学影像、灾难救援和自动驾驶等领域具有重要的应用价值。该技术通过利用脉冲激光束和时域信号探测器扫描特定表面来实现上述功能。目前NLOS技术仍然存在诸多不足之处,比如扫描时间长、计算时间长等。针对这些情况,提出了一种凝视型快速探测与重建方法。模拟结果表明,该方法可探测高反射物体,并可有效增大视域范围。
非视域成像 单光子雪崩二极管 滤波反投影 non-line-of-sight single-photon avalanche diode filtered back projection
李颖超 1,2,3,*刘昂 1,2,3李贵叶 1,2,3刘丽娜 1,2,3[ ... ]陈玲玲 1,2,3
1 深圳市激光工程重点实验室, 广东 深圳 518060
2 深圳大学先进光学精密制造技术省高校重点实验室, 广东 深圳 518060
3 深圳大学光电工程学院, 广东 深圳 518060
光学投影断层成像技术是一种新颖的针对毫米至厘米量级的介观尺寸的三维荧光成像技术，具有经济、快速、分辨率高和成像范围广等优异性能，是当今生物医学光子学领域的研究热点之一。综述了光学投影断层成像的技术原理、发展研究现状以及其广泛的应用领域，阐述了不同光学投影断层成像技术的特点。目前光学投影断层成像技术的发展主要集中在系统自身(包括焦平面扫描、角度复用、角度滤波等方法)的改进、后期图像重组算法的改进以及该技术结合多维度荧光成像技术三个方面。通过技术细节的改进和发展，光学投影断层成像在生物医学、组织形态学和组织病理学、活体成像和荧光标记追踪等研究领域获得广泛应用。
生物光学 荧光成像 光学投影断层成像 滤波反投影算法 介观成像 三维成像
上海大学 通信与信息工程学院，特种光纤与光接入网省部共建重点实验室，上海 200072
基于数字全息显微层析技术，采用横向干涉系统，旋转被测的扭转保偏光纤，获得光纤180°视角下各个角度的全息图并由CCD记录, 通过图像处理与再现算法提取物光波的相位分布信息.利用滤波反投影还原出光纤各个断面的二维折射率分布，并由此构建扭转保偏光纤的三维折射率分布，揭示扭转保偏光纤内部的三维信息.测量结果显示，扭转保偏光纤的应力柱随着光纤同时扭转，但包层、应力柱和纤芯的折射率并不改变.采用边缘检测提取了光纤不同断面应力柱的位置，并计算了扭转保偏光纤的扭转角度.
数字全息 三维折射率 扭转保偏光纤 三维结构 滤波反投影 横向干涉系统 Digital holography 3D refractive index Spun polarization-maintaining optical fiber 3D inner structure Filtered back-projection algorithm Transverse interference system Edge detection algorithm
1 重庆大学光电技术及系统教育部重点实验室， 重庆 400044
2 重庆大学工业CT无损检测教育部工程研究中心， 重庆 400044
射线源和探测器作相对平行直线运动的计算机层析成像扫描系统(OPLCT)结构简单，成本低，易于实现便携或可移动的应用需求。该扫描方式的前期研究采用顺序子集-同时迭代重建算法，该算法存在图像重建时间长、不能实现快速成像等问题。从傅里叶积分定理出发，推导OPLCT滤波反投影(OPLFBP)图像重建算法。构建的一次直线扫描(1T)图像重建模型属于有限角问题，OPLFBP算法不能完全重建出目标图像；进一步提出多次线性扫描并构建了两次垂直(2T)和三次圆周均匀分布(3T)的CT直线扫描模型。1T、2T和3T模型下的仿真结果表明OPLFBP算法正确可行，且2T、3T扫描与相似参数下圆周扇束扫描滤波反投影算法得到的重建图像相近。
成像系统 计算机层析成像 图像重建 相对平行直线扫描 滤波反投影 有限角
1 湖南工业大学理学院,湖南 株洲 412000
2 江西科技师范大学光电子与通信重点实验室,江西 南昌 330038
构建一套基于环形阵探测器的快速光声成像系统用于生物组织的结构成像。该系统以环形阵探测器探测光声信号,采用八通道的采集系统采集光声信号,再利用有限场滤波反投影算法重建光声图像。利用埋有铅笔芯的琼脂样品来测试该系统的分辨率,利用离体猪眼和在体老鼠头部血管成像来验证系统的成像能力。实验结果表明,该系统能方便快速地实现生物组织的结构成像,有望实现早期乳腺癌的临床检测应用。
光声成像 成像系统 有限场滤波反投影算法 环形阵列探测器 photoacoustic imaging imaging system limited-view filtered back projection algorithm annular transducer array
1 西安电子科技大学物理与光电工程学院, 陕西 西安 710071
2 西北核技术研究所强脉冲辐射环境模拟与效应国家重点实验室, 陕西 西安 710024
重建算法是计算机断层成像（CT）技术的核心。在解析法CT重建过程中，结合先验信息和引入优化约束条件较为困难。通过对滤波反投影(FBP)原理及其重建图像与理想CT 图像差值关系的分析，构造了以FBP 为基础的迭代循环，解决了解析重建过程中先验信息的利用和优化约束条件的引入问题。为抑制迭代FBP 产生的图像伪影，将全变分(TV)模型引入重建过程，建立了TV 约束迭代滤波反投影CT 重建方法。在数值模拟中，针对完善投影数据、稀疏投影数据、含金属投影数据和有限角投影数据等不同情况，重建出了与原始模型高度一致的CT 图像，研究表明TV 约束迭代滤波反投影方法是一种精度高、适应性较强的CT重建方法。
X 射线光学 计算机断层成像 滤波反投影 全变分 迭代法
