在某燃料元件产品中燃料颗粒随机弥散分布在非金属材料中，表征燃料颗粒的分布状况进而评估产品工艺质量具有重要意义。针对该问题，对三维空间内相邻燃料颗粒的间距测量进行了研究，使用X射线微焦计算机层析成像（CT）对该类产品进行了三维扫描成像，从而得到了三维CT图像。在三维CT图像的基础上，提出了一种结合改进型空间直觉模糊C均值聚类和三维区域生长的自动算法，用于分割图像中的燃料颗粒以得到每个燃料颗粒的空间结构。然后，通过计算质心获得燃料颗粒的中心坐标，进而自动计算出相邻燃料颗粒的空间距离。通过仿真实验验证了所提算法的可行性，通过标准球实验验证了测量误差，并通过实际燃料元件测试了相邻燃料颗粒间距的自动测量，表明了所提方法对燃料颗粒间距测量的有效性。

为了提高电站锅炉自动化程度, 为真实锅炉的优化控制提供新颖的实时在线测量手段, 采用计算机层析重建和激光吸收光谱技术相结合的方法, 进行了理论分析和实验验证。仿真实验证明了仅采用2个投影方向即能够实现温度峰值位置的重建及其相对高低的分辨; 布置6条测量路径形成测量网格, 得到真实锅炉炉膛的实时在线2-D温度场重建数据。结果表明, 炉膛平均温度与锅炉蒸汽流量的相关系数达到0.91, 回归分析得到决定系数为0.88; 可将平均温度作为炉膛内实时的总辐射能的表征, 用于避免锅炉超调, 根据温度可获知燃料总的热值波动, 2-D温度场的重建可用于锅炉调平。该研究为锅炉提供了非接触式测量手段, 为提高锅炉自动化程度和研究燃烧优化控制提供了重要支持。

提出了一种基于图形处理器(GPU)并行加速双能计算机层析成像(CT)重建的整体解决方法。该方法通过将双能采样数据视角配准步骤整合到基本的双能CT重建过程中,保证了双能投影分解的准确性,从而提高了双能CT重建的准确性。通过在反投影步骤中同时反投影几种图像,避免重复计算投影地址,并且在整体重建过程的各个步骤中采用GPU并行方式进行计算,有效提高了双能CT的重建速度。重建图像为2种和4种时,与重复执行多次单能CT并行重建相比,本文方法的重建过程加速比分别为1.88和3.24,其中最耗时反投影步骤加速比分别为1.90和3.66。实验和实际应用证明了该方法可有效提高双能CT重建的准确性和速度。

计算机层析成像(CL)系统对于扁平状物体的检测具有独特的优势,几何参数标定是CL系统获得高质量图像的重要步骤。现有CL系统几何参数标定方法仅能标定部分几何参数,难以一次完成所有几何参数的标定。借鉴计算机断层成像(CT)系统几何参数标定方法,提出了一种高精度的迭代标定方法,利用简单体模快速标定CL系统的所有几何参数。对CT系统几何参数标定方法用于CL系统的有效性进行分析,确定对CT系统几何参数标定方法敏感的CL系统几何参数;根据CL系统投影几何关系,构建新的反映CL实际系统与理想系统间误差的非线性最小二乘目标函数,利用迭代法不断优化敏感参数和其他关键参数。实验结果表明,本文方法能够有效标定CL系统所有几何参数,敏感参数以及受敏感参数影响的其他几何参数标定精度均有明显提升。利用已标定的几何参数重建三维Shepp-Logan体模和印刷电路板体模,重建图像中没有几何伪影,验证了算法的有效性。

双能计算机层析成像(CT)投影分解是双能CT预处理重建算法的关键步骤,在采用迭代算法求解双能投影积分方程组时,迭代初值的选择对迭代的收敛性影响很大。为了解决双能投影积分方程组迭代求解的初值选择问题,提出一种优化迭代算法。该算法在计算双能基材料投影查找表以及进行系统标定时,依据高低能投影数据的数值范围,设置一定的步长,按照高低能投影值的大小依次求解对应的基材料投影,并以上次的收敛结果作为下次迭代的初值。结果表明,该优化迭代算法有效改善了迭代的收敛性,提高了双能CT系统标定的效率,验证了算法的有效性。

与传统计算机层析(CT)成像技术相比，能谱CT可在一次扫描中得到物体在不同能谱通道下的投影图像，这有利于区分物体的材质，提高信号噪声比。基于光子计数探测器的能谱CT是近年来成像领域研究的热点。由于能谱通道变窄，每个能谱通道内的噪声增加。为了有效降低通道内的噪声，采用基于全变分最小化的Split-Bregman算法进行图像重建。根据重建模体的先验信息，进行能谱通道的划分；采用Split-Bregman算法对含噪声和稀疏角的能谱投影数据进行重建。仿真结果表明，基于Split-Bregman算法的能谱CT图像重建方法能够有效减少能谱通道内噪声的影响，满足物体材质区分的需求。

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。

针对复杂多变的肝脏图像,提出了一种基于先验稀疏字典和空洞填充的三维肝脏图像分割方法。对腹部CT图像进行Gabor特征提取,并分别在Gabor图像和灰度图像的肝脏金标准边界上选择大小相同的图像块作为两组训练集,利用训练集得到两种查询字典及稀疏编码。将金标准图像与待分割图像配准,并将配准后的肝脏边界作为待分割图像的肝脏初始边界;在初始边界点上的十邻域内选择大小相同的两组图像块作为测试样本,利用测试样本与查询字典计算稀疏编码及重构误差,并选择重构误差最小的图像块的中心作为待分割肝脏的边界点;最后,设计一种空洞填充方法对肝脏边界进行补全和平滑处理,得到最终分割结果。利用医学图像计算和计算机辅助介入国际会议中提供的肝脏数据进行了实验验证。结果表明,该方法对肝脏分割图像具有较好的适用性和鲁棒性,并获得了较高的分割精度。其中,平均体积重叠率误差为(5.21±0.45)%,平均相对体积误差为(0.72±0.12)%,平均对称表面距离误差为(0.93±0.14) mm。

密度是竹材重要的物理指标之一, 与竹材的许多物理力学性能紧密相关。 采用计算机层析成像(CT)技术, 对2-5年生梁山慈竹(Dendroclamus farinosus)的密度时空变异特性进行了系统研究;利用正交试验设计确定了适宜的扫描参数, 对其气干密度(Y)与相对应的CT值(X)之间的相关性进行分析研究, 建立了线性回归模型(Y=0.001X+1.148)并验证了该模型的准确性, 得出两者之间存在着线性关系;同时利用模型计算出梁山慈竹径向和纵向的密度变化规律。 为实现梁山慈竹密度的精准高效检测提供了新方法, 也为深入研究竹材的材性和构造提供了新思路。

为了精确提取莫尔条纹偏移量, 提出了隧道探索算法, 并将其应用于实际莫尔条纹分析.使用双光栅产生莫尔条纹, 抓拍多方向投影.应用数字图像处理技术, 追踪分析实验莫尔条纹.首先, 追踪各条纹的极大值分布, 根据条纹极大值分布挖掘条纹隧道, 调整挖掘宽度, 即像素宽度, 既实现隧道贯通, 又不干预相邻条纹.然后, 二值化莫尔图, 噪声滤波, 滤除条纹隧道壁上的噪声毛刺, 使隧道壁趋于光滑.最后, 根据两侧隧道壁的布局, 探索条纹隧道走向, 提取隧道走向数据, 获得条纹偏移量.并进一步转换为偏折角, 即光学计算机层析投影.应用非线性自适应迭代重建算法对偏折角进行迭代重建.结果发现, 最高重建截面温度是492 ℃, 额定电热器表面温度大约500 ℃, 重建截面恰恰在电热器上表面上方, 所以重建结果是有效的.