Автоматизация исследования методов восстановления изображения сечения по проекциям

• Автор: Бизин, Илья Валерьевич
• Шифр специальности: 05.13.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Орел
• Количество страниц: 142 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.
1 АНАЛИЗ МЕТОДОВ И СРЕДСТВ ОРГАНИЗАЦИИ ПРОЦЕССОВ ВОСТАНОВЛЕНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЯ СЕЧЕНИЯ ПО ПРОЕКЦИЯМ

1.1 Анализ технологии получения изображения сечения по проекциям

1.1.1 Трансмиссионная вычислительная томография.

1.1.2 Поколения систем трансмиссионной томографии.

1.1.3 Эмиссионная вычислительная томография.

1.2 Методы восстановления изображения сечения по проекциям

1.2.1 Метод двумерной фильтрации метод рофильтрации

1.2.2 Метод Фурьесинтеза.

1.2.3 Метод одномерной фильтрации фильтрованных обратных проекций.

1.2.4 Метод разложения в ряд Фурье метод А. Кормака.
1.2.5 Алгебраические методы восстановления изображения сечения
1.3 Анализ средств автоматизации исследований методов и алгоритмов
1.4 Постановка задачи исследования
Выводы к главе 1.
2 ПОСТРОЕНИЕ СТРУКТУРЫ И МОДЕЛИ РОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЯ МЕ ТОДОВ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЯ
2.1 Модель формирования проекционных данных.
2.1.1 Модель прямого проецирования на основе ЗПэталона.
2.1.2 Модель восстановления изображения сечения.
2.1.3 Критерий эффективности метода восстановления изображения
2.2 Диалоговая модель процесса построения схемы эксперимента
2.2.1 Язык описания схемы серии экспериментов.
2.2.2 Укладка графа схемы серии экспериментов.
2.2.3 Ограничения в графическом редакторе схемы эксперимента
2.3 Структура процесса и языковые средства автоматизации исследования.
2.3.1 Методика проведения исследований методов восстановления изображения сечения по проекциям
2.3.2 Язык описания модуля
2.3.3 Язык описания схемы серии вычислительных экспериментов
Выводы к главе 2
3 СОЗДАНИЕ И ИССЛЕДОВАНИЕ СРЕДСТВ АВТОМАТИЗАЦИИ.
3.1 Структура процесса автоматизации исследования.
3.2 Структура автоматизированной системы научных исследований.
3.3 Структура данных
3.4 Модули и их описание
3.5 Модели и алгоритмы
3.5.1 Реализация диалоговой модели программного комплекса.
3.5.2 Алгоритм отображения схемы эксперимента
3.5.3 Алгоритм оценки некорректности схемы эксперимента
Выводы к главе 3.
4 РАЗРАБОТКА И РЕАЛИЗАЦИЯ АСНИ МЕТОДОВ ВОСТАНОВЛЕНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЯ СЕЧЕНИЯ ПО ПРОЕКЦИЯМ.
4.1 Структура программного комплекса.
4.2 Организация проведения эксперимента
4.3 Технические характеристики применяемого оборудования.
4.4 Оценка эффективности автоматизации исследования
Выводы к главе 4.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Методике проведения исследований методов восстановления изображения сечения по проекциям, базирующейся на принципах формирования поточной модели управления, и использующей модель формирования проекционных данных, язык описания схемы серии вычислительных экспериментов и разработанные алгоритмы. Реализации прототипа АСНИ методов восстановления изображения сечения по проекциям, осуществляющего автоматизацию процесса формирования схемы серии экспериментов и обработку полученных результатов. Результатах исследования методов реконструкции томограмм, полученного при помощи созданного прототипа для флюорографа малодозового цифрового ФМЦ НП-0 «Взгляд Орла». Модель формирования проекционных данных. Язык описания схемы серии вычислительных экспериментов. Алгоритмы отображения и оценки некорректности схемы эксперимента. Методика проведения исследований методов восстановления изображения сечения по проекциям. В первой главе проведен анализ методов и средств организации процессов восстановления изображения сечения по проекциям. Предложена классификация существующих методов восстановления изображения сечения по проекциям. Выявлены особенности аналитических и алгебраических методов восстановления изображения в контексте последовательности применения операций, сложности алгоритма и получаемых на объектах разной природы результатов. Рассмотрены и проанализированы современные средства автоматизации научных исследований методов и алгоритмов. Во второй главе представлена разработка модели формирования проекционных данных, базирующейся на концепции трехмерного эталона и математическом аппарате преобразования Радона и методика построения схемы серии вычислительных экспериментов. Разработанная модель формирования проекционных данных включает не только идеальное преобразование, дающее интегральные проекции, но и учитывает факторы, обусловленные технологическими особенностями конструкции экспериментальной установки: люфт источников и детекторов, а так же отклонение оси вращения от нормали к плоскости сканирования. Математическая модель формирования проекционных данных включает задание тела объекта, источников и детекторов излучения, а так же организацию процесса сканирования с учетом случайных и геометрических погрешностей. В третьей главе представлена разработка АСНИ методов восстановления изображения сечения по проекциям и ее структурная схема. Разработан алгоритм отображения схемы эксперимента для отображения поточной модели управления. В основе алгоритма лежит метод укладки ацикличных ориентированных графов со сжатым распределением. Отличительной особенностью алгоритма является учет функционала процессов, сопоставленных с вершинами графа при определении их координат. Представлен алгоритм оценки некорректности модели эксперимента, учитывающий ограничения, накладываемые АСНИ. Этот алгоритм вызывается каждый раз, когда нужно осуществить действия над моделью эксперимента, в том числе и при переходе от редактирования схемы эксперимента к схеме серии экспериментов. Получены результаты исследования методов восстановления изображения сечения по проекциям в приложении к флюорографу малодозовому цифровому ФМЦ НП-0 «Взгляд Орла». При реализации модуля формирования фантома на основе трехмерного эталона сделан вывод о целесообразности реализации управления организацией вычислений в распределенной вычислительной сети. В заключении сформулированы основные результаты работы и сделаны предложения по применению полученных результатов. В приложениях приведены реконструированные изображения при различных искажениях проекционных данных, полученных при помощи разработанной модели формирования фантома на основе трехмерного эталона. Свое развитие методы восстановления изображения по проекциям получили преимущественно в вычислительной томографии и лишь после были применены в интроскопии []. Вычислительная (компьютерная) реконструктивная томография представляет собой яркий пример взрывного развития нового научного направления, проникающего практически во все области науки и техники, в которых применяются или могут быть применены какие-либо виды излучений. Она приобрела широкую общественную известность главным образом благодаря появлению и совершенствованию медицинских томографов.