工业CT重建算法加速及三维可视化技术

发布时间：2017-06-16 09:08

  本文关键词：工业CT重建算法加速及三维可视化技术，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：在工业CT重建中,因重建数据量大、运算复杂度高等常导致重建时间长、重建所需硬件平台昂贵,难以满足工程需要等问题,因此在普通PC平台上实现对CT重建算法的加速成为近年来研究的热点。此外,在对CT重建数据进行三维可视化中,同样存在因使用商业软件带来的昂贵费用问题。针对这些问题,本文主要研究了工业CT重建算法的加速实现及三维可视化软件的设计。论文的主要工作有:1.使用CUDA编程模型对FDK重建算法中的各步骤进行了加速,相对于CPU端取得了超过70倍的加速比。论文在加权和滤波过程中通过减少主机和设备端的数据传输次数以提高GPU的带宽利用率,减少数据传输延迟;在滤波过程对数据重排以减少存储空间和无效运算次数;在反投影重建过程中使用纹理硬件插值代替软件插值过程以提高算法运算速度。同时,论文还使用如将三角函数的运算结果提前绑定到常量存储器中等方法以减少访存时间。2.提出双数组结合修正的改进方法对影响ART重建算法的二维投影系数计算进行加速。实验证明,该算法与Siddon算法相比,取得了超过11倍的加速比,与文献[45]相比,取得了1.6倍加速比,将该算法进行CUDA加速,相比Siddon算法,取得了超过30倍的加速比。最后将该改进算法推广到SART、ML-EM、OS-EM和OS-SART中,相比文献[45],取得了接近2倍的加速比。3.在VTK实现光线投射算法的基础上,使用VTK结合MFC设计并开发了三维可视化软件。该软件分为四个显示窗口,可实现总体及各切面显示,支持对二维raw格式及DICOM标准格式切片的读取查看,支持对三维体数据的旋转、缩放、平移及任意角度剖切查看等功能。
【关键词】：工业CT CUDA FDK算法 迭代重建算法 三维可视化
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP391.41
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第一章 绪论10-17
• 1.1 课题的研究背景及意义10-12
• 1.2 国内外研究现状12-15
• 1.2.1 CT重建算法加速的国内外研究现状12-14
• 1.2.2 三维可视化技术的国内外研究现状14-15
• 1.3 论文的主要内容15-17
• 第二章 CT重建与CUDA加速基础17-27
• 2.1 CT重建的物理基础17-18
• 2.2 CT重建的数学基础18-20
• 2.2.1 Radon变换18-19
• 2.2.2 Radon反变换19-20
• 2.2.3 Fourier中心切片定理20
• 2.3 锥束CT成像系统20-21
• 2.4 CUDA加速基础21-26
• 2.4.1 GPU发展概述22-23
• 2.4.2 CUDA的硬件架构23-25
• 2.4.3 CUDA编程模型25-26
• 2.5 本章小结26-27
• 第三章 基于CUDA的锥束CT重建算法加速27-45
• 3.1 FDK重建算法分析及加速27-31
• 3.1.1 FDK重建算法原理27-28
• 3.1.2 基于CUDA的FDK算法加速28-30
• 3.1.3 重建结果分析30-31
• 3.2 ART重建算法分析及加速31-44
• 3.2.1 ART重建算法原理31-34
• 3.2.2 一种投影系数计算的改进算法34-40
• 3.2.3 基于CUDA的ART重建算法加速40-42
• 3.2.4 改进算法推广42-44
• 3.3 本章小结44-45
• 第四章 工业CT图像的体绘制技术45-55
• 4.1 体绘制算法概述45-46
• 4.2 体绘制中的光学模型46-48
• 4.2.1 光线吸收模型46-47
• 4.2.2 光线发射模型47-48
• 4.2.3 光线吸收发射模型48
• 4.3 光线投射算法中的关键技术48-51
• 4.3.1 光线投射算法基本思想49
• 4.3.2 光线投射算法关键步骤分析49-51
• 4.4 可视化软件包VTK基础51-54
• 4.4.1 VTK概述51
• 4.4.2 VTK层次架构51-54
• 4.4.3 VTK可视化流程54
• 4.5 本章小结54-55
• 第五章 基于VTK的三维可视化软件设计55-65
• 5.1 软件功能需求分析55-56
• 5.1.1 文件操作55-56
• 5.1.2 数据可视化及任意角度剖切56
• 5.1.3 轴向任意层切片查看56
• 5.2 软件方案设计56-59
• 5.2.1 系统结构设计56-57
• 5.2.2 软件界面设计57-59
• 5.3 三维可视化软件实现59-62
• 5.3.1 可视化软件界面实现59
• 5.3.2 软件的功能实现59-62
• 5.4 实验结果及分析62-64
• 5.5 本章小结64-65
• 第六章 总结与展望65-67
• 6.1 论文完成的主要工作65-66
• 6.2 工作展望66-67
• 参考文献67-73
• 硕士期间发表的论文及所取得的研究成果73-74
• 致谢74-75

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 骆岩红;王建华;;基于CUDA架构的FDK算法的研究[J];工业仪表与自动化装置;2015年06期

2 雷德川;陈浩;王远;张成鑫;陈云斌;胡栋材;;基于CUDA的多GPU加速SART迭代重建算法[J];强激光与粒子束;2013年09期

3 杨文良;魏东波;;一种改进投影系数计算的快速ART算法[J];CT理论与应用研究;2012年02期

4 邓甜;邓倩妮;;锥束CT的FDK算法与CUDA实现[J];微型电脑应用;2011年06期

5 史怀林;孙丰荣;姜威;刘炜;秦通;李新彩;;CT图像SART重建技术的CUDA并行实现[J];计算机应用;2011年05期

6 秦安;桂叶晨;冯前进;陈武凡;;基于CUDA架构与B样条的实时锥束CT重建算法[J];电路与系统学报;2010年04期

7 王珏;曹思远;邹永宁;;利用CUDA技术实现锥束CT图像快速重建[J];核电子学与探测技术;2010年03期

8 张顺利;张定华;黄魁东;程云勇;;锥束ART算法快速图像重建[J];仪器仪表学报;2009年04期

9 周斌;王连堂;王俊杰;翟亮亮;;代数重建算法中一种快速投影系数计算方法[J];计算机工程与应用;2008年25期

10 张顺利;张定华;赵歆波;;代数重建法中的一种快速投影系数计算方法[J];计算机应用研究;2007年05期

中国博士学位论文全文数据库 前2条

1 许琼;X线CT不完备投影数据统计重建研究[D];西安交通大学;2012年

2 汤敏;医学图像处理中关键技术研究及基础应用平台研发[D];南京航空航天大学;2007年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 杨娟;锥束工业CT迭代重建算法及伪影校正技术研究[D];中北大学;2015年

2 王晔;基于MRI序列的鲨鱼影像三维重建系统的软件设计与实现[D];燕山大学;2015年

3 王晓鹏;锥束CT重建算法及其应用研究[D];中北大学;2014年

4 罗姗;基于FDK算法的锥束CT三维重建GPU加速[D];重庆大学;2014年

5 程咏华;基于CUDA的医学图像3D可视化技术的研究[D];西南交通大学;2013年

6 张瀚铭;直线轨迹CT重建算法研究[D];解放军信息工程大学;2013年

7 沈涛;基于颜色迁移的MRI医学图像彩色化及其在三维重构中的应用研究[D];华东交通大学;2012年

8 雷德川;基于CUDA的GPU加速迭代重建算法研究[D];中国工程物理研究院;2012年

9 王超;锥束CT迭代重建算法及其GPU集群加速技术研究[D];解放军信息工程大学;2012年

10 孙纲德;基于自动线程和超长指令的统一架构着色器的设计研究[D];浙江大学;2012年

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本文编号：454975