一维线性投影的凝视光学层析成像系统研究

发布时间：2022-01-20 10:16

　　基于计算成像的一个重要分支——计算断层成像,本文将计算断层成像概念引入目标表面特征探测,并借鉴圆锥狭缝式扫描成像的思想,设计了一种一维投影采样的光学凝视层析成像系统。本成像系统基于断层扫描的投影重建理论,将傅立叶域中滤波函数与投影函数的乘积转换为空间域中对应函数的离散卷积,解决了投影数据在傅立叶域中插值困难以及数据失调导致重建伪像等问题。为了直接获取目标物的一维投影数据,本文使用一种光学调制方法,通过柱面镜与成像镜组的合理组合实现了将目标物体二维图像信号调制为一维投影积分信号。通过仿真软件ZEMAX分析光学调制系统的光学特性以及信号衰减并设计一种优化后的一维光学调制模型。在目标无接触且探测器凝视的情况下,为实现多角度的目标投影数据采样。本文根据别汉棱镜的光学转像特性,研究推导了别汉棱镜的三轴失调导致的像跳轨迹方程,设计了一种在成像光路中实现目标像转动的简易机械装置,该装置与圆锥狭缝式的扫描结构相比更加简易,增强了系统的采样稳定性。搭建了一套完备的硬件系统,系统通过自行编写的上位机程序控制步进电机与采样相机,实现自动化装置校准、数据采样、数据调理和图像重建。通过对美军F-117飞机模型的... 

【文章来源】：合肥工业大学安徽省 211工程院校 教育部直属院校

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【学位级别】：硕士

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医学CT机采样模型

第二章一维线性投影光学层析成像原理5第二章一维线性投影光学层析成像原理层析成像技术中目标物体可被视作某个二维像空间分布的函数(,)，在信息探测采样环节中关键是获取该目标物体（(,)）在不同角度下的积分投影函数，利用X射线照射获取物体对X光衰减系数可以呈现目标图像。图2.1医学CT机采样模型Fig2.1ThesamplingmodelofCTmachine在医学CT中，X光源和探测器环绕人体截面。将断层扫描成像概念引入平面目标特征获取后，与普通相机拍摄的直接光学成像不同，同时探测器不再是传统层析概念中在目标物体截面上，而是垂直于目标截面。图2.2一维线阵投影的光学层析采样模型Fig2.2Thesamplingmodelofopticaltomographybasedon1-Dlinearprojection如图2.2所示，通过转像系统实现类似CT中探测器和X光管对目标截面的环绕，光学调制系统实现对转像后的信号调制为目标物的投影。以往的研究是用面阵相机采集目标物体在相机靶面上的光强分布，作为目标物体的二维分布函数的原始信息，然后通过计算处理获得积分投影函数。这显然没

合肥工业大学学历硕士研究生学位论文6有真正做到层析成像技术中投影信息采集。在本章中，将重点讨论通过一维光学调制系统如何实现探测器在垂直与目标截面上直接采集目标物体的光强积分投影函数。2.1光学层析成像原理2.1.1光学平面层析探测过程在医学CT中，将探测器采集的X光沿着特定的路径上物体衰减系数的线积分作为一次测量结果，如公式2.1所示，p为投影测量值，为特定路径L上衰减系数。=∫.(2.1)图2.3CT积分投影测量示意图Fig2.3ThediagramofCTprojectionintegralmeasurementX光源和探测器沿着彼此平行且等间距的路径平移采集数据形成一组投影测量，然后围绕目标物体以旋转中心改变固定角度重复投影测量，持续整个过程直到旋转角度累计达到180以上，通过对采集的数据进行标定处理计算重建获得重建的CT图像[23]。这个投影采集过程数学模型化便是Radon变换（RadonTransform），在Radon变换中公式2.1可替换为=∫(,).(2.2)其中(,)表示目标物体，直线L可以表示为+=，d表示直线到坐标原点或旋转中心的距离，为直线方向。公式2.2可转化为关于角度和距离d的函数并使用函数展开得：(,)=(,)(+).(2.3)

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硕士论文
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本文编号：3598644