低对比度核成像增强方法研究

发布时间：2020-06-10 16:16

【摘要】：核成像技术(Nuclear Imaging Technology)是将传统的核科学技术与现代数字成像技术相结合的新兴成像技术。借助核射线以及与核反应相关的粒子等的透射能力,核成像通过图像展示被测物体内部的结构信息,已被广泛的用于医学诊断、工业无损检测、生命科学、国防、安检等领域。对比度较低是核成像中普遍存在的一种现象,实际应用中的成像环境和设备等因素导致核成像不够清晰、严重的噪声污染、模糊等低对比度现象,影响了核成像在无损检测中的应用。基于数字图像处理技术的核成像处理方法在核成像预处理中有着重要的地位。针对核成像的增强方法,本文重点围绕核成像边缘提取与增强以及去噪增强两个具体问题进行了研究:一、核成像边缘提取与增强首先,为了获取并增强包含图像大部分信息的边缘结构,提出一种基于核成像数据稀疏表示的边缘提取与增强方法。首先,采用计数操作,滤除图像中孤立的噪声点和平滑区域像素点对获取边缘的影响;然后,根据成像数据内在结构的稀疏特性,对图像中每个图像块的稀疏结构进行了描述;最后,构建了基于全局数据稀疏性的表示结构,并提出阈值自适应选取策略。通过采用成像数据稀疏表示的方式,可以在一定程度上提高边缘提取与增强的效率。其次,针对核成像降质现象的多样性和复杂性,提出基于广义范数情形下的核成像边缘提取与增强的方法。该方法分析了不同范数对图像稀疏结构的刻画形式,并对比不同范数结构的选择对边缘增强效果和处理时间的影响,给出一种简单的范数形式来描述图像的结构和特征。该研究方法充分考虑了核成像数据的稀疏结构,避免了边缘增强主程序前的预先滤波平滑操作,进一步缩短边缘提取与增强的时间。二、核成像去噪增强提出了基于中子成像技术的图像去噪增强方法。在中子成像过程中,中子束中伴随的γ射线会对成像系统中的感光元件造成干扰和损伤,导致成像结果中出现一些高亮度、大小不一、分布随机的白斑,称之为γ白斑噪声。这些噪声对核成像分析和处理带来很大的困难。针对此问题,本文提出一种基于“检测-腐蚀-增强”策略的核成像去噪增强方法。首先,结合空间自适应滤波器和中值滤波器的协同操作,实现γ白斑区域的“检测”;然后利用传统中值滤波的平滑功能,对γ白斑所在区域进行“腐蚀”;最后,通过迭代,逐步削弱并消除γ白斑噪声,输出最终“增强”结果。本论文运用数字图像处理方法提高核成像的质量,增强图像中的重要信息,提高成像的对比度,对医学诊断和工业无损检测的准确度和处理速度的提升具有一定的指导意义。实验表明本文提出的边缘提取和增强方法具有提取增强效果好和处理时间短的优点,可以有效地实现核成像的边缘提取和增强;针对中子成像中特有的γ白斑噪声,本文提出的增强方法能够有效去除γ白斑噪声,并且能够很好地保护图像的边缘等细节信息,同时该方法在处理其他类型噪声的时候也具有稳定的性能并取得较好的效果。
【图文】：

成像系统

图 2.1 CT 成像系统组成第一台 CT 问世至今，CT 已经经历了“五代”发展历史[23间和效果上的重大提升。机的组成包括一个 X 线管和晶体探测器，，探测器的数目线管和对应探测器相当于一个整体，同步平移和旋转°后停止。扫描时间长，效率低、形成的图像质量不高是并且，运动伪影现象也很严重。第一代 CT 被称为头颅只能用于头部的扫描和成像。第一代 CT 的扫描方式示是世界上第一张临床CT图像，于1971年10月1日在英国获得。该患者疑似有额叶肿瘤，从 CT 图像中可以看出部位有一个椭圆形黑色的阴影区域，这部分并非正常的机对扫描方式进行了改进，从而缩短了扫描的时间。将探测器的数目也不是原本的两三个，增加到了大约 30+旋转”，但是旋转角度发生了很大的改变，旋转角度的跨描速度的提升起到很大的作用。这一代 CT 机的成像质

CT图像,第一,扫描方式,旋转角度

最主要的缺点，并且，运动伪影现象也很严重。第一代 CT 被称为头颅 CT 机，因为它的尺寸、规模等只能用于头部的扫描和成像。第一代 CT 的扫描方式示意图如图 2.2（a）所示。图2.2（b）是世界上第一张临床CT图像，于1971年10月1日在英国伦敦的AtkinsonMorley 医院照射获得。该患者疑似有额叶肿瘤，从 CT 图像中可以看出，在该 CT 图像中脑部的左偏上部位有一个椭圆形黑色的阴影区域，这部分并非正常的脑部组织。第二代 CT 机对扫描方式进行了改进，从而缩短了扫描的时间。将原本的 X 线束由线型改为扇形，探测器的数目也不是原本的两三个，增加到了大约 30 个。它的扫描方式依然是“平移+旋转”，但是旋转角度发生了很大的改变，旋转角度的跨度提高到了30 °
【学位授予单位】：东北师范大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TP391.41;O434.1

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