Der Bandunterdrückungsalgorithmus im Bild als Werkzeug zur Verbesserung der Qualität der tomographischen Rekonstruktion

Kehren wir zur Tomographie zurück, der wir bei Smart Engines große Aufmerksamkeit widmen . Heute werden wir über den Algorithmus zur Reduzierung des Schweregrads der Bänder im Bild sprechen. Die Bänder auf dem tomografischen Synogramm würden niemanden stören, da die Synogramme nicht Ärzten oder anderen Benutzern der Tomographen präsentiert werden. Diese Bänder führen jedoch zum Auftreten konzentrischer Kreise auf den rekonstruierten Bildern (links in der Abbildung). Das Hauptinstrument zum Steuern von Streifen in dem vorgeschlagenen Algorithmus ist der Betrieb der geführten Filterung. Wir zeigen Ihnen, wie Sie ein führendes Bild für ein Synogramm erstellen, das korrigierte Synogramm berechnen und es bei der tomografischen Rekonstruktion verwenden, um ein wiederhergestelltes Bild ohne Ringartefakte zu erhalten (rechts in der Abbildung).

Dieser Text wird durch den Dialog initiiert, der nach unserer letzten Veröffentlichung über Tomographie entstanden ist. Dem Kommentar wurde vorgeworfen, dass auf dem rekonstruierten Bild Ringe sichtbar seien. In der Tat treten solche Ringverzerrungen (Ringartefakte) häufig bei tomographischen Rekonstruktionen um das Rotationszentrum des Quelle-Objekt-Detektor-Systems auf. In diesem Artikel werden wir über die Gründe für das Auftreten solcher Ringe sprechen und wie wir mit ihnen kämpfen.

In tomografischen Installationen gibt es häufig einen hervorgehobenen Punkt, um den sich etwas dreht: Entweder dreht sich das im Halter am Goniometer montierte Objekt, und die Quelle und der Detektor sind stationär. oder ein Quellendetektorsystem dreht sich um einen ausgewählten Punkt. Dies sind zwei grundlegend unterschiedliche Ansätze zur Organisation des Verfahrens zum Sammeln tomographischer Projektionen, in beiden Fällen gibt es Probleme. Woher kommen also die ringförmigen Artefakte im rekonstruierten Bild und wie kann ihre Schwere verringert werden? Das Ergebnis der Rekonstruktion (horizontaler Schnitt eines porösen Objekts mit Artefakten in Form konzentrischer Kreise) ist in Abb. 1 dargestellt. 1.

Feige. 1 Das Ergebnis der Rekonstruktion ohne Anwendung des Ringunterdrückungsverfahrens [1]

Bei der Röntgentomographie wird eine Reihe von Projektionen verwendet, die unter verschiedenen Winkeln gemessen wurden, um die räumliche Verteilung des Koeffizienten oder den „effektiven“ Dämpfungskoeffizienten der Sondenstrahlung wiederherzustellen. Eine tomographische Projektion ist ein Bild, in dem jedes Pixel das Ergebnis der Messung der Strahlungsintensität durch eine Detektorzelle enthält. Der Klarheit halber betrachten wir die Rekonstruktion nicht eines ganzen Objekts, sondern nur eines seiner Abschnitte (siehe Abb. 1). Für eine solche Rekonstruktion müssen wir nicht die registrierte Projektion des gesamten Bildes verwenden, sondern von jeder Winkelprojektion die gleiche Linie des Detektors nehmen (siehe Abb. 2).

Feige. 2 Tomographische Projektion. Der horizontale Schnitt, der an der Erstellung des Synogramms beteiligt ist, wird rot hervorgehoben.

Wir werden ein neues Bild erstellen - das Synogramm, das die entsprechenden Linien aller Winkelprojektionen sammelt (Abb. 3). Die i-te Linie des empfangenen Bildes entspricht dem i-ten Projektionswinkel. Jene. Jede Spalte enthält Messungen derselben Zelle, die unterschiedlichen Projektionswinkeln entsprechen. Ein Synogramm eines solchen Bildes wird nicht zufällig aufgerufen. Es ist leicht zu erkennen, dass es im zentralen Bereich aus Sinuskurven besteht.

Feige. 3 Ausschnitt aus einem Synogramm, das aus Linien tomographischer Projektionen zusammengestellt wurde

Im Bild sind insbesondere am hellen linken und rechten Rand, wo kein Schatten des Objekts vorhanden ist, vertikale Streifen sichtbar. Das Vorhandensein vertikaler Streifen im Synogramm ist der Grund für das Auftreten konzentrischer Kreise im rekonstruierten Bild. Es kann mehrere Gründe für das Auftreten vertikaler Streifen geben. Die unterschiedliche Reaktion der Detektorzellen auf dasselbe eingehende Signal ist eine davon. Die Detektorhersteller versuchen, diesen Effekt zu kompensieren, wenn der Detektor auf den Markt gebracht wird. Regelmäßig aktualisiert, kann die sogenannte Pixelkarte die Verschlechterung kompensieren, die während des Lebenszyklus des Geräts auftritt. Die Erstellung ist ein kostspieliges Verfahren, da eine kalibrierte Quelle erforderlich ist. Jene. Entweder muss der Benutzer eine eigene Quelle haben oder er muss sich an das Unternehmen wenden.Bereitstellung dieser Art von Service. Eine Alternative ist die Verwendung vertikaler Streifenunterdrückungsalgorithmen. Die zweite mögliche Quelle für das Auftreten von Bändern im Synogramm ist das Zusammenfügen von Bildbereichen. Tatsache ist, dass das abgebildete Objekt nicht immer vollständig in das Sichtfeld des Detektors passt. Die Menschheit bewegt sich unaufhaltsam in Richtung einer Erhöhung der räumlichen Auflösung der Tomographiemethode. Ich möchte große Objekte, zum Beispiel einen menschlichen Kopf (eine vertikale Größe von mehreren zehn Zentimetern), mit einer NANOMETER-Auflösung tomographieren. Es ist einfach zu berechnen, wie viele Pixel eine Matrix haben muss, um die gewünschte Projektion zu registrieren. Jetzt versuchen sie, das Problem zu lösen, indem sie die registrierten Abschnitte der Teile des Objekts zusammenfügen, die mit Überlappung aufgenommen wurden. Beim Nähen treten ähnliche Artefakte auf. Eine andere Quelle von Bändern ist die Instabilität des Strahls selbst, d.h.Änderung der Strahlintensität von Projektion zu Projektion. Unabhängig vom Grund für das Auftreten vertikaler Streifen erzeugen sie während der Rekonstruktion Ringartefakte, die normalerweise durch Nachbearbeitung der rekonstruierten Bilder entfernt werden. Wir werden mit Ringen kämpfen, indem wir vertikale Streifen filtern.

Beschreibung des Algorithmus und der Experimente

Da die Rekonstruktion nicht das Ergebnis vom Detektor empfängt, sondern auf einen leeren Strahl und das logarithmierte Bild (Fig. 4) normiert wird, wird dieser Algorithmus in den nachstehend beschriebenen Algorithmus eingegeben.

Feige. 4 Das Ergebnis des auf ein leeres Bündel eines Synogramms normierten Logarithmus

Bei der Methode zur Unterdrückung vertikaler Streifen wird der Algorithmus der geführten Filterung (Abb. 5 [2]) als Hauptwerkzeug verwendet.

Feige. 5 Schematische Darstellung der Filterung [2]

Die Grundlage der geführten Filterung ist das Vorhandensein von Master- und Slave-Bildern. Wir wollen ein führendes Bild erstellen, auf dem die Sinuskurven gut dargestellt werden und die Schwere der vertikalen Streifen schwächer wird. Der erste Schritt besteht darin, die Ableitung in horizontaler Richtung zu berechnen (Fig. 6), d.h. in der Richtung senkrecht zur Richtung der Streifen.

Feige. 6 Horizontale Ableitung des prologarithmischen Synogramms

In einem vergrößerten Bildausschnitt (Abb. 7) erscheint das durch die Instabilität des Strahls während der Messung verursachte Rauschen als Diskontinuität in den vertikalen Bändern.

Feige. 7 Vergrößerter Bildausschnitt. 6

Für jede Spalte führen wir die eindimensionale Faltungsoperation durch, um den Beitrag der hochfrequenten Rauschkomponente zu reduzieren (Abb. 8).

Feige. 8 Faltungsergebnis

Ein vergrößerter Ausschnitt ist in Abb. 1 dargestellt. 9.

Feige. 9 Vergrößerter Bildausschnitt

Wir sind jedoch noch auf dem Weg, das führende Bild zu erstellen. Wir wenden die kumulative Summierungsoperation Zeile für Zeile auf das in Abb. 1 dargestellte Bild an. 8. Das Ergebnis führte uns aus dem Raum der Ableitungen heraus und bewahrte die niederfrequenten Abhängigkeiten (Abb. 10).

Feige. 10 Das Ergebnis der zeilenweisen Anwendung der kumulativen Summierungsoperation

Subtrahieren Sie das Ergebnis vom logarithmischen Synogramm, um den Prozess der Erstellung des Leitbilds abzuschließen (Abb. 11). Es bleibt uns überlassen, den Filtervorgang durchzuführen (Abb. 5).

Feige. 11 Leitbild

Das Ergebnis der Operation mit dem Fenster (9.1) und E = 0,00001 ist in Abb. 1 dargestellt. 12.

Feige. 12 Ergebnis einer durchgeführten Filteroperation

Feige. 13 Unterschied zwischen dem Eingabebild und dem Filterergebnis

. Abbildung 14 zeigt die Ergebnisse der tomografischen Rekonstruktion mit ungefilterten (links) und gefilterten (rechts) Projektionen.

Feige. 13 Ergebnisse der tomographischen Rekonstruktion

Fazit

Wir haben den Unterdrückungsalgorithmus auf den Synogrammen vertikaler Streifen beschrieben, deren Vorhandensein zum Auftreten konzentrischer Kreise auf den rekonstruierten Bildern führt. Jeder, der mit tomografischen Bildern arbeiten muss, kennt diesen Schmerz. Eine Analyse der Dynamik des Schweregrads der Kreise im rekonstruierten Bild hilft bei der Auswahl der optimalen Werte der Algorithmusparameter. Abschließend möchten wir darauf hinweisen, dass der Algorithmus für alle nützlich ist, die unter Streifen auf den Bildern leiden. Die Richtung der Bänder spielt keine entscheidende Rolle, da es ausreicht, das Bild zu drehen und unseren Algorithmus anzuwenden, um ein Bild mit einem deutlich reduzierten Ausdrucksgrad der Bänder zu erhalten. Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit.

Liste der verwendeten Quellen

1. .. , .. , .. . . // . 2019, .19, . 2, . 1-9.
2. kaiminghe.com/eccv10/eccv10ppt.pdf