Заказ работы

Заказать
Каталог тем

Самые новые

Значок файла Основы микропроцессорной техники: Задания и методические указания к выполнению курсовой работы для студентов специальности 200400 «Промышленная электроника», обучающихся по сокращенной образовательной программе: Метод. указ./ Сост. Д.С. Лемешевский. – Новокузнецк: СибГИУ, 2003. – 22 с: ил. (4)
(Методические материалы)

Значок файла Организация подпрограмм и их применение для вычисления функций: Метод. указ./ Сост.: П.Н. Кунинин, А.К. Мурышкин, Д.С. Лемешевский: СибГИУ – Новокузнецк, 2003. – 15 с. (2)
(Методические материалы)

Значок файла Оптоэлектронные устройства отображения информации: Метод. указ. / Составители: Ю.А. Жаров, Н.И. Терехов: СибГИУ. –Новокузнецк, 2004. – 23 с. (2)
(Методические материалы)

Значок файла Определение частотных спектров и необходимой полосы частот видеосигналов: Метод указ./Сост.: Ю.А. Жаров: СибГИУ.- Новокузнецк, 2002.-19с., ил. (2)
(Методические материалы)

Значок файла Определение первичных и вторичных параметров кабелей связи: Метод. указ./ Сост.: Ю. А Жаров: СибГИУ. – Новокузнецк, 2002. – 18с., ил. (2)
(Методические материалы)

Значок файла Операционные усилители: Метод. указ. / Сост.: Ю. А. Жаров: СибГИУ. – Новокузнецк, 2002. – 23с., ил. (2)
(Методические материалы)

Значок файла Моделирование электротехнических устройств и систем с использованием языка Си: Метод указ. /Сост. Т.В. Богдановская, С.В. Сычев (7)
(Методические материалы)

Каталог бесплатных ресурсов

НАУМОВ Александр Олегович. РАЗРАБОТКА РЕКУРРЕНТНЫХ АЛГОРИТМОВ РЕКОНСТРУКЦИИ ИЗОБРАЖЕНИЙ ДЛЯ ЗАДАЧ ТОМОГРАФИИ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы диссертации. В последние годы появи-
лись задачи, связанные с необходимостью томографии объектов, па-
раметры и структура которых изменяются во времени, иначе говоря,
динамических объектов. В технике к таким объектам относятся хи-
мические реакторы, трубопроводы и ряд других. Измерения такого
рода важны и в медицинской практике для наблюдения внутренних
органов в процессе их функционирования. Это приводит к необходи-
мости разработки специальных методов реконструкции изменяющих-
ся во времени или динамических изображений по их проекциям, из-
меряемым на границах объекта. В Республике Беларусь такие методы
актуальны для применения в задачах контроля и исследования
свойств новых материалов, в медицинских томографических систе-
мах и системах пограничного контроля багажа и грузов.
Связь работы с крупными научными программами, темами.
Диссертационная работа выполнена в соответствии с научно-
техническими заданиями и планами работ лаборатории Проблем
адаптивного управления Института прикладной физики НАН Белару-
си: программой «Диагностика-08» по теме «Разработка статистиче-
ской теории и методов измерений на основе обратного рассеяния
рентгеновского излучения» в 1996–2000 гг.; программой «Диагности-
ка-02» по теме «Разработка теории восстановления динамических
изображений внутренней структуры объектов» в 2001–2005 гг.; дого-
вором Т98-023 с БР ФФИ по теме «Адаптивная реконструкция изо-
бражений по проекциям в задачах компьютерной томографии» в
1999–2001 гг.; проектом INTAS-96-2240 в 1998–2000 гг.; меморанду-
мом о взаимопонимании и научной кооперации между ИПФ НАНБ и
Департаментом VIII Федерального института исследования и испы-
тания материалов (ВАМ, Германия).
Цель и задачи исследования. Целью диссертационной работы
являлась разработка рекуррентных алгоритмов реконструкции дина-
мических и статических изображений в компьютерной томографии
реального времени, в том числе пригодных для решения задач нераз-
рушающего контроля.
Для достижения цели потребовалось решить следующие задачи:
- разработать математические модели статических и динамических
изображений и систем наблюдения их проекций;
- разработать рекуррентные алгоритмы реконструкции, позволяю-
щие восстанавливать изображение внутренней структуры наблю-
даемых объектов в реальном времени;
2
- проверить работоспособность и эффективность разработанных ал-
горитмов с использованием модельных и экспериментальных про-
екционных данных;
- предложить схему, разработать алгоритмы и исследовать возмож-
ности рентгеновской томографической системы визуализации
структуры листового пористого материала в режиме сканирования.
Объект и предмет исследования. Объектом исследования яв-
лялось изображение внутренней структуры материалов и изделий.
Изображение формировалось за счет пространственно-неоднородного
распределения коэффициента линейного ослабления рентгеновского
излучения. Предметом исследования являлись алгоритмы реконст-
рукции изображений по результатам измерения томографических
проекций.
Методология и методы проведенного исследования. Методо-
логия исследования основывалась на использовании результатов тео-
рии марковских случайных процессов и статистического оценивания.
Математические модели изображений и наблюдения проекций
задавались в виде марковских случайных последовательностей.
Задача реконструкции рассматривалась с позиций теории стати-
стического оценивания. Для решения задачи реконструкции предло-
жено использовать и адаптировать теорию фильтра Калмана.
Для учета плохой определенности задачи реконструкции вслед-
ствие недостаточного объема априорной информации предложен ме-
тод псевдобайесовской оценки и рекуррентный метод наименьших
квадратов. Для снижения вычислительных затрат вследствие высокой
размерности изображения использован метод декомпозиции.
При написании программ, реализующих алгоритмы, использо-
вались методы линейной алгебры и теории матриц. При численном
моделировании использовался метод статистических испытаний.
В работе использованы экспериментальные данные, полученные
на основе измерений с помощью микротомографа.
Научная новизна и значимость полученных результатов.
1. Для задач компьютерной томографии развита модель изображения
в форме дискретного во времени и пространстве марковского слу-
чайного поля. Модель позволяет формировать потенциальные и
вихревые поля с заданными статистическими характеристиками.
2. Для оптимальной рекуррентной реконструкции изображений впер-
вые использован алгоритм фильтра Калмана, позволяющий осуще-
ствлять реконструкцию синхронно с процессом наблюдения про-
екций.
3
3. Показана возможность решения ряда новых задач томографии, та-
ких как оптимальная реконструкция изображения на фоне корре-
лированного шумового поля и раздельная реконструкция суперпо-
зиции двух изображений.
4. Разработан алгоритм псевдокалмановской реконструкции статиче-
ских изображений для решения задачи в условиях ограниченного
объема априорной информации, требующий значительно меньших
вычислительных затрат.
5. Развита процедура декомпозиции ковариационной матрицы изо-
бражения, позволяющая уменьшить затраты на вычисление матри-
цы коэффициента усиления.
6. Впервые разработан алгоритм выбора последовательности проек-
ций, позволяющий существенно увеличить скорость сходимости
процесса реконструкции.
7. Для решения задачи реконструкции динамических изображений
при эмпирическом задании априорной информации применен ре-
куррентный метод наименьших квадратов.
Практическая значимость полученных результатов. Пред-
ложена схема томографической системы с продольным измерением
проекций, предназначенная для визуализации структуры листового
материала в режиме сканирования. Работа выполнена в рамках Госу-
дарственной программы фундаментальных исследований «Диагно-
стика» совместно с Федеральным институтом исследования и испы-
тания материалов (ВАМ, Германия), где проведены апробация и ис-
пытания разработанных алгоритмов на макете системы. Отмечено,
что систему можно использовать при контроле композитных и по-
рошковых материалов. Предложенную схему предполагается исполь-
зовать при разработке перспективной рентгеновской системы тамо-
женного контроля грузов совместно с фирмой СЭНС (г. Минск).
Основные положения диссертации, выносимые на защиту.
1. Модель случайного дискретного изображения. Уравнения для на-
хождения его пространственных ковариационных характеристик и
временных корреляционных характеристик.
2. Использование и адаптация методики фильтра Калмана для разра-
ботки алгоритмов реконструкции статических и динамических
изображений в реальном времени.
3. Примеры томографических задач, поддающихся решению с помо-
щью предлагаемой методики.
4. Алгоритмы реконструкции изображений на основе псевдобайесов-
ского подхода и рекуррентного метода наименьших квадратов.
4
5. Процедура декомпозиции ковариационной матрицы ошибок в ал-
горитме реконструкции.
6. Оптимальная процедура выбора последовательности проекций.
7. Результаты численного моделирования и экспериментального ис-
следования алгоритмов реконструкции.
8. Схема и алгоритмы томографической системы с продольным из-
мерением проекций для визуализации в режиме сканирования
структуры листового пористого материала.
9. Результаты аналитического и экспериментального исследования воз-
можностей предлагаемой системы визуализации на примере реконст-
рукции изображений структуры листового пенистого алюминия.
Личный вклад соискателя. Предложил использовать методику
и алгоритм фильтра Калмана для решения новых задач, таких как ре-
конструкция динамических изображений, изображений на фоне кор-
релированного шумового поля, раздельная реконструкция суперпо-
зиции двух полей. Разработал алгоритм псевдокалмановской фильт-
рации при использовании эмпирической информации о характери-
стиках статического изображения. Разработал рекуррентный алго-
ритм реконструкции динамических изображений по методу наи-
меньших квадратов и вывел уравнения для оценки точности реконст-
рукции. Предложил оптимальную процедуру выбора и разработал ал-
горитм нахождения оптимальной последовательности проекций.
Обосновал схему, разработал алгоритм и провел исследование томо-
графической системы, предназначенной для визуализации структуры
листового материала в режиме сканирования. Провел численное мо-
делирование и разработал программное обеспечение, реализующее
все алгоритмы реконструкции, полученные в работе.
Апробация результатов диссертации. Результаты исследова-
ний, включенные в диссертацию, докладывались на 12 международ-
ных конференциях и симпозиумах.
Опубликованность результатов. Основные результаты дис-
сертационной работы отражены в 24 печатных работах, в том числе в
11 статьях, 13 трудах конференций. Общий объем опубликованных
материалов составляет 179 страниц.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа со-
стоит из введения, общей характеристики работы, четырех глав, за-
ключения, списка использованных источников. Полный объем дис-
сертации составляет 133 страницы, в том числе текста — 104 страни-
цы, иллюстраций — 20 страниц, таблиц — 1 страница, списка источ-
ников — 8 страниц (105 наименований).


Размер файла: 725.41 Кбайт
Тип файла: pdf (Mime Type: application/pdf)
Заказ курсовой диплома или диссертации.

Горячая Линия


Вход для партнеров