Заказ работы

Заказать
Каталог тем

Самые новые

Значок файла Моделирование электротехнических устройств и систем с использованием языка Си: Метод указ. /Сост. Т.В. Богдановская, С.В. Сычев (5)
(Методические материалы)

Значок файла Механическая очистка городских сточных вод: Метод. ука¬з./ Сост.: к.т.н., доц. А.М. Благоразумова: ГОУ ВПО «СибГИУ». – Ново-кузнецк, 2003. - 29 с (6)
(Методические материалы)

Значок файла Методические указания к выполнению курсовой работы по дисциплине “Бухгалтерский управленческий учёт” / Сост.: Щеглова Л.П.: СибГИУ. – Новокузнецк, 2003. – 18с (4)
(Методические материалы)

Значок файла Исследование элементов, узлов и устройств цифровой. вычислительной техники: Метод. указ. / Составители: Ю.А. Жаров, А.К. Мурышкин:СибГИУ.- Новокузнецк, 2004. - 19с (7)
(Методические материалы)

Значок файла Операционные усилители: Метод. указ. / Сост.: Ю. А. Жаров: СибГИУ. – Новокузнецк, 2002. – 23с., ил (5)
(Методические материалы)

Значок файла Исследование вольт-амперных характеристик биполярных транзисторов: Метод. указ./ Сост.: О.А. Игнатенко, Е.В.Кошев: СибГИУ.- Новокузнецк, 2004.-11с., ил (4)
(Методические материалы)

Значок файла Знакомство со средой MatLab. Приемы программирования (5)
(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