Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Автоматизированные системы управления и прогрессивные информационные технологии

Диссертационная работа:

Бизин Илья Валерьевич. Автоматизация исследования методов восстановления изображения сечения по проекциям : диссертация ... кандидата технических наук : 05.13.06 / Бизин Илья Валерьевич; [Место защиты: Орлов. гос. техн. ун-т]. - Орел, 2008. - 142 с. : ил. РГБ ОД, 61:08-5/792

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

ВВЕДЕНИЕ 4

1 АНАЛИЗ МЕТОДОВ И СРЕДСТВ ОРГАНИЗАЦИИ ПРОЦЕССОВ
ВОСТАНОВЛЕНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЯ СЕЧЕНИЯ ПО ПРОЕКЦИЯМ 12

1.1 Анализ технологии получения изображения сечения по проекциям 15

  1. Трансмиссионная вычислительная томография 16

  2. Поколения систем трансмиссионной томографии 19

  3. Эмиссионная вычислительная томография 21

1.2 Методы восстановления изображения сечения по проекциям 22

  1. Метод двумерной фильтрации (метод ро-фильтрации) 24

  2. Метод Фурье-синтеза 25

  3. Метод одномерной фильтрации (фильтрованных обратных проекций). 26

  4. Метод разложения в ряд Фурье (метод А. Кормака) 27

  5. Алгебраические методы восстановления изображения сечения 28

  1. Анализ средств автоматизации исследований методов и алгоритмов 32

  2. Постановка задачи исследования 38

Выводы к главе 1 40

2 ПОСТРОЕНИЕ СТРУКТУРЫ И МОДЕЛИ ПРОВЕДЕНИЯ
ИССЛЕДОВАНИЯ МЕТОДОВ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЯ 42

2.1 Модель формирования проекционных данных 43

  1. Модель прямого проецирования на основе ЗБ-эталона 43

  2. Модель восстановления изображения сечения 56

  3. Критерий эффективности метода восстановления изображения 57

2.2 Диалоговая модель процесса построения схемы эксперимента 63

  1. Язык описания схемы серии экспериментов 66

  2. Укладка графа схемы серии экспериментов 70

  3. Ограничения в графическом редакторе схемы эксперимента 71

2.3 Структура процесса и языковые средства автоматизации исследования...73
2.3.1 Методика проведения исследований методов восстановления
изображения сечения по проекциям 73

  1. Язык описания модуля 77

  2. Язык описания схемы серии вычислительных экспериментов 78

Выводы к главе 2 80

3 СОЗДАНИЕ И ИССЛЕДОВАНИЕ СРЕДСТВ АВТОМАТИЗАЦИИ 81

  1. Структура процесса автоматизации исследования 82

  2. Структура автоматизированной системы научных исследований 82

  3. Структура данных 86

  4. Модули и их описание 88

  5. Модели и алгоритмы 97

  1. Реализация диалоговой модели программного комплекса 99

  2. Алгоритм отображения схемы эксперимента 104

  3. Алгоритм оценки некорректности схемы эксперимента 108

Выводы к главе 3 ПО

4 РАЗРАБОТКА И РЕАЛИЗАЦИЯ АСНИ МЕТОДОВ ВОСТАНОВЛЕНИЯ
ИЗОБРАЖЕНИЯ СЕЧЕНИЯ ПО ПРОЕКЦИЯМ 111

  1. Структура программного комплекса 111

  2. Организация проведения эксперимента 112

  3. Технические характеристики применяемого оборудования 118

  4. Оценка эффективности автоматизации исследования 121

Выводы к главе 4 125

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 127

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 130

ПРИЛОЖЕНИЕ А

Реконструированное изображение без искажений проекционных данных... 140 ПРИЛОЖЕНИЕ Б

Реконструированное изображение при колебании детекторов 141

ПРИЛОЖЕНИЕ В

Реконструированное изображение при отклонении оси вращения 142

Введение к работе:

В настоящее время в дефектоскопии, интроскопии макрообъектов и медицинской диагностике для изучения внутренней структуры объекта широкое применение получили методы восстановления изображения сечения по проекциям, которые по множеству ракурсов исследуемого объекта позволяют определить распределение изучаемой физической характеристики.

В частности, к данному классу методов относятся методы решения обратной томографической задачи. В вычислительной томографии существует множество алгоритмов, используемых в медицинских и немедицинских областях применения (диагностика, дефектоскопия, неразрушающие исследования). Выбор определенного алгоритма и его параметров для конкретного устройства и объекта исследования позволяет уменьшить стоимость и размеры дефектоскопа на основе компьютерного томографа. Узкая специализация так же позволяет снизить стоимость и повысить функциональные возможности.

Создание специализированного томографа позволяет уменьшить его габариты по сравнению с томографом общего назначения, одновременно увеличив пространственное и плотностное расширение, а применение алгоритмов обратного проецирования со специально подобранными алгоритмами фильтрации и их параметрами значительно увеличить читаемость томограммы.

Задачей компьютерной томографии является реализация алгоритмов реконструкции томографического изображения, полученного на основе обработки данных набора проекций при различном положении источника, датчиков и исследуемого объекта. Ключевым этапом в разработке программного обеспечения компьютерного томографа является разработка метода реконструкции изображения томографического среза. Существует множество методов реконструкции томографического изображения,

отличающихся набором алгоритмов, выполняющихся последовательно до достижения цели.

Возникает проблема выбора существующих и разработки новых алгоритмов реконструкции томограмм. Одним из этапов выбора алгоритмов для конкретной задачи является процесс тестирования алгоритмов. Зачастую исследователю приходится многократно изменять совокупность алгоритмов и их параметров для выбора метода реконструкции, удовлетворяющего всем техническим условиям для конкретного аппаратного обеспечения томографа.

Существуют различные алгоритмы решения задачи реконструкции томографического изображения. Они различаются ресурсоемкостью и качеством реконструированного изображения в зависимости от детализации объекта и его характера. Например, разные алгоритмы вносят в реконструируемое изображение разные артефакты при сканировании подвижного объекта. Большое количество алгоритмов, применяемых при реконструкции томографического изображения физических полей связано как с разнообразием самих постановок томографических задач и способов их экспериментальной реализации, так и с непрекращающимися усилиями специалистов разработать такой алгоритм, который превосходил бы имеющиеся хотя бы по одному из следующих параметров: быстродействию, требованиям к машинной памяти, разрешающей способности, контрасту, количеству необходимых проекций и т. п.

Обычно при реализации программного обеспечения компьютерного томографа выбирается один из широко распространенных методов реконструкции томограмм, в зависимости от параметров установки, технических условий и природы, изучаемых на установке объектов. Многие операции методов реконструкции могут меняться между собой, а результат и ресурсоемко сть сильно зависят не только от выбранных операций, но и от параметров, с которыми они выполнялись.

Одной из нерешенных проблем является проблема выбора

существующих и разработки новых алгоритмов реконструкции томограмм для конкретной установки и технических условий. Одним из этапов выбора алгоритмов для конкретной задачи является процесс тестирования алгоритмов. Зачастую исследователю приходится многократно изменять совокупность алгоритмов и их параметров для выбора метода реконструкции, удовлетворяющего всем техническим условиям для конкретного аппаратного обеспечения томографа.

Таким образом, возникает задача выбора оптимального алгоритма и его оптимизации для конкретной аппаратной части компьютерного томографа и его узкой специализации. Задача оценки работы алгоритма осложняется тем, что при естественных помехах характер артефактов отличается от артефактов на изображениях, восстановленных из идеальных фантомов.

Не проводя тестирования каждого метода невозможно осуществить его выбор, исходя из информации о ресурсоемкости, разрешающей способности и сложности реализации метода. Это происходит в связи с тем, что на различных типах исследуемых объектов наилучшее реконструированное изображение дают различные методы в зависимости от контрастности исследуемого объекта, его абсолютной поглощающей способности, характера помех, вносимых установкой и динамикой исследуемого объекта.

В настоящее время для повышения эффективности научных исследований важное значение приобретает их автоматизация, позволяющая не только автоматизировать эксперимент, но и осуществить моделирование исследуемых объектов, явлений и процессов. Решению этой задачи призваны служить автоматизированные системы научных исследований (АСНИ).

Научное исследование процесса реконструкции томографического изображения можно проводить теоретически, проводя вычислительный эксперимент над компьютерной моделью исследуемого объекта, смысл которого заключается в том, что по входным параметрам модели рассчитываются выходные данные. На этой основе выводятся свойства

явления, которое описывает математическая модель.

Вычислительная томография постоянно развивается,

усовершенствуются алгоритмы уже известных методов реконструкции томограмм, при вычислениях учитываются новые физические процессы, происходящие при взаимодействии излучения с веществом, возникают новые постановки математических задач томографической реконструкции характеристик различных физических сред. Практическая важность таких исследований показывает необходимость их автоматизации. Уменьшение трудозатрат на постановку, проведение и анализ результатов вычислительных экспериментов над реализациями новых и усовершенствованных известных методов гарантирует получение новых важных результатов.

Предлагается автоматизировать процесс планирования

вычислительных экспериментов, анализа и систематизации результатов за счет построения специализированной автоматизированной системы научных исследований (АСНИ), которая позволяет принимать более обоснованные решения о применимости метода для технической установки получения проекционных данных с заданными параметрами.

Объектом исследования в данной работе являются процессы исследования восстановления изображения сечения по проекциям.

В качестве предмета исследования рассматриваются алгоритмы и методы автоматизации исследования процессов восстановления изображения сечения по проекциям.

Цель диссертационной работы: повышение эффективности выбора методов реконструкции томограмм для технической установки с заданными параметрами.

Для достижения поставленной цели были сформулированы и решались следующие основные задачи:

Подобные работы
Лебедева Виктория Игоревна
Автоматизация компьютерных методов исследования неравномерности двумерных волокнистых материалов
Погосян Сурен Сережаевич
Разработка методов и алгоритмов автоматизации исследования многостадийных процессов (на примере сложных химических цепных реакций)
Архипов Павел Олегович
Исследование методов и средств автоматизации процесса маркировки информации в производственном документообороте
Черных Михаил Викторович
Разработка и исследование методов и моделей для автоматизации планирования, инвариантного к специфике конкретного производства
Кузьмич Ирина Васильевна
Исследование методов локальной идентификации для автоматизации управления процессами прядильного производства
Высоцкий Юрий Иванович
Исследование и разработка методов и средств автоматизации построения обучающих курсов в диалоговых системах на базе ЭВМ
Овчинников Алексей Павлович
Разработка и исследование метода и средств контроля параметров двухфазных потоков для автоматизации гидротранспортирования
Мансуров Дмитрий Викторович
Автоматизация и исследование обработки сложнопрофильных поверхностей на основе стереофотограмметрической системы
Ян Александр Петрович
Унифицированные микропроцессорные структуры для систем автоматизации научно-технических исследований
Расходчиков Александр Павлович
Исследование управляемых эластичных пневмокамер для автоматизации технологических операций

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net