Вычислительный томограф

 

Изобретение относится к средствам неразпушающего контроля объектбв радиационн1 а4и методами с испольэова- fmeM вычислительных средств воеста - новленйя изображения. Цель, изобретения - повышение производительности. Для этого в вычислительном томографе осуществлена раздельная обработка информации, распределяемой между несколькими блоками 7-10 обратного проецирования с помощью дополнительно введенных блоков 13-16 преобразоваи.ия fr coscf, t sincfj, b; cos (Ы ,+ ) Ь; sin(oi; ff) , где отношению радиуса области реконструкции к п(. 2,...) J if угол поворота источника и блока детекторов относительно объекта; Ь; - расстояние от центра восстанавливаемого изображения до ближайшей вершины i-ro фрагмента изобра рения первого квадранта; 4L - угол между вектором Ь; и положительным направлением оси ординат восстанавливаемого изображения, пар 17.1, 17.2 - 20.1, 20.2 сумматоров и двухуровневых компараторов 21-24. зтом память II изображений может g быть выполнена в виде независимых секций. 2 з.п. ф-лы, 2 иЛ., I табл. (//

СОЮЗ СОВЕ ТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

0 9) (11) 61 8 6/03

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

Н ASTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (46) 30.05.92. Бюл. 20 (2!) 4093748/25 (22) 22,07.86 ,(72) С.С.Котягин и Н.Р.,Кузелев. (53) 621.386 (088.8) (56) Патент Великобритании 1 1283915, кл. Н 5 R, 1972, Авторское свидетельство СССР

11 972346, кп. С 01 0 23/08, 1980. (54) ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЙ ТОМ) ГРАФ (57) Изобретение относится к средст" вам неразрушающего контроля объектОв радиационными методами с использованием вычислительных средств восстановления иэображения. Цель изобретения - повышение производительности.

Для этого в вычислительном томографе осуз1ествлена раздельная обработка информации, распределяемой между несколькими блоками 7-10 обратного проецирования с помощью дополнительно введенных блоков 13-16 .преобразов лия г соз ), (2 э1п ф„ jb coB (0(; +

+у)), (Ь; sin(w; + (g)), где r.равно отношению радиуса области реконструкции к п(п1,2,...); rp - угол поворота источника и блока детекторов относительно объекта; Ь; - расстояние от центра восстанавливаемого иэобракения до ближайшей вершины i-ro фрагмента изображения первого квадранта, nL; — угол между вектором Ъ; и положительным направлением оси ординат восстанавливаемого изображения, пар

17. 1 ° 17 ° 2 - 20 ° 1 ° 20.2 сумматоров и двухуровневых компараторов 21-24.

При этом ламять 1! иэображений может ж C быть выполнена в виде независимых секций. 2 s.n. ф-лы, 2 ил,, 1 табл.

138?168

Изобретение отн< сп < я к грецгтвям неразру1яяюшего контр гля объектов радиационными методами с использованием вычислительных грелств восстановления иэображений.

Цель изобретения - повыюение производительности °

На фиг.! изображена структурная схема вычислительногo тома рафа; на 10 фиг.2 — схема распределения инфор1лации между блоками обрат <ого проецирования и суммирования фильтрованных величин.

Вычислительный томограф содержит 15 источник 1 проникающего излучения, расположенный напротив блока 2 детекторов, держатель 3 исследуемого объекта, который рагполагается между источником 1 и блоком ? детек- ?О торов, средства 4 для приведения источника l и бло,ка 2 детекторов в движение относительно держателя 3 исследуемого объекта, блок 5 предварительной обработки сигналов детекторов, подключенный к блоку 2 детекторов, блок 6 пространственна-частотной фильтрации, подключенный к блоку 5 предварительной обработки сигналов детекторов. Блоки 7-!0 -.брат- „ 0 ного проецирования и су.лмировяния фильтрованных веппчш,, чис".о кс,o" рых равно числу квядрантов иэображения, информационными входами под" ключены к информационному входу блока 6 пространственна-частотной фильтрации. Память l! изображений соеди" неня с блоками 7-10 обратного проеци" ров„ния и суммирования фильтровальнь<х величин ° Fnox 12 датчиков прост- 4р танственных кгордлнят входом соединен со средс вами 4 для приведения истсчника I и блока 2 п- ект< ров в дви-. жение отногительно, .,ержятеля . исследуемого объекта, а выходом ". с,, входами блока 13 преобря=:о;:я я<я (r совц), блока 14 преобр зевания

fr sin

b, - расстояние ат це <тря socc ганявливяемаго изображения цо бпижяй<яей верея. н, l i -га фрягмента иэображения первого квадранта; угол между вектором b, и поло жительным яяпрявлением oси орднíaò воcстянавливяемагo изображ».ния, Х<1ждаму иэ четырех квадрянтов изображения соответствуют дна сумматора 17.1, 17,?, 18.1, 18.2, 19.1, 19 ° 2, 20.1, 20,2 и один двухуровневый компяря ор 21, 22, 23, 24 соотВетcтвpíío с паpoгавыии и информа< и«пшым входами. Прямой выход блока 13 преобразования (г cos!;) соединен с первыми входами первого сумматора

17.1 первого квадранта и первого суммятога 18,1 четвертого квадранта, а его инверсный выход соединен с пер1 выми входами первого сумматора 19. 1 т<;рого квадранта и первого сумматора 20. 1 третьего квадранта. Прямой

; ыход блока 14 преобразования

sin соединен с первыми входами второго умматара 20.2 третьего и второго сумматора 18.2 четвертого .;вадрантов, его инверсный выход соединен с первыми входами второго сумматора 17.2 первого квадранта и вто" ргга сумматора 19,2 второго квадранта. Прямой выход блока I 5 преабпязования (b; сr.s (<; + EIl )) соединен с вторыми в падями гумматорав 17.1, I 7,2 первого квадранта, а его инверсный выход саепицен с вторыми входами пары сумматоров 20,1, 20,2 третьего квадранта, Прямой выход блока,16 ттеобразавания fb; sin (о(;+ (1) соединен с вторыми входами пары сумматоров 18..1, 18.2 четвертого квадранте, а его и|версный выход соединен с вторыми входами пары сумматоров

19, l, 19.? втoporo квадранта. Выходы обоих сумматоров каждого квадранта подключе

Вычислительный томограф работает следующим образом.

1!сточнн ° 1 проникян1щегo излучения совместно с б;.«ком 2 детектор< в скя138? !68 нируе т объект, установле нний в держателе 3. С выхода блока 2 детекторов сигналы, сняаанние с интенсивностью регистрируемого излучения че- 5 реэ блок 5 предварительной обработки сигналов детектора, поступают в блок 6 пррстранственно-частотной фильтрации, где обрабать<ваются по известному алгоритму. Сигналы с ви- !О хода блока 12 датчиков пространственных координат, характеризующие угловые перемещения источника и блока 2 детекторов относительно ис- следуемого объекта, то есть угол (g 15 поступают на блоки 13-16 нрео6раэования (r cosy, (r sing), Ь1, соз (< ; +

+ (f )j, (Ь< sin(cl; + ср)), Этн блоки лице.

Начало ..тсчета

Конец отсчета

Квад» рант

Ь; сов(<а; + <р )+ r cos!p

-Ь; sin(a; + ср )r sin

Ь; sin(oL, + <.р )+ г sin

На фиг.2 показана геометрия разделения информации между блоками

7-10 обратного проецирования и суммирования фильтрованнъпс величин в случае, если Ь = О. Область 25 реконструкции разбита на четыре квад" ранта 26-29, и при движении источника 1 по траектории 30 на отрезке

31 блока 2 детекторов можно выделить отрезки, относящиеся к определенному квадранту: отрезок 32 — к первому квадранту 26, отрезок 33 — к второму квадраиту 27, отрезок 34 — к третьему квадранту 28, отрезок 35 — к четвертому квадранту 29. Координатами начала и конца отрезка 31 на линии блока 2 детекторов являются соответствующие значения текущего номе"а, отфильтрованной величины. Числа с выходов сумматоров 17.1, !7,2, 18,1, !

8 2, !9.1, !9 2, 20 1, 20 2 поступают на пороговые входы двухуровнеQblx компараторов 21-24, а на информационные входы этих компараторов поступает номер того отфильтрованного значения, которое присутствует s данный момент.на входах блоков 7-10 обратного проецирования и суммирования фильтрованных величин. Каждый иэ двухуровневых компараторов 21-24

35 может быть выполнен в виде пары компараторов, иа выходе которых пояалйвт»" ся логическая единица, если зкачекив на информационном входе больае поро»

40 гового. Выходы этих компараторов 2124 соединены по схеме "Неэквивалентность", Сигналы с выходов двухуровневых компараторов 21-24 поступают иа входы разревения приема информации

45 соответствукщих блоков 7-10 обратного проецирования и сумчирования филь1 рованных величин. При логической единице нв этом входе отфильтрован. иое значение величин принимается в. блоки 7-10 обратного проецирования и суммирования фильтрованных величин. Далее блоки 7-10 обратного проецирования И суммирования фильтрованных величин производят обратное проецирование и суммирование по известному алгоритму в памяти изображений.

Эти блоки могут быть выполнены в виде микроЭВМ, В этом случае в качестве независимых секций памяти l! нэобШ -b, cos(s; + ср )! 3- Ь Ilppo6p Rsclitdtt!IEI могут бить ниI1OJtItP I It I F< Риде н<1Г TC, t! IIIII lftltя в спи< ан«<м EstÄl. !tc p!;Etio lt,lñ T;ïæ,ò на пари сумматоров 7, l, /.

l8. 2 19, 3, !9, О. 3, "Г3,,2, на виходах котор;,Ix пон1ча3 с я <ясла, равные начальн<>му и IEoltcgtto!11 It

Данные, полученные с использованием фс р.:ул приведения, дани в табsin(cc; + cp) - r сову

sin(< ; + q ) - r c os y

13821

Np- 1

1 1

ЗО отфильтрованная про екция; текущая оценка лучевой суммы;

j — ном"p проекции; точки проекции.

М вЂ” количество точек в

Р проекции3

F;;, - функция фильтра.

Таким образом, необходимо (И< +1) умножений и (И + i) сложений для фильтрации одной одномерной прое®ции.

0neðàöèâ обратного проецирования выполняют блоки 7-10 обратного проеци" розакия и сумиироваиия отфггльтройанных проекций. Эта операция состоит иэ интерполяции, например, линейной, выполняемой по формуле

Ч где Р (1,г1 ) P(l д;) 1

1 х соз(7, + у зы4„

2R .. 1

dl --- - j 1Ilt,--), N -1

0 dl (2) ражений будут выступать оперлтивные запоминающие устройства этих микроЭВМ, Пример выполнения алгоритма обрат"

5 ного проецирования отфильтроял;иых проекций.

Для упрощения анализа не будем принимать яо внимание время съема данных, передачи информации, вычисления функции фильтра и различних констант и будем считать, что необходимая нормировка учтена -3 функции фильтра. Данный алгоритм состоит из двух частей получения отфил7. трован ной проекции и обратного проецирования. Отфильтрованная проекция пред" ставляет собой дискретную свертку лучевых сумм с функц;гей 1л льтра, Эту операцию выполняеT блок 6 прост- 20 ранственно-частотной фильтрации по формуле

68 где 1 рас<.тояние от точки с коор- динатами (x v) до централь" ного луча, расстояние от н; чала отфильтрованной проекции до

i-й точки на ней; координлты точки томограммы

Ц вЂ” угол т роецирования;

R — радиус области реконструкщ и, н и: суммирования, выполняемого го формуле

В случае применения предлагаемого решения операция обратного ироеци" ровання выполняется одновременно четырьмя блоками 7-10 обратного проецирования и суммирования фильтрованных величин, поэтому в сумме требуегся 4,3n умножений.

При необходимости увеличения размеров матрицы изображения при сохранении произв дительности или с целью уменьшения времени восстановления при неизменном размере изображения можно одиотнпно разбить каждый квадрант на влдратиие фрагменты, число которых равно 4", где и = 1,2...

Это необходимо в связи с тем, что

r должно быть одинаковым для всех фрагментов. При этом дополнительно вводятся пары преобразователей

jb„ соз(ос, + гр )g, fb; згп(м;+гр )J, число которых равно количеству фрагментов в одном квадранте, и вводятся дополнительные каналы, состоящие из пары сумматоров, двухуровневого комн,„

К(х,у) 2 Р (1, гр ) ь(p (3)

) ;! где Г(х,у) — значение яосстанлвливаемой функции в точке (+

N — количество углов проеЦ) цирования.

Видно, что для обратного проецирования одной проекции в случле квадратной матрицы восстлнавливаемого изображения требуется 5п умножений и 5п сложсний, где ц - количество точек томограммы по оси координат.

Рассмотрим характерный случай, когда число точек в проекции равно числу точек иа стороне томограммы, а также примем, что время умножения относится к време ги сложения, как 1. 0,8, 1 3R? 1t Я паратора, блока обратного проецирования и суммирования фильтр она нггых н е— личин, причем число этих каналов н каждом квадранте равно числу пар преобразователей (Ь сон (z, г г1 j, 1?; эгп(г, + Ч ф

Так как блоки обратного гроециронания и суммирования фипьтронаггных величин могут однонременнс обращать- 1П ся к памяти изображений, дпя vIIcньшения времени прсстоен и> следовательно, унеличе«ия прсиэнодитепьчс сти память иэг бражений мо ет быть выпол-. нена в ниде пеэанисимых секций, число которых равно числу бпсксн обратногс проецирования и суммирования фильтрованных величин.

Поскольку блок прсстрансгоенчочастотной фильтрации нг дает конечное 7О числО фильтрованных величин дпя vIIpo щения двухуровневых ко. параторсн и сумглатсрсн, последние могут быть выполнены пелочислениыг.и .

2S

Фор мул аиэобретени я

1. Вычислительный томограф, содержащий источник прс никающегс излучения, блок детекторсн, держатель исследуемого объекта, средстн» для приведения источника и блока детекторов н движение относительно держателя исследуемого объекта, блок предварительной обработки сигналон детекторов, подключенный к нему блок

35 пространственно"частотной филь трации, блок обратного проецирования и суммирования фильтрованных величин, подключенную к нему память иэображений, спок датчиков пространстненньгх 4р координат, входом подключенный к средствам для приведения источника и блока детекторов в движение, а НгIходами — к блоку предварительной обработки сигналов детекторов, с т- 4 л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения производительности в него введены дополнительные блоки обратного проецирования и суммирования фильтронанньгх величии, блоки преобразования 1т соэг1, (r sinIg), (b; cps(9, + гу )j, (b; sin(х; + Lp )J где r равно отношению радиус» области реконструкции к n(n=1,2,...),", угол поворота источник» и блока детекторон относительно объекта; Ь; расстояние от центра носста..авпинаемого изббражения до ближайней нергггины 1-го фрагмента иэображения пенногс квадрант»; м; — угол между вектором Ь, и положительным направлением оси ординат носстананлинаемого изображения, первый и второй сумматоры и двухуровневый компаратор для каждого кнацпанэа иэображения, причем блоки преобразования (г созгг), (г si.nq")

I (Ь; ссз(, + г1 )), tb; н1.п(г ; + (g )) нходами подключены к блоку датчиков пространственных координат, прямой выход биска преобразования L r cosI1) подкпюче и к г ернглм входам первых сум маторсн первого н четвертого квадрантон изображения, его инверсный выход — к первым входам первых сумматоров второго и третьего квадрантсв иэображения, прямой выход блока преобразования (r sing) подключен к пер;-.ым входам нтсрых сумматоров третьего и i- eòI,åðòîãn квадрантов изображения, à em инне„"сный выход — к перпым входам Bтсрых сумматоров первогп и второго кнадрантов изображения, прямои выход блока преобразования

Г ,Ь, ссз(ъ ; + g )1 подключен к вторым входам сумматоров первого квадранта иэображения, а его инверсный выход — к вторым входам сумматоров третьего квадранта иэображения, прямой выход блока преобразования (b; н1п(ог; я )) подключен к вторым входам сумматоров четвертого квадранта иэображения, а его инверсный выход — к вторым входам сумматоров второго квадранта изображения, выходы сумматоров каждого квадранта нзображения подключены к пороговым входам двухуровнего компаратора того же квадранта изображения, выход которого подключен к входу разрешения соответствующего данному кнадранту иэображения блока обратного проециро» нания и суммирования фильтрованных величин, причем информационные входы всех днухуровневых компараторов подключены к дополнительному выходу нога ра измерения блока пространственно-частотной фильтрации, а рабо-. чие входы всех блоков обратного проецирования и суммирования фильтрованных величин подключены к рабочему выходу блока пространственно-частотной фил ь тр ации.

2. Томограф по п.1, о т л и ч аю шийся тем, что в нем испольи э сдано 4 пар блоков пресбраэонания ? Ь, сс- (oL, + (p )), (Ъ; sin(8; + г1г)), причем каждой паре указанных бпоков

138216S

jb; cos(et.;+ ц )), (ь; sin(ot +

3, Томограф по пп.1 и 2, о т л ич а 1e ® и и с я тем, что память иэображений выполнена в виде независимах секций, число которых равно числу блоков обратного проецирования и суммирования фильтрованных величин.

4. Томограф по пп.1 — 3, о т л и" ч а ю шийся тем, что сумматоры выполнены целочисленными, Составитель К Кононов

Техред Л.Кравчук

Редактор Т,Кпикина

Корректор М.Шароаи

Заказ 2443

Тираж Подписное

BHHHIIH Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий!

13035, Москва, Ж-35, I aymcxas наб., д.4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул,Проектнай,4