發(fā)布時間：2017-06-16 09:08

  本文關(guān)鍵詞：工業(yè)CT重建算法加速及三維可視化技術(shù)，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：在工業(yè)CT重建中,因重建數(shù)據(jù)量大、運算復(fù)雜度高等常導(dǎo)致重建時間長、重建所需硬件平臺昂貴,難以滿足工程需要等問題,因此在普通PC平臺上實現(xiàn)對CT重建算法的加速成為近年來研究的熱點。此外,在對CT重建數(shù)據(jù)進行三維可視化中,同樣存在因使用商業(yè)軟件帶來的昂貴費用問題。針對這些問題,本文主要研究了工業(yè)CT重建算法的加速實現(xiàn)及三維可視化軟件的設(shè)計。論文的主要工作有:1.使用CUDA編程模型對FDK重建算法中的各步驟進行了加速,相對于CPU端取得了超過70倍的加速比。論文在加權(quán)和濾波過程中通過減少主機和設(shè)備端的數(shù)據(jù)傳輸次數(shù)以提高GPU的帶寬利用率,減少數(shù)據(jù)傳輸延遲;在濾波過程對數(shù)據(jù)重排以減少存儲空間和無效運算次數(shù);在反投影重建過程中使用紋理硬件插值代替軟件插值過程以提高算法運算速度。同時,論文還使用如將三角函數(shù)的運算結(jié)果提前綁定到常量存儲器中等方法以減少訪存時間。2.提出雙數(shù)組結(jié)合修正的改進方法對影響ART重建算法的二維投影系數(shù)計算進行加速。實驗證明,該算法與Siddon算法相比,取得了超過11倍的加速比,與文獻[45]相比,取得了1.6倍加速比,將該算法進行CUDA加速,相比Siddon算法,取得了超過30倍的加速比。最后將該改進算法推廣到SART、ML-EM、OS-EM和OS-SART中,相比文獻[45],取得了接近2倍的加速比。3.在VTK實現(xiàn)光線投射算法的基礎(chǔ)上,使用VTK結(jié)合MFC設(shè)計并開發(fā)了三維可視化軟件。該軟件分為四個顯示窗口,可實現(xiàn)總體及各切面顯示,支持對二維raw格式及DICOM標(biāo)準(zhǔn)格式切片的讀取查看,支持對三維體數(shù)據(jù)的旋轉(zhuǎn)、縮放、平移及任意角度剖切查看等功能。
【關(guān)鍵詞】：工業(yè)CT CUDA FDK算法 迭代重建算法 三維可視化
【學(xué)位授予單位】：中北大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TP391.41
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第一章 緒論10-17
• 1.1 課題的研究背景及意義10-12
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-15
• 1.2.1 CT重建算法加速的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-14
• 1.2.2 三維可視化技術(shù)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀14-15
• 1.3 論文的主要內(nèi)容15-17
• 第二章 CT重建與CUDA加速基礎(chǔ)17-27
• 2.1 CT重建的物理基礎(chǔ)17-18
• 2.2 CT重建的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)18-20
• 2.2.1 Radon變換18-19
• 2.2.2 Radon反變換19-20
• 2.2.3 Fourier中心切片定理20
• 2.3 錐束CT成像系統(tǒng)20-21
• 2.4 CUDA加速基礎(chǔ)21-26
• 2.4.1 GPU發(fā)展概述22-23
• 2.4.2 CUDA的硬件架構(gòu)23-25
• 2.4.3 CUDA編程模型25-26
• 2.5 本章小結(jié)26-27
• 第三章 基于CUDA的錐束CT重建算法加速27-45
• 3.1 FDK重建算法分析及加速27-31
• 3.1.1 FDK重建算法原理27-28
• 3.1.2 基于CUDA的FDK算法加速28-30
• 3.1.3 重建結(jié)果分析30-31
• 3.2 ART重建算法分析及加速31-44
• 3.2.1 ART重建算法原理31-34
• 3.2.2 一種投影系數(shù)計算的改進算法34-40
• 3.2.3 基于CUDA的ART重建算法加速40-42
• 3.2.4 改進算法推廣42-44
• 3.3 本章小結(jié)44-45
• 第四章 工業(yè)CT圖像的體繪制技術(shù)45-55
• 4.1 體繪制算法概述45-46
• 4.2 體繪制中的光學(xué)模型46-48
• 4.2.1 光線吸收模型46-47
• 4.2.2 光線發(fā)射模型47-48
• 4.2.3 光線吸收發(fā)射模型48
• 4.3 光線投射算法中的關(guān)鍵技術(shù)48-51
• 4.3.1 光線投射算法基本思想49
• 4.3.2 光線投射算法關(guān)鍵步驟分析49-51
• 4.4 可視化軟件包VTK基礎(chǔ)51-54
• 4.4.1 VTK概述51
• 4.4.2 VTK層次架構(gòu)51-54
• 4.4.3 VTK可視化流程54
• 4.5 本章小結(jié)54-55
• 第五章 基于VTK的三維可視化軟件設(shè)計55-65
• 5.1 軟件功能需求分析55-56
• 5.1.1 文件操作55-56
• 5.1.2 數(shù)據(jù)可視化及任意角度剖切56
• 5.1.3 軸向任意層切片查看56
• 5.2 軟件方案設(shè)計56-59
• 5.2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計56-57
• 5.2.2 軟件界面設(shè)計57-59
• 5.3 三維可視化軟件實現(xiàn)59-62
• 5.3.1 可視化軟件界面實現(xiàn)59
• 5.3.2 軟件的功能實現(xiàn)59-62
• 5.4 實驗結(jié)果及分析62-64
• 5.5 本章小結(jié)64-65
• 第六章 總結(jié)與展望65-67
• 6.1 論文完成的主要工作65-66
• 6.2 工作展望66-67
• 參考文獻67-73
• 碩士期間發(fā)表的論文及所取得的研究成果73-74
• 致謝74-75

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 駱巖紅;王建華;;基于CUDA架構(gòu)的FDK算法的研究[J];工業(yè)儀表與自動化裝置;2015年06期

2 雷德川;陳浩;王遠;張成鑫;陳云斌;胡棟材;;基于CUDA的多GPU加速SART迭代重建算法[J];強激光與粒子束;2013年09期

3 楊文良;魏東波;;一種改進投影系數(shù)計算的快速ART算法[J];CT理論與應(yīng)用研究;2012年02期

4 鄧甜;鄧倩妮;;錐束CT的FDK算法與CUDA實現(xiàn)[J];微型電腦應(yīng)用;2011年06期

5 史懷林;孫豐榮;姜威;劉煒;秦通;李新彩;;CT圖像SART重建技術(shù)的CUDA并行實現(xiàn)[J];計算機應(yīng)用;2011年05期

6 秦安;桂葉晨;馮前進;陳武凡;;基于CUDA架構(gòu)與B樣條的實時錐束CT重建算法[J];電路與系統(tǒng)學(xué)報;2010年04期

7 王玨;曹思遠;鄒永寧;;利用CUDA技術(shù)實現(xiàn)錐束CT圖像快速重建[J];核電子學(xué)與探測技術(shù);2010年03期

8 張順利;張定華;黃魁東;程云勇;;錐束ART算法快速圖像重建[J];儀器儀表學(xué)報;2009年04期

9 周斌;王連堂;王俊杰;翟亮亮;;代數(shù)重建算法中一種快速投影系數(shù)計算方法[J];計算機工程與應(yīng)用;2008年25期

10 張順利;張定華;趙歆波;;代數(shù)重建法中的一種快速投影系數(shù)計算方法[J];計算機應(yīng)用研究;2007年05期

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 許瓊;X線CT不完備投影數(shù)據(jù)統(tǒng)計重建研究[D];西安交通大學(xué);2012年

2 湯敏;醫(yī)學(xué)圖像處理中關(guān)鍵技術(shù)研究及基礎(chǔ)應(yīng)用平臺研發(fā)[D];南京航空航天大學(xué);2007年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 楊娟;錐束工業(yè)CT迭代重建算法及偽影校正技術(shù)研究[D];中北大學(xué);2015年

2 王曄;基于MRI序列的鯊魚影像三維重建系統(tǒng)的軟件設(shè)計與實現(xiàn)[D];燕山大學(xué);2015年

3 王曉鵬;錐束CT重建算法及其應(yīng)用研究[D];中北大學(xué);2014年

4 羅姍;基于FDK算法的錐束CT三維重建GPU加速[D];重慶大學(xué);2014年

5 程詠華;基于CUDA的醫(yī)學(xué)圖像3D可視化技術(shù)的研究[D];西南交通大學(xué);2013年

6 張瀚銘;直線軌跡CT重建算法研究[D];解放軍信息工程大學(xué);2013年

7 沈濤;基于顏色遷移的MRI醫(yī)學(xué)圖像彩色化及其在三維重構(gòu)中的應(yīng)用研究[D];華東交通大學(xué);2012年

8 雷德川;基于CUDA的GPU加速迭代重建算法研究[D];中國工程物理研究院;2012年

9 王超;錐束CT迭代重建算法及其GPU集群加速技術(shù)研究[D];解放軍信息工程大學(xué);2012年

10 孫綱德;基于自動線程和超長指令的統(tǒng)一架構(gòu)著色器的設(shè)計研究[D];浙江大學(xué);2012年

  本文關(guān)鍵詞：工業(yè)CT重建算法加速及三維可視化技術(shù)，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

，

本文編號：454975