Page 63 - 无损检测2025年第二期

试验研究
试验研究

DOI：10.11973/wsjc240074

CT 重建图像质量的优化算法

孙尔雁，何高魁，张向阳，张思颖
（中国原子能科学研究院 核电子学与探测器研究室，北京 102413）

摘 要：综述了CT成像算法的基本原理，基于计算机模拟试验的方法研究了Ramp滤波器和
Shepp-Logan滤波器对成像质量的影响。鉴于Ramp滤波器高频增益过大，而Shepp-Logan滤波器
又对高频增益抑制太大，致使边缘保持性指标过小，修正了Shepp-Logan滤波器，新修正的滤波器
各方面评价指标都优于Shepp-Logan滤波器指标。此外，还研究了扫描投影数目与伪影产生的相关
联情况。试验结果表明，对滤波后投影数据角积分公式的分析中，发现像素值是滤波后投影数据所
在的笛卡尔坐标系中像素坐标（x， y）与原点（0，0）距离为直径的圆的线密度积分。
关键词：CT成像；radon变换；滤波反投影；Ramp滤波器；修正的Shepp-Logan滤波器

中图分类号：TL99；TG115.28 文献标志码：A 文章编号：1000-6656(2025)02-0033-08

Optimization algorithm of CT reconstruction image quality

SUN Eryan, HE Gaokui, ZHANG Xiangyang, ZHANG Siying
（Nuclear Electronics and Detector Research Laboratory, China Institute of Atomic Energy, Beijing 102413, China）
Abstract: This paper provided an overview of the basic principles of CT imaging algorithms. Based on computer
simulation experiments, it investigated the effects of Ramp and Shepp-Logan filters on imaging quality. Given that the
Ramp filter had excessive high-frequency gain and the Shepp-Logan filter suppressed high-frequency gain too much,
resulting in a small edge preservation index, this paper proposed a modification to the Shepp-Logan filter. The newly
modified filter performed better than the Shepp-Logan filter in all aspects of evaluation criteria. Additionally, the paper
explored the correlation between the number of scan projections and the generation of artifacts. In the analysis of the integral
formula for angle integration of filtered projection data, it was found that the pixel value was the line integral along the diameter
of a circle with the Cartesian coordinate system of the filtered projection data at pixel coordinates (x,y) and the origin point (0,0).
Key words: CT imaging; radon transform; filtered back projection; Ramp filter; modified Shepp-Logan filter

CT断层扫描技术是无损检测领域的一个重要分 与新兴的迭代算法相比，经典的FBP算法在计
支，主要通过X射线投影重建断层图像，进而分析检 算效率上更高，尤其适合处理大型数据集或用于实
测物体内部的缺陷。最新的研究进展包括利用断层 时成像。其理论基础简洁明了，易于理解和实施，且
图像生成三维模型，以及采用人工智能技术进行自动 对计算机GPU（图形处理器）的依赖较低。在数据
滤波矫正和缺陷的识别与测量。CT图像重建技术主 质量良好且噪声水平较低的情况下，FBP算法能够
要包括经典的滤波反投影算法（FBP） 和迭代重建 生成高质量的图像。
[1-2]
算法 。迭代重建算法进一步分为代数迭代重建算法 滤 波反投影算法的发展可以追溯到 20 世纪
[3]
（AIR）和基于人工智能的统计迭代算法（MLEM） 。 70~80年代。CORMACK和HOUNSFIELD [7-9] 是CT
[4-6]
技术的先驱，他们不仅提出了CT扫描的基本概
收稿日期：2024-02-27 念，还开发了其核心理论。CORMACK提出了
基金项目：国家自然科学基金资助项目(U2341252)
投影切片定理，为CT图像重建提供了理论基础。
作者简介：孙尔雁（1983—），男，硕士，副研究员，主要从事核燃
HOUNSFIELD则发明了第一台实用的CT扫描仪。
料组件X射线成像技术和缺陷人工智能识别算法的研究工作
通信作者：何高魁，hegk2012@hotmail.com 同时，滤波反投影算法的数学基础Radon变换，由
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2025 年 第 47 卷 第 2 期
无损检测