Левин Г.Г., Вишняков Г.Н. - Оптическая томография (1989) (1032160), страница 42
Текст из файла (страница 42)
Авто', ры 1134] предполагают, что в данном процессоре можно достичь ' более высокого, чем в компьютерных томографах, пространственного разрешения, так как в качестве детектора проекций используется высокоразрсшаюшая рентгеновская пленка, а не линейка дискретных приемников. Применение методов оптической обработки информации позволяет в принципе сушественно сократить время, необходимое для восстановления томограмм.
Эта возможность была использована в работе,[1351 для создания метода наблюдения внутренней структуры объектов в реальном времени, который получил название томографической видеографии. В предложенном оптико-электронном процессоре фильтрация проекций производится акустооптическим конвольвером, а все остальные операции выполняются над фильтрованными проекциями в некогерснтном оптическом тракте, аналогичном тому, который изображен на рис. 6.9.
Отличие заключается в том, что диафрагма 4 отсутствует, а элементы 1, Х заменены дисплеем, на котором высвечивается полученная из конвольвера одномерная фильтрованная проекция. Так как после фильтрации проекция становится биполярной, для ее отображения 181 .на дисплее к видеосигналу добавлен некоторый постоянный уровень, Цилиндрическая линза 3, призма Дове 5 и телевизионная камера б образуют устройство (Ьаскрго)ес1ог), которое выполняет операции обратного проецирования, поворота и суммирования проекций. По оценкам авторов (135], полное время обработки всех проекций при поступлении их в реальном времени составляет 1)30 с. Это время совпадает с временем интегрирования (памяти) видеокамеры б, поэтому нет необходимости в блоке 7.
Изображение томограммы передается непосредственно на дисплей 8. В заключение отметим, что многие предложенные оптические процессоры для томографии находятся еще в стадии развития и исследования. 6.8. Оптические НРОпессОРы для ВОсстАнОВления тОАтОГРАА1я! ПО СУММАРНЫМ ИЗОВРАЖЕНИЯМ б.3.1. Методы фильтрации В предыдущих параграфах неоднократно отмечалась целесообразность восстановления томограмм в оптическом процессоре, построенном на алгоритме получения и фильтрации суммарного 'изображения. Согласно ему процесс реконструкции томограмм разбивается на два этапа: синтез суммарного изображения и у.
учщение качества полученного изображения. Оба этапа могут быть реализованы в аналоговых, в частности, оптических и оптико-э, ектронных устройствах. Различные аналоговые способы синтеза суммарного изображения рассмотрены в ~ 6.1. Как показано в ~ 1.2 — 1.4, при большом числе проекций для восстановления томограмм из суммарного изображения необходимо провести его р-фильтрацию. В случае поперечного суммарного изображения фильтрация выполняется двумерным р-фильтром, а для продольного — цилиндрическим (одномерным) р-фильтром. При конечном и малом числе проекций суммарное изображение связано с томограммой соотношением свертки со сложной функцией, которую нельзя устранить простой инверсной фильтрацией.
Для этого необходимо применять итерационные алгоритмы. В $ 6.3.! рассмотрим схемы оптических процессоров для восстановления томограмм из суммарного изображения методом р-фильтрации. В [33) описано применение обычной схемы когерентно-оптической фильтрации для этой цели.
В качестве р-фильтра использовался двумерный полутоновой амплитудный транспарант с линейно нарастающим от центра к периферии пропусканием, синтезированный аналоговым методом вращающейся маски. Исходное поперечное суммарное изображение фотографически уменьшалось и помещалось в специальную кювету с иммерсионной жидкостью. Несмотря на эти меры, качество восстановленной томограммы было недостаточным из-за наличия спекл-шума, характерного для когерентных систем оптической обработки информации.
182 Поэтому в 11Зб| было предложено использовать некогерентную , двухзрачковую оптическую фильтрацию поперечного суммарного изображения. Для выполнения операции вычитания двух некогерентных изображений применялся пространственный модулятор света типа «Фототитус» Некогерентная фильтрация суммарного изображения двумерным восстанавливающим р-фильтром была реализована путем последовательного во времени вычитания двух его уменьшенных изображений.
Эти изображения в плоскости фоточувствительного слоя «Фототитуса» формировались объективом с круглым зрачком, диаметр которого изменялся между экспозициями в 2 раза. Нетрудно видеть, что разность передаточных функций объектива с двумя круглыми зрачками, отличающимися по днаметру в 2 раза, имеет вид искомого двумерного р-фильтра. Далее рассмотрим схему оптико-электронного устройства, которая позволяет реализовать способ восстановления продольных томограмм из суммарного изображения, изложенный в 2 1.4, для слу тая рентгеновского зондирования небольших объектов (рис.
б.10). '1'оттограф работает следующим образом. Пучок рентгеновских лучей испускается источником 1, который расположен на штанге 2. Он проходит через исследуемый объект д и формирует на рентгеночувствительном слое преобразователя радиационного изображения 4 теневое изображение объекта — одну из его двумерных проекций. Устройство 4 преобразует полученное изображение в электрический сигнал, который через видеоусилитель б подается на электронно-лучевой модулятор света типа «Титус» б, Трубка 6, как известно, обладает памятью, что позволяет записывать на ее мишени последовательно несколько разноракурсных проекций объекта 3.
Для этого изменяют угол зондирования объекта путем поворота штанги. Причем всякий раз преобразователь 4 должен перемещаться в направлении, перпендикулярном оптической оси томографа, таким образом, чтобы прямая, соединяющая центры источника и рентгеночувствительной поверхности приемника, проходила через одну и ту же точку объекта. В результате на мише- Рнс. 6ЛО. Схема рентгенотелевнанонного томографа: ! — нсточнкк сроннкашшего кзлученнл; у — штанга; 5 — объект; б — нреабразователь; 5 — усилитель; б — нространственный йодулзтор света; 7 — светоделнтель; 5 — лазер: у — расшнрсоель; гб,т! — лоларкзаторы; рл и — ннлкндрнческне лннаыг м — фильтр; !5 — телекамера; М вЂ” вкдеоконтрсльное устройство (ВКУ! 183 ни трубки 6 можно записать сумму разиоракурсных проекций исследуемого объекта.
Для обеспечения качественного восстановления томограммы необходимо прн записи каждой проекции изменять коэффициент усиления видеоусилителя 5 обратно пропорционально квадрату косинуса угла поворота штанги относительно оптической оси томографа. Таким образом, на мишени трубки б формируется модифицированное продольное суммарное изображение. Восстановление из него продольной томограммы происходит в оптической части системы, Плоская монохроматическая волна от источника 8, формируемая расширителем 9, считывает суммарное изображение с экрана трубки б, Скрещенные поляризаторы 10 и 11 преобразуют модуляцию по поляризации отраженной от мишени считывающей волны света в амплитудную модуляцию.
Цилиндрический объектив 12 осуществляет одномерное преобразование Фурье поля в плоскости мишени трубки и формирует в своей задней фокальной плоскости пространственно-частотный спектр суммарного изображения, Пространственный фильтр модулирует этот спектр линейно по амплитуде, чтобы осуществлять одномерную р-фильтрацию. Восстанавливающий объектив 14 выполняег обратное преобразование Фурье над трансформированным спектром. При этом происходит восстановление продольного сечения, Визуализируется продольная томограмма, которая проходит через ту точку объекта, относительно которой происходило перемещение источника и приемника в процессе сканирования. Телевизионная камера 15 преобразует полученное изображение и воспроизводит томограмму на видеоконтрольном устройстве. Для получения изображений другого продольного сечения необходимо сместить объект вдоль оптической осн системы.
Данное устройство позволяет достаточно быстро и оперативно просмотреть весь объект. Разрешающая способность его по глубине определяется максимальным углом сканирования и шагом по углу, т. е. числом проекций. Как видно из схемы, оно определяется фактически динамическим диапазонам пространственного модулятора света, который играет роль сумматора. Простота и дешевизна данного устройства позволит ему найти применение для контроля однотипных устройств в условиях промышленного производства. 6.3.2. Итераг4нонные методы Метод р-фильтрации суммарных изображений пригоден для восстановления томограмм по большому числу проекций. Прн ограниченном же числе проекций получение восстанавливающего фильтра и его изготовление представляет собой сложную, а иногда и неразрешимую задачу.
Это связано с тем, что искажающий фильтр имеет большие области нулевых значений, В этом случае, как уже отмечалось в й 2.3, целесообразно использсвать итерационные алгоритмы восстановления томограмм, в которых в качестве нулевой итерации часто используется суммарное изображение. 184 Вначале рассмотрим возможность оптической реализации итерационного алгоритма Ван-Циттерта. Согласно этому алгоритму (й+ !)-е приближение решения интегрального уравнения (2 !8) можно записать в виде У"-'=5и+~» — Риайя У'=5к где 5н — суммарное изображение при Ж проекциях.
Как видно из этого выражения, процедура алгоритма заключается в последовательном вычнтании из Ьй итерации !» еще раз искаженной функции !» ~) йи и суммировании полученной разности с нулевой итерацией !»=5го Для выполнения данной итерационной процедуры можно использовать замкнутую двухканальную оптико-телевизионную систему с обратной связью (!371. Оптико-электронные процессоры с обратной связью состоят из двух частей: оптической и электронной. Обратная связь осуществляется за счет того, что телевизионные камеры настроены на передачу изображения с экрана своего же монитора, В оптическом тракте, который является некогерентным, по одному каналу выполняется интегральная операция свертки результата каждой итерации с искажающей функцией, т.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
