Korrektur von Nichtlinearitäten des Abbildungssystems bei der Computertomographie von heterogenen Objekten

Krumm, Michael GND

In computed tomography (CT) several physical effects reduce the quality of reconstructed CT images. Beside scatter, one major deterministic artifact is the beam hardening effect which arises due to the polychromatic character of the used X-ray spectrum and causes cupping and streak artifacts. In this thesis a method is proposed which allows a significant reduction of beam hardening and scatter artifacts in computed tomography images of multi-component objects. The approach is based on the assumption that the relation between material thickness and X-ray attenuation can be expressed by a global function. This function contains the information about all global nonlinearities of the imaging system. Neither is it necessary to have any estimate or knowledge of the incident X-ray spectrum nor material characteristics like mass density or absorption coefficients. The method works without any reference measurements and uses the original projection images. Several simulated and real measured specimens of miscellaneous material combinations were tested and corrected to show the efficiency of the proposed method.

In der Computertomographie (CT) treten zahlreiche Effekte in Erscheinung, die die Bildqualität beeinträchtigen. Neben Streustrahlung ist dies in erster Linie Strahlaufhärtung, die aufgrund der polychromatischen Eigenschaft der Röntgenstrahlung zu Artefakten wie z. B. Cupping oder dunklen Streifen führt. Diese Artefakte erschweren oder verhindern die Auswertung der erzeugten Bilder hinsichtlich Fehlerfindung oder Bestimmung dimensioneller Größen. In dieser Arbeit wird ein Verfahren vorgestellt, mit dem es möglich ist, die Effekte der Strahlaufhärtung und Streustrahlung zu mindern, sodass eine Auswertung computertomographischer Bilder von heterogenen, also mehrmaterialigen Prüfobjekten, verbessert wird. Es wird gezeigt, dass der Zusammenhang zwischen der Materialdicke der unterschiedlichen Materialien und der totalen Abschwächung des Röntgenstrahls über ein Funktional ausgedrückt werden kann. Grundlage dafür ist die Annahme, dass die Reihenfolge in der die verschiedenen Materialien durchstrahlt werden, vernachlässigt werden kann. In dem bestimmten Funktional werden alle globalen Nichtlinearitäten des Abbildungssystems zusammengefasst, was zwar eine explizite Berücksichtigung von lokalen Effekten wie z. B. Objektstreustrahlung vernachlässigt, aber dennoch eine effektive Reduktion der Artefaktbildung ermöglicht. Zusatzinformationen über das bildgebende System wie z. B. eine Abschätzung des Quellenspektrums oder der Effizienz des Röntgendetektors sind genauso wenig erforderlich, wie die Kenntnis über die im Prüfobjekt vorkommenden Materialien und deren Eigenschaften. Mit Hilfe mehrerer simulierter und real gemessener estkörper wird die Leistungsfähigkeit des Verfahrens getestet und anhand definierter Bildgütekriterien bewertet.

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Krumm, Michael: Korrektur von Nichtlinearitäten des Abbildungssystems bei der Computertomographie von heterogenen Objekten. 2012.

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