圖像濾波方法及ct 系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種圖像濾波方法及CT系統(tǒng)，尤其涉及利用并行計算的圖像濾波方 法及CT系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 圖像濾波，即消除圖像中的無用噪聲，是圖像預(yù)處理中不可缺少的操作。濾波器是 圖像處理中最關(guān)鍵的組成部分之一，無論是在圖像變換、圖像增強和圖像恢復(fù)中都是相當(dāng) 重要。選擇不同的濾波器可W實現(xiàn)不同的處理效果，例如低通濾波器可用于平滑圖像，高通 濾波器可用于邊緣提取等。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，我們需要處理的數(shù)據(jù)量大幅增加，該就對 圖像濾波的處理速度提出了更高的要求。
[0003]除了直接用于圖像處理外，濾波器還可W作為一些迭代計算的正則化約束條件。 例如，計算機斷層成像術(shù)（CT)廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)影像領(lǐng)域。它是利用計算機技術(shù)對被測物體 斷層掃描圖像進行重建獲得3維斷層圖像的掃描方式。該掃描方式是通過單一軸面的射線 穿透被測物體，根據(jù)被測物體各部分對射線的吸收與透過率不同，由計算機采集透過射線 并通過3維重構(gòu)成像。解析重建和迭代重建是CT圖像重建的兩種基本方法，其中迭代重建 在保證圖像質(zhì)量恒定的前提下能夠大幅降低福射劑量，有利于作為未來的發(fā)展方向的低福 射劑量CT。在低福射劑量CT圖像的迭代重建中，每次迭代計算中都要進行濾波正則化計 算，由于醫(yī)療圖像數(shù)據(jù)量大，濾波的速度將直接影響CT圖像重建的速度。因此，對大規(guī)模圖 像濾波處理進行加速十分必要。
[0004]另一方面，W圖像處理器（GPU)為代表的多核處理器的高性能數(shù)值運算能力在 近些年發(fā)展迅速。NVIDIA公司于2007年正式發(fā)布的CUDA(Computer化ifiedDevice Architec化re;計算統(tǒng)一設(shè)備架構(gòu))，使用一種類C語言(支持現(xiàn)有C語言基礎(chǔ)上，進行了部 分擴展)，使得開發(fā)工作更加易于掌握。GPU不再局限于圖形處理，也可應(yīng)用于通用數(shù)值計 算中，特別適用于并行度高數(shù)值運算量大的運算。
[0005]因此，近年來開始利用WGPU為代表的多核處理器的并行計算來加速大規(guī)模圖像 濾波處理。在傳統(tǒng)的并行處理方法中，將圖像中的每一個像素點的濾波計算作為基本計算 單元交給每一個線程完成。但是，該不但會產(chǎn)生大量的重復(fù)計算，造成計算量和計算時間的 無謂增加，而且會產(chǎn)生全局存儲器的大量重復(fù)訪問，造成全局存儲器的訪問次數(shù)和訪問時 間的無謂增加。由此，現(xiàn)有技術(shù)在利用并行計算來實現(xiàn)圖像濾波處理時存在圖像濾波速度 低下的技術(shù)問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)中的上述技術(shù)問題，其目的在于，提供一種基于W圖像處理 器（GPU)為代表的多核處理器的圖像濾波方法及CT系統(tǒng)，在利用并行計算實現(xiàn)快速的大規(guī) 模圖像濾波處理中，通過減少現(xiàn)有并行計算中的重復(fù)計算，減少計算量，大幅提高圖像濾波 的并行計算速度。
[0007] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種圖像濾波方法，利用多核處理器，并行地對圖 像進行濾波處理，其特征在于，包括W下步驟：計算方向確定步驟，根據(jù)所述圖像的維數(shù)及 所述濾波處理的預(yù)定的鄰域范圍，確定所述濾波處理的多個計算方向；各方向濾波計算步 驟，按所確定的多個計算方向中的每個計算方向分別進行下述處理：由多個線程中的每個 線程分別針對所述圖像中的一行像素，W該行的每個像素作為對象像素，在對象像素與該 對象像素在該計算方向上的各鄰域像素之間進行預(yù)定的濾波計算，并將所述濾波計算的結(jié) 果分別W累加的方式保存為該對象像素和各鄰域像素的濾波結(jié)果，其中所述鄰域像素是位 于對象像素的所述鄰域范圍中的像素；W及圖像濾波結(jié)果獲得步驟，將通過所述各方向濾 波計算步驟針對所確定的全部計算方向得到的濾波結(jié)果按所述圖像的每個像素累加，從而 獲得所述圖像的圖像濾波結(jié)果。
[0008] 根據(jù)本發(fā)明的圖像濾波方法，在利用并行計算的圖像濾波處理中，能夠減少現(xiàn)有 并行計算中的重復(fù)計算，減少計算量，從而大幅提高圖像濾波的并行計算速度，并提高圖像 濾波處理的速度和實用性。
[0009] 本發(fā)明的圖像濾波方法也可W是：在所述各方向濾波計算步驟中，多個線程中的 每個線程相互并行地進行濾波計算。
[0010] 在此，通過多個線程中的每個線程相互并行地進行濾波計算，能夠進一步提高圖 像濾波處理的速度。
[0011] 本發(fā)明的圖像濾波方法也可W是：在所述各方向濾波計算步驟中，每個線程分別 針對所述圖像中的一行像素，從該行的起始像素開始直到該行的最終像素為止依次作為對 象像素，在對象像素與該對象像素在該計算方向上的各鄰域像素之間進行所述濾波計算， 并將所述濾波計算的結(jié)果分別W累加的方式保存為該對象像素和各鄰域像素的濾波結(jié)果。
[0012] 在此，在針對各計算方向的濾波計算中，每個線程將一行像素中的起始像素到最 終像素依次作為對象像素。由此，能夠在該行的各像素之間充分地相互利用濾波計算結(jié)果， 大幅提高圖像濾波的并行計算速度。
[0013] 本發(fā)明的圖像濾波方法也可W是：在所述計算方向確定步驟中確定了相對于所述 圖像中的像素排列方向傾斜的計算方向的情況下，在所述各方向濾波計算步驟中，按該傾 斜的計算方向進行處理時，每個線程所計算的各行像素的像素數(shù)量相等。
[0014] 在此，在按傾斜的計算方向進行濾波計算時，通過合理設(shè)定由每個線程所計算的 各行像素，使得各行像素的像素數(shù)量相等，能夠最大程度地在各個線程之間使計算量平均 化，而且有利于各個線程并行計算，從而提高了圖像濾波的并行計算速度。
[0015] 本發(fā)明的圖像濾波方法也可W是；在針對2維圖像進行濾波處理、且濾波處理的 鄰域范圍的半徑為1的情況下，在所述計算方向確定步驟中，所確定的計算方向的數(shù)量為 4,在所述圖像濾波結(jié)果獲得步驟中，將通過所述各方向濾波計算步驟針對所確定的4個計 算方向得到的濾波結(jié)果按所述圖像的每個像素累加，從而獲得所述圖像的圖像濾波結(jié)果。
[0016] 由此，通過多核處理器并行地針對2維圖像進行濾波處理，能夠減少現(xiàn)有并行計 算中的重復(fù)計算，減少計算量，從而大幅提高2維圖像濾波的并行計算速度，并提高2維圖 像濾波處理的速度和實用性。
[0017] 本發(fā)明的圖像濾波方法也可W是；在針對3維圖像進行濾波處理、且濾波處理的 鄰域范圍的半徑為1的情況下，在所述計算方向確定步驟中，所確定的計算方向的數(shù)量為 13,在所述圖像濾波結(jié)果獲得步驟中，將通過所述各方向濾波計算步驟針對所確定的13個 計算方向得到的濾波結(jié)果按所述圖像的每個像素累加，從而獲得所述圖像的圖像濾波結(jié) 果。
[0018] 由此，通過多核處理器并行地針對3維圖像進行濾波處理，能夠減少現(xiàn)有并行計 算中的重復(fù)計算，減少計算量，從而大幅提高3維圖像濾波的并行計算速度，并提高3維圖 像濾波處理的速度和實用性。
[0019] 本發(fā)明的圖像濾波方法也可W是；在針對3維圖像進行濾波處理、且濾波處理的 鄰域范圍的半徑為r的情況下，通過所述計算方向確定步驟確定了多個計算方向之后進行 下述處理；（1)從全局存儲器向所述多核處理器的共享內(nèi)存讀入構(gòu)成所述3維圖像的多個2 維圖像中的起始化+1個2維圖像，并對該化+1個2維圖像執(zhí)行所述各方向濾波計算步驟 和所述圖像濾波結(jié)果獲得步驟，（2)將讀入的化+1個2維圖像中的前r+1個2維圖像的各 像素的濾波結(jié)果從共享內(nèi)存寫入全局存儲器，（3)從全局存儲器向共享內(nèi)存讀入構(gòu)成所述 3維圖像的多個2維圖像中的后續(xù)r+1個2維圖像，并對由該后續(xù)r+1個2維圖像和在（2) 中未從共享內(nèi)存寫入全局存儲器的r個2維圖像組成的化+1個2維圖像，執(zhí)行所述各方向 濾波計算步驟和所述圖像濾波結(jié)果獲得步驟，（4)重復(fù)處理（2)和處理（3)，直到將構(gòu)成所 述3維圖像的全部2維圖像的圖像濾波結(jié)果從共享內(nèi)存寫入全局存儲器，并將寫入全局存 儲器的所述全部2維圖像的圖像濾波結(jié)果作為所述3維圖像的圖像濾波結(jié)果。
[0020] -般而言，全局存儲器不具有緩存，讀寫速度較慢，而多核處理器的共享內(nèi)存具有 緩存該一優(yōu)勢，讀寫速度快。通過上述處理，充分利用共享內(nèi)存的緩存機制，減少全局存儲 器的訪問次數(shù)，大大減少處理器內(nèi)存的訪問時間，從而提高了圖像濾波處理的速度和實用 性。
[0021] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明還提供一種CT系統(tǒng)，通過X射線對掃描對象進行掃描， 輸出所述掃描對象的CT圖像，其特征在于，具有；CT掃描儀，通過X射線對掃描對象進行掃 描，獲得所述掃描對象的投影圖像；CT圖像重建裝置，具有多核處理器，根據(jù)所述投影圖像 重建CT圖像，在為了重建CT圖像而利用所述多核處理器對圖像并行地進行的濾波處理中， 根據(jù)圖像的維數(shù)及所述濾波處理的預(yù)定的鄰域范圍，確定所述濾波處理的多個計算方向， 按所確定的多個計算方向中的每個計算方向，由多個線程中的每個線程分別針對所述圖像 中的一行像素，W該行的每個像素作為對象像素，在