ICT图像重建并行处理技术

　　1 引言

　　作为一种高性能的无损检测技术，ICT 技术能准确地再现物体内部的三维立体结构，能够定量的提供物体内部的物理、力学特性，如缺陷的位置及尺寸、密度的变化及大小，异型结构的形状及准确尺寸，物体内部的杂质及分布等，是国际无损检测界公认的最佳无损检测手段，因此近些年来广泛的应用于诸多领域。

　　但是，ICT 是一种由数据到图像的重建技术。在图像重建过程中，由于涉及的数据多，计算量大，所以图像重建时间长一直是困扰 ICT 系统的棘手问题。目前提高图像重建速度的主要方法是算法改进、专用硬件和并行处理。随着计算机软硬件成本的降低，越来越多的 ICT 系统开始采用并行处理技术提高图像重建速度。

　　2 ICT 图像重建技术原理

　　ICT(Industrial Computed Tomography)也就是工业计算机断层扫描成像技术，它是在无损伤状态下得到被检测断层的二维灰度图像，以图像的灰度来分辨被检测断面的内部结构组成、装配情况、材质状况、有无缺陷、缺陷的性质和大小等。以第三代扫描CT 为例，其工作原理如图 1 所示。

　　由射线源经准直器形成一个薄的扇形射线束把被检工件所检断层全包容覆盖，射线穿过工件后投射到探测器阵列，经探测器进行数据采集，计算机得到一组投影数据 N (射线穿过被检物经衰减后的强度值)如 N=256，由工件转动 M=256 个分度数即可得到 256×256 个射线衰减强度值，把此数据送至计算机经必要的数据校正后即可按一定的图像重建算法进行图像重建，重建出一幅 256×256 的灰度图像。

　　如要得到被检物体的三维图像，则只需沿扫描线扫得足够多的断层二维图像进行叠加或者根据二维扫描数据采用 Feldkamp 的滤波反投影算法和Grangeat 的三维 Radon 反投影算法直接重建三维图像。

　　3 并行处理技术

　　并行处理是指以某种结构互连构成一个系统的若干处理单元 PE(Processing Element)互相通信并相互协同以快速完成大型运算。它主要依据问题的并行性特征，通过时间重叠、资源重复和资源共享等技术途径以缩短问题的处理时间，提高系统的可靠性和工作效率。问题的并行性(Parallelism)是指问题中可以同时进行运算或操作的特性, 包括了同时性和并发性两重含义。同时性(Simultaneity)指的是两个或多个事件在同一时刻发生;并发性(Concurrency)指的是两个或多个事件在同一时间间隔内发生。

　　根据计算机的基本结构特征，并行计算机基本上分为流水线计算机、阵列计算机、多处理机系统和数据流计算机。流水线计算机主要通过时间重叠，让多个部件在时间上交错重叠地并行执行运算和处理，以实现时间上的并行。阵列处理机主要通过资源重复，设置大量算术逻辑单元，在同一控制部件作用下同时运算和处理，以实现空间上的并行。多处理机系统主要通过资源共享，让共享输入/输出子系统、数据库资源及共享或不共享主存的一组处理机在统一的操作系统的全盘控制下，实现软件和硬件各级的相互作用，达到时间和空间上的异步并行。目前许多并行计算机实际上是上述三种结构的总和。如多流水线计算机也具有阵列或多处理机结构性质，反之，多处理机系统可由多个处理机组成阵列，每个处理机又采用流水线方式工作。