Diseño de aperturas codificadas en un sistema tridimensional de superresolución de tomografía computarizada compresiva

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dc.contributor.advisorArgüello Fuentes, Henry
dc.contributor.authorMojica Rodríguez, Edson Fabián
dc.contributor.evaluatorRodríguez Ferreira, Julián Gustavo
dc.contributor.evaluatorRamírez Silva, Ana Beatriz
dc.contributor.evaluatorRueda Chacón, Hoover Fabián
dc.contributor.evaluatorMeza Narváez, Pablo Francisco
dc.contributor.evaluatorRamírez Rondón, Juan Marcos
dc.date.accessioned2022-04-06T20:02:40Z
dc.date.available2022-04-06T20:02:40Z
dc.date.created2022-03-31
dc.date.issued2022-03-31
dc.description.abstractEl muestreo compresivo (MC) en tomografía computarizada (TC) de rayos-X se ha convertido en una herramienta esencial para conocer la estructura interna de un objeto a través de un procedimiento no invasivo. Estos enfoques utilizan aperturas codificadas (AC) a lo largo de múltiples ángulos de captura para bloquear una parte de la energía de rayos-X que viaja hacia los detectores. Sin embargo, la mayoría de los diseños de AC se centran en sistemas de haz en abanico de múltiples disparos, que manejan una proporción de 1:1 entre las características de AC y los elementos detectores. En consecuencia, la resolución de la imagen está sujeta al tamaño de píxel del detector. Como alternativa, en lugar de utilizar un arreglo de detectores más denso, esta tesis presenta un método para diseñar los patrones de AC en un sistema de haz cónico (CBTC) compresivo bajo una configuración de súper resolución (SR), donde la AC de alta resolución está diseñada para obtener imágenes de alta resolución de proyecciones de menor resolución. El diseño de AC explota el teorema de Gershgorin al minimizar sus radios, mejorando el condicionamiento de la matriz del sistema. Las simulaciones muestran que el diseño obtenido logra imágenes de alta resolución a partir de detectores de menor resolución en un escenario SR-CBTC de disparo único, donde se mejora el PSNR de las imágenes reconstruidas en comparación con patrones AC no diseñados. Además, esta tesis amplía su alcance principal para incluir un diseño de AC en un sistema imagenes espectrales conocido como CASSI, que permite aplicar de manera eficiente el concepto de MC para adquirir información espacio-espectral de una escena. La optimización incluye una máscara litográfica de colores en movimiento, en donde se alcanza una calidad de reconstrucción similar en comparación con un diseño de AC de última generación.
dc.description.abstractenglishCompressive sensing (CS) X-ray computed tomography (CT) has become an essential tool to know the inner structure of the object under observation through a non-destructive scanning procedure. These approaches rely on coded apertures (CA) along multiple view angles to block a portion of the x-ray energy traveling towards the detectors. Most of CA designs, however, are focused on multi-shot fan-beam (FB) systems, handling a 1:1 ratio between CA features and detector elements. In consequence, image resolution is subject to the detector pixel size. As an alternative, instead of using a denser detector array, this work presents a method for designing the CA patterns in a compressive CBCT system under a super-resolution configuration, i.e., high-resolution CA patterns are designed to obtain high-resolution images from lower-resolution projections. The proposed CA design, exploits the Gershgorin theorem by minimizing its radii to improves the condition of the system matrix. Simulations show that the optimal design obtained from the proposed approach achieves high-resolution images from lower-resolution detectors in a single-shot SR-CBCT scenario, {where the PSNR of the reconstructed images is improved} compared to non-designed CA patterns under different super-resolution factors. Additionally, this dissertation extends its main scope to include a CA design in a system named coded aperture snapshot spectral imaging (CASSI), which allows efficiently apply the CS concept to acquiring spatial-spectral information of a scene. The CA design is formulated in different matrix arrangements to induce a low correlation between rows and columns in the Gram matrix. The optimization includes a novel strategy, which can be implemented as a moving-colored lithographic mask using a micro-piezo electric device. The CA design for a multiple snapshot imagery system offers a similar reconstruction quality compared to a CA design of state-of-the-art, considering implementable filters as a solution due to the physical limitations in the CA manufacturing.
dc.description.degreelevelDoctorado
dc.description.degreenameDoctor en Ciencias de la Computación
dc.format.mimetypeapplication/pdf
dc.identifier.instnameUniversidad Industrial de Santander
dc.identifier.reponameUniversidad Industrial de Santander
dc.identifier.repourlhttps://noesis.uis.edu.co
dc.identifier.urihttps://noesis.uis.edu.co/handle/20.500.14071/9736
dc.language.isoeng
dc.publisherUniversidad Industrial de Santander
dc.publisher.facultyFacultad de Ingeníerias Fisicomecánicas
dc.publisher.programDoctorado en Ciencias de la Computación
dc.publisher.schoolEscuela de Ingeniería de Sistemas e Informática
dc.rightsinfo:eu-repo/semantics/openAccess
dc.rights.accessrightsinfo:eu-repo/semantics/openAccess
dc.rights.coarhttp://purl.org/coar/access_right/c_abf2
dc.rights.creativecommonsAtribución-NoComercial-SinDerivadas 4.0 Internacional (CC BY-NC-ND 4.0)
dc.rights.licenseAttribution-NonCommercial 4.0 International (CC BY-NC 4.0)
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
dc.subjectDiseño de código de apertura
dc.subjecttomografía computarizada de rayos-X
dc.subjectSuper-resolución
dc.subjectDecimación
dc.subjectmuestreo compresivo
dc.subjectProcesamiento de imágenes
dc.subject.keywordCoded aperture design
dc.subject.keywordX-ray computed tomography
dc.subject.keywordSuper-resolution
dc.subject.keywordDecimation
dc.subject.keywordCompressive sensing
dc.subject.keywordImage processing
dc.titleDiseño de aperturas codificadas en un sistema tridimensional de superresolución de tomografía computarizada compresiva
dc.title.englishCoded Aperture Design in a Three-Dimensional Super-Resolution System of Compressive Computed Tomography
dc.type.coarhttp://purl.org/coar/resource_type/c_db06
dc.type.hasversionhttp://purl.org/coar/version/c_b1a7d7d4d402bcce
dc.type.localTesis/Trabajo de grado - Monografía - Doctorado
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