網(wǎng)絡并行計算在工業(yè)CT圖像重建中的設計與研究.pdf

1、傳統(tǒng)并行計算技術依賴于專用、大型的并行計算機，其基本特征是采用內存共享方式，因此它有計算效率高的顯著特點；但傳統(tǒng)大型并行機的編程復雜、可擴展性差、價格昂貴，主要應用于諸如天氣預報等專業(yè)領域。隨著微處理技術和網(wǎng)絡技術的飛速發(fā)展，可利用通用網(wǎng)絡，如局域網(wǎng)(Local Area Network, LAN)將一組高性能工作站或高檔PC機，按某種結構連接起來而構建的工作站機群(Cluster of Workstations, COW)將現(xiàn)代網(wǎng)絡通

2、訊技術與傳統(tǒng)并行計算技術結合起來，形成了一類新的并行計算技術——網(wǎng)絡并行計算。因其具有系統(tǒng)性價比高、編程方便、可擴展性好、能充分利用現(xiàn)有資源等突出優(yōu)點，而得到廣泛的應用。 在網(wǎng)絡并行計算領域，并行算法(包括針對網(wǎng)絡多機系統(tǒng)的并行計算流程和任務調度策略等)和軟件（包括多機間數(shù)據(jù)通訊和擁塞處理等）的許多研究尚處于探索階段，技術上還不成熟。研究一般的通用并行算法難度極大，而且在具體應用時，通常也不能直接使用。因此，針對具體體系結構的實

3、際應用，進行并行算法的研究可望得到較大的發(fā)展。 在計算機斷層成像(Computerized Tomography, CT)領域，能檢測大型工業(yè)構件的高能X射線工業(yè)CT機對航空、航天等領域有著明顯的重要性。當工業(yè)CT機檢測對象為大型工業(yè)構件并且要求高分辨率時，重建圖像的像素點陣巨大，計算量大大增加，從而使圖像重建時間過長。另一方面，當遇到投影數(shù)據(jù)采集不全等情況時，現(xiàn)今在工業(yè)CT中普遍采用的濾波反投影(Filter Back-Pro

4、jection, FBP)算法重建出的圖像很難達到人們對圖像質量的要求；此時，一般選用諸如同時代數(shù)重建算法(Simultaneous Algebraic Reconstruction Technique, SART)等代數(shù)重建算法。但相對FBP來說，SART的重建時間大大增加，在對實時性要求較高的場合，很難得到實際應用。為此，本論文把新興的網(wǎng)絡并行計算技術引入工業(yè)CT圖像重建中。 本論文以新興的COW為主要研究對象，詳細討論了并

5、行處理技術和工業(yè)CT技術；重點討論了并行算法、負載平衡策略和并行算法的一個設計模型――C3(Computation, Communication, Congestion)模型，以及工業(yè)CT的理論基礎和掃描檢測方式。在重點研究了串行SART算法的基礎上，設計了并行SART算法；通過詳細討論現(xiàn)今并行計算中最為常用的負載平衡策略，并針對本文的實際應用問題，設計了一種自適應預分配負載策略。通過討論本論文的實際應用問題，搭建了基于局域網(wǎng)絡的并行計

6、算平臺；在此平臺上，采用主從(Master/Slave)模式設計了該應用問題的軟件結構；在VC++6.0環(huán)境下設計開發(fā)了網(wǎng)絡并行計算可視化管理平臺和并行SART算法軟件；最后，通過實際測試的數(shù)據(jù)，分析討論了并行SART算法的加速比和效率。 通過理論分析和實際的測試數(shù)據(jù)證明了本文設計的并行SART算法、自適應預分配負載策略以及網(wǎng)絡并行計算平臺能有效的提高SART的時間效率，對提高SART在工業(yè)CT中的實際應用有重用意義；對其它類似