Adéquation algorithmes et architectures parallèles pour la reconstruction 3D en tomographie X - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 1996

Adequation beetween algorithms and parallel machines for 3D reconstruction on X-Ray Tomography

Adéquation algorithmes et architectures parallèles pour la reconstruction 3D en tomographie X

Christophe Laurent
  • Fonction : Auteur

Résumé

This aim of this work is to study the adequacy of parallel approaches to 3D imaging, in the particular case of 3D image reconstruction in X-Ray tomography. The technological evolution of acquisition systems, from the first scanner to the Morphometer, has generated new problems with respect to the theory of image reconstruction and computer requirements. In a first part, we present the background on Computed Tomography and parallel computers. The evolution of Massively Parallel Processing computers, from the Cray 1 to the Cray T3D, allows to solve increasing size problems. In a second part, we define our methodology to parallelize the reconstruction algorithms. We identify the basic operators (projection and backprojection) on which the parallel effort is made. We define a local and a global approaches to parallelize these operators. We present different optimized versions of these algorithms taking into account, on the one hand, the minimization of communication times (overlapping communications by calculations, communications on binary tree), and one the other hand, load-balancing ( adaptative partition). In a third part, we implement three parallel reconstruction methods using these operators: Feldkamp method, and two algebraic methods, Block ART and SIRT. The algorithms have been tested on different parallel computers: Maspar, Sun workstation network, Farm of Alpha processors, Intel Paragon, IBM SP1 and Cray T3D. For portability, they have been implemented using PVM. We evaluate the performances and we show the 3D reconstruction results from simulated data. Then, we present 3D reconstructed images performed on the Cray T3D, when using data from a prototype of 3D X-Ray scanner (Morphometer).
Le but de cette thèse est d'étudier l'adéquation des approches parallèles à l'imagerie 3D, en prenant comme problème cible de la reconstruction d'images 3D en tomographie par rayons X. L'évolution technologique des systèmes d'acquisition, du premier scanner au Morphomètre, a généré de nouvelles problématiques au niveau des méthodes de reconstruction et au niveau des besoins informatiques. Une première partie est consacrée aux fondements de la tomographie assistée par ordinateur et à la présentation des machines parallèles. L'évolution des machines de calcul intensif, du Cray 1 au Cray T3D, permet de résoudre des problèmes de taille croissante. Dans la deuxième partie, nous définissons la méthodologie suivie pour paralléliser les algorithmes de reconstruction. Nous identifions les opérateurs de base (projection et rétroprojection) sur lesquel est porté l'effort de parallélisation. Nous définissons deux approches de parallélisation (locale et globale). Différentes versions optimisées de ces algorithmes parallèles sont présentées prenant en compte d'une part la minimisation des temps de communications (recouvrement calcul/communication, communication sur un arbre binaire) et d'autre part la régulation de charge (partitionnement adaptatif). Dans la troisième partie, à partir de ces opérateurs parallélisés, nous construisons trois méthodes de reconstruction parallèles : une méthode analytique (la méthode de Feldkamp) et deux méthodes algébriques (la méthode Art par blocs et méthode SIRT). Les algorithmes sont expérimentés sur différentes machines parallèles : Maspar, Réseau de stations Sun, Ferme de processeurs Alpha, Paragon d'Intel, IBM SP1 et Cray T3D. Pour assurer la portabilité sur les différentes machines, nous avons utilisé PVM. Nous évaluons nos performances et nous montrons nos résultats de reconstruction 3D à partir de données simulées. Puis, nous présentons des reconstructions 3D effectués sur le Cray T3D, à partir de données expérimentales du Morphomètre, prototype de scanner X 3D.
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Dates et versions

tel-00004999 , version 1 (23-02-2004)

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  • HAL Id : tel-00004999 , version 1

Citer

Christophe Laurent. Adéquation algorithmes et architectures parallèles pour la reconstruction 3D en tomographie X. Interface homme-machine [cs.HC]. Université Claude Bernard - Lyon I, 1996. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00004999⟩
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