Doctoral Thesis

Task specific trajectory design for faster and higher quality X-ray computed tomography

Final Thesis 47.59 MB

Author of thesis: Ing. Pavel Blažek, Ph.D.

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: prof. Ing. Jozef Kaiser, Ph.D.

Reviewers: Lucia Mancini, PhD, RNDr. Mgr. Peter Oberta, Ph.D.

Abstract:

Industrial X-ray computed tomography (CT) has become a~pivotal tool for non-destructive testing. Conventional acquisition methods, typically based on circular scan trajectories with fixed geometric parameters, impose limitations in terms of resolution, measurement speed, and flexibility, particularly when imaging planar objects. This dissertation investigates a~novel approach for task-specific scan optimization using variable zoom trajectories tailored to object geometry. The primary research question explores whether variable zoom CT can improve spatial resolution and reduce acquisition time without compromising measurement accuracy.

To address this, the thesis presents an automatic algorithm that generates variable zoom trajectory from prior object model. The proposed method enables local magnification adaptation to enhance resolution in regions of interest. Geometric deviations introduced during zooming, such as rotation axis misalignment and focal spot drift, are identified as critical sources of degradation in image quality. Two correction strategies are developed: an offline correction algorithm using a~known reference object, and a~axis-of-rotation correction method based on online analysis of projection consistency. The latter effectively mitigates pose-dependent errors that degrade reconstruction fidelity.The potential of variable zoom trajectories to reduce acquisition time is also examined. Although employing variable zoom for field of view (FOV) extension showed limited performance gains, the proposed adaptive sampling strategy resulted in a~substantial reduction in the number of required projections while preserving spatial resolution.

Results demonstrate that variable zoom trajectory enables resolution enhancement and acquisition time savings.

Keywords:

X-ray computed tomography, variable zoom, trajectory, resolution, geometry correction, fast CT

Date of defence

15.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaPznamka

Process of defence

Disertační práce Ing. Pavla Blažka vznikla ve spolupráci mezi CEITEC VUT a RWTH Aachen University na základě uzavřené smlouvy Cotutelle. Zabývá se vysoce aktuální a významnou problematikou v oblasti průmyslové rentgenové výpočetní tomografie. Zaměřuje se na návrh a optimalizaci trajektorií s proměnným zvětšením s cílem zvýšit prostorové rozlišení, efektivitu akvizice dat a flexibilitu inspekce, zejména u plochých a geometricky složitých vzorků. Doktorand systematicky zodpověděl všechny stanovené výzkumné otázky. Předložená práce zahrnuje vývoj automatického algoritmu pro generování trajektorií s proměnným zvětšením na základě předem známé geometrie objektu, metody korekce chyb polohování a osy rotace při CT s proměnným zvětšením i přístupy k rozšíření zorného pole a urychlení akvizice dat pomocí adaptivních strategií vzorkování. Dosažené výsledky jednoznačně prokazují, že optimalizace trajektorií pro konkrétní úlohy může ve srovnání s konvenčními přístupy k CT významně zlepšit kvalitu obrazu i efektivitu měření. Disertační práce má významný aplikační potenciál a může přispět k řešení aktuálních problémů průmyslové praxe. O její praktické relevanci svědčí úzká spolupráce s průmyslovým partnerem v průběhu doktorského studia i podaná patentová přihláška. V průběhu obhajoby disertační práce, která proběhla za účasti zástupců obou smluvních institucí – CEITEC VUT a RWTH Aachen University – Ing. Blažek prokázal hluboké odborné znalosti v dané oblasti, schopnost kriticky diskutovat dosažené výsledky i schopnost samostatně vykonávat vědecko-výzkumnou činnost. Jeho odborné předpoklady a dosažené výsledky svědčí o tom, že je plně připraven pro další vědeckou kariéru.

Language of thesis

English

Faculty

Středoevropský technologický institut VUT

Department

Central European Institute of Technology BUT

Study programme

Advanced Materials and Nanosciences (CEITEC-AMN-CZ-P)

Composition of Committee

prof. RNDr. Radim Chmelík, Ph.D. (předseda)
prof. Ing. Radimír Vrba, CSc. (místopředseda)
prof. Ing. Jozef Kaiser, Ph.D. (člen)
prof. Dr. Ing. Michael Riesener (člen)
prof. Dr. Ing. Carlo Holly (předseda)
prof. Dr. Ing. Robert Schmitt (člen)

Supervisor’s report
prof. Ing. Jozef Kaiser, Ph.D.

viz posudek v pdf.
File inserted by supervisor Size
Posudek vedoucího práce [.pdf] 80,47 kB

Reviewer’s report
Lucia Mancini, PhD

viz posedek v pdf.
File inserted by the reviewer Size
Posudek oponenta [.pdf] 265,56 kB

Reviewer’s report
RNDr. Mgr. Peter Oberta, Ph.D.

viz posudek v pdf.
File inserted by the reviewer Size
Posudek oponenta [.pdf] 154,00 kB

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová