固体火箭发动机CT图像条状伪影校正

为了校正窄角扇束工业CT扫描重建的固体火箭发动机图像中的条状伪影,分析了条状伪影的产生原因.针对条状伪影是由重排和数据对齐后固体火箭发动机投影数据的非光滑连续性引起的,提出了条状伪影校正的两种算法.两种算法均以中间平移步数的投影数据为基准进行投影数据的重排,一种将重排和数据对齐过程分开处理;另一种将重排和数据对齐过程合并处理.为了验证两种条状伪影校正算法的有效性,采用窄角扇束工业CT对某型固体火箭发动机进行3种不同扫描步长的扫描和重建.结果表明重排和数据对齐过程分开处理的校正算法只有在小步长扫描的情况下重建效果较好,条状伪影较少;而重排和数据对齐过程合并处理的校正算法在3种不同的扫描步长下图像重建质量均较好,条状伪影较少.      

提高三维ICT成像空间分辨率的扫描方式及其重建算法

对三维工业计算机层析成像(Three Dimensional Industrial Computed Tomography, 3D-ICT)空间分辨率提高技术进行了研究, 提出了一种通过1/4面阵探测器偏置扫描提高成像空间分辨率的锥束3D-ICT扫描方式, 推导了它的基于平行束重排的滤波反投影重建算法.这种方法首先通过面阵探测器中心相对于旋转中心偏移四分之一个探测单元宽度的扫描结构获取二维投影序列, 再对其进行平行束投影重排, 最后利用平行射束特点实现投影水平方向采样频率加倍, 从而提高3D-ICT水平方向的重建空间分辨率.计算机仿真结果证明了该扫描方式和重建算法的正确性.利用该种方法, 可使3D-ICT水平方向重建空间分辨率提高近1倍.      

ICT辅助涡轮叶片内冷通道多余物检测方法

为了实现涡轮叶片内冷通道多余物的无损检测与高精度提取,以工业计算机断层扫描技术为检测手段,基于刚性变换与正弦投影之间的关系,求得待测试件与标准试件断层图像方位上的位移参数,对测试件断层正弦图与标准件对应断层正弦图进行配准,提取出多余物正弦图并重建出多余物断层图像.实验证明该方法能有效识别出叶片内冷通道内的多余物,相比传统的基于CT(computed tomography)图像的多余物提取算法,该算法在投影域内进行,不受投影数据不完全、扫描系统偏差以及重建伪影的影响,具有更高的准确性.      

工业计算机断层成像系统转台旋转中心的确定

构建一个工业CT(computed tomography)成像系统,转台旋转中心的确定是非常关键的步骤,其定位误差会引起CT图像上的伪影.在详细分析了现存旋转中心确定方法不足的基础上,提出了一种新方法,该方法基于正弦图数据的冗余性,通过计算将正弦图数据总和均分的位置来定位旋转中心.相对现有算法,该方法无须使用模体,亦无需知晓任何几何参数,且基本不受随机噪声影响.实际的实验数据验证了该方法的有效性.      

固体火箭发动机缺陷的ICT局部检测

为了实现对固体火箭发动机缺陷的局部检测,提出了窄角扇束工业计算机断层扫描成像(ICT)检测固体火箭发动机缺陷的局部检测方案.采用平移/旋转扫描方式和只旋转扫描方式对固体火箭发动机缺陷进行局部检测.为了验证局部检测方案的有效性,利用窄角扇束ICT对某型固体火箭发动机进行局部检测,并利用卷积反投影算法和小波变换算法进行局部重建.结果表明:平移/旋转扫描方式适合窄角扇束ICT对固体火箭发动机缺陷进行局部检测,只旋转扫描方式不适合局部检测.由于利用局部缺陷区域外的投影数据,卷积反投影算法较小波变换算法的局部重建质量高.这对于提高固体火箭发动机缺陷的检测效率,降低检测成本具有重要意义.      

小张角扇形射线束CT检测固体发动机局部缺陷

针对小张角扇形射线束CT的特点及提高固体火箭发动机缺陷检测效率，本文在滤波反投影(FBP)算法的基础上，提出了局部区域的图像重建方法，采用感兴趣的局部区域(ROI)的采样数据，实现了固体火箭发动机局部图像重建。与整体图像重建算法一样，FBP局部重建的图像清晰，缺陷分辨率高，重建速度快，具有很好的应用价值。     

一种用于CT空间分辨率增强的图像重建方法

为在既有硬件条件下提高工业计算机层析成像(computed tomography,CT)系统空间分辨率,分析了提高采样频率的半像素错位工业CT扫描方法,提出了一种基于代数迭代技术的直接重建算法,以面积权值对采集到的投影数据进行交替迭代,实现高分辨率图像重建.利用星型空间分辨率模型开展了计算机仿真分析,重建图像截止频率处的调制度达到0.8,表明了该方法提高空间分辨率的潜力.标准空间分辨率测试卡工业CT扫描重建实验结果进一步验证了其可行性和有效性.该方法简单、易行,在工业CT系统中有良好工程应用前景.      

机载SAR反投影图像自聚焦处理方法

反投影算法(BPA)是一种经典的时间域合成孔径雷达(SAR)成像处理方法。BPA对回波数据插值累加得到图像,运动误差导致的目标散焦沿不同的倾斜角度存在,无法直接应用现有的自聚焦算法。为此,提出了一种新颖的BPA图像运动补偿方案。基于反投影数据运动相位误差和距离徙动分析,研究了修正投影栅格成像,从而去除重建图像中目标散焦方向的空变特性。在中低分辨率配置下,重建SAR图像能够直接应用相位梯度自聚焦(PGA)等进行运动补偿。点目标仿真实验和实测数据结果验证了该算法的有效性。     

热障涂层喷涂质量微焦点CT检测

采用微焦点X射线源对热障涂层样品进行了高分辨率X射线成像研究,采用多尺度对比度增强算法提高了热障涂层与基体之间的对比度.X射线图像显示热障涂层各处厚度差异较大,热障涂层内部可能存在大量孔隙.通过微焦点计算机层析成像(CT)对样品进行了高分辨率CT扫描与重建,得到了样品的CT重建图像.从热障涂层CT图像观察到热障涂层内部存在大量孔隙,且不同层孔隙尺寸、数量不同.结合3个坐标方向的切片图像分析了热障涂层深度方向的热障涂层厚度,得到了热障涂层厚度的二维分布,测量得到热障涂层平均厚度约为40μm.对沿热障涂层深度方向850~1131层切片图像,利用可视化软件VGstudio MAX得到了热障涂层内部孔隙三维分布.研究结果表明:微焦点CT可用于热障涂层制备工艺质量检测.      

三焦点张量的最小代数误差非迭代算法研究

通过普通数码相机获得的3幅未标定图像,采用RANSAC算法进行两两匹配获得3幅图像的一组兴趣点对,利用最小代数误差非迭代算法在MATLAB中计算出三焦点张量,提出一种最小代数误差非迭代算法。实验结果表明,该方法是一种有效的三焦点张量计算方法,计算复杂度小、实现效率高。能够得到较准确的三焦点张量,为下一步相机自动标定以及三维场景的自动重建和量测奠定了基础。     

一种新的玫瑰扫描目标跟踪边界重心法

针对自动寻的导弹玫瑰扫描目标跟踪方法中由于扫描过程非线性引起的目标采样非线性,导致求取目标重心算法的运算量和计算误差大等问题,提出了一种基于格林公式的、新的求取目标重心的边界重心法,该方法仅使用目标边界上的采样点。通过对运算量和计算误差的理论分析,与现有的权重重心法相比,本方法可以有效解决采样不均匀的问题,同时运算量减少了90%,误差仅为权重重心法的下界。另外,本方法也可用于基于图像信息的凝视目标跟踪等类似算法中来提高跟踪准确性及运算速度。     

适用于爆炸物CT检测重建图像去噪新算法

场旅客行李爆炸物CT检测成像过程中不可避免地受到噪声影响,对重建图像的去噪处理是爆炸物CT检测技术中的一个重要环节。针对机场旅客行李隐藏爆炸物快速检测、重建图像质量要求和引入的噪声特点,提出了一种有效的图像去噪算法将小波包分析与快速中值滤波相结合,并且对小波包系数运用一种新的阈值去噪方法。实验结果表明,该算法能更有效地去除重建图像的噪声并保持图像的边缘细节。     

一种基于正弦图的工业CT系统转台旋转中心自动确定方法

构建一个工业CT成像系统,转台旋转中心的确定是非常关键的步骤,其定位误差会引起CT图像上的伪影。本文在详细分析了现存旋转中心确定方法不足的基础上,提出了一种新方法,该方法利用隐含在正弦图中的对称投影信息,并根据经过旋转中心的射线束在两个对称投影视角下透过的物体路径相同这一规律来定位旋转中心。相对现有算法,该方法适用于射线源与旋转中心的连线不严格垂直于探测器的情形,无需使用模体,亦无需知晓任何几何参数,实时且基本不受随机噪声影响。实验数据验证了该方法的有效性。     

基于改进ORB-GMS-SPHP算法的快速图像拼接方法

针对传统图像拼接算法存在拼接速度慢、图像拼接有色差等问题,提出了一种基于ORB-GMS-SPHP算法的大视场多图像拼接方法。该方法首先利用高斯函数构建尺度空间,将高斯尺度空间划分为多个网格,在每个网格内借助FAST算法提取尺度空间特征点,使用BRIEF算法提取描述符并匹配,得到更加均匀分布的特征点;然后使用运动网格统计算法筛选匹配点;最后采用SPHP算法融合图像重叠区域,从而得到完整的拼接图像。将改进的ORB-GMS-SPHP算法与现有的传统特征点匹配算法在特征点匹配精度和特征点匹配速度进行对比与评价,验证了该方法特征点匹配速度快、精度高,并且可以保留更多的正确匹配点的特点。将该拼接方法与传统拼接方法在拼接速度、图像配准均方误差RMSE以及视觉主观判断拼接色差进行对比与评价,验证了该拼接方法具有较快的拼接速度、更高的拼接精度和无明显色差。该方法在2 736像素×3 648像素图像中,特征点匹配时间降低至6.463 s,图像配准精度RMSE降低至3.87。实验证明该方法特征点匹配速度快、精度高,且拼接精度高、无明显色差。     

基于神经网络的CT图像重建方法研究

旅客行李隐藏爆炸物CT检测是机场安检的重要部分,图像重建是CT检测技术的重要环节,但实际中往往得不到完全的投影数据。针对不完全投影数据或数据量较少情况的重建问题,提出将神经网络算法应用于图像重建,并利用完全投影条件下FBP算法的重建结果作为网络的目标输出进行权值学习,从而降低网络结构和训练的复杂性。对该算法进行计算机模拟仿真试验,试验结果表明,该算法能有效地完成不完全投影数据的图像重建,且重建图像质量较高。     

基于定位特征点的叶片锥束CT点云模型配准方法

针对实际生产过程中锥束CT检测空心涡轮叶片的点云数据与计算机辅助设计模型的配准问题,提出了一种基于定位特征点的叶片锥束CT点云模型配准方法。首先将点云数据与计算机辅助设计模型进行预配准;然后查找空心涡轮叶片的设计定位特征点坐标;最后根据定位基准点寻找点云数据上与之对应的基准点,并建立各自坐标系,根据坐标系进行几何变换,迭代直至满足要求,从而完成精确配准。试验结果表明,该方法很好地实现了锥束CT点云模型的配准定位,满足了实际生产要求。     

基于改进半阈值算法的电容层析成像滑油监测方法研究

针对航空滑油检测过程中电容层析成像（Electrical Capacitance Tomography,ECT）存在的病态性和欠定性问题,将稀疏正则化中基于L1/2正则化的半阈值迭代算法应用到ECT图像重建,加入L2范数的惩罚项,构造新的泛函模型,并在迭代过程中设计一种新的约束项以优化解向量。仿真实验采用Comsol5.3搭建系统模型,Matlab2014a处理采集数据。实验结果表明,与Landweber迭代算法相比,改进算法成像误差降低37.33%,相关系数提升33.67%;与半阈值迭代算法相比,改进算法成像误差和相关系数分别降低12.31%和提升11.86%,图像误差降低至0.24、相关系数提升至0.92,且成像时间依然保持在0.06s。实际滑油监测的实验系统采用现场可编程门阵列（Field Programmable Gate Array,FPGA）直接数字频率生成模块生成数字量的正弦激励信号,通过D/A转化为正负交流信号对测量电极进行激励。实验结果表明,基于ECT系统的改进半阈值迭代算法可以满足航空发动机滑油监测的实时性和准确性的要求。     

融合明度特征的V-SAD立体匹配算法

针对SAD算法难以对图像中纯色与弱纹理部分进行准确匹配的问题,提出了将HSV空间明度特征与SAD算法相融合的立体匹配算法,称为V-SAD算法.首先将图像从RGB空间转化至HSV空间,并根据H、S、V值将像素点按照颜色分为10类,同时得到明度特征图.然后结合SAD算法需要的灰度特征图计算匹配代价,得到初步的视差图.接着,根据HSV空间的颜色信息对图像进行分割,结合数学形态法求解分割区块中的独立连通域.再利用边缘生长法对每一个连通域的视差进行恢复.最后,使用左右一致性检测方法对视差图进行优化.实验结果表明,利用图像的明度信息衡量纯色与弱纹理区域的匹配点的相似度是有效的,该V-SAD算法有效改善了SAD算法在弱纹理和纯色区域的匹配效果,平均误匹配率下降了13.02％.     

风洞模型变形单相机测量误差分析与补偿算法

从描述像空间坐标与物体空间坐标之间几何关系的共线方程出发,推导了风洞模型变形单相机测量试验中展向坐标不变假设诱导的物体空间坐标计算误差的公式。针对2m量级风洞试验段,分析了相机位于不同安装位置对坐标计算误差的影响。基于弹性变形中大展弦比风洞模型剖面近似保持刚性的物理特性,提出了一种展向位移补偿算法,用于减小或消除展向坐标不变假设诱导的空间坐标计算误差。最后,采用数学仿真方法对提出的展向位移补偿算法进行了评估,数据结果表明:在模型表面RX/RY和RZ/RY存在奇性、空间坐标计算结果误差较大需要修正的情况下,该补偿算法可以得到比较准确的展向位移计算结果,从而将空间坐标计算误差控制在比较合理的范围内。     

基于非平行双目结构的三维坐标解算算法

理想情况下,双目立体视觉模型是平行放置的,三维坐标易于解算。但在实际安装摄像机的时候,光轴无法做到平行,标定所得的重投影矩阵和左右图像匹配都存在误差,影响了三维坐标解算精度。针对此种情况,对非平行双目结构三维坐标解算进行了深入的研究。传统的最小二乘法和归一化最小二乘法都是利用求解联立的超定方程组得到最优解,将最优解看作是空间物点的三维坐标,但是它们都没有考虑所建立的超定方程组所代表的几何意义。从几何学角度出发,推导出一种基于异面直线公垂线中点的三维坐标解算公式,通过在无人机平台上测距实验,验证了此方法比最小二乘法和归一化最小二乘法具有更高的精度。