一种新的TR层析扫描投影重排算法

TR层析扫描可对超出射束范围的大尺寸构件进行检测,在工业CT领域有着重要的应用。目前使用的一种重建方法是在忽略扇角的影响下,将TR扫描正弦图直接重排成标准平行束正弦图,然后使用平行束的重建方法进行重建,这样导致重建图像存在一定误差。提出一种新的重排算法,通过坐标转换和插值计算,得到平行束正弦图中的各采样点在TR扫描正弦图中对应的映射点坐标及灰度信息,进而得到完整的平行束正弦图。通过仿真和试验,发现应用新算法得到的正弦图和重建图像均消除了边缘不光滑和伪影现象。新的重排算法能够消除现有重排算法的误差,使得TR扫描方法在扇束角较大时也能实现正确CT重建。     

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.      

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.      

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.      

环形阵列超声换能器的全聚焦成像方法及其应用

在检测高衰减的大厚度构件时，相控阵超声声束在非聚焦区域的声能量损失严重，采用线阵或矩阵超声换能器的检测精度和最大检测深度常难以满足要求。首先，建立了合成声束三维声场分布模型，分析了不同阵列超声换能器的空间声场能量分布特点，发现环阵超声换能器在相同聚焦深度处的声场特性更好，同时具有阵元数量少、声束焦斑沿轴线中心完全对称等特点。然后，建立了一种采用环阵超声换能器的全聚焦方法（TFM，Total Focusing Method），并基于试样群速度测量结果对各向异性材料中的聚焦算法进行了优化。在这种方法中将所采集到的全矩阵数据沿换能器中心轴线进行重建，可实现沿深度方向的逐点无穷聚焦。最后，利用所研制的阵列超声C扫描自动检测系统对预埋有缺陷的3D打印钛合金试样进行了对比检测实验，结果表明采用全聚焦成像算法的环阵超声换能器能实现55 mm试样内部直径0.8 mm、深度5.0 mm平底孔和横孔缺陷的精确检测，相对于常规的动态聚焦算法有更高的检测信噪比和定量精度。     

数字射线成像空间分辨率的增强

成像空间分辨率是工业数字射线成像系统的重要技术指标,通过分析成像的物理过程,给出了成像过程的数学模型,进而得出影响数字射线成像空间分辨率的主要因素,并针对各种因素研究了相应的提高空间分辨率的方法.建立了成像系统的点扩展函数模型,给出了优化投影放大比的方法,提出了一种提高探测器采样频率和光电管采样孔径的硬件方法;采用了一种简便的方法抑制了散射对空间分辨率的影响;计算机模拟及实验结果验证了方法的有效性.     

机载共形阵天线阵列信号处理的关键技术分析

机载共形阵是机载有源相控阵天线发展的下一个目标。共形阵天线的阵元具有不同的方向性,空间分辨率算法必须考虑来波的极化问题。本文研究了空间信号波达方向(Direction of Arrival,DOA)估计算法的现状,分析了一种适用于共形阵天线空域自适应波束形成的高速滤波算法。     

基于阵元激励幅度分档的赋形波束方向图综合

提出了一种新型的基于幅度分档的赋形波束方向图综合算法。该算法共分为3步。首先,使用传统方向图综合方法如交替投影得到波束的无幅值限制的阵元激励;然后,使用概率密度理论对得到的阵元激励幅度进行处理得到量化的阵元激励幅度,最后,通过量化阵元激励幅度,使用半正定松弛（SDR）方法得到阵元激励的相位分布。上述步骤中,如何使用概率密度理论得到量化的阵元激励幅度是3步中较为重要的一步。将阵元激励幅度用概率密度变量进行替代,通过事先设定的阵元激励幅度档位个数,以及每个阵元激励幅度落在相应档位时取值的概率,可以得到含有概率密度变量的综合方向图表达式。最小化含有概率密度变量的综合方向图与理想方向图的功率之差即可得到量化的阵元激励幅度。使用概率密度理论得到量化阵元激励幅度的优势在于,可以根据任意形状的阵面和阵元栅格排布来划分幅度的档位区间,从而有着更广泛的适用性。在例证部分,通过多组算例的仿真,以及与一些对算法性能的分析,所提算法验证了其在综合效果上的优越性。     

高信噪比、高分辨宽测绘带成像

针对传统高分辨和宽测绘带以及高信噪比和宽测绘带之间的矛盾,提出一种基于脉内扫描面阵合成孔径雷达(SAR)系统的二维空域联合处理算法实现高信噪比、高分辨宽测绘带成像。文中首先建立脉内扫描面阵SAR系统模型,该系统采用低脉冲重复频率(PRF)获得宽测绘带信息,同时利用脉内扫描方式获得高信噪比的回波信号。对于低PRF采样宽多普勒谱(对应方位高分辨)引起的多普勒模糊以及脉内扫描引起的距离模糊,提出一种二维空域联合处理算法解距离和多普勒模糊,并且详细地分析了地形高度变化对解模糊算法的影响。最后,通过仿真实验验证了本文算法的有效性。     

扩展酉矩阵束算法实现稀疏可重构天线阵的优化设计

针对方向图可重构天线阵列的稀疏布阵问题,提出一种基于扩展酉矩阵束算法的优化设计算法。首先建立以阵元位置和多组激励为变量的多方向图联合稀疏优化模型,并利用期望方向图采样数据构建Hankel块矩阵。然后通过centro-Hermitian化处理和酉变换将采样矩阵从复数域转换到实数域,舍弃实矩阵中较小的奇异值对可重构线阵进行稀疏。最后通过对等价矩阵束的广义特征值分解估计稀布阵元位置,进而得到每个方向图对应的激励。仿真验证了该方法能够以阵元非均匀稀疏分布的阵列形式有效实现多个方向图的精确重构。     

高光谱图像压缩感知投影与复合正则重构

压缩感知理论提供了一种新的数据获取和压缩思路,能有效地把计算负担从编码端转移到解码端。高光谱数据具备数据稀疏性、空间相关性和谱间相关性,结合这3类先验知识,提出了一种基于复合正则化的高光谱图像压缩感知投影与重构方法。该方法的编码端只需要一个简单的投影操作;在重构算法实现中,基于变量分裂的思想,把具备多个正则项的优化问题转化成多个简单的优化问题,并用迭代方式求解。实验结果表明,本文算法在高光谱图像重构上能获得更高的峰值信噪比和更好的重构效果。该方法具备极低的编码复杂度,适用于资源受限的机载和星载高光谱成像平台。     

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。     

CT local reconstruction of solid rocket motor based on PI-POCS-TVM

In order to test the defects of solid rocket motor (SRM) accurately and efficiently, the computed tomography (CT) inspection scheme for SRMs defects was investigated and a CT local reconstruction algorithm called prior information projection onto convex sets total variation minimization (PI-POCS-TVM) was developed. The SRM was first inspected by industrial CT (ICT) to generate a low resolution SRM image used as the prior information, then high resolution local inspection was carried out for SRM's defects. To validate the effectiveness of the CT inspection scheme for SRMs defects, one SRM was inspected by a narrow fan beam ICT system. Filtered back projection (FBP) algorithm, POCS, POCS-TVM and PI-POCS-TVM algorithms were applied to reconstruct CT images. The performance of these algorithms was also compared. Results demonstrated the effectiveness of the CT inspection scheme for SRM's defects. Moreover, the PI-POCS-TVM algorithm has better local reconstruction image quality than the other three algorithms, showing great significance for accurate measurement of SRM's defects.      

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.      

非结构混合网格自适应并行技术

计算流体力学（CFD）模拟实际工程问题所采用的网格规模可达千万量级，并行技术是减少计算时间的有效方法。耦合流场信息的网格自适应技术能有效动态优化计算网格，被NASA视为一项亟待发展的CFD关键技术。混合网格自适应系统包含网格分布优化、表面网格投影和空间网格匹配等关键技术。针对以上3项关键技术分别建立了高效的并行算法。首先，提出了"先唯一后同一"的两步法策略实现了网格单元分布优化过程的并行相容性；其次，基于局部曲面拟合思想，实现了曲面重构和新增物理网格点投影的完全并行；再次，提出了空间网格匹配技术的半并行算法，快速解决了网格单元交错问题。为了提高后续流场计算的并行效率，发展了基于并行重分区-网格数据迁移方法的动态负载平衡技术，并采用圆柱激波流场自适应模拟对动态负载平衡技术进行初步验证。最后，采用三角翼自适应加密测试了自适应系统的并行效率。结果表明，建立的混合网格自适应系统并行效率较高，且相比流场求解耗费总时间的比例低于1%。     

基于迁移学习的SAR目标超分辨重建

针对合成孔径雷达(SAR)目标超分辨重建问题,提出了一种基于迁移学习的超分辨方法。在光学图像梯度域中联合训练超完备字典与稀疏编码映射,利用半耦合字典联系SAR图像与光学图像,寻找SAR图像在半耦合字典下的稀疏编码,并在高分辨率字典下完成重建。结合SAR图像的先验信息,使用正则化方法对SAR目标进行特征增强。所提方法在TerraSAR-X数据和MSTAR数据上进行了仿真实验,重建结果表明,相比目前的插值方法和稀疏表示方法,所提方法空间分辨率可提高0.5~1.5个像素。正则化增强结果表明,引入稀疏先验的正则化增强能够进一步提高空间分辨率并抑制杂波比,最后分析了正则化参数的选取对图像质量的影响。     

基于滤波反投影算法的TDLAS温度测量研究-流场诊断特别专栏

为提高二维重建温度场的抗噪声、抗干扰能力,本文研究了基于滤波反投影算法的可调谐激光吸收光谱二维层析成像系统。首先,通过数值模拟研究了滤波反投影算法的重建质量与影响因素,结果表明,随机噪声达到10%时,重建图像仍能较好地反映原温度场特征;滤波函数能明显改善重建质量;三次样条曲线插值的重建质量最高。然后通过基于滤波反投影算法的二维层析成像系统对弱旋流燃烧室出口温度场进行重建,将重建结果与热电偶测量结果进行对比,相对误差范围为1.4%-8.9%,较好地反映出温度场的特征,验证了滤波反投影算法的层析成像系统的可行性。     

旋转中心随旋转角度变化的扇束重构算法

首先推导了旋转中心到扇束中心射线移动距离为旋转角度的函数时的精确滤波及投影重构算法 ;然后推导了这个函数为线性函数时的重构算法 ;最后用计算机模拟法证明了两个算法的正确性