微小层片型缺陷的超声非线性区域检测技术*

针对微小层片型缺陷的超声检测效率低、检测能力弱、易受主客观因素干扰的问题,提出弹簧扁钢中微小层片型缺陷的非线性超声区域检测技术。首先,优化探头夹持装置并提出区域检测方法,提取稳定可靠的检测信号;其次,提出相对非线性系数均值及波动系数表征缺陷分布;最后,基于斯皮尔曼次序相关系数分析扁钢各类缺陷与非线性超声系数均值的相关性。研究结果显示:两种非线性超声特征参数中的波动系数具有更高的缺陷敏感度,可表征扁钢中缺陷分布;波动系数与扁钢中微小层片型缺陷的相关系数比与体积型缺陷的相关性系数大得多,特别适用于微小层片型缺陷的检测。     

轴类超声检测的波束扩散成像*

大型轴类工件安装完成后通常只能从其端面进行检测,危害性的裂纹类缺陷不易检出,针对上述问题,本文提出了轴类对象基于波束扩散的端面网格化超声检测层析成像方法,搭建了轴类超声检测试验平台,在端面对其内部的平底孔缺陷进行检测,基于波束扩散设计叠加算法进行数据处理,然后根据结果重构出代表每个深度内部信息的伪彩色横截面图像,以方便快速识别内部缺陷位置和范围。与常规方法对比得出,基于波束扩散的叠加算法处理数据成像质量更佳,提高缺陷检测灵敏度达到12dB以上。     

声成像数据的边界堆叠显示

改进了以往针对二位图像的ＢＦＸＹ算法,将回溯算法应用到多灰度图像的多阈值分割边界自动跟踪中,抑制了噪声,提高了图像质量．根据超声成像（ＣＴ）体数据界面突出的特点,通过抽取切片内的边界,堆叠成三维表面进行显示,避免了贴片重构表面难于解决的分支问题．三维显示的结果图像清晰,缺陷分布一目了然．这一方法对我们可视理解声ＣＴ三维数据很有帮助．     

于散乱三维点云的缺陷检测和三维重构方法

设备表面的缺陷检测对于保证安全生产避免经济损失具有重要意义。针对基于设备表面散乱三维点云缺陷检测和三维重构算法复杂的问题,提出了一种基于散乱三维点云的缺陷检测和三维重构方法。对散乱三维点云沿某一轴向进行分层处理,将同一层内的三维点进行移位规则化处理,并对规则化的三维点云进行缺陷检测和三维重构。分别对无缺陷设备表面和凹凸缺陷设备表面进行缺陷检测和三维重构,规则化前后三维数据缺陷计算结果相对误差为1.01%。实验结果表明,将散乱三维点云分层和规则化处理有效降低了缺陷检测和三维重构的复杂度,易于实现。     

基于超快超声多普勒的三维脑损伤成像方法研究

三维超声微血管成像可直观呈现血流信息,对于脑血管疾病诊断和治疗具有重要意义。本文旨在将超快超声成像技术、超快超声功率多普勒技术和机械扫描相结合,实现脑血管三维成像和脑缺血区域评价。通过工程实现,完成了可同步控制微型线性位移平台移动和超声阵列超快发射、高速采集与压缩存储的三维扫描数据采集序列与系统。利用GPU并行运算,高效实现了超声图像波束合成方法,对原始射频超声数据完成重建。进而,基于SVD杂波滤除技术,从重建三维超声数据中提取了脑部的动态小血管信号,并获得了各切面的功率多普勒成像和冠状面彩色多普勒超声小血管成像。最后,采用体素方法对三维脑血管进行重建。大鼠在体实验结果表明,该成像系统可用于三维脑血管网络在体成像,以及脑血管损伤区域定位与量化评价。本工作对脑病检测技术发展与诊断方法研究具有一定的借鉴意义。此外,相关检测系统和成像算法具有一定普适性,对其他富含微血流血管的组织检测也有一定的参考价值。     

“三维超声成像的方法学和临床应用研究”项目简介

该项目自1991年起进行了三维超声成像研究，立足国际前沿，取得较好的成绩。（1）1991年自行开发三维成像装置，国内最早重建静态薄壳型心脏三维图像；1994年率先研制出三维超声表面成像软件，首次建立肝脏静脉系统的三维灰阶及血管树图像。（2）1995年引进TomTec三维工作站，最先提出动态三维心脏多普勒血流灰阶成像方法；1996年研制了室壁运动三维定性和定量分析软件；1999年探讨三维彩色多普勒血流显像技术。（3）在国内率先对实时彩色三维超声成像在多种心脏疾病中的诊断价值进行了验证和评价。（4）确立了三维超声成像的最佳技术参数和基准参考切面，提出新的诊断标准。（5）参与制定《三维超声心动图检查指南》，使我国在该领域的研究始终与国外保持同步。     

基于改进光线投影算法的混凝土CT三维重建研究

混凝土计算机断层成像试验图像细观研究多集中在二维横切面上,而混凝土计算机断层成像三维重建研究非常少,使混凝土计算机断层成像试验图像细观研究受到了局限,不利于全面分析在各个应力情况下混凝土的受力情况.本文提出一种可视化平台下基于改进光线投射法的混凝土计算机断层成像图像三维重构新技术,并进行可视化系统的实现.结果表明：本文提出的混凝土计算机断层成像图像三维重构方法快速、真实,为建立准确的混凝土材料数值细观模型提供了一种有效辅助方法,具有重要的应用意义.     

集成成像同名像点三维形貌获取方法

为了实现被动式三维形貌获取技术, 首先利用光线追迹方法从理论上对集成成像阵列式多角度图像获取技术进行了深入分析;对于元素图像阵列中同名像点的间距和三维物点位置之间的关联性进行了理论分析;在此基础上提出了集成成像同名像点三维形貌获取方法。实验结果显示, 本文提出的集成成像同名像点三维形貌获取技术能够获取三维物体的三维形貌和任意三维点的空间坐标。定量实验结果显示获取结果相对误差小于5%, 证实了本文提出的基于集成成像同名像点三维形貌获取技术能够实现三维信息的光学获取。     

可视化聚焦纹影系统实现流场中的三维扰动成像

可视化成像系统可以实现流场中扰动信息的捕获。针对光学纹影系统,分别从理论和实验上对比研究了流场中的三维超声扰动成像。因三维超声场在光传播方向上引起的流体介质密度变化不同,光波穿过密度变化的流场时,其相位累积变化使图像不能真实反映声场的扰动特征。线型栅的聚焦纹影系统因其线型栅会产生多刀口滤波的作用,故不能对流场中的三维超声扰动场实现完整成像。为了获得流场中的三维扰动特征,提出了采用环型源栅和刀口栅的改进聚焦纹影系统。结果表明:由改进聚焦纹影装置得到的图像扰动特征与实际流场中超声扰动特征相一致;结合图像重构技术,实现了流场中三维复杂扰动的重构。     

距离选通切片图像高精度三维重构方法

高精度水下三维成像可以获取更多的目标信息,有利于提高水下目标的识别率,一直是水下光电成像的重要研究方向之一。距离选通成像技术可以获取目标的距离信息,但由于选通深度的限制,难以直接从多幅选通图像重构出高精度的三维图像。在基本距离选通成像技术基础上,以较小的选通延迟时间间隔获取多幅距离选通切片图像,对这些图像的像素灰度值进行统计分析和曲线拟合,可以获取每个像素的距离值,从而重构出高精度的目标三维图像。理论分析表明,该方法的距离解算精度可能达到厘米级。     

Confocal full‐field X‐ray microscope for novel three‐dimensional X‐ray imaging

A confocal full‐field X‐ray microscope has been developed for use as a novel three‐dimensional X‐ray imaging method. The system consists of an X‐ray illuminating `sheet‐beam' whose beam shape is micrified only in one dimension, and an X‐ray full‐field microscope whose optical axis is normal to the illuminating sheet beam. An arbitral cross‐sectional region of the object is irradiated by the sheet‐beam, and secondary X‐ray emission such as fluorescent X‐rays from this region is imaged simultaneously using the full‐field microscope. This system enables a virtual sliced image of a specimen to be obtained as a two‐dimensional magnified image, and three‐dimensional observation is available only by a linear translation of the object along the optical axis of the full‐field microscope. A feasibility test has been carried out at beamline 37XU of SPring‐8. Observation of the three‐dimensional distribution of metallic inclusions in an artificial diamond was performed.     

电导率各向异性金属薄板感应式磁声图像的仿真

为了给金属薄板感应式磁声(MAT-MI)成像算法的研究提供数据源,提出一种电导率各向异性金属薄板表面MAT-MI图像的数值仿真方法。建立含缺陷的电导率各向异性金属薄板仿真模型,并将其置于静磁场中。将通入交变电流的折线线圈置于金属薄板上方,对金属薄板在静磁场和交变磁场共同作用下产生的感应涡流以及声源(即洛伦兹力)进行数值仿真,得到金属薄板表面波位移分布的灰度图像。仿真实验结果表明,根据表面波位移在缺陷处迅速衰减的特性,可从图像中准确地识别并定位金属薄板表面的缺陷。忽略金属材料的电导率各向异性会降低成像质量,进而导致对缺陷的误判。通过提高表面波位移信号的信噪比可改善成像质量。减小提高距离或增大激励电流频率,可提高系统对微小缺陷和不规则缺陷检测的分辨力。      

L波段三维ESR成像系统的研制(Ⅵ)--三维ESR成像系统软件

在L波段三维ESR成像系统的研制中,以Matlab 为平台,建立了包括谱数据自动化处理、ESR空间（1D、2D、3D）成像和ESR谱-空间成像为一体的系统应用软件,可方便清晰地显示谱和物体自旋密度分布的各种图像,为深入研究顺磁性物种自旋密度分布的特征及其化学反应过程中氧的扩散过程,提供了很好的可视化信息. 实验表明,该系统软件具有广泛的应用前景.     

基于分布式超声无损检测方法的零件内部缺陷检测

超声检测广泛应用于工业检测,比如超声相控阵检测法和超声A扫应用于零件内部缺陷检测。然而,这些方法可以检测出缺陷位置却很难精确地检测缺陷尺寸,缺陷定量成了急需解决并且很有意义的问题。本文提出了一种分布式超声无损检测方法,将超声探头均匀布置在检测表面,每一个超声探头可以同时发射和接收超声信号,通过对接收到的信号进行处理来重构缺陷轮廓。基于分布式超声无损检测方法,重构零件的人造缺陷并建立相应的声学仿真模型。通过多项式拟合法和聚类法分别处理实验和仿真所获得的数据并重构缺陷轮廓。实验结果和仿真结果显示重构的椭圆形缺陷和正方形缺陷具有一定的精度。结果表明分布式超声无损检测方法有潜在的应用价值和理论意义。     

基于幅度调制的非线性超声相控阵成像方法*

超声相控阵是超声检测领域常用的材料缺陷定位和成像技术,可便捷快速地对裂纹、孔洞等缺陷进行成像。但是,传统超声相控阵方法对较小缺陷如闭合裂纹不太敏感。非线性超声信号因对材料性能退化以及微小缺陷敏感而广受关注。本文针对疲劳闭合裂纹检测,提出一种基于幅度调制的非线性超声相控阵成像方法,通过测量物理聚焦和虚拟聚焦两种聚焦模式下超声扩散场中的声能差,并将其作为非线性参量,实现疲劳裂纹闭合部分的定位成像和定量表征。将该法应用于7075铝合金试样疲劳裂纹的实验测量,并研究了扩散场信号延迟时间对非线性超声相控阵成像结果的影响。结果表明：相较于传统超声相控阵全聚焦法,基于幅度调制的非线性超声相控阵成像方法能够更准确地定位和成像疲劳裂纹闭合部分;延迟时间的选择对疲劳裂纹长度的表征精度影响较大,本文研究了该延迟时间的选择方法并实现了检测结果的优化。     

聚变实验堆真空室壳体成型模具设计及实验研究

参考ITER真空室制造规范,在常温下对中国聚变工程实验堆(CFETR)真空室壳体成型进行工艺预研。先根据成型经验公式计算出所研究壳体的成型模具尺寸范围,再利用有限元软件选择3组公式值附近的尺寸模拟了该成型工艺最佳模具尺寸参数,分析出最佳型面尺寸误差在±1.5mm内,并以此指导成型实验。测试了成型实验后工件减薄量、回弹量、变形率等参数,与模拟分析结果吻合度较高,验证了该成型模具设计的合理性。     

超导体与磁体间的三维磁力及磁场测试装置研制

本文研制的三维磁力测试夹具和三维霍耳探头，可以实现：1）直接测量出磁体与磁体、磁体与超导体等之间的三维磁力随两者之间相对位置的变化规律；2）直接测量出任何磁体或组合磁体在空间的三维磁场分布；3）通过将三个三维霍尔探头或九个单独的霍尔探头分别按研究内容的需要固定在所要研究的空间区域，再改变磁体与磁体之间、或磁体与超导体等之间的相对位置，从而在测量出它们之间的相互作用力的同时，测量出由于它们之间因相对位置改变而引起的动态磁场分布变化；还可以得到磁体接近超导体时磁场进入超导体的动态变化规律等．该套测试装置，将工作效率提高到原来的300％以上．这对研究磁性材料的宏观磁性质具有非常重要的意义．     

聚合物泡沫结构及密度分布的相衬CT表征技术

阐述了利用X射线相衬成像技术研究高分子有机泡沫材料微观结构的原理及方法,理论分析及实验结果表明,X射线相衬成像方法可以在相当大的程度上提高低Z聚合物泡沫材料的成像衬度。将相衬成像技术与计算机层析成像技术相结合,获得了泡沫样品的3维骨架结构分布,同时,提出利用统计切片骨架"粒子"质心分布的方法来表征其密度分布均匀性。结果说明,该方法能够在微观层次上实现对泡沫样品3维密度分布的完备表征。     

中阶梯光栅光谱仪谱图背景去除算法

中阶梯光栅光谱仪凭借交叉色散特性实现全谱瞬态直读,面阵探测器接收的二维光谱图像需要还原成一维谱图以提取有效波长。由于二维谱图含有庞大的数据,且有效信息仅占极小比例,因此在谱图还原前进行背景去除能够减小数据量、提高运算速度。详细分析了中阶梯光栅光谱仪二维图像的特点,并针对其特点提出了背景去除算法。将图像边缘检测方法应用于弥散光斑的检测中,选择合适的边缘检测算子与原始图像卷积得到边缘图像,设置边缘图像的全局阈值对其进行二值分割,最终利用二值边缘图像映射原始图像得到去除背景的二维谱图。依据不同元素灯在不同积分时间下所拍摄的谱图,对比不同边缘检测算法的背景去除效果,分析了各算子对算法速度、精度的影响。实验结果表明本文提出的算法运算简单、边缘图像阈值易于计算、目标提取精度高,处理后的图像可以与谱图还原算法有效对接,谱图处理速度显著提升。     

半透射高光谱结合流形学习算法同时识别马铃薯内外部缺陷多项指标

针对马铃薯内外部缺陷多项指标难以同时识别的问题,提出了一种半透射高光谱成像技术采用流形学习降维算法与最小二乘支持向量机(LSSVM)相结合的方法,该方法可同时识别马铃薯内外部缺陷的多项指标。试验以315个马铃薯样本为研究对象,分别采集合格、外部缺陷(发芽和绿皮)和内部缺陷(空心)马铃薯样本的半透射高光谱图像,同时为了符合生产实际,将外部缺陷马铃薯的缺陷部位以正对、侧对和背对采集探头的随机放置方式进行高光谱图像采集。提取马铃薯样本高光谱图像的平均光谱(390~1 040 nm)进行光谱预处理,然后分别采用有监督局部线性嵌入(SLLE)、局部线性嵌入(LLE)和等距映射(Isomap)三种流形学习算法对预处理光谱进行降维,并分别建立基于纠错输出编码的最小二乘支持向量机(ECOC-LSSVM)多分类模型。通过分析和比较建模结果,确定SLLE为最优降维算法,SLLE-LSSVM为最优马铃薯内外部缺陷识别模型,该方法对测试集合格、发芽、绿皮和空心马铃薯样本的识别率分别达到96.83%,86.96%,86.96%和95%,混合识别率达到93.02%。试验结果表明：基于半透射高光谱成像技术结合SLLE-LSSVM的定性分析方法能够同时识别马铃薯内外部缺陷的多项指标,为马铃薯内外部缺陷的快速在线无损检测提供了技术参考。