X射线微焦CT测量燃料颗粒分布均匀性的表征方法北大核心CSCD

在某燃料元件产品中,燃料颗粒随机分布在非金属材料中,为了测量燃料颗粒的分布均匀性,提出一种基于X射线微焦CT三维图像区域统计的热图方法对均匀性进行表征。首先,采用微焦CT方法对该类产品进行三维扫描成像,然后通过图像三维分割方法提取燃料颗粒,接着对三维图像进行立体区域划分,进而统计每个区域内燃料颗粒的体积占比,最后用热图方式表征出来。采用微焦CT对燃料元件进行检测和处理并采用统计热图方式,直观的表征了燃料元件中燃料颗粒的分布均匀性。     

基于工业CT图像的自适应三维网格模型重建

针对X射线扫描得到的工业CT图像重建三角网格模型存在尖锐特征丢失、狭长三角形和三角面片数量多等问题，提出一种自适应三维网格模型重建算法。首先对图像进行预处理；其次采用八叉树结构确定体元；然后利用二次误差函数（QEF）构建自适应八叉树；最后剖分四边形生成三角网格。使用立方体数据和两组实际扫描的CT数据对所提算法的性能进行验证分析，实验结果表明：所提算法在简化网格的同时仍能保持物体的尖锐特征，减少了狭长三角形的数量。利用所提算法生成三角网格模型的简化率可达90%，简化后网格质量大于0.3的三角网格平均占比为99%，有效地提高了由工业CT图像重建三角网格模型的质量。     

同步辐射双能CT图像的高精度配准研究

对双能计算机断层扫描(CT)图像进行三维图像配准是准确获取样品内部元素分布信息的前提。针对同步辐射双能CT成像存在的图像空间失准问题,提出了一种以互信息作为衡量双能CT图像相似度的图像配准方法。采用部分体积(PV)插值算法计算互信息,采用遗传算法进行较优参数的搜索,并以该参数作为Powell算法搜索的起始点,结合基于Hanning窗的部分体积插值(HPV)算法搜索得到最佳配准参数。数值模拟验证了HPV算法的优越性,同时配准精度达到亚像素级。实验结果表明,该方法能够有效配准双能CT图像并获得三维元素分布信息。     

线焦斑X射线源成像

为解决普通X射线源光通量和空间相干性的矛盾,本文提出一种焦斑为线状的新型X射线源.理论上,本文所提的射线焦斑为理想的线,沿线方向上提供高通量光子;垂直线方向光源为空间相干光,可为系统提供高分辨率图像.沿着线方向上,图像会损失细节,为补偿该方向上图像的损失,利用旋转叠加的方法,重构出高分辨率图像.在频率域,分析了旋转叠加空间频率传递函数值的分布特性,其结果表明:相对单个图像,频率传递函数在频域的各个方向,传递函数特性有大幅度提高,从而可以传递图像高空间频率成分.基于普通X射线管,实现了该种射线源,并利用实验验证了该方法的有效性.     

基于光场极平面图像测距的三点式光笔空间坐标测量

为克服测量端的几何约束条件,需对现有的光笔系统布置多个测量光点,这会导致测量终端结构复杂,不利于光笔系统应用于测量空间受限的场合。针对这一问题,将光场成像方法引入到光笔式测量系统中,利用光场成像原理获取光笔上光点的极平面图像(EPI),并采用旋转平行四边形算子(SPO)计算EPI中斜线的斜率,从而估计出发光点的深度信息,排除了PNP(perspective-n-points)算法的错误解,得到被测点的准确三维坐标。最后通过实验对所提方法进行了验证。所提方法仅需单目光场相机,并结合三点式光笔即可完成三维坐标值的测量,极大地简化了光笔测量系统。     

采用吸收修正Bronnikov算法的有机复合样品的X射线显微计算机层析研究

有机复合样品如大多数由低原子序数物质构成的多聚物组合材料、生物软组织等具有混合相位和振幅特性,采用传统吸收计算机层析(CT)或纯相位重构算法难以达到较高密度分辨的目的。采用基于吸收修正的Bronnikov相位恢复算法的X射线同轴相衬CT技术对高分子混合组份材料和药物医学样品进行了实验研究。结果表明该相位恢复算法可以实现多聚物组合材料的无损分辨和精确测量,能够清晰辨别各组份材料的电子密度分布;验证了药物样品多孔性结构三维测量的可行性,能够有效提供孔隙测量的阈值选择。该方法在材料科学尤其是聚合物组合材料、泡沫多孔材料都会发挥很好的作用;单距的低辐射优势,尤其适用于生物医学样品三维无损成像。     

旋风分离器固体颗粒浓度三维电容层析成像分布

本文采用12电极电容传感器测量得到旋风分离器锥体部分的电容信号,利用线性逆反推算法得到断面固体颗粒的二维浓度分布。基于二维断面浓度分布,采用电容三维图像重建算法,得到锥体部分的三维颗粒浓度分布。图像重建结果与旋风分离器实际运行状况和数值计算结果吻合,说明电容层析成像及三维图像重建方法的准确性和可行性。     

投射离焦三维测量方法

提出了一种在投射光路中实现主动离焦三维测量的方法。该方法采用改变投射参数来拍摄物体的两幅图像,通过计算图像的调制度分布来获得物体的三维分布。该方法不但可使三维测量的空间分辨率达到单个像素,而且扩大了离焦三维测量的使用范围。实验得到的精度高于2.8%。     

离焦投影三维测量的二值光栅生成方法

投影仪离焦技术克服了光栅投影三维测量中的投影仪非线性问题,但二值光栅存在的高次谐波会降低生成光栅的正弦性,从而引入相位误差。提出一种二值光栅图像生成方法,基于正弦光栅图像所具有的对称性和周期性,选取了尺寸较小的二值块。然后对所选块进行随机初始化,再采用多像素跳变方法对二值块进行优化,根据优化所得的二值块生成整幅二值光栅图像。最后结合相移算法,在投影仪离焦测量环境下,计算得到三维测量所需的相位信息。相较于传统二值光栅图像生成方法,所提方法能够保证高质量相位信息获取,且适用于不同程度的离焦测量环境。仿真及实验验证了所提方法更加适用于离焦投影三维测量。     

利用联合付里叶变换谱干涉法测量透镜焦距

本文提出了采用联合付里叶变换频谱干涉法测量透镜焦距的方法。输入面上两个分布完全相同的图像经光学付里叶变换在频谱面上得到二者付里叶变换频谱的干涉条纹，通过测量干涉条纹的间距即可得到透镜的焦距。该方法装置简单、操作调整方便；易于采用实时空间光调制器、ＣＣＤ及微机实现快速自动测量，且具有较高的精度。文中进行了原理分析和实验验证。     

双即插即用能谱计算机断层重建算法

为降低X射线辐射剂量和提高成像效率,开发准确和高效的多能谱成像方法,提出一种具有双即插即用（PnP）框架的图像重建方法。该方法引入两个PnP正则化能量函数,分别对多通道图像内蕴低秩性与通道内图像稀疏性进行度量。首先以多通道图像间的相似块构造高维张量,然后引入张量加权核范数对张量低秩性进行刻画,并结合图像梯度域L0（伪）范数对通道内图像稀疏性进行刻画,最后设计基于交替方向乘子法的高效求解算法。为验证算法的可行性,开展模拟多通道光子计数采样图像重建实验。实验结果表明：与现有代表性方法相比,所提方法的峰值信噪比提升0.067 dB～1.89 dB,时间消耗约为代表性方法的25%;所提方法具有抑制伪影干扰和改善图像质量的优势,并且计算效率得到显著提升。     

基于射线追踪的线结构光曲面网格标定

结构光视觉技术是一种光学三维表面测量技术,具有速度快、精度高、鲁棒性强等优点。在实际应用中,线结构光发射器的镜头失真会导致光平面发生弯曲,而现有的大多数标定方法无法对失真进行补偿,并且会限制线结构光的分布规则。为了避免透镜失真所造成的影响,提出了一种精确且鲁棒性强的线结构光标定方法,通过构建曲面网格模型将水平、竖直射线追踪相结合,克服了现有方法对结构光分布方向的限制,同时,利用微分后的空间网格平面与像素网格平面之间的单应性关系实现了亚像素级的光条中心点三维重建。实验结果表明,该方法可以降低线结构光平面弯曲对标定精度的影响,对间距为55 mm的任意相邻靶标进行距离测量的误差小于0.08 mm,对间距为1133.85 mm的任意相邻靶标进行距离测量的精度可达0.50 mm。     

利用相机响应曲线实现高反光元件三维面形测量

在先进制造中要求对加工的部组件进行在线质量检测,条纹投影三维测量技术因符合在线、非接触的要求而被采用。然而,金属材质表面反射率差异较大会导致拍摄结构光图像过曝和欠曝光,这会造成最终测量数据的缺失或出错。针对该问题,以直接测量得到的不完整点云数据和由计算机辅助设计(CAD)得到的元件设计数据进行迭代最近点(ICP)点云配准,进而得到相机坐标系下的被测物体估算面形的点云数据。将该数据作为预估面形,结合系统标定参数,可建立投影与成像间同名点的图像强度对应关系。利用相机对待测元件上每一点的光强成像响应曲线计算出投影灰度范围和最低投影灰度。最后,利用生成的非等值系数投影光栅进行高反光元件的三维形貌测量。实验结果表明,所提方法在不改变测量系统结构参数和不增加测量系统结构复杂性的情况下,可以更完整地实现高反光元件的三维面形测量。     

基于二维光学点阵形变的面形测量

反射镜是光学仪器的核心元件,其面形的精密测量一直是研究领域的重要内容。利用光场调控产生大小灵活可变的空间周期性分布的光学点阵,并提出了一种基于二维光学点阵形变实现面形快速测量的方法。结合几何光学和空间三维变换理论,建立了二维光学点阵几何形变量与反射镜三维面形的数学关联模型,并提出了基于点阵质心的面形重构算法,研究分析了测量方法的测量范围和单像素点分辨率,并对反射镜进行了多倾角的实验测试,实现了对直径为10.5mm的反射镜的亚微米级的测量。通过将测试数据与商用干涉仪的测量数据进行比较,验证了所提方法的可行性。该方法具有测量精度高、速度快和适应强等特点。     

基于新型阈值选择方法的变电站红外图像分割

为增强电气设备红外热图像的视觉效果,对其运行状态进行准确检测,提出了一种新型阈值选择的图像分割方法。该方法首先对原始图像进行傅里叶滤波处理形成自动梯度图形,然后针对每种特定类型的目标图像,拟合具有N个相邻点的线性模型计算斜率差的变化趋势,在斜率差分布谷值中挑选适合不同类型故障区域的最佳阈值,最后通过形态学迭代腐蚀,将目标区域与噪声斑点分开,得到清晰的分割图像。该方法可监测各种类型故障,只需校准参数N和确定分割案例,其余部分自动处理。实验结果显示:该方法对目标区域分割的准确率为82%,误分率为0.0182%。通过使用不同类型的红外热故障图像进行测试对比,验证了所提方法的有效性和通用性。     

气液两相流速度及粒径分布激光干涉测量方法的研究

为了实现对气液两相流的粒子粒径、空间分布及其速度测量。对激光干涉气液两相流测量技术（ILIDS）进行了深入研究,该技术是一种应州于气液两相流测量的新技术,其主要优点是不干扰流场和颗粒粒径、位置测量精度高。基于该技术所开发的图像自动处理方法可以利用普通粒子成像测量技术系统拍摄气液两相流的激光散射干涉图像。并利用图像卷积定位、傅里叶变换频率分析及其图像互相关测速等图像处理手段从干涉图像中自动提取粒子的位置、直径和速度信息。为了验证该方法的测量精度,对喷嘴生成的气水两相流进行了测量实验,得到了喷嘴出口处不同区域的粒径、速度矢量的空间分布,并将测得的速度矢量与用粒子成像测量技术方法测得的结果进行对比,证明两种方法测量的平均速度差别仅为0．38％。     

利用激光散斑测量透明材料的折射率

提出了通过利用激光散斑测量光束横向位移量来测量透明材料折射率的方法.光线在被测材料表面的入射角为0°和3°的条件下,分别记录被测材料在不同厚度时的二次曝光散斑图像;在其功率谱的逆傅里叶变换光场中存在3个自相关强度分布,通过测量相邻2个自相关峰峰值点的间距,即可计算出在该材料厚度不同时所引入的光束横向位移量.再根据光束横向位移法原理计算出透明材料的折射率,并通过实验验证了该方法的可行性.     

随机相移阴影莫尔法研究

相移阴影莫尔是一项成熟的物体表面三维轮廓测量技术,但是该技术的性能还有优化的空间。为了提高阴影莫尔技术的精度且不增加装置的复杂性,提出了一种随机相移阴影莫尔三维轮廓测量技术。所提方法采用立体视觉方法对阴影莫尔装置结构参数进行标定,运用3帧随机相移算法提取测量相位,从而极大地简化了现有阴影莫尔技术的测量过程。由于是基于随机相移思想,假定相邻帧条纹图间引入的相移不等且未知,因此所提方法可有效地降低相移器的应用要求。另外,所提方法在相位解调过程中不受背景光影响,且对条纹图非正弦光强分布不敏感,具有精度高、应用容易的特点。实验表明,所提方法精度高,速度快,优于现有的典型算法。     

基于变换矩阵的BGA X-ray图像倾斜识别

针对基于X-Ray的焊球阵列封装(BGA)焊接缺陷检测中,现有的图像处理算法无法有效处理PCB意外倾斜的问题,提出了一种自动判断BGA焊点X射线图像倾斜程度并进行校正的方法。首先根据BGA焊点阵列排布的特性恢复出原始图像中的结构信息,然后使用广义逆矩阵求解出理想正视图像与实际倾斜图像之间的变换矩阵,最后对倾斜图像进行逆变换以得到理想正视图像,并使用变换矩阵估计出PCB的倾斜程度。实验针对正视与倾斜的BGA焊点的X射线图像,运用所提方法,准确判别出图像的倾斜程度,并进行了校正。此方法既可以作为一种图像质量评价算法,在BGA X-Ray缺陷检测中判断图像是否为需要的正视图像;也可以作为一种图像自动校正算法,提升基于X射线的自动检测系统的适应性。     

三维点云物体频谱获取方法

为了简化三维物体计算全息数据和加快计算时间,提出了一种三维点云物体频谱获取方法.在分析频谱获取方法模型的基础上,由不同视角的投影图像(视图)与对应的平面波因子相乘积分的方法得到了三维点云物体频谱;介绍了视图获取算法,使用Matlab并行计算得到了一个三维‘鸟’的视图序列;根据实际物体频谱分布情况,采用高阶高斯概率分布减少视图获取数量;通过视图序列得到三维物体的频谱,采用傅里叶逆变换得到物空间内一个平面的复振幅分布,将其衍射一段距离,编码为菲涅尔全息,并进行了模拟再现和实验验证.模拟再现和实验结果表明:只需要原总视图的17.75%可以获得高质量的再现效果,验证了频谱获取方法的可行性及视图获取简化模型的正确性.所获取的三维物体频谱可以通过一定方式编码成多种全息进行三维显示,拓宽了该频谱获取方法的应用范围.