三维温度场声学CT重建中的声波路径选择

为了优化三维温度场声学CT重建系统,对声波路径的合理选择进行了仿真研究.将20个声波收发器布置在长方体被测区域的周围,分别考虑了4种声波路径选择方式,保留了非重复的所有路径、去除了长方体棱边上的路径、去除了长方体侧面上的路径和去除了长方体表面上的路径.用相对误差、均方根误差等指标,评价了温度场的重建质量.结果表明,声波路径的选择方式对温度场重建具有明显影响.合理地选择声波路径,可以降低声学CT法温度场重建的误差和计算量.     

声学CT储粮温度监测收发器阵列设计

针对声波收发器阵列设计的合理性直接影响声学CT系统的测量实时性及温度场重建精度等问题,提出了声学CT储粮温度监测收发器阵列设计方法.该方法对围绕圆筒形仓布置的声波收发器数量、布局和有效声波路径选择等参数进行了计算机仿真设计.三种典型的三维模型温度场重建结果表明,有效声波传播路径选择、收发器布置的层数、每层布置收发器的个数都会对模型温度场重建质量产生较大影响.通过对声波收发器阵列的仿真设计,可优化收发器阵列各参数,提高声学CT系统的性能和温度场重建精度.     

基于基函数逼近和卡尔曼滤波的温度场重建

为了提高声学CT复杂温度场重建能力,提出一种基于基函数逼近和卡尔曼滤波的温度场重建算法.利用Markov径向基函数的线性组合逼近被测区域内的声速分布,并使用卡尔曼滤波根据多路径声波飞行时间数据重建出声速分布,进而利用声速与温度的关系得到温度分布.分别采用Markov径向基函数Tikhonov正则化法、最小二乘法和BFAKF算法对4种典型的三维模型温度场进行了无噪声和有噪声仿真数据重建.重建结果表明,BFAKF算法的重建结果优势明显,具有更好的复杂温度场重建能力.     

基于修正Landweber迭代的声学温度场重建算法

针对不同温度场分布模型,采用修正Landweber迭代技术对其进行温度场重建,介绍了基于声学方法的烟气测温基本原理以及基于Landweber迭代的声学温度场重建算法.根据实际情况,确定了重建算法中的价值函数和迭代步长,使得收敛速度有明显提高,得到了稳定的重建结果.给出了不同温度场分布模型及其重建图像和重建误差.仿真结果表明,即使在声波发射/接收器数目较少时(如8个),该算法仍具有较高的重建精度和抗干扰能力,具有突出优点.     

基于最小二乘法和克里金插值的三维温度场重建

为了提高三维温度场声学CT法的重建精度,提出了最小二乘法和克里金插值相结合的重建方法.采用最小二乘法获得一个由少量像素描述的温度场,运用克里金内插和外推运算获得整个被测温度场的细致描述.典型的单峰及双峰三维模型温度场的重建结果及误差分析表明,克里金法的内插和外推精度优于普遍采用的三次样条法.最小二乘法和克里金插值的结合,可有效克服最小二乘法像素数需少于声波路径数给温度场细致描述带来的困难,能实现复杂三维温度场的高精度重建.     

三维温度梯度场中本征声线轨迹的求取

为了降低声波在温度梯度场中的折射现象对声学CT法温度场重建精度的影响,研究了温度梯度场中声波的真实传播路径,即本征声线轨迹,提出了一种三维本征声线出射角确定法.利用正三棱锥前向展开法,在单峰、双峰模型温度场中进行了三维本征声线追踪.结果表明,三维温度梯度场中的声线轨迹有明显弯曲,该三维本征声线轨迹求取法可用于复杂三维温度场中实际声线轨迹的确定,并有望应用于三维温度场声学CT重建系统中.     

基于最小三维凸包的锥束CT快速重建方法

针对传统锥束CT重建全尺寸立方体空间时存在大量冗余计算的问题,文章提出一种基于被测物体最小三维凸包的快速重建方法。首先根据Z线优先重建算法的特性,给出最小三维凸包的定义,然后根据锥束CT扫描投影关系和最小三维凸包的投影特点,提出了确定最小三维凸包3个参数的相应算法,最后通过仅重建最小三维凸包内的体素的方法,显著减少了重建计算量。对于截面形状变化较大的被测物体,可采用分段确定最小三维凸包的方式进一步减少计算冗余。2组仿真实验结果表明,文中方法可有效提高锥束CT的重建速度,并对复杂被测物体具有良好的适应性。     

水下声学温度场测量方法的抗差性研究

传统的最小二乘法不具备抗御粗差的能力.当参与温度场重建的声学数据中包含粗差时,容易导致重建的失败.针对水下测得的声学数据中不可避免地含有粗差的情况,将抗差最小二乘法引入温度场重建.依据飞渡时间计算值的范围,建立飞渡时间数据预处理程序,找出实验数据中的粗差,增加了温度场还原过程的抗差性.实验结果表明,以上措施能在一定程度上抑制粗差对温度场重建结果的影响.     

基于TV范数的压缩感知光偏折层析重建

针对光偏折层析的稀疏投影重建问题,本文将偏折角转化的迭代算法与TV范数的压缩感知相结合重建被测场.该算法使用被测量场的全变差作为稀疏度的先验模型,并结合最速下降法来调整全变差,稍微调整梯度下降法的步长,并用一致性控制步长以使梯度下降.在8个方向投影的条件下,模拟了三峰高斯温度场,用不同步长的算法进行了重建,并在同一条件下对不同的算法进行了比较.实验结果表明,一致性控制步长算法的重建质量更好,可以更有效地抑制噪声.     

非正则三角剖分对于有限元收敛性的影响

网格剖分是目前有限元理论中的一个前沿性研究课题 ,随着超级计算机不断发展 ,大规模的科学计算已经成为可能 ,然而经典的有限元方法中的区域剖分仍是需要从理论方法上加以关注的问题。冯康曾经证明了基于三角形单元进行线性Lagrange插值时的误差估计 ,而StrangG则指出了有限元方法剖分过程中不能采用大钝角单元 ,综合这两种结论 ,就有了两种剖分方式 ,即小锐角单元剖分及大钝角单元剖分。关于小锐角单元剖分的可行性研究结果 ,对于实际问题的计算有着重要意义及深刻影响。首先分析了小锐角单元及大锐角单元情形下二次Lagrange插值的特征。以三角形单元外接圆半径作为收敛指标证明了平面多角形区域泊松边值问题的二次La grange有限元误差估计 ,数值计算实例也反映了这一分析结论。在一定程度上对小锐角单元剖分计算的可靠性给出了确切的理论依据     

声层析成像仓储粮食温度监测方法

为了更及时地发现仓储粮食中存在的热点,提出了声层析成像仓储粮食温度监测方法.推导了粮食中声波传播时间与粮食温度的函数关系,定义声速转换因子,将粮食中的测量声速转换成相同温度、相同气体自由空间中的声速,建立了声学法储粮温度测量模型.分析了声速转换因子的影响因素及应对措施,开发了基于虚拟仪器的声层析成像温度监测实验系统.以大豆填充实验粮仓,对系统各声波路径的实测声速分布规律进行研究并提出修正转换方法,对电加热器形成的三种粮食温度分布进行了重建实验.结果表明,重建图像能够清晰地反映大豆中的热点位置和热点温度.因此,声层析成像仓储粮食温度监测方法有望应用于储粮中的热点监测.     

带阈值滤波的迭代法三维ECT图像重建

针对Landweber迭代法用于三维ECT重建时,需要的迭代次数多且重建图像中含有大量伪迹的问题,提出了一种带阈值滤波的迭代重建法.该方法利用Landweber迭代法重建一初始图像,用阈值滤波获得改进图像,为了获得最佳阈值,依次用有限个离散化阈值对初始图像做二值化处理,计算出二值化图像对应的电容估计值与电容测量值之间的误差,并将对应最小误差的阈值确定为最佳阈值.仿真实验结果表明,自适应阈值滤波能够显著减少重建图像中的伪迹和重建时间,该方法具有良好的应用潜力.     

改进归一化方法对ECT重建图像质量的影响

为了提高电容层析成像（ECT）系统重建图像的质量,提出一种改进的电容测量值归一化方法.在典型流型分布下,对使用不同归一化方法情况下的正则化迭代算法和Landweber迭代算法的重建结果进行比较,分析了不同归一化方法对这两种常用迭代算法重建图像质量的影响.实验结果表明：对于三种典型流型的多数相含率分布情况,采用改进的归一化方法能够减小系统线性近似求解的偏差,提高两种迭代重建算法的重建图像质量.     

基于图论分割的肺部CT图像的三维重建

为了得到精准的人体肺部CT图像的分割结果,采用改进的最小生成树法对人体肺部CT图像进行分割,再采用面绘制中的Marching Cubes(MC)算法进行三维重建,实现肺部的三维立体显示.通过实验仿真,验证了改进最小生成树算法的快速有效性,并将该算法与基于阈值分割的三维重建仿真效果进行对比.结果表明,改进后的算法能有效提高肺部CT图像三维重建的效率和完整度,在保证了快速三维重建的同时,三维重建的效果更佳,将为医生的医疗诊断提供有力的判断依据.     

由粗到精的三维人脸稀疏重建方法

针对传统三维人脸重建算法精度不高的问题,提出一种由粗到精的三维人脸稀疏重建方法。根据稀疏形变模型方法对待重建人脸的部分区域显著点进行重建,得到第1步重建结果,并在此基础上进行后续重建。将第1步的重建结果作为新的参考模型,求取待重建人脸与参考模型的特征点的坐标投影距离,从而求取参考模型的形变因子,完成最终三维人脸的重建。由于两步稀疏重建的作用不同,对重建过程中参数的选取也采用不同方式。实验结果表明,该方法能有效提高人脸重建精度,同时保持较快的重建速度。