合成孔径声纳中拖体偏航角的估计方法分析

单发射阵多接收阵合成孔径声纳成像中,拖体的偏航角是主要的运动误差之一,为得到高质量的成像结果必须对其准确估计并补偿。主要分析了偏航角的两种估计方法,即偏置相位中心算法和基于相邻两帧图像互相关算法。通过仿真和湖试试验结果表明,在强点目标场景下偏置相位中心算法估计偏航角的精度较低,且随拖体的速度的增加估计精度大幅度下降,当拖体速度过快导致无重叠相位中心时该算法失效,而基于相邻两帧图像互相关算法估计的偏航角相对于偏置相位中心算法不仅精度高,且具有很好的鲁棒性。     

一种改进的基于二维自相关的 超声弹性成像方法

超声弹性成像提供组织的硬度信息以区分正常状态和疾病状态.应变图像的质量受到随机噪声的影响,从而降低了病变的可检测性并增加了误诊率.如何有效地抑制噪声,提高应变图像的质量对于诊断是至关重要的.本文提出一种将信号预处理与应变估计及其后处理相结合的超声弹性成像增强方法.将采集的射频(RF)信号经过巴特沃斯滤波来滤除信号中的噪声;通过二维自相关进行组织应变估计;利用统计阈值和中值平滑处理应变估计结果并进一步获得超声弹性图像.为了证明算法的有效性,将本文结果与传统二维自相关方法做对比.实验结果证明,本文方法得到的应变图像信噪比(SNRe)较传统方法提高了0.55 dB,对比度噪声比(CNRe)提高了18.09 dB.因此,该方法可以有效地提高超声弹性成像的质量,有望提高病变组织诊断的正确率.     

缺陷形貌的超声成像方法

传统超声成像方法如合成孔径聚焦技术、超声衍射时差法,只能确定缺陷的位置,无法对整个缺陷形貌进行成像。逆时偏移方法基于波动方程、有限元或有限差分等方法计算声源的正延拓声场分布和接收回波的逆时延拓声场分布,并对其采用互相关等成像条件,可以成像缺陷的形貌。针对平底狭缝铝块试样,采用多阵元超声换能器扫描,将接收数据用于成像,并与合成孔径聚焦技术的成像比较,结果很好验证了逆时偏移成像方法的优越性。     

基于GPU加速视频抠像技术

为提高视频抠像处理的速度,提出基于GPU(图形处理器)加速的视频抠像方法,将色度抠像算法转化为GPU中的纹理图像渲染过程,利用GPU并行计算和高速浮点计算特性,使得色度算法在GPU中加速执行,有效的提高了算法计算速度。     

一种基于光学技术的超声场测量方法研究

传统的水听器扫描法测量声场是一项冗繁、耗时的工程,光学三维条纹成像技术能在短时间内定量的测量声场.本文介绍了一种基于三维条纹成像技术的超声场检测方法,由CCD获得的声光衍射的断面强度图计算出光波经过声场后的相位分布图,对多幅不同角度相位分布图进行三维重建,由折射率和声压的关系可得出三维声压分布.通过实验结果和水听器得到的数据比较,两种结果有较好的一致性.     

基于GPU的快速Sobel边缘检测算法

传统的Soble边缘检测算法的优化和实现都是针对常用处理器(CPU、DSP和FPGA等)提出的,难以应用在图像处理器(GPU)上.本文提出了一种基于NVIDIA公司CUDA架构图形处理器(GPU)的快速Sobel边缘检测算法.快速算法根据GPU的并行结构和硬件特点,采用了纹理存储技术、多点访问技术和对称计算技术三种加速技术,优化了数据存储结构,提高了数据访问效率,降低了算法复杂度.实验结果表明,快速算法充分利用了GPU的并行处理能力,在处理4 096x4 096分辨力的8位灰度图像时速度可达190 fps,是基于CPU实现的122倍.     

松质骨组织的若干超声参量成像方法

介绍了两种松质骨组织超声参量成像方法,即宽带超声衰减成像和超声传导速度成像,概述了这两种基于透射法的成像方法的基本原理以及应用情况．并指出了采用超声透射法参量成像时存在的问题。然后对基于背散射法的超声背散射系数成像方法的可行性进行了分析和讨论,最后对进一步的研究工作进行了展望。     

长序列星载合成孔径雷达数据层析处理技术

介绍了利用长序列星载SAR数据实现三维成像的基本原理,以及使用空间谱估计技术实现高程成像的信号处理方法.给出了实现三维成像的处理流程,重点分析了长序列星载SAR数据三维成像所面临的主要问题及其解决方法,即长序列星载SAR数据配准、相位补偿、基线估计以及高程成像等关键技术的解决方法.进行了星载多基线SAR数据的层析处理实验,并介绍了其它实验结果,最后讨论了多基线SAR层析的应用潜力和未来研究方向.     

调频信号发射超声成像的参数优化与成像实验

研究调频信号发射超声成像中影响成像质量的各种参数,提高现有超声图像的信号噪声比.用仿真计算和声学实验来研究不同调频超声信号发射参数下的成像质量.增加超声发射能量,提高图像的信号噪声比;同时,采用相关算法对接收的超声信号解码,保证图像的轴向精度不会下降.优化了调频信号发射超声成像的发射参数,并得到了仿体的B型超声图像,此图像的质量优于传统成像方法的图像质量.该成像方法能够提高超声图像的信号噪声比,尤其是提高超声衰减严重的深部组织图像的信号噪声比.     

基于曲率的GPU光线投射

基于曲率的体绘制十分有用,它可以帮助科学家分析数据特征,设计新的数学模型.论文在GPU上实现了基于B样条滤波和基于线性滤波的按需计算导数、曲率和光照效果的GPU光线投射方法.实验结果表明,按需计算方法大大加速了基于B样条滤波的GPU光线投射方法的绘制速度;线性滤波方法绘制速度快于B样条滤波的方法;基于B样条滤波的方法绘制质量更高;可以利用线性滤波的方法交互选择相机设置、转换函数和曲率函数,突出感兴趣的特征,然后用基于B样条滤波的方法绘制高质量的图像.     

基于图像处理器的传声器阵列实时声成像方法

为了解决传声器阵列用于声场分析时的精确且快速声成像的技术难题,提出了一种利用图像处理器(Graphics Processing Unit,GPU)的通用计算技术实现快速声成像算法。可控响应功率算法是广泛应用的一种声源定位算法,但计算量巨大,阻碍了它在实际场合中的应用。通过将可控响应功率算法进行任务分解及线程映射,实现了利用计算统一设备架构实现的基于GPU的可控响应功率声源成像定位算法,在特定阵元通道数和信号长度情况下,与基于CPU的声源定位计算方法相比,综合计算效率提高了约20倍,并将其成功地应用于平面螺旋阵的声成像应用中,实现了实时声成像定位。     

提高碳纤维增强树脂基复合材料弹性常数超声表征精度的方法

为提高碳纤维增强树脂基复合材料（Carbon Fiber Reinforced Plastic,CFRP）单向板弹性常数的超声表征精度,基于超声液浸背反射法开展了实验测量和数值模拟。首先,搭建了角度旋转测试装置,并结合信号互相关处理技术实现了不同方向上的延时测量和声速计算;然后,通过模拟退火优化算法反演声速数据,得到了5个独立弹性常数;最后,利用理论计算和CIVA软件模拟仿真对实验测量结果进行了验证。结果表明:1-3平面内准纵波和准横波声速随入射角度而变化,与1-2平面内的表现出明显差异,由此显示材料为横观各向同性的;独立弹性常数分别为12.88、6.39、126.83、4.85、2.97 GPa;理论计算、CIVA软件模拟仿真及实验测量结果的声速偏差小于6.4 m/s,实验数据波动范围小于0.33%,对应的弹性常数误差均小于0.47%。相关方法同样适用于其他正交各向异性介质的弹性常数测试。      

基于超声相控阵的水下船体表面成像方法研究

针对当前水下船体表面成像设备较少、成本较高、成像误差较大的问题,提出一种基于超声相控阵技术的水下船体成像方法。以超声相控阵技术为基础,控制一维线型超声相控阵列换能器发射的聚焦声波对水下船体表面进行相控扫描,声波作用于船体表面后发生散射,回波被换能器接收后利用双曲线交汇法计算出各反射点的点云数据,最终利用点云数据重构出水下船体表面的三维模型。通过搭建水池船模成像实验对方法进行了验证,结果表明,重构图像最大误差小于5mm,具有较高的成像分辨力。     

GPU上的水彩画风格实时渲染及动画绘制

论文提出了一种基于GPU的对三维场景进行实时水彩画效果渲染的方法。该方法的大部分过程使用图像空间的技术实现。算法将画面分为细节层、环境层、笔触层分别渲染,再进行合成。在过程中使用环境遮挡、shadow mapping等技术进行快速的阴影计算,并使用图像滤镜的方法模拟水彩的多种主要特征。由于该方法以图像空间的技术为主,因此可以利用GPU并行处理的特点对计算过程进行加速,进而达到实时的渲染速度。最后建立动画脚本分析系统,进行实时动画渲染,表明该方法在计算机动画、游戏等数字娱乐产业领域有较大的应用潜力。     

超声对甲状腺良恶性结节的诊断价值

目的:探究彩色多普勒血管显影技术(CDFI)结合超声弹性成像技术(UE)对甲状腺良恶性结节鉴别诊断价值。方法:选取2012年11月-2014年6月期间79例共126个甲状腺结节,所有患者均进行常规超声检查、彩色多普勒血管成像及超声弹性成像检查,并将检查结果与临床病理资料进行对比,统计分析几种检查技术与病理结果的符合情况。结果:与常规超声相比,彩色多普勒血流显像技术对病变良恶性的诊断价值不高,差别没有统计学意义(P0.05);超声弹性成像对病变的诊断准确率高,差别有统计学意义(P0.05);联合彩色多普勒血流显像技术和超声弹性成像技术对甲状腺结节诊断准确率更高,差别有明显统计学意义(P0.005)。结论:彩色多普勒显像技术对甲状腺结节良恶性判断没有太多价值,超声弹性成像技术结合常规超声和多普勒超声进行综合性诊断,基本上可见代替穿刺活检,值得临床推广应用。     

实时水面模拟方法研究

提出了一种基于GPU的水面实时模拟方法。该方法不依赖于噪声图,而实现了实时的水波生成、折射和反射效果的菲涅耳合成以及水面光照模型的计算。利用GPU在片段处理前的光栅化处理,该方法渲染负荷不会因水面大小和精度而增大。且依赖GPU的高速计算能力,方法可以达到实时。     

波前编码系统中相位掩膜板的新设计

波前编码技术能扩大非相干光学成像系统的景深。根据传统相位掩膜板的设计原理,从两个方面对原有的相位掩膜板农达式进行扩展。由此提出了两种新的设计方案：“多项式”方案和“高次方”方案。前者是在原有的公式中加入了x平方项,而后者是将原有的高次方指数拓展到小数形式。将这两种新系统进行模拟计算,得到了相关的调制传递函数（MTF）数据和三维图,结果显示MTF随离焦量变化很小（当u=1时,均方差分别为0．0027和0．0021）,而且不会出现零值,跟传统方案MTF差值分别在0．05和0．04以内。由此说明新方案也能实现扩大光学系统景深的目的。     

一个新的线索KD树并行算法

KD树是三维场景渲染中常用的空间加速算法。由于SIMD计算平台不支持递归操作,导致KD树在GPU上的应用受到限制,因此提出了一个新的基于SIMD架构的并行KD树算法。通过创建时对KD树线索化,不仅省去堆栈使用,且因无需回溯到根节点而减少大量无效遍历操作,实现了基于GPU的高效并行加速。实验结果表明,线索KD树算法每秒计算的光线数与传统算法相比,提高3~8倍不等,最终显著提高光线跟踪渲染速度。     

基于MAPES的非均匀多基线SAR三维成像算法

多基线合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)通过在高度方向上的多次重复飞行形成了对目标观测的高度向合成孔径,具有高度向分辨能力,能够实现对目标的三维成像.本文针对各条轨迹非等间隔分布的多基线SAR数据,提出了基于缺失数据向量幅度和相位估计(Missing-data Amplitude and Phase Estimation,MAPES)的非均匀多基线SAR的三维成像算法.根据多基线SAR三维成像的信号模型和基于谱估计的三维成像原理,引人MAPES算法对非均匀采样的目标高度向观测数据进行空间谱估计,实现对目标的高程成像,从而得到了基于MAPES算法的非均匀多基线SAR三维成像处理流程.使用MAPES算法对非均匀多基线SAR的仿真数据和微波暗室数据进行了三维成像实验.     

实用干涉合成孔径声纳复图像配准法

海底地貌测绘的最新技术是利用干涉合成孔径声纳(InSAS)进行三维立体成像,其信号处理的关键在于成像之后的图像配准、干涉成像等步骤。图像配准的精度直接影响相位图的质量,从而影响所求目标区域高度的准确性。在分析InSAS复图像数据特点的基础上给出一种实用的基于最大干涉频谱法的复图像配准方法,缩减了配准搜索范围,在一定程度上提高了配准速度和精度。利用该方法对湖试测得的湖底地貌数据进行配准,用复图像相干系数和干涉相位图的残余点数对配准效果进行评估,通过配准前后的参数比较,证实了最大干涉频谱法用于InSAS复图像配准能够取得较好的配准效果。