基于多水平系统的锥束ART算法

代数重建技术(ART)是X-射线CT图像重建的一种重要迭代算法,投影的访问顺序对其收敛速度有重要影响。1994年,Guan和Gordon提出了多水平访问系统(MLS),该系统在投影数为2的整数次幂时效果最好。针对MLS仅适用于[0,π)上的均匀投影的问题,将MLS推广到[0,2π)上,在特定的投影数情形下,分析投影数特点,提出了三等分方法,该方法对对称投影访问顺序进行了改进。仿真实验结果表明,推广后的两系统下的锥束ART算法在迭代中收敛速度都要快于随机访问系统(RAS)和顺序访问系统(SAS)下的锥束ART算法。     

基于Geant4的锥束CT成像系统的仿真研究

提出了基于Geant4的锥束CT成像系统的仿真技术,这样就能建立更真实还能够反映实际CT成像系统的仿真模型。仿真过程中不仅模拟了锥束射线的产生过程,建立了CT成像系统的几何模型,而且对投影成像过程进行了仿真研究。为了验证该仿真方法是否能够达到要求,将实际结果与仿真结果进行了详细的比较,经过多次数据对比结果表明,文中提出的CT系统仿真模型全面地考虑了CT成像过程中的所有物理过程,真实地显示了实际的CT成像,文中实验数据为CT成像系统的进一步研究提供了可靠依据。     

一种新的基于GPU实现的锥束CT正投影算法

锥束CT成像算法的正投影计算量大,消耗时间长.为此,本文提出了一种基于GPU实现的正投影加速算法.该算法在GPU的可编程管线中,通过纹理映射方法实现了圆轨迹锥束扫描模式下正投影计算.由于投影逐片并行计算,因此该算法具有较高的计算速率,且支持全浮点运算精度.在该正投影算法的基础上,本文还给出了三种算法优化方法.这些优化方法进一步提高了算法的执行效率.通过对Shepp-logan模型的正投影计算以及应用于迭代法进行三维图像重建等实验验证了本文算法的优点.     

光纤(缆)连接器插入损耗测量及其方法之间的比较

本文从实验的角度出发,分析了光纤(缆)连接器插入损耗测量方法之间的内在联系,确定了严格测量系统技术条件的必要性,给出了测量结果的重复性最大偏差为0.06dB,方法之间的最大偏差为0.07dB。     

光学偏折子孔径拼接面形检测技术

针对大口径的高斜率动态范围光学元件的测量需求,提出了基于光学偏折技术的子孔径拼接测量方法。利用所搭建的条纹投影光学偏折测量系统,结合子孔径划分拼接方法,对各子孔径分别进行测量,并根据实际测量结果与测量系统模型光线追迹结果的偏差,高精度测得各个子孔径的面形数据,由此对各子孔径进行拼接来实现全口径面形测量。光学偏折测量技术相对干涉法具有很大的测量动态范围和视场,可极大降低所需的子孔径数量,由此大大提高了检测效率。同时提出了针对重叠区域的加权融合算法来实现拼接面形的平滑过渡。为验证所提出方案的可行性,分别进行了仿真分析以及实验验证。对一高斜率反光灯罩进行拼接测量实验,并将拼接测量与全口径测量结果进行对比。结果表明,利用所提出测量方法获得的拼接面形连续光滑,且与全口径测量面形RMS值偏差为0.0957 μm,优于微米量级。该测量具有较高的测量精度和大动态测量范围,并且系统结构简单,为各类复杂光学反射元件提供了一种有效可行的检测方法。     

基于衰减板的锥束CT散射校正

 在锥束CT成像系统中,散射现象严重影响重建的图像质量.锥束CT成像散射校正的研究一直是一个热点问题.本文提出了一个新的散射校正方法,该方法需要在射线源和检测物之间放置一个衰减板,使用带有衰减板和不带衰减板两种情况下的成像,结合Klein-Nishina公式和Beer定理进行创新性的推导出散射分布.模体实验结果证明,本文算法可以有效的进行散射校正,显著的提高图像对比度和图像质量.     

机器视觉螺纹测量的误差分析

为了提高机器视觉方法测量螺纹的精度,采用理论分析和实验验证的方法,研究了用垂直投影测量和切向投影测量方法进行螺纹测量时发生的延伸螺旋面投影遮挡问题。在介绍垂直投影测量和切向投影测量方法的基础上,解释了垂直投影测量和切向投影测量方法产生原理误差的原因。通过对遮挡误差和不同螺旋升角误差对螺纹牙形角测量影响情况的理论分析和推导,给出了垂直投影测量时延伸螺旋面遮挡和不同螺旋升角影响的误差计算式,并进行了实例验证和分析。结果表明,对导程较大的螺纹按垂直投影法测量时,由延伸螺旋面遮挡造成的牙形角测量误差可达到1°以上。这一结果对牙形角测量而言是不容忽视的。     

光电探测器传输特性测试方法研究

散射参数(S参数)可精确表征光电探测器的传输特性,本文针对现有测试方法及系统中存在的问题,分析了光波元件分析仪的原理和光电探测器测试误差来源,提出了一种光电探测器的传输特性测试方法,构建了光电探测器的测试误差模型和信号流图,推导了光电探测器的散射参数(S参数)求解公式。基于光电探测器的器件特性,对其测试过程进行优化,将测试过程分为微波域校准与光波域测试两步进行。对10 MHz^40 GHz范围内对光电探测器的S参数进行了测试,实验结果表明,该方法测量结果与经过计量的是德科技N4373D的测量结果数据一致性较好,在高频范围内,测量偏差小于0.5 dB,是一种有效的光电探测器传输特性参数测量方法。     

脉冲/连续高功率激光光斑分布阵列探测器

通过测量发射到远场的激光功率密度时空分布给出所需要的到靶总功率、光束质量、桶中功率、功率时间曲线等关键指标参数,是目前准确评价激光系统性能的重要技术手段。介绍了一种基于光电探测器阵列实现近红外脉冲激光功率密度时空分布的测量方法,可以实现900~1700 nm波长、动态范围大于2000倍的激光光斑参数测量。该阵列探测器具有测量面积大、单元一致性好、测量精度高等特点,并可同时实现脉冲和连续激光参数测试要求。给出了阵列探测器的总功率测量结果,测量值与激光器输出功率偏差在5%以内,且激光光斑分布测量结果准确可靠。该阵列探测器已在多套激光系统的参数测试中得到成功应用,可以作为响应波段内的脉冲/连续激光光斑参数测试一种有效技术方案。     

机器视觉螺纹测量的误差分析

为了提高机器视觉方法测量螺纹的精度,采用理论分析和实验验证的方法,研究了用垂直投影测量和切向投影测量方法进行螺纹测量时发生的延伸螺旋面投影遮挡问题。在介绍垂直投影测量和切向投影测量方法的基础上,解释了垂直投影测量和切向投影测量方法产生原理误差的原因。通过对遮挡误差和不同螺旋升角误差对螺纹牙形角测量影响情况的理论分析和推导,给出了垂直投影测量时延伸螺旋面遮挡和不同螺旋升角影响的误差计算式,并进行了实例验证和分析。结果表明,对导程较大的螺纹按垂直投影法测量时,由延伸螺旋面遮挡造成的牙形角测量误差可达到1°以上。这一结果对牙形角测量而言是不容忽视的。     

A graphical method for determining the in-plane rotation angle in geometric calibration of circular cone-beam CT systems

It is well known that seven parameters completely describe a circular cone-beam geometry in either flat-panel X-ray computed tomography (CT) or single pinhole SPECT imaging. This paper considers the problem of determining one of the seven parameters only, the detector in-plane rotation or twist angle η. We describe a graphical procedure that can determine η independently of all other six parameters from a geometric calibration scan of point objects. Our method is exact in the ideal noise-free case and is general in that the other two out-of-plane detector rotation angles θ and φ can be nonzero. The calibration scan typically needs at least two point objects and an even number of projection views over a full 360° data acquisition. Under certain conditions, projection data truncation or a short scan acquisition of 180° + fan angle can be accommodated without affecting the accuracy of the calibration result. The graphical method is equally applicable to rotational multipinhole SPECT geometry. In this case, the final result is averaged from the individual estimates considering each pinhole separately. We use computer simulations and a multipinhole SPECT experiment to demonstrate the accuracy and precision of the proposed method.     

基于正交柱面成像相机的大尺寸三维坐标测量

提出了一种基于正交柱面成像相机的大尺寸三维坐标测量方法。正交柱面成像相机由一个正交柱面成像光学系统和两个正交放置的线阵CCD组成,它们分别被用来检测被测点的水平角和垂直角。一个相机决定了两个角度,两个相机交汇,即可实现被测点的三维坐标测量。所提出的方法在精密坐标测量特别是动态位置跟踪方面具有突出的优势。一个灵活的内参标定方法被用来标定正交柱面成像相机,内参标定后相机在水平方向和垂直方向角度测量误差的均值分别为1.85和2.16。另外,双相机的外参标定也被介绍,外参标定后系统的坐标测量精度优于0.52 mm。实验结果表明:所提出的三维坐标测量方法有效,具有良好的测量精度。     

采用高频能量的CT几何参数自标定方法

针对锥束CT系统中几何参数失配引起几何伪影的问题,提出了一种采用空域高频能量的几何伪影自校正算法。该算法以重建图像的空域高频能量为目标函数建立优化模型,通过单纯形法迭代求解使空域高频能量最大的几何参数最优解。利用投影图像的特性提取部分参数作为输入初值,减小算法搜索范围。并采用图形处理器（Graphic Processing Unit,GPU）对自校正过程中的图像重建并行加速,减少重建时间,提高校正速度。实验结果表明:该算法具有较高的求解精度,最大相对误差不超过5%,对重建图像中的几何伪影有较好的校正效果。同时,在不影响精度的情况下减少了迭代次数,算法执行效率提高了18.8%。     

Measurement-Based Method to Characterize Parasitic Parameters of the Integrated Power Electronics Modules

A measurement-based method for extracting the parasitic parameters of active power electronics modules (IPEMs) is proposed. Parasitic inductances and capacitances inside the IPEM can all be extracted using this method without destroying the structure. The linearized model is derived from impedance measurement and it is valid from low frequency to frequencies as high as 100 MHz. Extracted parameters are compared to those from commercial software and the results are in good agreement. A parallel resonance method is proposed for the characterization of common-mode capacitances     

基于RBF神经网络的加速度传感器动态补偿研究

提出一种应用径向基函数(RBF)神经网络进行加速度传感器动态性能补偿方法.介绍动态补偿原理以及算法,并将其与BP神经网络法和系统辨识法进行比较.该方法利用加速度传感器的动态标定数据,采用RBF神经网络搜索和优化补偿模型参数.结果表明,这种补偿模型误差小,比用系统辨识法有良好的鲁棒性、能实现在线软补偿,比用BP神经网络有更快的训练速度.     

基于逼近式定心法测量机床回转轴对导轨的平行度

为测量机床主轴回转轴线与同向导轨间的平行度,研制了一种基于激光位移传感器的机床测头,并结合逼近式孔心定位法提出一种新的平行度检测方法。该方法以回转轴线不变为前提,借助一标准环规,让环规的同一截面位于主轴轴线的不同点,利用两次精确定位所获得的坐标值,计算导轨和机床回转轴线的平行度。利用该检测方法,可消除实物芯轴类测量方法所涉及的一些缺陷,可在主轴高速旋转时完成测量。实验证明,该方法能够完成机床主轴轴线与同向导轨平行度的测量,有望作为一种新的检测手段对机床进行校验。     

Region of interest reconstruction from truncated data in circular cone-beam CT

The circular scanning trajectory is one of the most widely adopted data-acquisition configurations in computed tomography (CT). The Feldkamp, Davis, Kress (FDK) algorithm and its various modifications have been developed for reconstructing approximately three-dimensional images from circular cone-beam data. When data contain transverse truncations, however, these algorithms may reconstruct images with significant truncation artifacts. It is of practical significance to develop algorithms that can reconstruct region-of-interest (ROI) images from truncated circular cone-beam data that are free of truncation artifacts and that have an accuracy comparable to that obtained from nontruncated cone-beam data. In this work, we have investigated and developed a backprojection-filtration (BPF)-based algorithm for ROI-image reconstruction from circular cone-beam data containing transverse truncations. Furthermore, we have developed a weighted BPF algorithm to exploit "redundant" information in data for improving image quality. In an effort to validate and evaluate the proposed BPF algorithms for circular cone-beam CT, we have performed numerical studies by using both computer-simulation data and experimental data acquired with a radiotherapy cone-beam CT system. Quantitative results in these studies demonstrate that the proposed BPF algorithms for circular cone-beam CT can reconstruct ROI images free of truncation artifacts.     

A cone-beam reconstruction algorithm for circle-plus-arc data-acquisition geometry

In cone-beam computerized tomography (CT), projections acquired with the focal spot constrained on a planar orbit cannot provide a complete set of data to reconstruct the object function exactly. There are severe distortions in the reconstructed noncentral transverse planes when the cone angle is large. In this work, a new method is proposed which can obtain a complete set of data by acquiring cone-beam projections along a circle-plus-arc orbit. A reconstruction algorithm using this circle-plus-arc orbit is developed, based on the Radon transform and Grangeat's formula. This algorithm first transforms the cone-beam projection data of an object to the first derivative of the three-dimensional (3-D) Radon transform, using Grangeat's formula, and then reconstructs the object using the inverse Radon transform. In order to reduce interpolation errors, new rebinning equations have been derived accurately, which allows one-dimensional (1-D) interpolation to be used in the rebinning process instead of 3-D interpolation. A noise-free Defrise phantom and a Poisson noise-added Shepp-Logan phantom were simulated and reconstructed for algorithm validation. The results from the computer simulation indicate that the new cone-beam data-acquisition scheme can provide a complete set of projection data and the image reconstruction algorithm can achieve exact reconstruction. Potentially, the algorithm can be applied in practice for both a standard CT gantry-based volume tomographic imaging system and a C-arm-based cone-beam tomographic imaging system, with little mechanical modification required.     

移动机器人中激光雷达测距测角标定方法

针对目前移动机器人对环境地图构建精度低的问题,分别提出了激光雷达测距、测角的标定方法。通过误差传播定律分析引起激光雷达的测距误差因素,可知激光雷达测距误差主要是由回波强度和测量距离引起的,推导出测距误差修正模型。通过分析激光雷达测角误差因素,针对机械扫描轴与几何旋转中心偏心引起的误差,提出了一种三角形标定方法,建立测角误差修正模型。根据激光雷达测距、测角误差修正模型修改移动机器人坐标转换系统。实验结果表明,测距标定使平面障碍物数据纵坐标差值的标准差提高了30%~60%,接近物体真实几何特征;测角标定方法使障碍物数据的重合效果提高了30%,标定方法提高了移动机器人地图构建的精度。     

双光纤点衍射干涉投影系统误差校正及优化

条纹投影测量技术为复杂曲面提供了一种大动态范围的非接触式三维形貌检测方式。在基于双光纤点衍射干涉的条纹投影检测系统中,系统结构参数对最终面形检测精度影响较大。通过建立系统结构几何分析模型,对系统结构参数进行了优化。针对双光纤点衍射探头投射角标定误差的影响,传统基于零级亮条纹定位的投射端投射角标定方法由于临近级次条纹光强较为接近难以区分而导致存在较大误差,为此提出了一种基于基准平面的投射角迭代校正方法,在原标定方法的基础上进一步提高了其标定精度,进而有效提高了面形检测精度。为验证所提出方法的可行性,搭建实验系统对不同斜率动态范围的待测物测量比对,结果表明校正前后的测量系统与三坐标测量机的测量结果偏差从0.418 2 mm减小至0.021 1 mm,实现了微米级的检测精度,为各类复杂曲面的高精度检测提供了一种可行的方法。