快速Arclet变换及其在工业CT图像圆测量中的应用

为了准确描述工业CT图像中的圆形结构,提出一种基于多尺度几何分析工具Arclet的圆测量算法。首先,通过分析单尺度Arclet基函数间的空间关系,设计了单尺度快速Arclet数字变换算法;基于该Arclet数字变换,提取出单尺度上的候选圆特征。然后,考虑Arclet相邻尺度基函数间的空间关系并结合多尺度四叉树结构,按照从根到叶的方向,依次对相邻尺度间的候选圆特征进行取舍。最后,融合各尺度剩余的候选圆特征,得到提取结果,并根据提取结果计算出半径等圆参数。基于实际工业CT图像进行了圆测量试验,结果表明,最大半径绝对误差的绝对值0.1mm,最大半径相对误差的绝对值0.5%;即使对原工业CT图像引入不同强度的高斯噪声,测量结果依然满足要求。本文提出的工业CT图像圆测量算法对噪声干扰具有很好的抑制能力,能满足准确描述工业CT图像中圆形结构的要求。     

重排的半覆盖螺旋锥束CT的反投影滤波重建

由于传统的螺旋锥束CT系统采用的扫描方法使视场范围受到限制,本文深入分析了螺旋锥束CT的半覆盖扫描方式,提出了螺旋锥束半覆盖扫描的重建算法。该扫描方式只要求射线束覆盖物体横截面的一半以上,探测器的宽度和投影数据量大约是传统螺旋锥束CT的一半,从而节约了探测器的成本。结合扇形束投影的特点和二维反投影滤波(BPF)来实现这种横向截断投影的重建,研究了重排的加权BPF重建方法。该方法首先根据重建的层将半覆盖的螺旋锥束CT投影数据重排为半覆盖的扇形束CT投影,然后用加权的扇形束BPF算法进行重建。同传统视场区域横截面全覆盖的FDK算法相比,该方法即使在大螺距的情况下其重建结果也更接近于真实值,而且均方误差减少了一半,重建时间节约了3/5。     

一种10 kV方波电压发生器

为了对高电压分压器进行实验标定,研制了一台最高输出电压为10 kV的方波发生器。它由直流高压源、脉冲形成线、高气压气体火花开关和脉冲传输线构成,以波阻抗为50Ω的聚乙烯高频同轴电缆作为脉冲形成线和脉冲传输线,并采用紧凑型氮气火花开关,改变脉冲形成线的长度和开关的气压可分别改变方波脉宽和幅值(3~10 kV)。实验中脉冲形成线的长度为10 m,对应的方波脉宽为100 ns。开关中氮气为0.2~0.7 MPa时,输出方波前沿的上升时间为14.1~1.5 ns,随气压的上升而急剧下降,且上升时间和气压的关系式不同于由J.C.Mar-tin公式推导的结果。0.7 MPa时间隙静态击穿场强高达500 kV/cm,为输出方波上升时间大大减小的根本原因。由上述实验知:该方波发生器完全适合于高电压分压器的实验标定。     

锥束螺旋CT的串扰屏蔽

在锥束CT(Computed Tomography)中,由于X射线特别是高能X射线散射引起的探测器通道间的串扰,会降低探测器的信噪比和物体的空间分辨率,同时也会在图像的边缘产生伪影.采用了一种有利于机械实现的交错螺旋和平行螺旋的扫描方法,通过在探测器面板上加隔离网来减少射线串扰,并采集4次投影数据,以弥补加隔离网后投影数据的缺损.同时对改进的扫描方法和投影采集方法作了计算机仿真,从仿真实验的结果来看,采用探测器4次采样和交错螺旋或平行螺旋的扫描轨迹,能有效减少因射线串扰引起的伪影,并减少了由螺旋运动引起的伪影.     

锥束CT的惩罚SART重建算法

联合代数迭代方法（SART）对重建图像空间是无约束的,其迭代到一定次数后,图像空间的噪声会不断增加。为了解决这一问题,针对三维锥束CT情况,研究了一种增加惩罚项的联合代数迭代算法,同时研究了该算法与有序子集结合的方法。计算机仿真试验表明：在锥束CT图像重建中,该方法能够在抑制噪声的同时提高重建图像的收敛速度。     

纳秒脉冲空气放电的声学特性实验研究

纳秒脉冲空气放电发声具有频域响应宽、发声元器件小、适用于某些恶劣的周围环境等诸多优势.在纳秒脉冲空气放电领域,现阶段少有针对其发声过程中电信号与声信号关系以及发声原理开展的研究.为此通过搭建电声联合诊断试验平台,在不同脉冲放电能量、放电气隙距离下对电信号与声信号进行实时采集,总结声压波形随不同试验参数的变化规律.结果显...     

PW级脉冲驱动器的整体径向传输线的研究

PW级脉冲功率驱动器中通常需要使用整体径向传输线(MRTL),以便将能量汇聚到负载上。为了了解MRTL的脉冲功率传输特性,基于多段均匀传输线级联模型,推导出了非均匀传输线输出电压的解析表达式。并从数学上证明了非均匀传输线的一些重要传输特性(首达波特性、脉冲压缩特性、高通特性)。利用CST微波计算软件包,对MRTL进行了3维电磁场模拟。结果表明:和电路模拟结果类似,指数线的最大功率传输效率高于Gaussian线和双曲线。但是,所有电磁场模拟得到的最大功率传输效率均比电路模拟大约低15%,这表明存在可观的非TEM模电磁场分量,因而基于TEM假设得到的电路模拟结果存在相当的误差。考虑到采用平板电极以便将几个MRTL叠在一起的要求,重点比较了双曲线和开孔指数线。虽然双曲线传输效率略低于指数线,但双曲线不需要开孔而易于加工,显然是最佳的选择。     

Z-800装置的全电路仿真及优化设计

对美国桑迪亚实验室提出的Z箍缩装置Z-800,电磁波在直线变压器驱动源(linear transformer driver, LTD)内部传输时间大于输出电流上升时间,传统的LTD型Z箍缩装置的模拟与优化方法并不适用。因此建立了Z-800装置的包括驱动源和单层钨丝阵负载的全电路模型,其中LTD采用串联传输线模型以反映其内部电磁波传输过程。基于该全电路模型,将能量传输效率作为评价指标,对丝阵负载参数和整体径向变阻抗线线型进行优化设计,并讨论了LTD采用串联传输线模型的必要性。根据仿真结果得到了最优负载参数,发现指数型变阻抗线性能最好,且LTD采用串联传输线模型对整体径向变阻抗线线型设计有影响。文中得到了Z-800装置的优化设计结果,建立了LTD型Z箍缩装置的全电路仿真及优化设计方法,为我国建立相类似的LTD型Z箍缩装置奠定了仿真基础。     

锥束螺旋CT半覆盖扫描的重建算法

目的：锥束螺旋CT能够解决长物体的检测问题,但是它的视场直径受限于面板探测器的宽度。为扩大锥束螺旋CT的视场直径,本文研究了一种视场区域半覆盖扫描的螺旋CT扫描方法和相应的重建方法。方法：扫描时,转台沿垂直于中心射线的方向水平平移一定距离,然后用普通螺旋CT的扫描方式即可获得需要的投影。重建时,利用推广的偏心锥束螺旋FDK（Feldkamp-Davis-Kress）算法,推广后的重建算法与标准的螺旋FDK算法具有同样的计算效率,而且不需要重排投影数据。结果：实验结果表明,本文提出的扫描方法能够将螺旋锥束CT的视场半径扩大0.86倍;重建图像的质量与使用大探测器全覆盖的标准FDK算法基本相当;由于投影数据量的减少,使重建时间比使用大探测器的标准FDK减少了376.66秒。结论：锥束螺旋CT的半覆盖扫描可以有效扩大视场直径,且具有较高的计算效率和较少的重建时间。     

螺旋锥束CT图像同时代数重建的机群并行化

在CT（Computed Tomography）图像重建领域,当投影数据含有噪声或者不完备时,与Feldkamp算法相比,同时代数重建方法（Simultaneous Algebraic Reconstruction Technique,SART）能重建出更高质量的三维图像。但三维SART方法非常耗时,为了减少SART的运行时间,利用工作站机群（Cluster of Workstations,COWs）进行并行加速是一种重要的方法。针对螺旋锥束扫描,对基于体数据划分的并行算法进行了改进。并在安装了MPICH 1.2.5的工作站机群上进行了实验。实验结果表明,该方法达到了和串行算法一样的重建效果,并且减少了重建时间。