基于CT技術檢測木材、竹材結構特征的研究.pdf

1、基于我國森林資源的現狀、木材供需矛盾的現實以及和現代林業(yè)持續(xù)發(fā)展的要求，深入研究樹木生長規(guī)律，積極探尋符合樹木生長的營林措施；加強木材結構與性質研究，提高其綜合利用率和循環(huán)利用率，以及木材節(jié)約和代用，是緩解木材供需矛盾、實現木材資源可持續(xù)利用的重要途徑。
　　計算機斷層掃描（CT）利用X射線束從多方向沿某一部位選定斷層進行照射，測定透過的射線量，經數量化計算后得出該層層面組織各個單位容積的吸收系數，然后重新組建圖像的檢查技術。CT

2、技術能在無損地獲取木材的內部結構特征，同時也能較精確預測到木材密度，這為木材的加工以及研究樹木年輪間密度的變異和生長規(guī)律以及研究樹木的生長環(huán)境提供了一新的途徑。
　　本文綜述了CT技術檢測木材的原理、方法和所取得的研究成果；研究了CT掃描條件以及重建方法等因素對木材CT值的影響,探尋適合木材CT掃描的相關參數；建立了木材及竹材密度與其CT值的數學模型；基于CT技術的人工林杉木原木宏觀構造的自動檢測，開發(fā)自動檢測原木髓、心邊材邊界和

3、年輪數目和寬度的算法；基于CT技術的竹材密度變異特征研究；利用MicroCT無損檢測秋竹、筇竹的節(jié)部微觀構造等。研究結果如下：
　?。?）樹種以及電壓均能對CT值精度產生顯著影響，而曝光量（mAs）和重建方法對木材CT值精度影響不顯著。CT在保證密度與CT值線性關系有很寬的適用性，CT掃描在取80kV或120kV時，其預測密度準確性無明顯差異，但有不同的回歸方程。
　?。?）建立25種木材氣干材密度和其CT值的數學模型，當密

4、度（g/cm3）在0.303～1.289之間時，得到數學模型為D=0.0009×CT值+1.004（R2=0.9533；當密度（g/cm3）在0.303～1.061時，數學模型為1.11360.0011 CT值＋D×=（R2=0.9895）；并建立毛竹氣干材密度與CT值的模型為1.11860.0011 CT值＋D×=密度（R2=0.9928）。式中D為木材密度（g/cm3）
　?。?）通過大量的人工林杉木生材原木CT圖像研發(fā)了一種

5、自動運算杉木髓的算法。經驗證，該方法可使85％以上的斷層圖像髓與真實值差值小于2mm，提出髓自動檢測算法精度與其他相關工作相比是足夠的。檢測結果有助于對原木內部其他結構特征的識別開展進一步研究，這些特征與髓位置相聯系，如心邊材、年輪寬度、原木內節(jié)子分別等。
　?。?）通過對大量的人工林杉木生材原木CT圖像研究和分析，利用生材心邊材圖像灰度值差異，開發(fā)一種自動檢測心邊材的算法。但該算法避開了節(jié)子對心邊材識別的干擾。
　?。?）

6、在自動檢測人工林杉木原木髓的基礎上，利用原木早晚材密度差異特征，開發(fā)出自動檢測原木的年輪數和寬度的算法，與人工檢測相比，該方法有效。
　?。?）系統(tǒng)研究了當年生、1年生、2年生、3年生和4年生毛竹在軸向、徑向以及隨竹齡的密度變異特征。各竹齡竹材的密度與其相對位置有高度二次函數關系。在竹子生長的第一年生毛竹密度增進最顯著的生長階段，而后在3年內有密度增進趨勢但遠不及第一年增進明顯。
　?。?）利用MicroCT技術，成功獲取了