基于多重分形頻譜技術(shù)的木材CT檢測及其三維結(jié)構(gòu)重建.pdf

1、隨著無損檢測技術(shù)和數(shù)字圖像處理技術(shù)的發(fā)展,使得木材無損檢測技術(shù)也得到了迅速的發(fā)展。本文通過對各種常用的木材無損檢測方法的比較和綜合評價(jià),選擇作為射線檢測技術(shù)分支的計(jì)算機(jī)斷層掃描技術(shù)(CT)作為木材無損檢測的手段,通過與傳統(tǒng)方法進(jìn)行比較,CT成像具有圖像直觀準(zhǔn)確、分辨率高、無疊加等特點(diǎn),被譽(yù)為最佳的木材無損檢測手段。
　　 本文闡述了CT技術(shù)檢測木材的基本原理,CT在木材無損檢測方面取得的成績,及圖像處理技術(shù)在木材無損檢測中的研究

2、進(jìn)展;研究了CT圖像重建的基本原理及常用方法,總結(jié)出CT掃描成像的優(yōu)點(diǎn)和局限性,并尋找到適合木材快速CT掃描的相關(guān)參數(shù)設(shè)定值;基于CT值的定義,構(gòu)建了生材密度和含水率與其CT值數(shù)學(xué)預(yù)測模型;基于數(shù)字圖像處理技術(shù)和分形理論,應(yīng)用多重分形頻譜理論對木材內(nèi)部缺陷進(jìn)行識別,并設(shè)定了適用于木材圖像檢測的分形頻譜值范圍;將線性插值法應(yīng)用到木材CT斷層圖像的三維重建,并結(jié)合偽彩色處理技術(shù)建立起木材表面及內(nèi)部結(jié)構(gòu),進(jìn)一步將該方法應(yīng)用于木材的虛擬鋸切。<

3、br>　　 課題的研究結(jié)果歸納如下:
　　 (1)對目前國內(nèi)外木材無損檢測技術(shù)進(jìn)行分析、總結(jié)和比較,應(yīng)用計(jì)算機(jī)斷層掃描技術(shù)作為檢測木材物理性質(zhì)的手段,通過對國內(nèi)外木材無損檢測的發(fā)展現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢的研究,發(fā)現(xiàn)計(jì)算機(jī)斷層掃描技術(shù)在木材缺陷檢測及木材物理性質(zhì)檢測方面有著良好的應(yīng)用前景;
　　 (2)通過不同CT重建算法的比較,選用解析法作為CT圖像重建的基本方法,解析法具有運(yùn)算速度快,重建數(shù)據(jù)精確度高的優(yōu)點(diǎn)。
　　

4、 (3)為了實(shí)現(xiàn)快速、準(zhǔn)確的木材CT檢測,提高CT木材掃描過程的效率,節(jié)約時(shí)間及成本,構(gòu)建基于CT技術(shù)的木材無損檢測系統(tǒng),通過對27個(gè)原木生材樣品的掃描結(jié)果的觀察與計(jì)算,確定了適合木材CT檢測的基本參數(shù),其中掃描層厚可設(shè)定為8mm-14mm、掃描電壓設(shè)定在80KV-120KV、掃描電流設(shè)定在100mA、窗位值設(shè)定在-300Hu,窗寬設(shè)定為1000Hu。窗口及層厚適當(dāng)選取可以減少圖像偽影及部分容積效應(yīng)對CT圖像缺陷識別產(chǎn)生的影響,并可以提

5、高CT木材掃描過程的效率,節(jié)約時(shí)間及成本。
　　 (4)根據(jù)CT值的定義,推導(dǎo)出木材的CT值與其質(zhì)量衰減系數(shù)有著密切的關(guān)系,以此為基礎(chǔ)建立了CT值與生材密度的數(shù)學(xué)預(yù)測模型,使得木材的無損檢測范圍擴(kuò)大,由缺陷檢測擴(kuò)展到木材物理特性的檢測。通過對從黑龍江方正林業(yè)局采集的28種木材樣品進(jìn)行斷層掃描,獲取各樹種樣木的CT值,通過統(tǒng)計(jì)分析建立起了木材CT值-密度預(yù)測模型D=D.0009H+0.9564(R2=0.968),通過驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)該模

6、型平均估計(jì)差為0.017 g/cm3,平均誤差率為2.64％。
　　 (5)基于CT值-密度模型,及木材的密度與其含水率的關(guān)系,建立生材的CT值與含水率預(yù)測模型,對從黑龍江方正林業(yè)局采集的24種原木樣品進(jìn)行CT斷層掃描并記錄其CT值,建立起了木材CT值-含水率預(yù)測模型M=-0.0864H+78-001(R2=0.9203),通過驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)該模型平均估計(jì)差為3.02％,平均誤差率為2.90％。
　　 (6)選擇多重分形頻譜理

7、論對木材斷層掃描圖像進(jìn)行邊緣檢測,在對一含有多種缺陷的水曲柳CT斷層圖像實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上,找出了檢測木材缺陷邊緣多重分形頻譜參數(shù)的范圍1.0≤f(α)≤1.3,且多重分形頻譜值設(shè)定范圍值越大,檢測到的邊緣越精確,通過與傳統(tǒng)的梯度邊緣檢測方法比較,該方法在圖像邊緣檢測上具有局部性強(qiáng)和準(zhǔn)確性高的優(yōu)點(diǎn)。
　　 (7)綜合木材圖像的特點(diǎn)及檢測精度要求,結(jié)合多重分形頻譜法對木材CT斷層圖像進(jìn)行特征提取,應(yīng)用線性插值法對木材CT斷層圖像進(jìn)行三維重