工業(yè)CT廣角扇束掃描圖像重建模型與圖元識別算法研究.pdf

1、工業(yè)計算機層析成像(Industrial Computed Tomography，簡稱ICT)技術是當今世界公認的最佳無損檢測技術之一，它以圖像形式直觀地表達檢測對象斷層內部的結構、密度分布、缺陷信息，并不受檢測對象材質、結構的限制。近年來，由于航空、航天、軍工、鐵路機車、汽車等行業(yè)對大型構件的無損檢測和無損質量評價需求增加，世界發(fā)達國家爭相研究和開發(fā)高能大型工業(yè)CT系統(tǒng)。
　　 利用工業(yè)CT圖像還能對檢測對象斷層內外結構尺寸進

2、行精確測量，尤其對于具有復雜封閉內腔的零部件的無損檢測和測量，工業(yè)CT技術起著無可替代的作用。研究工業(yè)CT技術在逆向工程中的應用是近年工業(yè)CT技術研究熱點之一。
　　 課題由國家863高技術項目、國家自然科學基金項目和重慶市科技攻關項目資助，研究工業(yè)CT廣角扇束掃描、工業(yè)CT圖像幾何圖元識別等相關基礎理論。并根據(jù)理論研究結果，針對大型細長類工件工業(yè)CT檢測的實際需求，研究高能大型臥式工業(yè)CT機械系統(tǒng)關鍵技術，為該類型產品的工業(yè)C

3、T無損檢測提供技術儲備和支撐。主要工作如下：
　　 ①分析了工業(yè)CT技術基本原理、技術基礎、系統(tǒng)組成、系統(tǒng)指標與評價標準，以及Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ代CT掃描方式的特點。重點針對廣角扇束(Ⅲ代)CT掃描，研究其理論模型和圖像重建算法，并設計制造了一臺小型工業(yè)CT掃描試驗系統(tǒng)進行試驗研究。
　　 ②對于廣角扇束工業(yè)CT掃描，圖像卷積反投影重建算法有一個關于幾何方面的假設：檢測工件的分度旋轉中心位于圖像重建中心線(即輻射源焦點中心與探測

4、器陣列中心的連線，也是扇束中心射線)上。實際的工業(yè)CT系統(tǒng)，由于各種偏差引起的工件分度旋轉中心偏移，導致重建圖像精度降低。論文針對旋轉中心偏離的情況建立了圖像重建數(shù)學模型，仿真研究了偏離量與重建圖像精度的關系。表明在重建515×512像素矩陣的圖像時，重建中心偏移0.1像素，重建圖像與基準圖像間無明顯差異；重建中心偏移0.2像素及以上時，重建圖像與基準圖像間差異明顯。指出對于廣角扇束CT掃描，重建圖像大小為512×512像素時，分度旋轉

5、中心與圖像重建中心不重合最大允許偏差為0.1像素尺寸。
　　 ③研究了基于Facet模型亞像素邊緣提取的工業(yè)CT圖像圖元識別方法，分析了常用識別算法，改進了直線、圓弧的識別算法；在圖像幾何圖元識別的基礎上，提出工業(yè)CT圖像精確矢量化的方法；重點針對現(xiàn)有存在概率圖的圓檢測算法計算時間長、占用內存大的缺點，提出一種通過事先確定潛在圓心選擇范圍，將存在概率數(shù)值符合設定條件的圓的參數(shù)信息存儲在鏈表中，并根據(jù)被檢測圓的數(shù)量確定圓的參數(shù)、標

6、識其位置的算法。實驗結果表明，該方法在計算時間上比原方法提高了33～178倍；最后，運用最小二乘法擬合圖像中識別的圓參數(shù)并進行實際測量。使用空間分辨率為2.0 lp/mm的電子直線加速器工業(yè)CT系統(tǒng)，掃描重建出包含10個圓的800×800像素工業(yè)CT圖像，運用該方法對圖像中的圓進行了檢測和測量，結果表明測量精度優(yōu)于0.5％。
　　 ④在工業(yè)CT廣角扇束掃描研究的基礎上，根據(jù)實際檢測對象特點和要求，設計了高能大型臥式工業(yè)CT系統(tǒng)主

7、要技術參數(shù)和總體技術方案；用臥式工業(yè)CT系統(tǒng)檢測細長類工件時，工件自身重力引起的撓度將引起CT掃描分度旋轉中心與圖像重建中心不重合。分析了典型檢測對象在兩點支撐時工件最大撓度，指出其數(shù)值超過分度旋轉中心與圖像重建中心不重合的最大允許誤差，并提出應用三點滾動支撐方案；設計了一種支撐座可開合、工件浮動夾持的專用異形軸承滾動支撐夾具，設計了機械系統(tǒng)各運動傳動結構、各部件結構和整機機械結構。
　　 研究設計的廣角扇束CT掃描試驗裝置已開

8、發(fā)為工業(yè)CT教學試驗儀器；研究設計的加速器、探測器部件結構、運動部件以及異形軸承夾緊、支撐座可開合三點滾動支撐結構夾具已應用到不同的大型CT、DR檢測系統(tǒng)上；研究的工業(yè)CT圖像精確矢量化方法也已初步應用到工業(yè)CT圖像軟件系統(tǒng)中。實際應用結果表明，提出的高能大型臥式工業(yè)CT系統(tǒng)設計方案可行，機械結構設計合理；提出的三點滾動支撐方案，設計的獨特的可開合滾動支撐結構較好地解決了細長工件臥式檢測時工件重力撓度對CT掃描成像的影響；研究的工業(yè)CT