基于CT技術(shù)檢測(cè)木材、竹材結(jié)構(gòu)特征的研究.pdf

1、基于我國(guó)森林資源的現(xiàn)狀、木材供需矛盾的現(xiàn)實(shí)以及和現(xiàn)代林業(yè)持續(xù)發(fā)展的要求，深入研究樹木生長(zhǎng)規(guī)律，積極探尋符合樹木生長(zhǎng)的營(yíng)林措施；加強(qiáng)木材結(jié)構(gòu)與性質(zhì)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(shí)現(xiàn)木材資源可持續(xù)利用的重要途徑。
　　計(jì)算機(jī)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(jìn)行照射，測(cè)定透過(guò)的射線量，經(jīng)數(shù)量化計(jì)算后得出該層層面組織各個(gè)單位容積的吸收系數(shù)，然后重新組建圖像的檢查技術(shù)。CT

2、技術(shù)能在無(wú)損地獲取木材的內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征，同時(shí)也能較精確預(yù)測(cè)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(zhǎng)規(guī)律以及研究樹木的生長(zhǎng)環(huán)境提供了一新的途徑。
　　本文綜述了CT技術(shù)檢測(cè)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(duì)木材CT值的影響,探尋適合木材CT掃描的相關(guān)參數(shù)；建立了木材及竹材密度與其CT值的數(shù)學(xué)模型；基于CT技術(shù)的人工林杉木原木宏觀構(gòu)造的自動(dòng)檢測(cè)，開發(fā)自動(dòng)檢測(cè)原木髓、心邊材邊界和

3、年輪數(shù)目和寬度的算法；基于CT技術(shù)的竹材密度變異特征研究；利用MicroCT無(wú)損檢測(cè)秋竹、筇竹的節(jié)部微觀構(gòu)造等。研究結(jié)果如下：
　　（1）樹種以及電壓均能對(duì)CT值精度產(chǎn)生顯著影響，而曝光量（mAs）和重建方法對(duì)木材CT值精度影響不顯著。CT在保證密度與CT值線性關(guān)系有很寬的適用性，CT掃描在取80kV或120kV時(shí)，其預(yù)測(cè)密度準(zhǔn)確性無(wú)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(shù)學(xué)模型，當(dāng)密

4、度（g/cm3）在0.303～1.289之間時(shí)，得到數(shù)學(xué)模型為D=0.0009×CT值+1.004（R2=0.9533；當(dāng)密度（g/cm3）在0.303～1.061時(shí)，數(shù)學(xué)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(guò)大量的人工林杉木生材原木CT圖像研發(fā)了一種

5、自動(dòng)運(yùn)算杉木髓的算法。經(jīng)驗(yàn)證，該方法可使85％以上的斷層圖像髓與真實(shí)值差值小于2mm，提出髓自動(dòng)檢測(cè)算法精度與其他相關(guān)工作相比是足夠的。檢測(cè)結(jié)果有助于對(duì)原木內(nèi)部其他結(jié)構(gòu)特征的識(shí)別開展進(jìn)一步研究，這些特征與髓位置相聯(lián)系，如心邊材、年輪寬度、原木內(nèi)節(jié)子分別等。
　?。?）通過(guò)對(duì)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(dòng)檢測(cè)心邊材的算法。但該算法避開了節(jié)子對(duì)心邊材識(shí)別的干擾。
　?。?）

6、在自動(dòng)檢測(cè)人工林杉木原木髓的基礎(chǔ)上，利用原木早晚材密度差異特征，開發(fā)出自動(dòng)檢測(cè)原木的年輪數(shù)和寬度的算法，與人工檢測(cè)相比，該方法有效。
　　（6）系統(tǒng)研究了當(dāng)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(duì)位置有高度二次函數(shù)關(guān)系。在竹子生長(zhǎng)的第一年生毛竹密度增進(jìn)最顯著的生長(zhǎng)階段，而后在3年內(nèi)有密度增進(jìn)趨勢(shì)但遠(yuǎn)不及第一年增進(jìn)明顯。
　?。?）利用MicroCT技術(shù)，成功獲取了