基于轻量残差复合增强收敛神经网络的粒子场计算层析成像伪影噪声抑制

由于流场中的微粒分布状态能够充分表征场的特性,因此通过稀疏采样实现快速和高质量的粒子场成像始终是实验流体力学等领域高度期盼的.近年来,随着深度学习应用于粒子计算层析成像,如何提高神经网络的处理效率和质量,以消除稀疏采样所致的粒子层析图像伪影噪声仍然是一个挑战性课题.为解决这一问题,本文提出了一种新的抑制粒子场层析成像伪影噪声和提高网络效率的神经网络方法.该方法在设计上包含了轻量化双残差下采样图像压缩和特征识别提取、快速特征收敛的上采样图像恢复,以及基于经典计算层析成像算法的优化信噪比网络输入样本集构建.对整个成像系统的模拟分析和实验测试表明,相比于经典的U-net和Resnet50网络方法,本文提出的方法不仅在输出/输入的粒子图像信噪比、重建像的残余伪影噪声(即鬼粒子占比)和有效粒子损失比方面获得了极大的改进,而且也显著提高了网络的训练效率.这对发展基于稀疏采样的快速和高质量粒子场计算层析成像提供了一个新的有效方法.

基于双色法的碳烟火焰三维温度场计算层析成像测量

建立了一种基于多角度火焰光学投影信号获取的三维层析重建成像算法,用于测量不规则形态火焰的三维结构。通过搭建可旋转的射流燃烧装置建立不规则轮廓非预混稳定乙烯碳烟火焰,采用单一像增强相机(ICCD)从28个不同角度依次进行火焰自发光的全波段、550 nm和650 nm窄波段投影图像采集,结合自编制的三维重建程序与修正双色法,实现了碳烟火焰三维温度场测量。结果表明,三维重构算法能够再现火焰结构与温度场三维空间分布特性,温度测量值符合层流乙烯扩散碳烟火焰温度范围,采用任意不同角度投影图像数据的数目高于15个时,重构效果最好。

并行压缩感知计算层析成像光谱

计算层析成像光谱既有传统成像光谱仪获取目标二维空间和一维光谱“图谱合一”的能力,还具有高通量测量和免扫描特性,在光谱成像领域拥有广泛应用场景并得到大量研究。根据中心切片定理,计算层析成像光谱仪性能主要受焦平面阵列探测器(FPA)和二维色散元件的性能制约,以往研究主要在改进二维色散元件设计以增加衍射级次和投影角度以提高精确重建光谱所需的采样量。从FPA二维色散投影测量入手,提出并行压缩感知理论和计算层析成像光谱结合的方法,构建并行压缩感知计算层析成像光谱模型,利用低分辨FPA实现更高分辨率的色散投影测量,最终实现高于传统计算层析直接测量的性能水平。该研究为验证该成像光谱模型的正确性与可行性,先选用高光谱数据集对色散投影直接测量模型进行了三光谱立方体到二维色散投影和并行压缩感知测量模型重建的仿真实验,在仿真结果正确的前提下使用连续谱激光器和反射式数字微镜进行了相应的光学系统实验,完成了投影矩阵的逐点精确标定,并提出提高标定效率的并行标定方法,将标定时间降低到单点标定的四分之一。结果显示并行压缩感知计算层析成像光谱可以获得更高的光谱重建质量,能获得高于FPA自身性能的高分辨光谱投影并大幅提高光谱重建质量,验证了所提并行压缩感知计算层析成像光谱的正确性与可行性。

稀疏计算层析成像重构中迭代去噪方法的分析

研究了稀疏计算层析成像重构中的迭代去噪模型及其求解算法,理论推导及模拟实验验证了代数重构技术的抑噪能力.根据稀疏计算层析成像成像过程的噪音特征,提出了基于欧氏范数不等式约束和基于无穷范数不等式约束的去噪模型.提出了基于凸集投影方法求解去噪模型的算法,并给出了算法推导过程.结果表明:欧氏范数去噪模型优于无穷范数去噪模型,代数重构技术具有抑制噪音的作用.

代数迭代法用于傅里叶变换计算层析成像光谱仪数据重建

主要介绍代数迭代法在傅里叶变换计算层析成像光谱仪数据处理中的应用。根据4种不同投影数进行了光谱切片重建,并对光谱相似性进行了比较。针对ART算法可应用少数投影重建的特点,专门在45个投影数时,采用不同迭代系数进行了重建,并进行了比较。最后,对实际场景进行了光谱切片重建。

计算层析成像光谱仪中二元光学元件的研究

报道了用二元光学技术制作的二维位相型衍射光栅作为计算层析成像光谱仪中的光谱元件。对该光谱元件衍射阵列的强度分布、衍射效率以及各衍射级效率对波长的响应曲线进行了实验检测。结果表明 。

扁平样品体系的同步辐射层析成像检测技术

利用同步辐射X射线高穿透性、高亮度等特点,结合三维重建方法,可以实现样品的三维无损成像,该技术在生物、材料、化学等领域发挥着重要作用。针对扁平样品体系,计算机断层成像(computed tomography,CT)这种常规的三维成像方法,由于其高角度信息缺失,无法实现兼顾尺寸与分辨率的无损高精度成像。近年来再次发展起来的计算机层析成像(computed laminography,CL)可以满足对扁平样品的高精度三维成像的需求。然而,当前的三维重建方法需要足够多的投影数目才能实现高质量重建。文章在已有的三维重建算法的基础上,发展了一种针对CL的傅里叶迭代重建算法(laminography Fourier iterative algorithm,LFIA),在投影角度有限的情况下,利用投影之间的相关信息恢复缺失信息,从而实现更高的重建分辨率,并通过模拟与实验验证算法的可行性。

计算层析成像光谱仪的仿真研究

介绍一种无需时间或空间扫描的新型成像光谱仪计算层析成像光谱仪 (CTIS) ,并对其基本原理进行了详细叙述和方程式表达。系统的投影矩阵是由理论推导得出 ,采用广义矩阵的截断奇异值分解法作为计算机层析成像重建算法。为了便于计算机仿真 ,建立了一种简单的数理模型。仿真实验表明该理论、数理模型和算法准确合理 ,且算法的重建效率高。

基于计算层析成像扫描数据的X射线能谱估计方法

X射线能谱分布在双能谱X射线计算层析(CT)成像、CT图像的硬化校正、CT成像的定量分析等方面起着重要的作用。传统的X射线能谱估计方法是通过直接测量X射线穿过不同厚度物质后的衰减数据,间接估计X射线的能谱分布。与传统方法相比,提出一种由已知结构模体的CT数据间接估计X射线能谱的方法。该方法的特点是:1)不需要精确测量射线穿过物质的长度,只需要对已知结构和材质的模体进行CT扫描便可获得该材质下的衰减曲线,并且该方法对模体的制作精度要求不高;2)采用了带非线性约束的迭代求解方法,由于在迭代求解过程中加入了X射线能谱模型作为约束条件,大大减轻了求解模型的病态性和不适定性。所采用的X射线能谱模型考虑了靶材料对射线的吸收,更加接近实际CT系统的X射线能谱分布。数值实验表明:与已有方法相比,该方法能够更精确、更稳定地估计出X射线能谱的轫致辐射分布和特征辐射分布。

计算层析成像光谱仪中衍射器件的设计

结合成像光谱系统对衍射器件的要求,采用系统优化方法设计了两种衍射器件;给出了光栅的设计结果和光谱响应曲线。性能测试表明,实测结果与设计值相吻合。系统图像采集实验结果表明,在410～700nm范围内,所设计的光栅能满足系统的要求。

干涉型计算层析成像光谱仪的图像重建

针对干涉型计算层析成像光谱仪（CTII）提出了一种光谱图像数据立方体的重建方法。干涉型计算层析成像光谱仪是一种将空间调制傅里叶变换成像光谱仪（FTIS）的原理与计算层析成像光谱仪（CTIS）的原理相结合的一种新型成像光谱仪，具有高通量、高光谱分辨力以及高空间分辨力的特点。分析和讨论了干涉型计算层析成像光谱仪的工作原理以及获取图像的特征，介绍了光谱图像数据立方体的重建方法。根据多角度投影数据的特点提出采用卷积反投影计算层析成像图像重建算法，给出了图像重建步骤以及相应的数学表达式。对D65光源照明条件下的396×396像素目标进行了仿真实验，投影角度为0～180°，步长为0．5°，列出了仿真实验部分结果。实验结果验证了干涉型计算层析成像光谱仪及其图像重建算法的可行性。

一种计算机层析成像用X光高分辨探测器技术

探测器技术是计算机层析成像系统的关键技术之一。提出了一种基于面阵CCD器件,采用 光纤和光纤面板进行光耦合及传输的扇形束线阵扫描X射线新型探测器技术。实验结果表明,该新型探测器具有结构紧凑、性能可靠且分辨力高(约50μm)等特点,可以实际应用于工业X-CT系统之中。

太赫兹计算机辅助层析成像发展近况

由于太赫兹波可穿透塑料、纸张、衣服等非金属、非极性物质,较X辐射具有较低的光子能量,且计算机辅助层析成像(CT)可获得物体内部结构信息,并可重构出物体的三维图像,因此太赫兹CT受到国际广泛关注。重点介绍了近年来太赫兹CT研究重点及具体状况,并分析了存在的问题和发展趋势。可为我国太赫兹CT技术的发展提供技术借鉴。

基于遗传算法的快速X射线计算机层析成像多相流测试技术(Ⅰ)测试原理和数值仿真

针对局部浓度场具有二值分布特征的特定多相流体系，提出引入多相流物理特征的快速X射线计算机层析成像（XCT）技术，基于围绕被测物有限角度的X射线投影数据，建立了改进的遗传算法（GA）求解不完整投影数据集的二值图像重构算法。通过有限角度的同时投影，实现对两相流浓度场的瞬间图像冻结和快速图像采集，既拥有XCT的高空间分辨率特征，同时满足高时间分辨率的动态测量要求，并由于投影角度数要求的大幅度缩减而降低了XCT的硬件成本。以气液两相流的多泡体系为研究对象，通过详细的数值仿真实验获得了较理想的图像重构效果，验证了GA—XCT的理论可行性。在3～24个有限角度投影数据的情况下，GA—XCT表现出明显优于传统CT图像重构算法（即滤波反投影算法）的二值图像重构能力。同时，GA—XCT具有很好的抗噪声能力，而且不依赖于气泡形状。

超声计算机层析成像技术

超声CT与X射线CT的一个重要区别是在通常所用的超声频率范围内 ,超声通过不均匀介质时将受到介质的散射 (衍射和折射 )。因此 ,由超声散射数据反演介质内部声学特性参数的计算方法较X射线CT要复杂。本文对当前超声CT成像的原理及方法进行评述。主要包括 :(1)超声波在介质中传播的基本原理 ;(2 )频域内的插值方法 ;(3)滤波反向传播方法 ;(4)矩量法 ;(5 )射线跟踪方法 ;(6 )

基于计算机层析成像(CT)技术的梁山慈竹密度检测研究

密度是竹材重要的物理指标之一,与竹材的许多物理力学性能紧密相关。采用计算机层析成像(CT)技术,对2-5年生梁山慈竹(Dendroclamus farinosus)的密度时空变异特性进行了系统研究;利用正交试验设计确定了适宜的扫描参数,对其气干密度(Y)与相对应的CT值(X)之间的相关性进行分析研究,建立了线性回归模型(Y=0.001 X+1.148)并验证了该模型的准确性,得出两者之间存在着线性关系;同时利用模型计算出梁山慈竹径向和纵向的密度变化规律。为实现梁山慈竹密度的精准高效检测提供了新方法,也为深入研究竹材的材性和构造提供了新思路。

基于有限角和计算机层析成像相结合的板状构件成像方法

计算机层析(computed laminography,CL)成像采用射线沿板状构件长宽表面倾斜入射的扫描方式,在厚度方向上获取不同断层的投影数据,然后利用此投影数据来重建构件断层图像.但在CL成像中,当倾斜角较大时,投影路径相对较长,对于板状构件中衰减系数大的部分,其投影数据存在一定的缺失.故针对板状构件的无损检测,提出了一种基于有限角和CL成像相结合的扫描方法,利用有限角扫描和CL成像分别采集投影数据,再进行数据融合,通过基于全变差最小化的迭代重建算法重构出扫描区域板状构件的断层图像.仿真实验结果表明,和传统的CL成像方式相比,该方法可以得到更好的图像重建效果.

基于遗传算法的快速X射线计算机层析成像多相流测试技术(Ⅱ)静态实验验证

采用静态实验模型和一套X射线测试系统模拟了二值多相体系多角度同时投影的S射线CT测量过程。静态实验模型模拟空气一水两相体系，截面相浓度分布满足O-1特征。X射线测试系统由一台工作电压为150kV的闪光X射线机、一台X射线平板检测器和一套数据采集单元组成。通过旋转静态实验模型，分步实现不同角度的投影数据采集。基于模拟的多角度“同时”采集的投影数据，使用本系列研究所构建的基于遗传算法的快速X射线CT多相流测试技术（GA—XCT）对截面图像进行重建，测试结果表明：在3～24个有限角度实测投影数据的情况下，GA—XCT表现出了明显优于传统CT图像重构算法（滤波反投影算法）的图像重构能力，且具有良好的抗噪声能力。

大坝检查监测中的计算机层析成像技术

计算机层析成像技术是现代科技的一项重大成果,已广泛应用于医学、工业和地球物理领域的无损检验,并开始应用于大坝内部检查监测.本文综述了CT技术在各有关领域的发展简况,阐释了层析成像的基本概念,援引了国内大坝CT实例.在此基础上笔者对大坝工程中应用CT技术的必要性和可行性进行了分析,提出了近期和远景应用项目的展望.笔者认为,CT技术是掌握大坝内部材质分布和变化的有力手段,大坝工程采用这一先进工具将可更全面地监控建筑物及地基、边坡的安全.

计算机层析成像和积分几何反问题

Tomography有二类:线性的和非线性的。Tomography线性与非线性的分类和积分方程线性与非线性的分类相同。医学诊断中的CT技术是线性tomography在实际中应用的例子,地震勘探中的旅行时反演(层速度)是非线性tomography在实际中应用的例子,非线性tomography常常(在选代之中)简化成线性tomography来处理,因此,线性tomography是理论和实际研究的重点。线性tomography围绕Rodon变换和反变展开。利用Fourier积分算子研究广义Radom变换(在一般曲线族、曲面族上的Radon变换)及其反演,特别地,利用Fourier积分算子微局部分析的理论反演被变换的函数的奇性反演,在理论和实际上都有巨大的潜在价值。在实际应用中,数据采集受到客观条件的种种限制,往往丢失许多数据,比如在地震勘探中,炮点,检波点只在地面布置,充其量也只是井间布置,总有一面或几面的数据是无法采集的。现有的各种tomography算法,大都是在完全数据的条件下,唯一成像的算法。如果把这些算法用于不完全数据,则它们就表现各异,这即是困难所在,同时又是可为之处。