基于稀疏表示的滤波反投影超声层析成像重建算法

针对传统超声Lamb波难以检测复合材料分层缺陷以及直观描绘缺陷形状的问题,提出一种基于稀疏表示的滤波反投影(FBP)超声层析成像重建算法。首先,提取超声Lamb波在复合材料缺陷板中的走时信号作为投影值,把对投影的一维傅里叶变换等效于对原图像进行的二维的傅里叶变换,与滤波器函数进行卷积运算并沿不同方向投影,从而得到FBP重建图像;然后,构建稀疏超分辨率模型,通过构建低分辨率图像块和高分辨图像块字典进行联合训练,以强化低分辨率和高分辨率块与真实图像块之间的稀疏相似性,并使用低分辨率块和高分辨率块构建完备的字典;最后,将FBP得到的图像代入构建的字典中得到完整的高分辨率图像。实验结果表明,相较于使用线性插值的算法重建的图像,所提算法重建图像的峰值信噪比(PSNR)、结构相似度(SSIM)和边缘结构相似度(ESSIM)值分别提高9.22%、2.90%与80.77%;相较于双三次样条插值算法重建的图像,所提算法重建图像的PSNR、SSIM、ESSIM分别提高4.75%、1.52%与16.5%。所提算法能够有效检测复合材料的分层缺陷,提高获得的分层缺陷图像的分辨率,强化图像的边缘细节。

钢筋混凝土水闸的超声层析损伤评价

由于技术条件和规范等诸多因素的限制,水闸工程所采用的混凝土强度等级普遍偏低。针对损坏材料清除不彻底的情况,需要一种能够高精度检测板坯中变质材料的测量方法。通过对用于评价钢筋混凝土板破坏程度的超声层析成像技术的可行性进行研究,并将试样在车轮跟踪测试机上反复加载。结果表明,在对冲切损伤区域进行超声检查时,超声层析成像具有较好的检测能力,但无法对水平裂缝进行明显的识别。

基于TTLS正则化方法的超声层析图像重建

在矩量法基础上,通过波动方程的求解把泛函方程转换为代数方程。变形Born迭代算法解决了方程的非线性问题;TTLS正则化解决了解的稳定性。实验表明,运用空间域的层析成像方法,迭代过程中的计算量减少了,算法的应用范围得到了拓宽,在较强散射的情况下,反演较高的对比度。

基于超声层析成像技术的三维流场重建

在现有的以超声层析成像为基础的流场重建方法中,一般只能单独重建横向流场或轴向流场。为能够同时获得横向和轴向流场的信息,提出一种方法,通过在圆管周围合理布置超声换能器,采用联合代数迭代重建算法同时得到圆管中的横向流场和轴向流场的重建图像,完成圆管中流场的三维重建。实际的单弯管实验成功重建了横向流场和轴向流场表明方法可靠。

基于改进粒子群算法的混凝土超声层析成像方法

在混凝土超声层析成像中,粒子群算法极易陷入局部最优而早熟收敛,影响成像精度,常常不能达到检测要求。提出一种基于模拟退火算法的改进粒子群反演算法,将粒子群算法与模拟退火算法结合,利用模拟退火算法较强的跳出局部求解的能力,从而充分发挥粒子群算法自适应和智能搜索优化的特点,提高算法成像精度。数值仿真试验表明,成像质量得到了很大提高,内嵌目标更加清晰。

流场超声层析成像中图像的迭代滤波反投影重建

为提高流场超声层析成像的图像重建质量,提出了一种迭代滤波反投影图像重建算法。该算法借鉴联合迭代重建算法的原理,将滤波反投影算法引入迭代重建过程。首先,利用滤波反投影算法,通过投影数据残差重建误差图像对流场图像进行修正,实现图像的迭代重建。然后,通过优化迭代步长,使每步迭代后投影数据残差均取得极小值以便加快收敛速度。最后,基于流场连续、紧支撑分布的特点,在迭代重建过程中引入投影数据的细分内插和流场图像的圆域修正。实验表明:相比于滤波反投影算法,迭代滤波反投影算法可使理论流场重建的图像误差平均减少26%,流量误差由1.77%减小至±0.25%以内;程序运行时间为0.63s,仅为联合迭代重建算法的0.89%。该算法可实现对直管段内和单弯管下游实际流场的可靠重建,满足流场高精度实时成像的要求。

超声层析成像技术在页岩天然缺陷定位中的应用

针对页岩预制的天然缺陷,利用超声层析成像技术对其进行定位,从而实现缺陷的可视化.对页岩进行3个直径为10 mm的圆柱缺陷预制设计,使用超声检测仪对存在已知缺陷区的页岩进行超声波检测实验.实验结果表明:大部分的波速集中在3000~5000 m/s,少数的波速在2000 m/s以内,而且这些点刚好是预制缺陷网络标号的区域.进一步通过计算分别得到3个缺陷的绝对有效面积比分别是0.165、0.221、0.198,从而更加有力地说明了实验结果的准确性.在大尺寸页岩无损检测方面,使用超声层析成像算法,根据所测波速参数以及图像可视化分析可准确定位出裂隙的位置及大小范围.

碳纤维复合单向板冲击缺陷超声层析成像检测

实验结果表明,超声层析成像技术可以检测出碳纤维复合单向板中的冲击缺陷,但是在重建成像过程中由于碳纤维复合单向板本身的材料各向异性,给缺陷图像重建结果带来大量伪影。提出一种超声层析成像技术应用于碳纤维复合单向板缺陷检测过程中减少伪影的方法,根据兰姆波在碳纤维复合单向板各个方向的传播速度,对兰姆波走时数据进行修正从而达到减少伪影的目的。结果表明,重建图像通过走时修正,其缺陷位置偏离误差得到降低,伪影大大减少,成像质量明显提高。

三维超声层析成像法在高速公路典型病害成因挖掘中的关键技术

结合三维超声层析成像技术在某公路路面质量检测中的应用,介绍了超声成像技术的基本使用方法及特点。通过采用该方法对路面缺陷进行检测,查清了结构内部的有害脱空的尺寸大小及空间位置,为施工单位的修补提供了科学的参考资料。三维超声层析成像技术具有简便、直观、信息量大等优点,在公路工程中有着广阔的应用前景。

液-固两相系中超声层析成像实验研究

基于几何声学原理,应用半柱面晶片超声换能器发射扇形束超声波,设计了环形超声换能器阵列,搭建了多通道同步数据采集系统,形成了一套透射式超声层析成像测试装置.研究了二值逻辑反投影图像重建算法,此算法和测试装置构成了透射式超声层析成像系统,对聚四氟乙烯隔板和圆柱体进行实验.图像重建结果表明,该系统能够定位成像物体的位置,确定其大小和形状.将单个圆柱体二值反投影算法的重建图像与设定值比较,成像误差小于6%.

超声层析成像的迭代重建

利用变形Born迭代方法,建立了超声衍射重建算法。在迭代过程中,为了解决超声逆散射问题中的非线性性,需要反复地求解前向散射方程和逆散射方程,以达到全场和未知函数的近似,较好地重建物体内部的断层图象。由于逆散射方程是一个不适定性的方程组,要用正则化方法处理方程的不适定性问题,使迭代方法收敛于问题的真实解,才能成功地应用于较高对比度物体的图象重建问题。用Picard准则对不适定问题进行了分析,给出了通过简单图形,确定模型受噪声污染情况以及正则化方法适用范围的方法。在重建实验中,对建立的图像重建算法进行了实验仿真,达到了较好的效果。

基于COMSOL的超声层析成像仿真及图像重建

为了验证三角形和四边形准则的二值逻辑反投影(Binary Logic Back Projection,BLBP)算法在超声层析成像重建过程中的可行性,以超声层析成像的重建区域中同时含有圆柱形和椭圆柱形障碍物为例,利用COMSOL对成像区域内存在障碍物的声场进行仿真,得到声场声压分布。然后,通过提取和处理所获取的声压分布,获得信号矩阵。最后,将信号矩阵代入二值逻辑反投影算法进行图像重建。仿真结果表明:当入射波的波长λ远小于障碍物的尺寸时,声衍射的现象并不明显。重建结果表明:两种准则在几何近似理论下可行,且四边形准则的效果优于三角形准则。

超声层析成像监测气／液两相泡状流体分布

综述了绕射、反射和透射３种不同模式超声层析成像（ＵＣＴ）系统的原理及在气／液两相流体分布状况监测中的应用现状，详细论述了透射模式ＵＣＴ系统在气／液两相泡状流体分布状况实时监测应用中的理论描述、系统构成及算法实现．最后，在仿真研究和实验研究的基础上论述了ＵＣＴ系统的发展和应用前景．

超声层析成像SART算法的一种改进算法

对大型稀疏系数矩阵方程的求解是超声层析成像的关键,提出一种反投影算法(BPT)对联合算术迭代算法(SART)的加权算法对SART算法进行了改进。首先,通过BPT算法得到SART算法的初始分布,然后以各点慢度与平均慢度之差的绝对值对SART算法进行加权,最后对SART算法的松弛因子的选取进行研究。算例表明,提出的改进的SART算法能够有效地提升SART算法的收敛速度,并且能提升算法的计算精度,是一种可行的改进方法。

基于超声层析成像的钢坯内部缺陷检测技术研究

为实现对钢坯内部缺陷形态的准确检测,提出一种基于先验知识的超声层析成像方法。首先,阐述了融合先验知识的超声层析成像原理,利用最短路径射线追踪方法实现超声层析成像改进;然后,通过有限元仿真分析验证了该方法的可行性,讨论分析了采集方案,确定了相关检测参数;最后,搭建了实验检测系统,开展相关验证实验。通过对含缺陷分布的成像结果图进行处理分析,结果表明:对于单孔洞缺陷试块的孔洞轮廓面积相对误差为2.84%,位置误差较小;对于双孔洞缺陷试块的相对误差为5.45%,其中远离发射探头的孔洞存在较大的位置误差。该方法为超声层析成像技术的应用提供了一种思路和方法。

改进层析算法在混凝土超声成像中的应用

混凝土质量超声CT检测中,为了对混凝土质量进行准确评估,对成像精度有很高要求,由于混凝土自身结构的不均匀性,经典算法很难满足高精度层析计算要求,容易导致检测结果失效。提出了一种基于混沌搜索和自然权函数的改进模拟退火算法,首先采用弯曲射线追踪方法确定最终路径,而后引入了混沌搜索和自然权函数对路径进行反演修正,改善模拟退火算法准确度,最后对结构进行层析计算和成像。数值仿真实验表明:改进算法计算结果更加准确有效,成像分辨力得到了明显改善。

集成超声透射和反射层析成像的理论与实验研究

超声过程层析成像能可靠地表征颗粒两相流的空间分布。为增加有效投影数据量,提出一种融合超声波透射和反射信息的双模式超声过程层析成像方法。设计了基于聚偏氟乙烯压电薄膜的微型传感器阵列,搭建24通道超声成像系统,并提出扫描过程中识别、提取透射波和反射波的方法,实现对扫描路径上的超声透射波和反射波同步测量。对四个不同的钢珠颗粒体系进行了数值和实验研究:通过COMSOL软件仿真获得成像区的声压分布,发现颗粒尺寸的测量下限应大于换能器发射面宽度;其后分别采用透射、反射和双模式成像方法对钢珠颗粒体系进行实验研究。结果对比表明,双模式超声成像方法从图像去噪和颗粒轮廓增强方面明显改进了超声层析成像效果。

新型超声波混凝土结构层析成像检测系统的设计

常规超声波混凝土检测仪仅采用一维超声信号,直观性差,分析依赖于人工判读,为此开发了一种新型混凝土结构层析成像检测系统。系统采用ARM技术和Linux操作系统设计,具有层析成像的功能,可以直观显示混凝土内部结构的强度分布和缺陷的位置。系统采用12通道数据同步接收,改进的ART层析成像反演算法,具有较高的收敛速度和精度,使得系统能够在现场实时地给出成像结果,方便了现场检测中的验证和重测。

超声波层析成像技术在三峡工程混凝土质量检测中的应用

介绍了采用超声波层析成像(CT)技术检测体积很小或形状不规则的混凝土缺陷及超声波CT成像原理。使用该方法检测了三峡大坝某段混凝土缺陷的位置,确定了缺陷的范围,并采用单孔波速测试和钻孔录像进行了验证。试验证明,该方法能有效检测混凝土缺陷。

颗粒两相流超声过程层析成像系统研究(英文)

本文主要介绍了一种基于透射模式的超声波层析成像系统的设计与研究.针对Radon变换与Radon反变换对获得精确重建图像所提出的无限多的投影数据要求,系统在以下几个方面做了改进:系统换能器阵列由16个换能器组成,每个换能器均可以作为发射端和接收端,可发射的扇形波束角度为150°;基于LabVIEW软件和2块高速同步数据采集卡,设计了16通道的数据同步采集和信号处理装置;利用单片机89S52设计了切换电路,可以实现16换能器的激励和接收功能的自动切换.经实验验证,系统结构简单,实时性好,获得了足够多有效的信号数据,通过二值化逻辑反投影图像重建算法实现了研究物体横断面的图像重建.