基于机器学习算法的四角读出型塑料闪烁体探测器缪子定位与散射成像的模拟研究

宇宙线缪子是存在于自然界中一种穿透力极强的天然射线。目前主流的缪子探测器包括气体探测器和塑料闪烁体条探测器,虽然它们具有高精度,但成本较高且结构复杂。本研究基于四角读出的塑料闪烁体探测器,利用长短时记忆网络(LSTM)算法和密度聚类的DBSCAN算法的定位。使用Geant4仿真软件构建大面积(800 mm×800 mm)的四角读出塑料闪烁体缪子成像系统,对模拟数据实现缪子位置重建与成像结果。首先,采用LSTM算法作为探测器上的缪子定位方法,通过与实验中已获得的400 mm×400 mm探测器重建入射位置图像的结果比较以验证本研究模拟方法的可靠性,结果表明,模拟得到的位置分辨可达到厘米级。其次,利用DBSCAN算法对钨块构建的“U”“S”“C”三种形状模型的PoCA散射成像结果进行聚类优化,实现对钨块成像点与噪点的区分,使得成像结果更有区分度,为缪子探测器系统的构建提供新的思路与方向。

基于C#+OpenGL的多探头测井井筒三维成像软件研制与应用研究

基于油水、气水等多相流实验数据和图像资料,采用C#语言结合Tao框架OpenGL研发一套适用于MAPS阵列多探头测井(以下简称“MAPS测井”)仪器的井筒流体三维成像显示(COSL-MapsView)软件。该软件可实现测井数据的直接加载,快速精确直观显示井筒内油气水的分布情况。基于图像重构对MAPS测井仪器进行了适用性研究,表明MAPS测井在水平井和大斜度井中低流量情况下的分层流中具有良好的应用效果,在高流量分散流中应用效果不佳。经验证,该软件成像效果达到了国外同等水平,对海上油气田找堵水等工程作业具有指导意义。

一种用于相位对比X射线成像应用的遗体乳腺癌组织模拟器

随着乳腺X射线成像技术的进步,需要可靠的成像模拟器捕捉临床早期癌变和癌症病例中的细节,同时消除模拟器而引起的伪影。本研究介绍了一种从遗体乳腺组织制作的乳腺组织成像模拟器,适用于透射和折射增强成像系统。具体方法是在裸鼠体内正位植入人类癌细胞瘤,并植入固定组织,同时保持原始肿瘤/脂肪组织界面.

一种用于相位对比X射线成像应用的遗体乳腺癌组织模拟器

随着乳腺X射线成像技术的进步,需要可靠的成像模拟器捕捉临床早期癌变和癌症病例中的细节,同时消除模拟器而引起的伪影。本研究介绍了一种从遗体乳腺组织制作的乳腺组织成像模拟器,适用于透射和折射增强成像系统。具体方法是在裸鼠体内正位植入人类癌细胞瘤,并植入固定组织,同时保持原始肿瘤/脂肪组织界面,得到的人-鼠组织混合模拟器被安装在透明丙烯酸盒中,用于吸收和折射X射线成像。此外还进行了数字乳腺层析成像。最终呈现了模拟器的衰减成像和折射成像,以确认该模拟器适用于两种成像模式。

OpenGL虚拟相机模拟摄影测量二次成像

利用OpenGL虚拟相机重现摄影测量过程,借助OpenGL中的高级函数对已知摄影参数的影像进行二次成像模拟,建立OpenGL透视成像各函数参数与摄影测量内外方位元素之间的定量表达式,实现利用OpenGL对航空摄影测量获取影像过程的成像模拟。试验结果表明,在已知空间物体的三维信息和摄影参数的基础上,获取的空间物体二次成像结果与UCD相机获取的航空影像完全叠合。

基于OpenGL成像机理的飞行器姿态模拟

针对当前块匹配方法进行飞行器姿态视景模拟的拟合度不高的问题,提出一种基于OpenGL成像机理的飞行器姿态模拟方法,进行飞行器姿态的3D模型建模和纹理映射处理,采用模板匹配技术进行飞行器姿态模型的状态信息特征分析和渲染,实现飞行器姿态的实体模型三维重构。在OpenGL环境中进行实体建模,仿真结果表明,采用该方法进行飞行器姿态模拟的拟合精度高,图像渲染的输出信噪比高于传统方法,具有较好的视景仿真效果。

基于正则化约束的方位伽马成像测井分辨率提高方法

随钻方位伽马测井可以用于地层放射性强度分析及地质导向、储层界面识别,但受到统计误差的影响非常大,曲线和成像分辨率不高,特别是在对比度不高的地层中,这种影响更明显。为了提高随钻方位伽马测井的成像分辨率,提出一种基于仪器响应特性对方位伽马数据进行正则化处理的方法,以获得更准确的地层放射性强度。首先根据探测器响应原理,采用数值模拟和实验方法得到方位伽马测井的响应灵敏函数,并验证得到的灵敏因子的准确性。然后,通过构造正则化计算公式、调整计算参数对测量的原始方位伽马数据进行处理。结果表明:经该方法处理后得到方位伽马曲线的聚焦性能、对比度得到提高,避免了过去使用线性求解方法所导致的过拟合问题,且伽马成像分辨率有显著增强,薄层识别能力也得到一定改善。该方法能够提供更加准确和清晰的成像结果,提高仪器的地质导向能力和储层钻遇率。

基于OpenGL的复丝三维模拟

目前纱线模拟大都用曲线柱体为模型,但若以曲线柱体代表复丝,难以表达复丝本身纤维层面的外观纹理效果。为解决这一问题,进一步提高纱线与织物模拟的仿真度及纹理真实感,在OpenGL环境下采用三角形拼接曲面的方法首先构造出单丝,提出一种圆周转移算法,对无捻及有捻复丝2种情况下,复丝中的单丝排列或转移分别进行讨论,并建立复丝三维模型。加入三次B样条曲线构造复丝的中心线,通过法向量传值着色器等方式加入OpenGL光照函数增强立体感,最终对复丝机织物的平纹及斜纹组织进行了模拟。模拟结果显示,复丝表层纹理清晰,取得了预期效果。

Gabor框架下的各向异性介质扰动高斯波包模拟与成像方法

地球介质广泛存在波动各向异性,为研究地球内部结构、组分提供了新的信息.现今,考虑介质的各向异性在地震波传播、成像以及反演中的作用越来越重要.高斯波包/束类正反演方法因其具有高效、简便等特点,近年来在地震背景速度建模和成像方面取得了较大进展.因此,在拟声学近似下,本文发展了基于Gabor框架的各向异性介质扰动高斯波包模拟与成像方法.与传统的网格化参数扰动方式不同,本文用空间分布的局部化Gabor基函数特征表达地下介质的参数扰动,建立了模型域Gabor函数与数据域高斯波包的映射关系.该方法继承了各向同性高斯波包的优势和特点,例如(1)基于Gabor框架的扰动高斯波包模拟具有计算效率高、内存占用量小的特点;(2)可以处理多波至,能应用于复杂构造(盐丘、气云边界)和中深层构造的成像;(3)利用Gabor函数可以稀疏表达地下的构造,适合目标导向的灵活成像;而且,(4)相较于各向同性高斯波包成像方法,考虑介质的各向异性后,本文的模拟结果更加准确,成像剖面同向轴能量更加聚焦.通过数值实验对本文方法进行测试,实验结果证实了该方法的有效性、高效性和灵活性.

模拟ECG信号在320排CT冠脉成像中的应用价值

目的探讨模拟ECG信号在320排CT冠脉成像中的应用价值。方法收集和分析我院2015-01-01至2021-10-01期间,使用模拟ECG信号成像的20例患者(A组),与同时期,随机抽取的,常规技术成像的20例患者(B组)的冠脉成像结果,实行对照研究。结果A、B两组图像质量主观法评价,图像质量无显著差异(P=0.3758>0.05);A、B两组图像质量客观法评价,升主动脉根部,右冠状动脉近端,左前降支近端,左旋支近端CT值以及升主动脉根部层面噪声均无明显差异(P>0.05);A、B两组辐射剂量对比有显著差异(P<0.01)。结论模拟ECG信号在320排CT冠脉成像中的应用是可行的,值得推广。

聚集诱导发光探针对模拟微重力下线粒体膜电位的监测及探针-水凝胶三维成像体系的构建

空间特殊环境会引起宇航员机体损伤,机体生理指标的监测对损伤机制和保护手段的研究至关重要。人体长期处于微重力环境,会引起线粒体功能紊乱。线粒体膜电位是线粒体功能是否正常的重要参考指标,因此,快速、简便地监测模拟微重力环境下线粒体膜电位具有重要意义。该文利用线粒体靶向聚集诱导发光探针TPE-Ph-In实现了对细胞的免洗和长周期染色,以及在微重力环境下对线粒体膜电位的成像监测。此外,为克服长时间微重力环境下细胞贴壁不牢固的问题,利用水凝胶Matrigel包裹细胞进行培养,用TPE-Ph-In进行成像,构建了AIE探针-水凝胶3D成像体系。该文为探究细胞的微重力效应提供了新的研究方法与思路。

纳米纤维素嵌合型晶胶微球的多微管成形与模拟

利用多微管反应器,采用结晶致孔与低温聚合方法可实现纳米纤维素嵌合型晶胶微球的规模化制备。该过程中内嵌纳米纤维素的甲基丙烯酸羟乙酯单体溶液经多微管反应器的成形是首要条件,研究其成形过程的动力学特性具有重要意义。利用高速成像和计算流体力学(CFD)模拟方法对不同入口流速(6、8、10 mm·s^(-1))下内嵌不同比例(单体质量的1%、3%、5%)纳米纤维素的甲基丙烯酸羟乙酯液滴形成过程进行可视化研究,考察了纳米纤维素含量对液滴成形、液滴直径分布、颈缩线长度、液滴下落速度等因素的影响规律。结果表明,内嵌纳米纤维素的甲基丙烯酸羟乙酯液滴经多微管反应器的成形及滴落,会经历拉伸与压缩过程,最后稳定为球状,测得液滴直径和颈缩线长度与纤维素浓度呈正相关,纤维素含量的增加使得单体溶液黏度和表面张力系数增加,从而增大液滴尺寸和颈缩线长度,模拟得到的结果与实验基本一致,液滴直径差异为2.1%~6.3%,颈缩线长度差异为7.2%~11.9%;在对液滴成形的放大模拟中,10 mm·s^(-1)的入口流速下液滴平均直径为3.98 mm,平均颈缩线长为4.14 mm。最终,利用多微管反应器成功制备了纳米纤维素嵌合型晶胶微球,微球有效孔隙率可达80%以上,绝干孔隙率接近90%,是生物分离领域与微生物贴壁生长的理想载体。

编码孔径辐射成像定位技术

随着核物理技术的广泛应用及其辐射防护对放射源的成像需求在不断增加。编码孔径成像定位系统作为一种高精度的放射源成像及定位装置,可以准确定位放射源的位置并重建放射源的大致形状,本文探究编码孔径成像定位中的多种重建算法对具有连续能谱的放射源位置及形状重建效果对比,从而确定不同重建算法的优缺点及其适用的场景。利用Geant4软件对编码孔径成像定位系统进行模拟,得到相关数据再使用δ解码算法、精细采样平衡解码算法、卷积神经网络算法、最大似然最大期望值法(MLEM)进行编程实现并重建放射源的位置。结果表明:4种重建算法都可以清晰地定位到放射源的位置;δ解码算法和精细采样平衡解码算法重建图像有伪影;卷积神经网络算法对于线源、面源重建效果较差,可以通过扩展训练集解决;MLEM算法的对比度-噪声比(CNR)值较高,重建效果较好,但是对线源和面源重建会丢失部分细节信息。

非金属管道电阻率成像效果数值模拟研究

非金属管道被广泛用于城市地下管线中,是城市基础设施的重要组成部分,但非金属管道具有非导电导磁和绝缘性,在管线探测中是一个难题。本文采用数值模拟方法,对不同间距、不同直径、不同埋深的非金属管道的电阻率成像特点进行数值模拟研究。结果表明:当两根非金属管道横向排列间距较大时,电阻率成像能够清晰分辨两管道位置,但随着管道间距变小,电阻率成像难以对两根管道进行区分。两根较粗管道,对应两管道位置出现高阻异常区,两高阻异常区相连通,在两管道中间下方出现下凸的高阻异常,对应两管道的中间位置。当两管道纵向排列时,上下两根管道形成一个异常区,电阻率成像难以在垂向上区分两根管道。

HUD前风挡玻璃成像模拟分析

本文分析了一种以前挡风玻璃为成像显示的结构,在设计空间和设计要求的基础上,逆向分析了横向视场角βx、纵向视场角βy、俯视角γ、成像大小Li×Hi、像距R、玻璃的曲率半径、玻璃PVB的弧度角α。

基于模拟退火粒子群优化算法的ECT图像重建方法研究

电容层析成像系统中,其反问题的“病态性”特点,导致传统图像重建算法的重建结果伪影现象严重。粒子群算法(Particles Swarm Optimization,PSO)作为智能算法的一种,具有易实现,收敛快等显著优点,缺点也很明显,即粒子易收敛于局部最优解。将模拟退火算法与粒子群搜索算法相结合,利用模拟退火算法中的概率突变能力,能够有一定概率跳出算法的局部最优解。设计了五种不同的典型流型并进行了仿真实验,利用所提算法与LBP算法、Tikhonov算法、Landweber迭代算法以及标准PSO算法分别对其进行了图像重建。仿真实验所得到的主观结果和客观数据均表明,所提算法可以有效减少重建图像中的伪影,明确图像形状,提高重建图像质量,使得图像重建结果更加接近原始流型。

煤田房柱式采空区地震响应特征物理模拟研究

在总结了蒙陕地区地震地质条件、煤田房柱式采煤时采空区特征的基础上构建了蒙陕地区房柱式采空区地质模型,并在水槽实验室对其进行物理模拟地震数据采集,使用针对性的处理流程对采集的数据进行处理,最后对成像结果中目的层进行属性分析,总结了蒙陕地区房柱式采空区的成像特征,其结果可以用于提升煤田采空区探测的效率和质量。

预应力孔道压浆程度和波纹管材料对超声波层析成像的影响分析

为研究压浆程度和波纹管材料这2个因素对超声波层析成像检测预应力孔道压浆密实度精度的影响。首先,利用ANSYS/LS-DYNA软件,建立双孔预应力孔道混凝土结构的有限元分析模型;其次,分析了这2个因素对应力波传播的影响;再次,提取应力波初至时间,并应用超声波层析成像算法对其进行成像;最后,研究了这2个因素对超声波层析成像精度的影响。研究结果表明:当波纹管材料为金属时,缺陷处成像与背景成像区分度不明显,导致较难识别管道内的缺陷;当波纹管材料为塑料时,压浆程度为0的与压浆程度为50%的缺陷成像区分度较差,而压浆程度为100%时的与压浆程度为50%时的区分度较好,并可通过波速图的缺陷成像大小和颜色深度判断缺陷位置和缺陷程度。

地铁掘进前方孤石的电阻率层析成像特征及解释

对城市地铁掘进时地层中可能遇到的孤石的层析成像特征及解释进行研究。针对城市环境特点,归纳总结孤石类型及其发育特点、规律;通过构建不同地层参数条件下的孤石模型,开展基于高密度电阻率的层析成像正反演计算,分析研究孤石层析成像特征及识别方法,不断提高孤石的解释精确度。初步建立了一套有效的针对地铁掘进前方孤石的高密度电阻率探测方法,较好地解决了地铁掘进过程中孤石的有效探测问题,能够为孤石的安全评价及后期的处治提供更为可靠的依据和参考,并有效指导城市地铁的安全施工。

OpenGL模拟摄影测量方法研究

通过分析OpenGL透视成像过程,建立了OpenGL成像矩阵与摄影测量中内外方位元素的关系。实现了静态单幅影像、立体像对的模拟以及运动目标轨迹和姿态模拟。利用摄影测量空间后方交会方法对模拟影像进行处理,验证了模拟结果的正确性。