CT自适应心率变速扫描研究

针对心脏运动导致CT图像的模糊,提出了自适应心率的CT变速扫描方法.该方法可根据心率和所需要的时间可分辨率自适应选择最优的扫描拔,获得理想的投影数据.为了验证该模型,通过分段线性和非线性变形模型仿真心脏运动,利用滤波反投影重建算法进行了心脏图像重建.重建结果表明:根据心率选择合适的扫描速度可得到理想的投影数据,有效地提高了心脏图像质量,从而为CT心脏成像提供新的模式.     

舰载弹射起飞多体动力学仿真张量模型

舰载机弹射起飞过程复杂,目前完整考虑舰船、舰载飞机和大气运动及其相互作用的仿真模型尚未见到.将舰船、飞机、起落架等视作具有独立质量的多运动实体,基于张量理论建立了弹射起飞过程的全量多体动力学仿真模型.通过张量模型在不同坐标系的投影方程,分析、描述了多运动体之间的耦联关系.并考虑舰船运动、诱导风场等对舰载机的作用,通过某舰载机弹射起飞的仿真结果曲线,描述了舰载飞机弹射起飞过程的特殊动力学行为.     

基于模型的CT三维医学图像重建仿真

2DShepp-Logan头部模型是CT二维医学图像重建领域普遍采用的经典模型。提出一种思路—以3DShepp-Logan头部模型作为CT三维医学图像重建进行仿真实验和算法性能评价的基本参考模型。首先介绍3DShepp-Logan头部模型的设计以及仿真投影数据的计算,进而描述所设计的CT三维医学图像重建仿真计算过程。数值实验部分给出了基于3DShepp-Logan头部模型的CT三维医学图像重建仿真实例。实验结果表明了该思路的可行性和模型计算的准确性。     

基于配准模型仿真的锥束CT射束硬化校正方法

根据锥束CT射束硬化机理,提出一种实际扫描与仿真投影相结合的锥束CT射束硬化校正新方法.该方法从实际重建的零件序列切片图像中提取轮廓点集,然后采用初始-精确两步配准算法配准测量点集和CAD模型,并对配准后的CAD模型进行投影仿真,得到射线在各成像点上穿越零件的长度,最后采用新的指数函数拟合长度.灰度曲线并据此校正射隶硬化伪影.仿真与实际校正结果均表明,该方法可基本消除射束硬化伪影且简单实用.     

基于粒子群优化的高超声速飞行器航迹规划

提出了一种基于粒子群优化算法的高超声速飞行器航迹规划方法并进行了仿真验证.首先计算了高超声速飞行器的最小转弯半径,然后建立威胁模型,将威胁模型投影到赤道平面内,利用一个有限项的多项式函数采逼近实际航迹在赤道平面内的投影,使航迹规划问题简化为在一个多项式系数空间中的搜索寻优问题.利用粒子群优化算法,鉴于高超声速飞行器特点,规划得到赤道平面内的航迹,根据对应关系,最后得到实际航迹.仿真结果表明,生成的航迹自动避开了威胁.     

交流电磁场缺陷检测系统建模与仿真

结合交流电磁场检测(ACFM)原理和数值分析技术,针对海洋平台水下裂纹缺陷智能可视化检测样机开发的需要,引入有限元分析方法,建立了3种不同的ACFM有限元分析模型:激励仿真模型、计算模型和探头运动仿真模型.激励模型可以准确模拟检测中感应电磁场的分布规律,为探头设计和优化提供理论依据;计算模型能够完成稳定检测状态下缺陷上方磁通密度分布的分析和数值计算;探头运动仿真模型主要用于探头运动检测或大缺陷检测情况下磁场分布的分析和计算.以上3种专用的参数化仿真模型的建立,简化了ACFM数学模型中缺陷附近电磁场分布的仿真分析和求解,为老龄平台的缺陷检测和延寿技术研究提供了技术支持,具有较强的理论价值和实用价值.     

举重运动的人体三维模型重建及仿真

提出了一种利用多摄像机来重建三维人体运动的新方法。相对于传统贴标记的方法,这种方法使用简单,所需物理设备价格便宜。其算法特点是,多种图像特征和运动知识有机地集成于一个基于非线性优化策略的跟踪框架中。具体地,通过定义人体模型,摄像机投影模型,以及相似性度量模型来得到优化框架下的目标函数,并使用牛顿-高斯算法进行求解。同时,基于轮廓匹配来预测二维关节点的算法有效地解决了遮挡和跟踪错误积累这一关键问题。本算法在举重运动三维重建中的应用说明其可以重建运动员的三维运动,并作为运动分析的依据。     

基于近似相机内参数的精确三维欧氏重建算法

提出一种并不需要精确知道相机内参数情况下序列图像的精确三维欧氏重建算法,与传统分层重建策略相比,利用现有数码相机的技术参数估计初始内参数,对序列图像进行准欧氏重建,避免了复杂繁琐的自定标过程。虽然从严格意义上讲,准欧氏重建方法的初始结果仍为射影重建,但场景的结构已经非常接近欧氏模型,进一步通过基于最小化重投影误差的光束平差方法可以得到精确的三维欧氏模型,仿真数据以及真实图像的实验结果验证了算法的有效性和精确性。     

一种基于SPWM的交-直-交型变频器系统简化模型

针对应用Matlab/Simulink/PSB对交-直-交变频器建模仿真存在运算量大,耗时长的问题,提出了一种适合于控制系统分析设计的简化高效的基于SPWM变频器系统模型.首先详细推导了基于通用模块的变频器开关函数模型;然后提出一种代替SPWM脉宽调制环节的等效方法,组成了变频器系统的简化模型,并分析了基于简化模型设计控制系统的有效性;最后通过仿真进行验证.结果表明简化模型保持了原模型的外部特性而实际用时显著缩短,适合于控制技术研究的仿真应用.     

仿生双眼前庭动眼反射的控制模型研究

在眼球运动生理神经学和解剖学的基础上,对双眼的前庭动眼反射神经回路及其运动机能进行了分析研究。简化复杂的眼球运动神经回路,建立双目前庭动眼反射模型数学模型。该模型包括旋转前庭动眼反射和平移前庭动眼反射。最后,通过仿真试验,验证该模型有效。     

一种基于STL样本的锥束CT快速仿真方法

针对STL样本基元,根据锥束CT仿真投影的特点,研究了一套基于八叉树的锥束CT仿真投影快速计算方法,并采用SIMD技术对投影计算中的关键部分进行并行计算,进一步提高了生成仿真投影图象的速度。实验结果表明,在保证投影图象精度的前提下,该方法较之于UG样本投影计算有65～90倍左右的加速比,极大地提高了锥束CT仿真投影的计算速度,增强了仿真系统的实用性。     

任意孔径的快速后向投影成像算法

后向投影(back projection, BP)成像算法能够适应非均匀孔径,但是其运算效率过低限制了其工程应用。很多学者基于子孔径划分的原理提出了不少改进的快速后向投影(fast back projection, FBP)算法,但是目前对于子孔径划分后如何进行运动补偿还未有深入研究。就不同的运动情况对FBP算法的运动补偿进行了研究,包括最简单的仅有方位向误差的直线运动补偿,同时存在方位向和距离向运动误差的情况,到存在有意机动的曲线航迹,最后提出了一套完整的基于传感器测量的任意孔径快速后向投影成像算法。实测数据处理结果证明了所提的算法能够适应不同运动情况进行快速成像。     

基于盲均衡的超分辨率图像重建

超分辨率图像的重建是指从一组低分辨率图像重建出更高分辨率的图像。提出采用盲均衡与凸集投影的方法估计成像系统的冲激响应 ,并实现超分辨率图像的重建。这种图像重建算法不需要了解关于帧间运动模式与帧内模糊类型的先验知识 ,因而更接近实际应用的要求。模拟实验的结果表明了该算法的良好性能     

数字几何体模仿真呼吸运动

仿真在补偿呼吸运动的PET/CT成像研究中起着非常重要的作用。许多方法被开发出来用于仿真呼吸运动。然而,它们在使用中存在一些局限性,例如操作者的干预,花费太高或者是仿真时间太长等。提出一种新的简单方法,用GATE软件包来实现呼吸运动的仿真。GATE不仅在SPECT/PET仿真,而且在不同的模型仿真构建方面也提供了非常强大的功能。根据呼吸运动,在GATE的配置中就可以确定体模运动的特征。GATE可以生成象柱,球和椭圆等形状的几何体模。组合体模的运动特征和形状就可以仿真呼吸运动。仿真的结果表明,在开发和评估SPECT/PET补偿呼吸运动技术时,GATE产生的运动体模,提供了一种可选的方法用于呼吸运动的仿真。这种方法与传统方法相比,运算量小,体模设置简单。

Abstract：

Simulation plays very important role in the research of compensation respiratory motion in PET/CT imaging. Many approaches were developed to simulate respiratory motion. However,they have some limitations on operator intervention,much cost or time consuming in study. A new simple approach for respiratory motion simulation was proposed by using GATE （Geant4 Application Tomography Emission） software packages. GATE provides very strong functions to simulate not only SPECT/PET,but also different phantom construction. Phantom motion characteristics can be determined in GATE configuration in terms of respiratory motion. Geometric phantom were generated by GATE including the shape of cylinder,sphere and ellipse. Combination of the characteristics of phantom motion and shape may simulate respiratory motion. The simulation results demonstrate that the phantom generated by GATE may provide as one alternative useful method of simulating respiratory motion for the development and the assessment of respiratory motion compensation in SPECT/PET imaging. This approach has the features of less computational simulation and phantom setting up simply comparing with conventional phantoms.     

用于运动重建的左心室数字模拟器的结构及实现

由带标记的心脏核共振图像(TaggedMRI)分割所得结果,在空间上恢复整个左心室(LV)的形状和在时间上重建整个左心室的运动以重现整个左心室的应变情况,是当前心脏研究的热点。对TaggedMRI分割所得结果中的网格交点进行了定义和编码,并设计实现了心脏模拟算法。模拟器可根据描述心脏运动的13个k参数,用迭代计算精确求解出左心室中任一心肌质点随时间前向或反向运动的轨迹,从而模拟TaggedMRI在各影像平面采样和分割所得到的心肌质点的4-D精确坐标。模拟结果以4-D坐标数据和3-D可视化形式输出。LV模拟器为左心室运动重建研究提供了各种测试数据,是研究工作的重要基础工具。     

多变量系统预测函数解耦控制

提出一种新的多变量系统预测函数解耦控制(PFC)算法。该算法将多变量系统的PFC分散为若干单变量系统的PFC,使参数设计和算法求解大为简化。此外,利用该算法可得到一个解析的控制量计算方程,控制器参数均可离线计算,因此在线时算法简单、计算量小,可用于解决复杂的耦合控制问题。仿真结果表明了该算法的有效性和可行性。     

一种新的虚拟维修手部动作生成方法

在维修仿真中,虚拟维修人员的手部操作起着重要的作用,对维修活动中手部动作的实时、连贯生成问题进行了研究。首先提出了一种包含详细解剖结构的虚拟手模型,其次在分析总结各类虚拟人运动控制算法的基础上,通过加入阻尼系数以克服传统IK算法难于或无法处理的奇异性、冲突性与多目标性问题,改进了阻尼IK方法,并利用Jacobi矩阵的正交投影来处理优先级多约束条件下的手部动作。最后以某型装备车辆的轮胎更换维修任务为例对提出的算法进行了验证和效果评估,表明了所提方法的有效性和健壮性。     

多基站ISAR成像模型与运动参数估计

针对单站逆合成孔径雷达（inverse synthetic aperture radar, ISAR）成像中难以准确获得目标散射点方位向尺度和运动参数的问题,建立了平面匀加速度运动目标的多基站ISAR目标成像模型,给出了目标成像和运动参数估计算法,分析了多基站ISAR成像约束。目标散射点的坐标由距离向投影方程组求解得到,基于方位向多普勒方程组通过搜索算法最小化目标函数实现目标的固有转速和目标相对于平动补偿后各基站视向量变化的转速的分离,得到目标的位置和目标运动参数的准确估计。仿真实验验证了多基站ISAR平面成像模型和运动参数估计方法。     

三维欧氏重构的快速算法

提出一种分层三维欧氏重构算法。以仿射投影来逼近透视投影,采用线性迭代估计射影深度,通过测量矩阵的奇异值分解实现射影重构。然后利用场景中的平面与像平面的单应矩阵关于摄像机内参数的约束来实现摄象机的标定,最后求解一个满足欧氏重构条件的4×4非奇异矩阵,通过此矩阵将射影重构变换为欧氏重构。实验结果表明该算法是行之有效的。