使用扩散张量成像数据重建脑白质纤维的新算法

由磁共振扩散张量成像（DT-MRI）可以获得扩散的方向性信息，利用这些信息可以无创地重建人脑的白质纤维，而且这也是目前在活体上重建脑白质纤维的唯一方法．然而由于磁共振成像设备与成像技术的限制，纤维重建过程中会遇到许多困难，例如：DT-MRI的数据是离散的，而所要重建的纤维是连续的；而且由相对较低的MRI空间分辨率所引起的部分容积效应会影响DT—MRI的数据质量．针对这些问题，提出了一种加权跟踪算法．该算法结合经典物理理论，利用纤维跟踪过程中待定方向点周围相关体元的主向量与分量各向异性（FA）值来计算纤维跟踪线的前进方向．实验表明，该算法能够相对较好地解决重建过程中所存在的困难．从重建的效果看，该方法能够很好地反映脑白质纤维的分布情况．     

基于FMT的扩散张量成像脑白质纤维跟踪算法

扩散张量成像及脑白质纤维跟踪技术是目前惟一采用的活体、无创、三维显示脑白质纤维的成熟方法.针对扩散张量成像的特点,运用快速行进法产生基于体素的联合函数,并通过反向跟踪重建了脑白质纤维.实验结果表明,反向跟踪有效地解决了纤维的分叉问题,速度函数的改进使得跟踪的效率明显提高,而且结果也更加符合解剖结构.该算法的提出很好地解决了目前临床DTI数据可视化中的难题.     

基于结构保持的增广型各向异性PDE滤波

基于偏微分方程模型的图像恢复框架,从各向异性扩散的角度,提出了一种基于结构保持的增广型PDE图像滤波算法.首先定义了一种新的扩散权函数,采用差曲率代替传统的梯度算子作为边缘判别器,以克服后者对噪声敏感的不足.并根据图像结构张量信息分别设计了梯度和切线2个不同方向的扩散系数,在图像平坦区域,梯度和切线2个方向具有同等扩散,而在图像边缘处只沿着切线方向扩散.同时,引入数据保真项,有利于在滤波时保持图像细节.实验结果表明,无论对灰度图像还是医学图像,该算法可比现有其他几种扩散模型取得更好的主观视觉效果和客观性能评价指标.     

基于GAN的浮选泡沫图像压缩与超分辨率重建

为了解决浮选过程中由于浮选泡沫图像像素高导致的工业现场无法大量保存离线泡沫图像数据的问题，提出了先进行有损压缩图像储存，再对其进行超分辨率重建的方法。该方法采集浮选槽泡沫的无损图像，通过下采样降低图像的分辨率，使用JPEG压缩算法对图像进行压缩。重建时，先使用低分辨率图像和高分辨率图像对生成对抗网络(GAN)进行训练，然后使用GAN对有损图像进行超分辨率重建，恢复图像细节特征，在得到能够满足工业生产所需要的图像质量的同时，大幅减少图像储存所需的存储空间。     

面向实时三维扫描的交叉激光中心自适应精确提取算法

针对激光扫描的普适性问题,提出1种基于自适应梯度阈值和Harrise角点跟踪的交叉激光中心提取方法。由梯度图像直方图自适应确定二值化阈值,以此提取激光边缘并计算激光条初始位置。结合Hessian矩阵计算初始中心的亚像素中心,提取图像中交叉激光的交叉点。利用Harrise角点跟踪算法提取实时三维扫描过程中的交叉点,并以此分割出2条激光线,完成交叉激光对应的物空间重建。实验结果证明该文算法具有较高的鲁棒性,误差小于0.05像素,经GPU加速处理,单张图像提取时间小于2 ms。     

基于Canny算子和轮廓方向图的异形纤维轮廓增强算法

显微包埋采集纤维图像过程中,由于背景光照不均、景深和聚焦等造成纤维图像对比度较低、目标与背景区分不明显的问题.传统的Canny算子对于异形纤维的轮廓提取存在边缘不连续、虚假边缘等不足,尤其是对于粘连纤维无法确定其轮廓.针对这些不足,提出了一种利用轮廓跟踪算法剔除Canny算子产生的噪声边缘,并在方向图的基础上利用矩形方框确定真正的轮廓区域,然后对此区域内的像素进行模糊域非线性拉伸,从而得到增强后的异形纤维图像.对增强后的异形纤维图像进行Otsu二值化处理,其结果表明该算法能够得到准确完整的异形纤维轮廓.     

棉花异性纤维定位新方法

以在生产线上采集的棉花异性纤维图像为研究对象,针对目前异性纤维识别算法编程复杂、运算速度低、无法满足在线剔除异性纤维等技术问题,提出运用标准差分割图像和定位异性纤维的新方法.该方法首先提取RGB图像的G分量并进行灰度值变换,接着运用列像素灰度值的标准差在宽度方向定位异性纤维,然后运用行像素灰度值的标准差在高度方向定位异性纤维,最后根据在图像宽度和高度2个方向异性纤维的位置信息进一步确定在输棉管道内异性纤维的精确位置.由测试含有塑料绳、地膜、麻绳、有色线和羽毛5类异性纤维的图像表明:该算法能快速准确地分割和识别异性纤维,在PC机上运用Matlab软件处理一幅3 096像素×60像素的图像,从读取图像到得到异性纤维精确的像素位置,算法运行约0.04 s;若直接采用FPGA硬件系统运行该算法速度会更快,有望实现在线剔除异性纤维.     

DT-MRI张量值图像的一种加权方向距离滤波方法

为了正则化扩散张量磁共振成像所产生的扩散张量场,提出了一种非线性张量值加权方向距离滤波方法.首先通过张量间的二次点积定义了张量值图像的方向滤波,然后结合张量中值滤波引入了一个联合最小化准则,在此准则的基础上给出张量值方向距离滤波器的一般结构,并使用权重矢量在距离和方向域上控制滤波器输出,获得更加稳健的处理结果.在合成二阶张量场和真实扩散张量数据集上进行了实验.客观结果比较和滤波图像的主观评估表明:该滤波方法可在保持张量场细节不变的同时有效地消除噪声,是磁共振扩散张量场的一种有价值的滤波工具.     

质心迭代图像跟踪算法

针对均值漂移跟踪算法对图像进行核函数加权处理的不合理性,且在图像跟踪中存在偏差的问题,提出了一种基于最大后验概率指标的质心迭代跟踪算法.首先分析了最大后验概率指标的计算特性,并指出该指标可以计算出每个像素对相似度的贡献值.以此为基础,提出了一种非参数非核的质心迭代图像跟踪算法,即将每个像素的相似度贡献作为密度,候选区域的相似度作为区域质量,通过计算初始候选区域的质心并经反复迭代,从而获得目标位置.理论分析和实验表明,所提算法无需核函数,迭代计算无需指数运算,降低了计算复杂度,同时利用了最大后验概率指标对背景的抑制作用,可大大提高跟踪的准确性.     

基于投影修正和POCS的图像超分辨率重建

针对超分辨重建技术中传统POCS图像重建算法存在的Gibbs效应问题,提出一种采用投影修正机制抑制Gibbs效应的图像超分辨率重建算法.首先针对初始图像采用方向差分方法获得图像的边缘约束算子;随后在每一次的迭代重建过程中,结合前后重建结果的差值和边缘约束算子设计投影修正算子,并对残差阈值和点扩散函数分别进行修正,从而获得修正后的数据一致性投影过程;最后利用修正的投影过程获得最终重建图像.试验结果表明:改进算法具有较好的峰值信噪比,并且有效抑制了Gibbs效应,具有较好的应用前景.     

Bending Modulus Measurement of Single High Performance Fiber

The bending modulus property of high performance fiber is an important property for both polymer science and engineering. The measurement of the bending performance is, however, difficult because of the thin size of the fiber. We have measured this property by the axial compression bending method where single fiber with suitable slenderness is compressed in the fiber axial direction to obtain the peak point of the force-displacement curve. Then the bending modulus and the flexural rigidity can be calculated by measuring the protruding length and diameter of fiber needles and the critical force, Pcr. The measured data show that the bending characteristics of all kinds of high performance fiber are dissimilar evidently.     

基于链码的纺织纤维直径测量

首先引入角度链码及其差值等经过改进的链码概念,用以判断纤维交叉和头端,接着介绍边缘平滑的原理和方法.以棉的纵向形态直径测量为例,提出在轮廓跟踪的同时判别纤维交叉和头端的算法;根据棉的纵向形态边缘经平滑后纤维轮廓光滑的特点,提出基于像素长度的纤维直径测量新方法.实际测试表明,对于光滑轮廓的纺织纤维,该算法能够快速准确地测量出其直径.     

玉米秸秆纤维与玄武岩纤维加固水泥土力学性质对比分析

吉林省处于世界"三大黄金玉米带"地域之一,季节性秸秆过剩问题比较突出。为了拓宽其消化渠道,将短切玉米秸秆纤维按不同比例掺入取自长春地区的黄土中,基于无侧限抗压强度试验,探明其对水泥土加固效果的影响规律,通过与玄武岩纤维水泥土试验数据的对比分析,主要研究两种纤维水泥土强度、应力应变关系随纤维掺入比或纤维长度的演化规律,深入分析了界面剪切强度和软弱结构面等对强度的影响。试验结果表明:玉米秸秆纤维和玄武岩纤维均能提高水泥土强度,增强其延性,两种纤维水泥土强度发展规律相似,均呈现先增大后减小的特点;试验条件下,峰值强度、最优纤维掺入比和最佳纤维长度均基本相同。试验表明玉米秸秆纤维替代玄武岩纤维应用于水泥土加固具有一定的可行性,但玉米秸秆纤维的防腐和耐久性问题需进一步深入研究。     

光纤拉曼放大器在提高光纤使用带宽方面的应用方法研究

全光网是宽带网的基础，是未来通讯业发展的方向，但是全光网中的光放大器一直是传输中需要解决的一个关键问题。在分析了光纤拉曼(Raman)放大器工作特点的基础上，对光纤拉曼放大器(FRA)在扩展光纤带宽方面进行了分析研究，并对几种应用方法的试验情况做了介绍。     

多发性硬化症患者DTI图像定量化分析

提出了一种联合体素和白质图谱的磁共振扩散张量成像(DTI)方法,明确了多发性硬化症(MS)患者脑白质中受损区域的位置和严重程度.通过计算受检者脑白质区域内各体素中水分子扩散的各向异性指数(FA)和平均扩散率(MD),找出MS患者组和健康对照组(HC)之间FA和MD存在显著性差异的体素及分布情况.结果表明,与HC组相比,MS组FA值在胼胝体体部、压部和双侧放射冠上部等11个脑区有显著性降低;MD值在胼胝体体部、压部和右侧内囊后肢等22个脑区有显著性升高,为临床MS诊断和治疗提供了更有效的参考价值.     

基于深度学习的光纤收卷机器视觉自动检测技术

已有的光纤收卷检测方法的泛化能力和环境适应性均较差，无法应用于工业生产.提出基于深度学习的机器视觉方法对收卷过程中的收卷图像进行分类来解决光纤收卷问题.通过考虑光纤收卷时光纤间力的作用，建立了光纤收卷模型，提出了光纤收卷时排线机构的速度表达式.使用相机采集大量光纤收卷图片形成数据集，搭建并训练神经网络模型用于对收卷情况进行分类.通过实验验证，该方法对间隙状态的识别正确率在94.67%以上，叠线状态识别正确率为100%，检测速度高于实际生产绕线速度，是一种可以和控制系统相结合替代人工收卷并实现自动精密绕线的良好方法.     

开孔碳纤维复合材料层合板的拉伸失效有限元分析

基于ABAQUS有限元软件中的二维壳单元和三维实体单元,对铺层角度为［0°/(±45°)₃/(90°)₃］_s的开孔T300/1034-C碳纤维复合材料层合板在拉伸载荷作用下的失效过程进行研究.首先,在ABAQUS有限元软件中建立壳单元和连续壳单元碳纤维复合材料模型,利用自带的2D Hashin准则与退化模型模拟了层内失效.但二维模型没有考虑各层失效间的相互影响,进而通过编写材料子程序VUMAT,引入3D Hashin准则和基于断裂能的等效应力-应变双线性退化方式,采用实体单元模拟碳纤维复合材料的失效行为.通过对三种单元模型进行模拟,结果表明:开孔造成的应力集中会使层合板在拉伸过程中纤维与基体更易失效,成为裂纹源;在层合板失效过程中,都呈现“X形”向“沙漏形”失效发展趋势,最终沿宽度方向断裂;实体模型模拟精度相比于传统壳单元、连续壳单元的偏高更接近实验数值,三种单元模拟极限失效载荷与实验数据相差分别为26.1%,31.1%,8.64%.     

大功率光纤激光器技术及其应用

光纤激光器是当今光电子技术研究领域中最炙手可热的研究课题,尤其是大功率光纤激光器,已在很多领域表现出取代传统固体激光器和CO2激光器的趋势。本文从光纤激光器的结构出发,详细论述了大功率光纤激光器的工作原理和关键技术,重点介绍了应用更为广泛的脉冲型光纤激光器技术,最后简单列举了大功率光纤激光器的优势及其在工业加工、国防、医疗等领域里的应用情况。