CT系统参数标定及成像

本文主要讨论2017年全国大学生数学建模竞赛A题的CT系统参数标定及成像问题.首先,利用Radon变换滤波反投影,建立了CT图像重构模型,利用标定模板的吸收率推导出参数CT系统的中心位置、探测器单元距离和X射线方向,进而得到成像位置校正参数.然后,利用Beer-Lambert定律得到接收信息,衰减系数,吸收率之间的关系并对赛题附件所给两个未知物体的接收信息进行重构和校正,利用中值滤波和Wiener滤波得到清晰的图像和指定位置的吸收率.最后,讨论了现行的参数标定模板的准确性问题及误差产生原因,提出新的参数标定模板,并进行了不同条件下的重构实验,验证新模板的有效性.     

三维超声阵列风速风向测量方法

针对传统时差法测风精度受超声波传播时间测量精度直接影响的问题,提出了一种基于空间超声波传感器阵列及波束形成算法的三维风参数测量方法。使用一种新的一发多收的空间超声波传感器阵列结构,利用波束形成算法空域滤波,实现了增强期望信号、抑制干扰、提高测风精度的效果,仿真实验结果表明:在信噪比为5 dB时,所提方法几乎能达到100%的测量成功率,且信噪比越大,测量成功率越高,均方根误差越小。搭建了硬件实验平台对所提测风方法进行实验验证,结果表明:在允许结构误差和设备误差的前提下,所测风洞中的风速为6.363 7 m/s,与机械式测风仪所测结果6.443 m/s仅相差0.079 3 m/s,初步验证了所提方法的工程可行性。所提方法可为测风方法的探索提供一种新思路。     

基于平行PI线段的平行束CT重建

为了研究基于PI线段的反投影滤波重建方法在CT(computed tomography)系统中的应用,提出了一种基于平行PI线段的简化的平行射束重建算法。该算法首先对平行X射线束产生的投影数据进行微分,然后把这些微分后的数据反投影到一系列的平行PI线段上,最后沿着PI线段的方向对反投影数据进行Hilbert滤波,即得到重建图像。利用Shepp-Logan模型进行计算机数值模拟实验,得到了该算法和传统的滤波反投影算法的对比结果。利用微焦点X射线CT的投影数据进行重建,得到了实际数据下的重建图像。实验结果表明,该简化算法能够进行精确重建,可以应用于实际的CT系统。     

扁平构件的CT重建方法研究

提出了一种主射线与旋转轴成45°入射角、面阵探测器与旋转轴垂直的三维CT投影方法.在X射线源能量较低的情况下,该方法能够对大而扁的工业构件实施三维CT重建.文中推导了这种投影方式下三维CT反投影重建算法,并用计算机进行了仿真.最后使用270kV射线机对直径100mm、厚度13mm的钢件进行了CT重建.     

三辊轧管机的调整特性分析

从提高钢管壁厚精度为出发点,推导了三辊轧管机调整参数的计算方法,分析了三辊轧管机的调整特性。应用效果表明,该算法简洁可靠,可以提高三辊轧管机的调整效率和钢管的壁厚精度。     

基于PI线段的扇束CT重建

为了研究反投影滤波重建方法在CT(computedtomography)系统中的应用,提出了一种基于PI线段的简化扇束射束重建算法.该算法首先对X射线束产生的投影数据进行微分,然后把这些微分后的数据反投影到一系列的PI线段上,最后沿着PI线段的方向对反投影数据进行Hilbert滤波,即得到重建图像.利用Shepp-Logan模型进行计算机数值模拟实验,得到了该算法和传统的滤波反投影算法的对比结果.利用微焦点X射线CT的投影数据进行重建,得到了实际数据下的重建图像.实验结果表明,该简化算法能够对感兴趣区域进行精确重建,可以应用于实际的CT系统.而且这种方法有很多优势,比如能够减少需要的数据 ,快速完成扫描.减少辐射药剂的服用量,减少X-ray的辐射,加快计算机的运算.     

CT三代扫描旋转中心偏离的卷积反投影算法

讨论了卷积反投影算法实现CT图像重建时，被测工件旋转中心偏离理想重建中心的工程问题。在于理想卷积反投影重建算法理论，推导出相应校正偏离的卷积反投影算法，并引入单象素工件模型估计偏离参数。根据偏离幅度给出了理想重建算法适应的范围，仿真结果证明了校正算法的有效，利用校正算法消除了由旋转中心偏离造成的伪影，提高了图像分辨率。     

RL滤波函数的改进对卷积反投影图像重建的影响

在工业无损检测中，利用X射线CT成像的算法——卷积反投影算法对图像进行重建时，滤波函数对图像重建质量影响很大。作者利用多点平均法对RL滤波函数作了改进，发现3点平均法的滤波函数对图像的重建质量有明显的改善。     

基于遗传神经网络的钢管壁厚预测模型的研究

为解决钢管热轧过程荒管壁厚难以计算的问题,首先利用遗传算法优化了BP神经网络,在这种遗传神经网络算法的基础上建立了钢管轧制前毛管温度、长度、外径、轧辊转速、芯棒直径五项工艺参数与钢管轧制后荒管壁厚之间的数学模型.经过测试,基于遗传神经网络的钢管壁厚预测模型的壁厚预测误差远小于常规壁厚公式的计算误差,为设计更合理的设置毛管参数提供了科学的依据,对钢管热轧工艺水平的提高的具有重要意义.     

均匀磁场激励磁感应成像滤波反投影算法

通过亥姆霍兹线圈在中心区域建立正弦均匀的激励磁场,磁场方向近似直线,有助于简化逆问题的复杂度.建立了8通道磁感应测量系统仿真模型,采用滤波反投影算法重构出电导率分布.在滤波反投影算法中,首先用线性插值补充检测数据,然后用Hamming滤波器对数据进行滤波,同时加入窗口滤波器减少了涡流磁场发散对周围线圈的影响.加入不同噪声比的噪声干扰,测试了算法对噪声的抑制能力,实验结果表明该模型下运用反投影滤波算法可以重构出电导率的分布.     

最速下降法在图像重建中的应用

图像重建常常被转化为解非线性无约束极值问题。通过范数极小化推导出了最速下降法的一般算法,通过对模拟数据的重建估计了算法的有效性,并对重建图像与滤波反投影(FilterBack-projection,FBP)重建图像进行了比较。     

基于视觉定位的非确定轨迹CT系统

计算机断层成像(CT)系统需要精确和确定的扫描轨迹来获得高质量的图像。如果机械系统无法实现高精度的扫描轨迹,CT图像的质量将受到影响。该文提出了一种CT系统,通过视觉定位来实现非确定扫描轨迹下的CT成像。其中视觉定位系统通过对待测物体位移和转角的测量来获得实际扫描过程中射线与物体的精确几何关系。针对这种数据条件,提出了一种改进的滤波反投影(FBP)算法,实现非确定轨迹的CT图像重建。该方法将滤波反投影算法的适用范围从标准轨迹扩展到了通用轨迹。模拟数据计算和实验结果验证了该系统的可行性。此方法很大程度上为CT系统的设计提供了便利。     

卡尔曼滤波在GPS制导火箭弹中的应用

针对直接采用全球定位系统(GPS)测量弹道误差较大的问题,该文提出应用扩展卡尔曼滤波方法进行弹道测量。采用火箭弹弹道模型和GPS误差模型,建立卡尔曼滤波系统状态模型和以伪距为观测量的系统测量模型,推导并分析了相应的滤波公式,并对GPS动态定位的数据进行滤波。理论分析和仿真结果表明,GPS测量的位置误差和速度误差具有随机性,且误差幅度较大,采用卡尔曼滤波算法后,弹道的位置估计误差和速度估计误差分别降低到观测误差的1/3和1/4左右,而且滤波收敛速度快。     

圆弧齿轮弦齿厚测量尺寸的计算

为方便圆弧齿轮的测量和提高计算效率,从圆弧齿轮的齿面方程入手,推导出圆弧齿轮弦齿厚测量尺寸的计算公式.根据圆弧齿轮的成形特点,进一步导出圆弧齿轮弦齿厚的近似计算公式,并举例计算圆柱双圆弧齿轮弦齿厚测量尺寸.两种计算结果比较表明,近似公式的误差仅为0.001mm,完全满足工程要求的精度.近似公式计算简单方便,大大提高了计算效率.     

基于变分贝叶斯的容积平滑变结构滤波

为了减小建模误差和未知量测噪声特性对非线性状态估计的影响,该文提出了1种新的容积平滑变结构滤波算法。融合了非线性容积变换规则,可避免线性化误差。利用滑模变结构思想计算最优平滑边界层,约束建模误差的影响。利用变分贝叶斯实时估计动态系统的量测噪声特性,有助于优化平滑边界层的阈值。仿真结果表明,相比传统非线性滤波算法,该文算法精度可提高28.5%,具有更好的滤波性能。     

基于GPS/INS组合导航的改进自适应渐消卡尔曼滤波算法

基于GPS/SINS组合导航系统的模型不准确或者量测噪声多变所产生的滤波发散问题,研究了自适应渐消卡尔曼滤波对于滤波发散的抑制作用,文章提出一种利用新息协方差估计值和量测值实时自适应计算渐消因子的方法,用它调节卡尔曼滤波方程中预测误差协方差阵和增益矩阵,调整历史新息和当前新息的权重达到抑制滤波发散的目的。该算法能有效减少严格收敛判据推导渐消因子的计算量和限制条件,有效利用了当前新息值。仿真验证表明,提出的算法能有效抑制滤波发散,并且比常规卡尔曼滤波效果更佳。     

M200测厚系统的原理及算法分析

Ｍ２００测厚系统的原理及算法分析王兴元，满永奎，蔡胜乐，王建辉，杨健，单莹介绍了法国ＦＡＧ公司Ｍ２００测厚系统的构成；阐述了产射线测量头的工作原理，分析了测厚算法原理，最后找出了影响测量精度的各种因素，同时提出了为提高测量精度而应采取的措施．M200测厚...     

并联机床铰链制造误差的补偿

为减小铰链制造误差,提高并联机床运动精度,以六自由度并联机床XNZ63为结构模型,分析了铰链的各种制造误差。利用Denavit-Hartenberg(D-H)方法,建立包含铰链制造误差的运动学方程,通过仿真计算得到工作空间内铰链制造误差对终端运动精度的影响规律。将铰链制造误差映射为驱动轴长度误差,并据此开发出误差实时补偿算法。仿真表明:在测量扰动为0.01mm时该算法仍可补偿约80%的误差影响,补偿每个位姿点仅耗时0.3ms左右,符合数控系统实时性要求,为含有同类铰链的并联机床提供了高效通用的铰链制造误差补偿算法。     

基于联邦网络的传递对准滤波补偿算法

针对空中环境各种干扰因素对空空导弹传递对准(TA)滤波的影响,提出一种基于联邦网络的补偿算法.将干扰误差考虑为量测输入纳入滤波系统,改进标准Kalman滤波结构.将补偿神经网络设计成联邦结构,两个子系统分别用于训练量测输入估计误差、输出层权值误差和隐层权值误差.推导了联邦网络的训练算法并对算法进行了稳定性证明,保证了网络在结构上计算量小,系统反馈能力强,能够对干扰误差进行有效在线预测,辅助改进Kalman滤波器对失准角进行精确估计.仿真比较实验验证了该算法能够在不需任何先验信息的条件下,及时适应对准环境,预测校正干扰误差,滤波收敛快、精度高,适合空空导弹在具体设备和环境条件下的快速精确传递对准.     

超声波测距系统在拆垛机器人上的应用

针对超声波测距在拆垛机上应用时容易发生测距跳变的问题,采用了一种简单高效的算法进行滤波处理,具体过程是通过STM32控制KS103超声波测距,STM32单片机将滤波后的数据通过232总线上传给上位机,上位机控制拆垛机运动。试验测试表明,通过该滤波算法后,KS103超声波测距在拆垛机上,在0～1200mm之间的数据传输误差不超过0.8%,提高了拆垛机的工作精度。