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LTI射线追踪在混凝土层析成像中的应用研究

作　者: 李娜
导　师: 赵祥模
学　校: 长安大学
专　业: 计算机应用技术
关键词: 混凝土层析成像反演技术射线追踪
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 63次
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内容摘要

在混凝土结构的施工及使用过程中,由于受其自身及外界各种因素的影响,常常会产生一些缺陷,对混凝土结构的承载能力和耐久性造成严重影响。采用超声波无损检测技术进行质量检测,这对混凝土结构开展安全、稳定性评估以及病害隐患治理研究具有重要意义。本文从混凝土超声波探伤技术和CT技术着眼,在研究常规反演算法和弯曲射线追踪的基础上,提出了改进的ART算法,并在迭代的过程中利用线性走时插值(LTI)射线追踪正演射线的实际行走路径。该算法首先利用概率的方法预判缺陷单元,给预判的缺陷单元与非缺陷单元赋予不同的初始波速,在每轮迭代之前利用LTI射线追踪重新计算投影矩阵,并在迭代的过程中给预判的缺陷单元与非缺陷单元赋予不同的松弛因子。计算机模拟试验和混凝土试件试验表明:该算法有效提高了图像的重建质量,较直线射线追踪有明显优势。文中综合分析了射线追踪方式、反演算法、检测方式、图像后处理、网格划分大小等因素对层析成像结果的影响。研究表明:采用具有较高精度的反演算法并结合LTI射线追踪方式能有效提高图像重建质量,双向检测方式明显优于单向检测方式,通常情况下图像后处理方法能有效提高图像分辨率和可读性,采用合适大小的网格有助于提高成像质量。最后详细介绍了用matlab6.0开发的声波层析成像软件。该软件包括基于直线射线追踪的BPT、ART、SIRT、LSQR算法,以及基于LTI射线追踪的改进的ART算法,反演结果能以二维表格、三维波速图、等值线图、灰度色谱图等多种方式输出。为了降噪去伪,提高层析成像结果的分辨率、可读性和可靠性,采用边界中值滤波和聚类分析等后处理方法对成像结果作进一步处理。该软件具有界面友好,操作简单等优点。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-11
第一章绪论  11-19
  1.1 目的与意义  11-12
  1.2 混凝土超声波探伤技术的发展  12-15
    1.2.1 概述  12
    1.2.2 超声波在混凝土中传播的特点  12-13
    1.2.3 利用超声探伤判别缺陷的基本依据  13
    1.2.4 超声探伤的缺陷分析判断方法  13-15
  1.3 CT技术的研究现状  15-17
    1.3.1 医学 CT  15
    1.3.2 工业 CT  15-16
    1.3.3 地球物理 CT  16
    1.3.4 工程 CT  16-17
    1.3.5 声波层析成像与医学 CT的差别  17
  1.4 论文的主要研究内容  17-19
第二章层析成像反演算法  19-33
  2.1 层析成像基本原理及方程  19-24
    2.1.1 Radon变换  19
    2.1.2 声波层析成像方程  19-21
    2.1.3 扰动分析及解的评价  21-23
    2.1.4 方程的特点  23-24
  2.2 层析成像反演算法  24-33
    2.2.1 BPT算法  25
    2.2.2 ART算法  25-27
    2.2.3 SIRT算法  27
    2.2.4 LSQR算法  27-30
    2.2.5 改进的ART算法  30-33
第三章射线追踪技术  33-44
  3.1 射线追踪基本方程及基本原理  33-35
  3.2 射线追踪方法综述  35-37
    3.2.1 局部算法  35-36
    3.2.2 全局算法  36-37
  3.3 线性插值(LTI)射线追踪  37-44
    3.3.1 基本原理  37-39
    3.3.2 局部最小走时的线性插值公式  39-40
    3.3.3 误差分析  40-41
    3.3.4 LTI射线追踪效果  41-44
第四章 LTI射线追踪在混凝土层析成像中的应用  44-66
  4.1 “弯曲射线模型”CT反演步骤  44
  4.2 计算机模拟试验  44-50
  4.3 模型试验  50-58
    4.3.1 立方体试块  50-52
    4.3.2 6m大试块  52-58
  4.4 反演结果的后处理方法  58-63
    4.4.1 伪图像分类  58
    4.4.2 后处理方法  58-62
    4.4.3 后处理算例  62-63
  4.5 影响试件层析成像的主要因素  63-66
    4.5.1 射线追踪方式对成像结果的影响  63-64
    4.5.2 反演算法对成像结果的影响  64
    4.5.3 检测方式对成像结果的影响  64-65
    4.5.4 图像后处理对成像结果的影响  65
    4.5.5 网格划分大小对成像效果的影响  65-66
第五章声波层析成像软件开发  66-76
  5.1 软件开发的总体思路  66-67
  5.2 软件简介  67-75
    5.2.1 主窗口界面  67
    5.2.2 测区信息及基本参数设置  67-68
    5.2.3 测点及射线布置  68-70
    5.2.4 投影数据(声时)的读取  70-71
    5.2.5 算法选取  71-72
    5.2.6 测区波速反演结果显示  72-74
    5.2.7 软件的退出  74-75
  5.3 软件特点  75-76
结论  76-78
  一、结论  76
  二、后续工作的展望  76-78
参考文献  78-83
攻读学位期间取得的研究成果  83-84
致谢  84

LTI射线追踪在混凝土层析成像中的应用研究

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