基于GPU实现的数字合成X射线体层成像投影数据的模拟方法

数字合成X射线体层成像技术能利用有限角度下的投影数据重建物体任意断层的图像.在数宁合成X射线体层成像重建算法研究中,模拟投影数据是重要的步骤,本文提出了一种基于GPU光线投射算法的数字合成X射线体层成像投影数据模拟方法.比较传统CPU模拟手段,GPU模拟方法计算速率快,且基于硬件支持的三线性插值能够得到更加接近实际的投...     

CT解析重建方法进展:从圆轨迹扫描到多源直线扫描成像

从1971年Hounsfield完成世界上首次X射线计算机断层成像(CT)扫描以来,CT技术在扫描方式上经历了5代发展,并在医疗、安检等领域深刻地影响着人们的生活.在扫描方式不断进步的同时,重建方法也在不断发展.与迭代算法相比,解析算法具有重建速度快、误差分析简单以及占用运算资源小等特点,成为CT系统中常用的成像算法....     

板状构件X射线层析截面重建方法与实验

为了实现对板状构件的截面重建与缺陷检测,建立了X射线层析截面重建系统。对该系统的成像方法、重建精度、层析截面重建算法等进行研究。首先,提出并论述了采用特殊的成像方式获取X射线透视图像实现分层摄影功能的方法和层析截面重建原理。接着,对上述成像系统进行重建精度分析和运动系统校准。然后,根据上述成像方法获取已知形状检测工件的透视图像,并根据校准结果进行修正,对获取的图像按层析截面重建方法进行重建实验。最后,根据实验重建结果,进行仿真实验并优化重建参数。实验结果表明：探测器旋转步进角为0.5°时,重建图像伪影减小,使用S-L滤波器后,轮廓边缘更为清晰。该层析截面重建方法能有效重建X射线最大入射角内的信息,增大入射角并适当调整检测物角度,可获得清晰的截面图像。     

2005年第14卷1-3期主要文章目次索引

[栏目]文章题目作者期-页码[CT理论]体积CT投影数据的模拟方法孙怡侯颖胡家升赵凤勇(1-6)基于Db小波与中值滤波的安检图像噪声消除算法韩裕生卢伟刘菡李从利(1-7)一种辐射成像三维可视化系统的实现吴宇钦张丽陈志强,等(1-11)硬X射线调制望远镜直接解调成像方法快速实现张慧滔张朋宋黎明(1-17)最大后验概率重建算法在发射CT中的应用李建吴志芳(2-10)求解物质真实灰度级的数字图像处理算法原培新孙丽娜(2-16)基于双能量X射线透射技术的物质分类识别方法研究孙丽娜原培新(2-22)基于全局低分辨率CT扫描的合成层析成像技术[英文稿]曾凯赵世…     

影响X射线数字成像系统分辨率的因素分析

X射线数字成像系统广泛应用于工业无损探伤领域,其分辨率是整个系统最重要的技术指标,直接决定了系统的检测精度和适用范围.本文以构成成像系统的各个组成部分为出发点,详细剖析了每一个组成部分自身的分辨率以及构成整个系统的分辨率,并将它与系统放大率的关系绘制成函数曲线.最后,以电子工业中BGA器件焊点的X射线自动检测系统为例,...     

X射线三维显微镜及其典型应用

X射线三维显微镜（显微CT）是目前发展最热门、成长最快的CT成像技术门类之一,在微纳制造技术、新材料以及电子科学等领域起着十分重要的作用并得到广泛的应用。X射线三维显微镜能够以亚微米的细节分辨能力对被检测对象内部结构进行无损的三维成像,是一种新型的检测设备。本文介绍了三英精密仪器有限公司研制的nano Voxel-2000系列X射线三维显微镜的结构和工作原理,展示了该仪器在系统设计、成像方法及应用分析方面的特色。该系列的X射线三维显微镜最大管电压为150 k V,采用5μm的微焦源实现低于500 nm的成像分辨率,能够进行不同尺寸样品、不同分辨率的成像。在此基础上,探讨了X射线显微镜的典型应用,主要对样品的内部结构、形貌进行表征。希望典型应用的实例能起到抛砖引玉的作用,吸引更多学者利用X射线三维显微成像技术开展科学研究,拓宽X射线三维显微镜的应用领域。     

基于改进重建滤波器的局部CT重建算法

鉴于实际工程应用需求,基于截断投影数据的CT图像局部重建是X射线CT重建的一个重要课题,本文概述了现有的局部重建算法,分析了其优缺点,提出了一种基于改进重建滤波器的局部CT重建算法。通过对滤波函数的改进,使其能量主要集中在中心位置,使旁瓣迅速下降,进而使滤波函数具有局部重建功能。另外改进的滤波函数压制了低频信息,突出了高频信息,具有提高成像空间分辨率的功能,但对图像噪声有所放大,实际实验数据验证了算法的可行性。     

数字实时成像(DR)与X射线胶片成像对比分析

本文简要介绍了数字实时成像技术与X射线胶片成像技术的基本原理,从几个方面对两种技术的特点做了比较分析,并初步讨论了X射线成像技术的发展动向。     

计算机分层成像技术概述

计算机断层成像（CT）需要对物体进行360°扫描,由于几何限制及X射线在纵向的高吸收率,使得其在大构件尤其是板状构件的检测方面具有局限性,在这些情况下,计算机分层成像（CL）提供了一种有效的方法。本文首先总结近年来国内外关于CL的研究成果,然后系统地阐述CL成像的原理、重建算法以及应用,最后在成像质量方面比较CL和CT。     

正则化Kaczmarz算法在页岩纳米CT重构中的应用

利用X射线计算机断层成像（CT）方法对页岩的扫描成像是一种无损的,对研究页岩微纳孔隙结构有重要意义的方法.传统的CT重构通常使用的是显式的滤波反投影（Filtered Back Projection,FBP）方法,该算法具有较快的成像速度,但常伴随有伪影或不稳定等情况.对于纳米CT而言,可以通过迭代优化的方法对投影数据进行成像,传统的迭代成像有收敛速度慢导致的计算时间长等缺点.Kaczmarz算法作为一种重要的代数重建技术（ART）,由于其几何意义明显,操作容易等优点,在CT重构中起着重要的作用,我们可以通过块状迭代或随机迭代的方式对其收敛速度进行改进.对于所求解问题的不适定性,代数重建过程中需要引入正则化的技巧来改善解的稳定性.本文根据实际问题的需要,使用页岩数值模型,验证了正则化Kaczmarz方法的有效性,并对重庆漆辽龙马溪组页岩样品的实际数据进行了处理,得到了较好的效果.     

一种快速的光栅相衬层析成像方法（英文）

数字X光层析成像由于其低辐射剂量和增强的图像对比度,广泛应用于医学诊断中。结合X光相衬成像的优异的软组织成像能力,X光相衬层析成像方法可以获得更好的软组织成像能力。本文的目的是提出一种快速的、低辐射剂量的X光相衬层析成像方法及算法。本方法在数据采集过程中光栅的位移和样品的旋转同时进行,它区别于传统的相位步进方法,采集到的数据是不完全的。我们提出了一种新型的重建方法,即内聚焦式重建。实验验证了提出的快速光栅相衬层析成像方法,结果表明在同等辐射剂量情况下,快速光栅相衬层析成像优于传统的基于相位步进的方法。由于快速光栅相衬层析成像采用连续的物体转动和光栅移动,其成像速度更快,避免了潜在的运动伪影。      

区间B样条小波有限元GPR模拟双相随机混凝土介质

基于可分离小波理论,由一维区间B样条小波尺度函数的张量积构造二维B样条小波基,并将它作为GPR波动方程求解的插值函数,通过引入转换矩阵,实现小波系数空间与雷达电磁场之间的转换.应用Galerkin算法,推导了二维区间B样条小波有限元GPR波动方程离散格式,求出了2阶1尺度与2阶2尺度BSWI尺度函数的积分值及联系系数,给出了该算法的详细求解过程.编制了BSWI的Matlab模拟程序,应用该程序对两个典型实例进行了正演,结果表明:BSWI能采用较少的单元达到与FEM相似的精度,而BSWI算法尺度提升能提高解的精度,但耗时会急剧增加.最后,将BSWI算法应用于双相随机混凝土模型,说明随机介质模型理论能灵活、有效地描述实际混凝土介质的分布,正演剖面与实测剖面特征更相符,能更真实地模拟雷达波的传播过程,可为提高GPR的探测效果和解释准确性提供理论基础.     

Daubechies小波有限元求解GPR波动方程

基于可分离小波理论,由一维Daubechies尺度函数的张量积构造二维Daubechies小波基,并将它作为GPR波动方程求解的插值函数,导出了二维Daubechies小波有限元GPR方程离散格式;通过引入转换矩阵,实现小波系数空间与雷达场值之间转换.引入自由度凝聚技术,有效解决了小波有限元求解中小波单元内部自由度过多的问题,节约了计算量并方便与传统有限元法耦合.然后,详细阐述了Daubechies小波有限元联系系数计算方法,有效解决了小波有限元求解偏微分方程的难点与核心问题.最后,以两个典型GPR模型为例,对比了Daubechies小波有限元与传统有限元的雷达正演剖面图与单道波形图,结果表明:在相同的剖分方式及节点数目条件下,Daubechies小波有限元的紧支性与正交性一定程度上提高了求解效率,它与有限元法求解结果能较好地吻合,验证了Daubechies小波有限元算法的正确性.     

Approximate analysis of natural vibrations of coupled shear walls

The continuous connection technique is used to analyse the free vibrations of a system of coupled shear walls. The dynamic equation is expressed in integro-differential form, and the natural modes and frequencies are determined by the Galerkin method. Theoretical results are compared with published experimental data.     

基于双谱幅值和相位重构的地震子波提取

利用地震记录双谱中包含子波的幅值和相位信息,以及其超强的抗噪声干扰能力,采用一种基于双谱幅值和相位重构的地震子波提取方法,首先提取出子波幅值及相位信息,进而通过傅立叶反变换,使子波得以完全恢复.本文针对双谱相位重构递推公式,提出一种新的初值选取方法,使地震子波估计的稳定性得到了提高.仿真实验证实了该方法的可行性.     

地震波动方程的局部间断有限元方法数值模拟

近年来,随着地震波数值模拟对计算精度和效率的要求越来越高,间断有限元方法开始受到越来越多的关注.本文中,针对具有吸收边界条件的二维地震声波波动方程,作者提出了一种基于局部间断有限元方法的数值模拟算法.该算法在空间上使用局部间断有限元方法进行离散,在时间上采用了显式蛙跳格式.在这种时空离散的组合方式下,每个时间步上,此算法在空间剖分的每个单元上的求解计算是相互独立的,因而具有极高的并行性.通过数值算例,我们将该算法与连续有限元方法进行了比较.结果表明,本算法不仅具有对起伏构造的良好适应性,而且在计算效率和计算精度等方面,都具有优越性.     

Mass lumping models of the linear diffusion equation

The nodal domain integration method is used to develop a numerical model of the linear diffusion equation. The nodal domain integration approach is shown to represent an infinity of finite element mass matrix lumping schemes including the Galerkin and subdomain integration versions of the weighted residual method and an integrated finite difference method. Neumann, Dirichlet and mixed boundary conditions are accommodated analogous to the Galerkin finite element method. In order to reduce the overall integrated approximation relative error, a mass matrix lumping formulation is developed which is based on the Crank-Nicolson time advancement approximation. The optimum mass lumping factors are found to be strongly related to the model timestep size.     

基于新的惩罚因子算法的波场重构反演

全波形反演是一种高精度的反演方法,其目标函数是一个强非线性函数,易受局部极值影响,而且反演过程计算量较大.波场重构反演是近几年提出的一种改进的全波形反演理论.该反演方法通过将波动方程作为惩罚项引入到目标函数中,通过拓宽解的寻找空间减弱了局部极小值的影响,而且反演过程不需要计算伴随波场,提高了计算效率.但该反演方法一直缺少准确的惩罚因子算法,直接影响到该方法的准确度.本文将波场重构反演拓展到时间域并利用梯度法进行波场重构.频率域的惩罚因子用来加强波动方程的约束,而时间域惩罚因子表现为调节模拟波场和实际波场的权重因子.为此,我们根据约束优化理论,在波动方程准确以及重构波场与反演参数解耦的假设下,提出以波动方程为目标函数的新的惩罚因子算法.根据波形反演在应用时普遍存在的噪音干扰、子波错误和低频信息缺失的情况下,应用部分Sigsbee2A模型合成数据对本文提出的算法进行实验.数值实验结果表明：基于新的惩罚因子算法,在其他信息不准确的情况下,波场重构反演可以给出高精度的反演结果.     

起伏地表弹性波传播的间断Galerkin有限元数值模拟方法

间断Galerkin有限元法（DG-FEM）作为一种有效的高阶有限元法受到了国内外学者的广泛关注.本文基于任意高阶间断Galerkin有限元法对弹性波方程进行空间离散,并将离散后所得的非齐次线性常微分方程系统齐次化,最后结合针对齐次问题的强稳定性保持龙格库塔（SSP Runge-Kutta）算法,将DG-FEM推广至时间任意高阶精度.另外,借鉴近最佳匹配层（NPML）的思想,基于复频移（CFS）拉伸坐标变换推导了一种新的PML吸收边界条件（简称为CFS-NPML）,该CFS-NPML能够与DG-FEM算法很好地结合,形成有效的起伏地表地震波传播数值模拟技术.数值试验结果表明,DG-FEM具有高阶精度,可以适应任意复杂起伏地表和复杂构造情况下的弹性波传播数值模拟.同时,CFS-NPML对包括面波等震相的人为边界反射都具有良好的吸收效果.     

An improved numerical solution for the diffusion equation

This paper is concerned with the application of the two-dimensional Galerkin approximation to the modelling of the dynamic groundwater flow equation. Attention will be paid to a problem almost universally encountered in the modelling of these problems: the singularities caused by the presence of sources and/or sinks in the domain of interest. One method to improve the solution of the dynamic flow equation near boreholes, is to subtract the singular behaviour of flow with a time-dependent analytic solution for near-boreholes zones. By subtracting the singularities in this way, the resulting smooth problem may be solved by the Galerkin method and the result can be combined with the analytic solution. The result is an improved solution near boreholes without the need to use a refined mesh and thus a saving in computer storage and time.