工业γ光子检测成像算法及三维可视化技术研究

发布时间：2020-10-25 18:15

　　 工业检测是工业发展中的关键技术,为工业流程、工业设备等正常运行保驾护航。构成工业设备的工业件数量繁多,对局部工件检测需要进行浩大的拆卸工程,导致工业检测仍存在许多不便,将基于正电子湮没的γ光子探测技术应用于工业检测,并直观地将检测结果成像出来,可以简化检测过程。论文主要围绕γ光子探测在工业应用中的成像算法与可视化技术进行研究。利用GATE仿真软件,搭建了正电子断层扫描成像仿真系统,将其用于模拟γ光子探测过程,研究了GATE仿真过程中的相关技术。对仿真采集所获取的γ光子符合事件进行了统计,以正弦图的形式进行存储,为成像算法研究提供了充分的仿真实验数据。研究了经典的正电子断层扫描成像算法——最大似然期望最大重建算法和最大后验概率重建算法。最大似然期望最大算法在迭代过程中随着迭代次数的增加,一些噪声在迭代过程中反而会被重建恢复出来,图像重建质量可能会退化。针对这个缺点以及工业检测中对高精度成像的要求,对最大后验概率重建算法进行了研究并进一步改进,结合了各向异性滤波和Thin Plate势函数,交替迭代,以达到抑制噪声、保护边缘、提高图像重建质量的目的。研究了体绘制技术中的光线投射算法,实现了工业γ光子探测三维重建。基于可视化工具包VTK,根据面向对象的设计思想,利用了Qt界面设计技术,设计了工业γ光子检测成像三维可视化系统。该系统功能主要包括探测切片数据的导入显示以及三维重建显示,以满足检测人员对检测结果的分析处理需求。通过几组γ光子探测成像实验,验证了本文研究的二维、三维重建算法,同时测试了系统软件各项功能的稳定运行。
【学位单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TL816.2
【部分图文】：

民经济现代化发展的速度、水平和规模与工业的发展息息相关，工业在世界各国的中均发挥着关键作用。由于工业领域中，许多重大工业设备会在各种环境下反复运行现故障，就可能造成重大的经济损失甚至安全事故。同时，复杂的工业设备制造周本高、市场竞争也很激烈，需要可靠的检测手段把控其质量。无损检测作为工业领流程的质量把控手段，起着至关重要的作用。尤其在工业 4.0 的时代，是利用信息进产业变革的时代，也是追求智能化的时代，工业领域对无损检测技术提出了更高不仅对准确性、灵敏度等方面的要求很高，而且对检测结果的可视化程度也有着较现实的技术要求。科学技术日新月异发展的今天，工业检测成像方法仍面临着许多挑战[1]，包括：（备复杂的结构，检测可达性因此而大打折扣，比如图 1.1 所示，航空发动机结构极工业件种类繁多，装配繁杂，在位检测技术尤为重要；（2）材料多样，包括金属、至复合材料等，这对检测方法有着严格的要求，现存的许多检测手段有效性都受到响；（3）工业领域涉及的应用环境多变，在某些环境下，可能会遭受腐蚀及氧化等致一些微观缺陷出现，目前的检测成像技术尚不能达到高分辨率的要求。

响应事件实现工业件断层成像，通过对成像算法的优化，和可视化工具包对二维断层图像进行三维重建，在此基础统，实现检测结果的多角度直观显示。研究现状探测技术研究现状，英国物理学家狄拉克在求解相对论性的电子运动的狄拉。1932 年，第一个未知粒子的移动轨迹是美国加州理学院宇宙射线发现的，这个粒子后来被确定为正电子，即人类发着相反的电荷，其他性质完全一样。核素的衰变可以产生正电子[3]，其过程为：一个不稳定的发 β+衰变（又称正电子衰变），自发地放射出正电子，同时原，并发射出一个中微子。该过程可以用以下公式表示：+ 0-1 1+ + +A AZ ZX Y E

图 1.3 正电子湮没反应示意图湮没技术（PositronAnnihilation Technique，PAT）作为一项新型核非侵入性的研究手段，对物质内部结构进行探测。目前，基于正像方法在生物医学方面的应用已经较为成熟，并在上世纪 80 年代型计算机断层显像（Positron Emission Tomography，PET）。因为 P精准等特点，且能够在肿瘤和癌症病变区形态结构发生变化前发现达国家在上世纪 90 年代相继建立起近百个 PET 影像中心。通过
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本文编号：2855781