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基于光子计数激光雷达的自适应门控抑噪及三维重建算法

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物理学报 2022年第10期71卷 91-102页

作者：陈松懋苏秀琴郝伟张振扬汪书潮朱文华王杰中国科学院西安光学精密机械研究所中国科学院空间精密测量技术重点实验室西安710119 海洋观测与探测联合实验室(西安光机所部分) 青岛海洋科学与技术试点国家实验室青岛266200 中国科学院大学北京100049 山西大学极端光学协同创新中心太原030006

光子计数激光雷达技术具有极高的探测灵敏度与时间分辨率,是极端条件下高精度目标信息获取的重要手段.由于该技术通过探测单光子级的回波能量实现对目标信息的三维重建,因此极易受噪声干扰,导致成像质量严重降低.基于高速电子门控的距... 详细信息

光子计数激光雷达技术具有极高的探测灵敏度与时间分辨率,是极端条件下高精度目标信息获取的重要手段.由于该技术通过探测单光子级的回波能量实现对目标信息的三维重建,因此极易受噪声干扰,导致成像质量严重降低.基于高速电子门控的距离选通技术虽然可以有效抑制噪声,但存在参数设计依靠经验、目标检测区间窄等问题.本文提出一种在宽目标检测区间条件下的目标信息提取及三维重建方法,首先通过对三维回波信息的获取机理及其概率模型进行分析,获取目标信息分布范围并通过算法门控提取有效信息;再采用高效的图像重建算法进一步提升三维重建的质量,从而具有比基于纯硬件的去噪方法更强的抑噪能力.实验结果显示,在平均像素光子数仅为3.020,且信号噪声比仅为0.106的极端条件下,本文提出的目标信息提取方法可将信号噪声比提升19.330倍;再配合高效的图像重建算法,距离图像的重建信噪比相比于传统的互相关算法提升了33.520 d B,大幅提升了强噪声环境下高精度目标信息获取的能力.

关键词：单光子成像光子计数激光雷达噪声抑制图像重建

基于改进联合稀疏EIT算法的CFRP材料检测

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北京航空航天大学学报 2023年第2期49卷 265-272页

作者：马敏于洁范文茹中国民航大学电子信息与自动化学院天津300300

针对应用电阻抗层析成像技术(EIT)对碳纤维增强复合材料(CFRP)损伤检测的高度病态性问题,提出了一种联合L1和L2范数的稀疏正则化泛函模型,并在迭代过程中通过构建一种新的约束项来优化求解。仿真结果表明,与传统算法相比,改进联合稀疏EI... 详细信息

针对应用电阻抗层析成像技术(EIT)对碳纤维增强复合材料(CFRP)损伤检测的高度病态性问题,提出了一种联合L1和L2范数的稀疏正则化泛函模型,并在迭代过程中通过构建一种新的约束项来优化求解。仿真结果表明,与传统算法相比,改进联合稀疏EIT算法能够有效改善损伤图像的电极伪影,提高损伤边缘清晰度,增强损伤辨识定位准确度。CFRP层压板检测实验结果表明,改进联合稀疏EIT算法能够提高图像重建的抗干扰能力,具有良好的鲁棒性及适用性。

关键词：电阻抗层析成像技术碳纤维增强复合材料损伤检测图像重建联合稀疏

基于ERT的金属矿山充填管道堵塞可视化检测方法

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中南大学学报（自然科学版） 2022年第2期53卷 643-652页

作者：王湃李佳庆李阳博刘浪秦学斌张波西安科技大学电控学院陕西西安710054 西安科技大学能源学院陕西西安710054 教育部西部矿井开采及灾害防治重点实验室陕西西安710054

为了预防在充填开采过程中可能产生的一系列灾害,探索金属矿山充填管道堵塞的可视化检测方法。首先,通过实验分析全尾砂胶结充填料浆在结块过程中电导率随时间的变化规律;然后,根据实验结果,采用有限元方法建立16电极ERT传感器模型,对... 详细信息

为了预防在充填开采过程中可能产生的一系列灾害,探索金属矿山充填管道堵塞的可视化检测方法。首先,通过实验分析全尾砂胶结充填料浆在结块过程中电导率随时间的变化规律;然后,根据实验结果,采用有限元方法建立16电极ERT传感器模型,对竖直管道内壁5种位置和堵塞程度不同的结块,采用NOSER算法进行图像重建。最后,根据仿真模型,制作尺寸不同的5种结块试件,试件经过养护14 h后,放入充满质量分数为74%的全尾砂充填料浆的竖直管道中不同位置,模拟充填管道内壁5种不同的结块位置及堵塞程度。利用自主研发的16电极ERT成像系统,针对以上5种结块进行成像实验。研究结果表明:成像仿真实验结果与实测实验结果一致,重建图像可以准确地反映出管道内壁结块大小和所处位置。

关键词：深部开采胶结充填充填管道 ERT成像图像重建堵塞检测

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环形阵列超声断层扫描高分辨率成像方法

声学学报 2023年第1期48卷 182-192页

作者：李盼盼李玉冰苏畅武小晴林伟军中国科学院声学研究所北京100190 中国科学院大学北京100049

介绍了针对环形阵列超声断层扫描的高分辨率全波形反演成像方法,不同于传统的延时叠加和渡越时间断层扫描,该方法充分考虑声传播的透射、反射、散射等特点,通过数据匹配的方法重构目标体声学参数图像。开发了环形超声换能器阵列构建超... 详细信息

介绍了针对环形阵列超声断层扫描的高分辨率全波形反演成像方法,不同于传统的延时叠加和渡越时间断层扫描,该方法充分考虑声传播的透射、反射、散射等特点,通过数据匹配的方法重构目标体声学参数图像。开发了环形超声换能器阵列构建超声断层扫描成像系统,并设计了适合检验成像算法的数值和物理模型,分别使用基于射线理论的回波延时叠加和初至波渡越时间断层扫描、以及基于波动理论的全波形反演方法对目标体进行图像重建,并对比其原理、分辨率、计算量等方面的特点,系统性分析了波动方法相对传统射线方法的优点和不足。结果表明,全波形反演这类充分考虑接收信号多种物理特征的方法可用于较高分辨率的声参数成像,适合与传统方法结合设计有效的超声断层扫描成像系统。

关键词：高分辨率成像图像重建数据匹配成像系统渡越时间断层扫描射线理论声学参数

基于联邦特征学习的多机型低剂量CT重建算法

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南方医科大学学报 2024年第2期44卷 333-343页

作者：陈世宣曾栋边兆英马建华南方医科大学生物医学工程学院//广州市医用放射成像与检测技术重点实验室广东广州510515

目的提出一种基于联邦特征学习的多机型低剂量CT重建算法(FedCT),以提升深度学习模型对多CT机型的泛化能力并保护数据隐私。方法FedCT框架在每个协作学习的客户端中设置了一个基于数据-解析模型耦合驱动的Radon反变换智能重建模型作为... 详细信息

目的提出一种基于联邦特征学习的多机型低剂量CT重建算法(FedCT),以提升深度学习模型对多CT机型的泛化能力并保护数据隐私。方法FedCT框架在每个协作学习的客户端中设置了一个基于数据-解析模型耦合驱动的Radon反变换智能重建模型作为局部网络模型,并采用投影域特异性学习策略,在局部投影域保留成像几何特异性。同时,引入联邦特征学习,使用条件特征参数标记局部数据并馈入网络模型进行编码以在图像域提升网络模型的泛化性。结果在跨站点的多机型、多协议低剂量CT重建实验中,FedCT的重建结果在所有对比联邦学习方法中获得了最高的PSNR(高于次优的联邦学习方法+2.8048、+2.7301、+2.7263)、最高的SSIM指标(高于次优的联邦学习方法+0.0009、+0.0165、+0.0131)以及最低的RMSE指标(低于次优的对比联邦学习方法-0.6687、-1.5956、-0.9962)。在消融实验中,相较于一般联邦学习策略,采用投影特异学习策略的模型在测试集上的PSNR指标的Q1平均提升1.18,RMSE指标的Q3平均降低1.36。在引入联邦特征学习后,FedCT在测试集上的PSNR指标的Q1进一步提升3.56,RMSE指标的Q3进一步降低1.80。结论FedCT为协作构建CT智能重建网络模型提供了有效解决方案,能够在保护数据隐私的基础上,增强网络模型泛化性,进一步地提升网络模型在全局数据上的重建性能。

关键词：计算机断层成像低剂量联邦学习图像重建

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融合表示学习的中医面部穴位检测框架

电子科技大学学报 2023年第2期52卷 175-181页

作者：张婷婷杨红雨林毅四川大学计算机学院成都610065

现有智能穴位检测方法存在依赖红外等外部设备、特征表示挖掘不足、穴位检测精度较低等问题。在分析穴位检测需求的基础上,将其定义为基于视觉图像的关键点检测任务,提出融合特征表示学习的中医面部穴位检测模型框架FADbR。首先,构建基... 详细信息

现有智能穴位检测方法存在依赖红外等外部设备、特征表示挖掘不足、穴位检测精度较低等问题。在分析穴位检测需求的基础上,将其定义为基于视觉图像的关键点检测任务,提出融合特征表示学习的中医面部穴位检测模型框架FADbR。首先,构建基于自监督学习机制的对抗自编码网络模型,通过人脸图像重建任务实现特征表示学习,利用神经网络提取人脸隐性知识,深度挖掘面部抽象特征。随后,基于自监督学习对抗自编码器构建监督学习面部穴位检测模型,充分利用学习到的人脸隐性知识提高智能面部穴位检测精度。最后,基于现有人脸数据库构建稠密人脸穴位数据集FAcupoint并用于方法验证。实验结果表明,FADbR可以通过表示学习挖掘面部关键特征支撑穴位检测任务,即使在少量训练样本的情况下也能够获得较好的检测性能。

关键词：对抗自编码器穴位识别图像重建自监督学习中医

面向CFRP损伤检测的改进L1正则化EIT方法

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振动与冲击 2022年第2期41卷 265-270,280页

作者：范文茹王驰中国民航大学电子信息与自动化学院天津300300

由于碳纤维复合材料(carbon fiber reinforced polymer,CFRP)具有导电特性,因此可利用电阻抗层析成像(electrical impedance tomography,EIT)技术实现结构损伤检测。考虑EIT电极位置、数量有限以及电场软场特性的影响,其灵敏度矩阵呈现... 详细信息

由于碳纤维复合材料(carbon fiber reinforced polymer,CFRP)具有导电特性,因此可利用电阻抗层析成像(electrical impedance tomography,EIT)技术实现结构损伤检测。考虑EIT电极位置、数量有限以及电场软场特性的影响,其灵敏度矩阵呈现非均匀分布特征,导致场域内不同位置成像效果差别较大。该研究基于传统L1正则化的边缘锐化特性,提出了一种改进L1正则化方法。该方法通过分析损伤重建电导率分布规律,发现其在各邻域梯度分布的特征,并利用此特征保留L1正则化可能滤除的有效数据,在保证重建图像锐利边缘的同时,改善了不均匀灵敏度分布导致的区域成像精度差别。为验证所提出方法的有效性,仿真中设计了不同类型、不同相对位置的损伤模型,并且通过搭建的16电极EIT测试系统对损伤CFRP样品进行测试。仿真和试验结果表明,改进后的L1正则化方法不仅能重建更多位置上的损伤图像,而且不同程度地提高了各类损伤重建图像的精度。

关键词：碳纤维复合材料(CFRP) 损伤评估电阻抗层析成像(EIT) 改进L1正则化图像重建

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复合扫描计算机分层成像研究

仪器仪表学报 2022年第12期43卷 178-187页

作者：周鹏伍席雅睿朱国荣袁伟刘丰林重庆大学机械与运载工程学院重庆400044 重庆大学工业CT无损检测教育部工程研究中心重庆400044 重庆大学光电技术及系统教育部重点实验室重庆400044

针对薄板类工件成像,计算机分层成像(CL)技术因无损、直观而应用广泛。CL成像方法主要分为直线扫描和圆周扫描,直线扫描效率高,圆周扫描数据均匀性好。然而,由于两者的投影数据均不完备,均存在分层图像混叠及图像边缘不清晰的问题。基于... 详细信息

针对薄板类工件成像,计算机分层成像(CL)技术因无损、直观而应用广泛。CL成像方法主要分为直线扫描和圆周扫描,直线扫描效率高,圆周扫描数据均匀性好。然而,由于两者的投影数据均不完备,均存在分层图像混叠及图像边缘不清晰的问题。基于此,提出了一种复合扫描CL(HyCL)成像方法,由直线扫描和圆周扫描组成。建立了几何模型,采用同时迭代重建图像(SIRT)算法进行了仿真及成像实验,分析了成像效果及层间混叠表现。实验结果表明,相比于相对平行直线移动扫描CL(PTCL)、正交直线移动扫描CL(OTCL)及圆周扫描CL(RCL),HyCL的重建结果能够有效减少混叠伪影,图像特征轮廓信息能够保留得较为清晰且均匀,对比度更好。

关键词：计算机分层成像直线扫描圆周扫描复合扫描图像重建

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图像重建下视觉信息传达优化方法仿真

计算机仿真 2023年第6期40卷 212-215,254页

作者：聂青青张文博山西农业大学山西晋中030801

若图像较为模糊或出现破损情况,会直接降低图像的信息传达质量。为提升图像的视觉信息传达效果,提出基于图像重建的视觉信息传达效果优化方法。对原始图像展开去噪处理,基于去噪结果提取图像相关特征向量,结合PCANet模型实现图像重构,... 详细信息

若图像较为模糊或出现破损情况,会直接降低图像的信息传达质量。为提升图像的视觉信息传达效果,提出基于图像重建的视觉信息传达效果优化方法。对原始图像展开去噪处理,基于去噪结果提取图像相关特征向量,结合PCANet模型实现图像重构,初步提升图像的视觉信息传达效果;基于图像重构结果,从图像亮度增强与图像细节增强两个方面优化图像信息;最后将二者整合,提升重构图像的亮度、细节信息,完成图像视觉信息传达效果优化,并通过设计UI界面将优化效果展示给用户。实验结果表明,利用所提方法开展视觉信息传达效果优化时,增强了信息的传达效果,图像细节信息得到了完善。

关键词：图像重建视觉信息传达效果优化图像去噪图像增强