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1、基于射线追踪的超声CT检测方法研究,答辩人: 学号:,论文总体设计框架,射线追踪算法的理论 速度反演成像 衰减反演成像,1,2,3,射线追踪算法的理论,旅行时线性插值射线追踪算法是一种向前向后追踪算法，它分两步进行：第一步(向前处理)：计算矩形网格模型上所有边界上的旅行时； 第二步(向后处理)：对全部震源一接收点对射线路径进行追踪。,计算旅行思路,向前处理过程 ： 计算激发点(震源)所在单元边界上各计算点的旅行时，如图3.2(a)所示； 计算激发点单元所在列各单元边界上各计算点的旅行时，如图3.2(b)； 由左到右逐列计算激发点单元右侧各列各单元边界上各计算点的旅行时，如图3.2(c)所示；
2、由右到左用和类似的方法逐列计算激发点单元左侧各列各单元边界上各计算点的旅行时； 由下到上逐行重新计算激发点单元上方各行各单元边界上各计算点的旅行时，并与原逐列计算结果对比取其最小值； 由上到下逐行重新计算激发点单元下方各行各单元边界上各计算点的旅行时，并与原逐列计算结果对比取其最小值。,向前处理思路,LTI射线追踪向前（a-c）处理步骤示意图:,追踪射线路径思路,向后处理过程 ： 首先找出接收点所在单元，在单元各边界上找出旅行时最小的离散点，如图3.3（a）所示； 根据第一步得到的离散点找出其相邻线段上的射线交点，如图3.3（b）所示； 将求得的射线交点作为新的接收点，重复上述第步和第步，直至
3、激发单元为止，如图3.3（c）、图3.3（d）所示； 将最后的射线交点与激发点相连接，即完成全部向后处理，如图3.3（e）所示。,向后处理思路,LTI射线追踪向后处理（a-e）步骤示意图：,向后处理思路,LTI射线追踪向后处理（a-e）步骤示意图：,速度反演成像,迭代重建算法的概念重建数值仿真,迭代重建算法的概念,重建数值仿真,数值实验采用均匀背景介质里存在一个速度异常区的非均匀介质模型（如图1所示），其水平方向的宽度为x=35cm，垂直方向的深度为y=30cm，背景区域速度为v0=4000m/s，异常区（即黑色区域）速度为v1=3000m/s。由于本数值模拟中，整个模型比较小，因此取网格为边
4、长5cm的正方形，将整个区域划分6*7为的方格。,重建数值仿真,图1数值模拟模型,重建数值仿真,在图（1）取发射点和接收点S1:S4各四个，最上一排的四个点为发射点，下边的R1:R4四个点为接收点。图中发射点到接收点所引的线段不代表超声波的传播路径，只表示超声波的起始点和接收点。应用SIRT算法重建图形，如图（2）所 示,重建数值仿真,图2 模型不用射线追踪的重建图像,重建数值仿真,从图（2）中根本看不出缺陷区域，主要是速度普遍偏低所致。图（3）和（4）是引入射线追踪算法后，分别用ATR和SIRT重建算法对模型层析的效果图。,重建数值仿真,图3 模型应用ATR的层析图像,重建数值仿真,图4 模
5、型应用SIRT的层析图像,重建数值仿真,可以看出，图（4.5）和（4.6）的层析效果明显优于图（4.4），可见射线追踪算法的引入，在超声层析中占有很重要的地位。又因为超声层析的投影数据还存在不完全且干扰因素多，误差大等缺点，因此本文所选用的线性插值射线追踪算法，更是弥补了这些缺点，在射线追踪一步就进行插值运算，而不用单独对数据进行插值。而且本文还特别针对高损材料中的缺陷多为低速区的特点对，对线性插值射线追踪方法进行了改进。由此可以看出这一改进是成功的。,重建数值仿真,由图（4.5）和（4.6）的比较可以看出，引入射线追踪后应用ART重建的图像（4.5）虽然优于图（4.4），但图像还是很不均匀，
6、且其四周仍有许多低速区，影响层析效果，可能造成误判。而应用SIRT重建的图像，缺陷很明显，其速度在左右，其余区域速度都高于缺陷区，且比较均匀，特别是中间部分，速度都在左右，只有边缘个别区域速度相差稍大，但也都不影响判断。这说明SIRT算法明显优于ART算法，本文的选择是正确的。,重建数值仿真,通过本节的数值仿真，可以证明本文应用射线追踪算法和SIRT重建算法求解像素声速值，从而做出超声CT图像，对高损材料缺陷进行判断是正确的。,衰减反演成像,速度层析成像方法可以用来获得混凝土的内部结构信息，但其分辨率有限，因为声时变化对缺陷性质、大小并不敏感，超声波的衰减对于缺陷物理性质的变化比超声波速度要敏
7、感得多，而且超声波的衰减与混凝土内部缺陷的形状和性质、裂缝的发展密度，以及孔隙率、渗透性等流体性质密切相关，所以衰减层析成像也是全面认识混凝土内部缺陷的有效手段,衰减反演成像,时间域声波衰减成像主要基于两种衰减信息，一是幅值衰减信息，二是上升时间衰减信息。,衰减反演成像,首波幅值的衰减成像是获得吸收系数分布图最直接的方法，但是影响幅值的因素很多，如接触表面平整度、祸合剂的种类和厚度，所以，测试数据的误差大。利用上升时间的衰减成像，只需要测量时间数据就可以估算衰减系数，而且超声波子波的脉冲增宽不受几何扩散、转换损失等因素影响,时间数据的测量也更稳定，所以利用上升时间进行衰减成像比幅值衰减成像更可靠。,谢谢,
