岩石X射线CT信号的分频处理

论文摘要

计算机断层成像(Computed Tomography)简称CT,是X射线照相术与复杂的计算机信号处理方法相结合的产物,它在许多科学领域都得到了应用,80年代后期,它被用于观察岩石的内部结构。CT信号通常用CT数表示,并以图形或图像的形式展示。但是由于计算机灰度图像以及人眼分辨能力的限制,需要提高岩石CT图像分辨率,以便能够在直观分析CT信号时得到准确判断。为了提供高质量清晰的计算机灰度图像,本文从CT机工作原理出发,选择了一组同一试样第一扫描断面的实测CT数据作为研究对象,根据这些CT信号的特点,应用傅立叶变换和小波变换的滤波功能进行分频处理,通过对岩石CT信号进行分解与重构,将CT信号分解为低频信号和高频信号两部分。其中,低频信号反映主体信息,高频信号反映细节信息,总的处理目标是“总体一致,细节突出”。“总体一致”反映了低频信号的可比性,“细节突出”则反映了高频信号的清晰度。通过分频后的CT低频信号对比分析,发现低频信号之间具有一致性,分频之后的高频信号图像分辨率比分频前有所提高,并与裂纹有明显的对应关系。分频处理表明,CT低频信号是一种确定性信号,相互之间具有可比性,反映了岩石试样内部结构的总体特征;CT高频信号则表现为一种随机信号,它反映了岩石试样受外荷载作用过程中岩石内部密度的变化和CT机引起的随机干扰。通过分频处理显示两种CT图像,可显著提高图像分辨率。为了获得试样在加荷过程中其内部结构的变化,采用了同心环和裂隙域两种统计方案对高频CT信号进行数据统计,统计表明,应用两种方法得到的统计结果具有相似的规律,说明利用傅立叶或小波方法进行分频处理结果具有可比性,对提高CT信号图像的分辨率有重要作用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1.绪论
• 1.1 课题的研究背景与意义
• 1.2 岩石X射线CT研究现状
• 1.3 本文的研究内容
• 1.4 本文的内容安排
• 2.岩石CT试验的理论和方法
• 2.1 CT方法概述
• 2.1.1 CT技术的基本原理
• 2.1.2 CT系统组成、功能及工作过程
• 2.2 投影重建图像的数学模型
• 2.2.1 傅立叶切片定理
• 2.2.2 Radon变换
• 2.2.3 Fourier变换法图像重建
• 2.3 CT图像重建算法
• 2.3.1 平行投影重建算法
• 2.3.2 扇束投影重建算法
• 3.岩石X射线CT试验及其信号特征
• 3.1 完整岩石试样CT试验
• 3.2 岩石CT试验结果及其特征分析
• 3.2.1 基于灰度图像的CT信号特征
• 3.2.2 基于三维图形的CT信号特征
• 3.2.3 基于二维图形的CT信号特征
• 4.CT信号的分频处理
• 4.1 基于二维Fourier变换的分频处理
• 4.1.1 傅立叶变换基本原理
• 4.1.2 傅立叶分频处理方法
• 4.1.3 基于三维图形的分频CT信号分析
• 4.1.4 基于灰度图像的分频CT信号分析
• 4.2 基于二维小波变换的分频处理
• 4.2.1 小波变换基本原理
• 4.2.2 小波分频处理方法
• 4.2.3 小波分频处理结果分析
• 5.数据统计
• 5.1 同心圆环统计方案
• 5.2 裂隙域统计方案
• 6.总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献