反射型超聲衍射CT及水中目標(biāo)成像研究.pdf

1、基于聲衍射的層析成像術(shù)，特別是反射型衍射層析成像術(shù)是研究水中目標(biāo)特性的一種極有發(fā)展前途的前沿技術(shù)。探索反射聲學(xué)CT技術(shù)，研究目標(biāo)回波特性的可視化圖形學(xué)計(jì)算方法對(duì)于解決潛艇隱身和主動(dòng)聲納設(shè)計(jì)等問(wèn)題具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和軍事應(yīng)用前景。在對(duì)少投影數(shù)據(jù)下重構(gòu)問(wèn)題進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，本文主要研究方向是針對(duì)水下目標(biāo)可視化的反射型超聲衍射CT的圖像重構(gòu)技術(shù)。該課題是國(guó)防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目“基于反射CT的水中目標(biāo)回波特性的可視化圖形聲學(xué)計(jì)算方法研究”(

2、00JS22.1.1QT0601)中的組成部分。 作者通過(guò)研究和開(kāi)發(fā)所取得的主要成果包括如下幾方面：不完整投影數(shù)據(jù)重構(gòu)問(wèn)題的實(shí)驗(yàn)研究。針對(duì)透射型超聲衍射CT和反射型超聲衍射CT(RMDT)，分別探討了各種不同原因造成的投影數(shù)據(jù)的不完整情況，對(duì)每一種病態(tài)條件下的圖像重構(gòu)問(wèn)題進(jìn)行了具體的實(shí)驗(yàn)研究，得出了一些有用的結(jié)論。另外，也對(duì)最小投影角度重構(gòu)問(wèn)題進(jìn)行了研究分析。這些結(jié)果有力地說(shuō)明在病態(tài)條件仍有可能下進(jìn)行不完全數(shù)據(jù)的圖像重建，以不同

3、的重構(gòu)質(zhì)量滿足實(shí)際需要，從而為衍射CT圖像重構(gòu)的算法研究提供了有價(jià)值的參考。 RMDT圖像重構(gòu)的算法研究。針對(duì)反射型超聲衍射CT，提出了一種基于非均勻快速傅立葉變換(NUFFT)的迭代圖像重構(gòu)算法。此方法利用反向散射場(chǎng)數(shù)據(jù)，將圖像重構(gòu)問(wèn)題定義為一個(gè)2D非均勻Fourier反變換問(wèn)題。由于直接的非均勻Fourier反變換不易實(shí)現(xiàn)，所以采用基于min-max優(yōu)化準(zhǔn)則的非均勻快速Fourier正變換，通過(guò)迭代方法實(shí)現(xiàn)非均勻Fourie

4、r逆變換的快速有效計(jì)算。為了減少迭代次數(shù)加快收斂速度，首先用頻率域插值方法得到重構(gòu)圖像的初值，然后根據(jù)min-max準(zhǔn)則，每經(jīng)過(guò)一次迭代得到重構(gòu)圖像的一個(gè)更新版本，重復(fù)多次迭代直至得到可接受的重構(gòu)結(jié)果。與傳統(tǒng)經(jīng)典算法相比，這種算法具有計(jì)算復(fù)雜度較低，重構(gòu)精度較高的特點(diǎn)。 針對(duì)RMDT技術(shù)用于水下目標(biāo)可視化時(shí)，待檢測(cè)的對(duì)象多是橢球體的情況，利用有效的橢圓檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行重構(gòu)圖像的后處理。利用基于改進(jìn)的隨機(jī)Hough變換的橢圓檢測(cè)技術(shù)，