高溫合金空心渦輪葉片被譽(yù)為航空發(fā)動機(jī)“皇冠上的明珠”,是影響發(fā)動機(jī)性能和安全的關(guān)鍵部件,其鑄造精度及檢測尤為重要。如果渦輪葉片存在微裂紋、壁厚不均或尺寸超差等缺陷,會極大降低葉片的服役性能,嚴(yán)重時甚至?xí)l(fā)生發(fā)動機(jī)爆炸等惡性事故。因此發(fā)動機(jī)渦輪葉片的尺寸檢測、無損探傷是迫切需要解決的關(guān)鍵技術(shù)難題。研究快速有效的無損檢測和高質(zhì)量成像技術(shù),對解決渦輪葉片檢測和發(fā)動機(jī)研制至關(guān)重要。本文針對航空發(fā)動機(jī)渦輪葉片工程檢測中存在的散射和射束硬化影響成像質(zhì)量及重建圖像質(zhì)量差等問題,對CBCT系統(tǒng)成像過程中的噪聲、散射、射束硬化偽影校正和病態(tài)投影重建技術(shù)進(jìn)行深入系統(tǒng)研究。針對CBCT成像中存在的若干關(guān)鍵技術(shù)和難點問題,進(jìn)行了CBCT掃描成像分析、結(jié)構(gòu)特征偵測的散射場估計、基于硬化曲線建模與偵測的射束硬化-散射偽影校正、葉片特征偵測的病態(tài)投影重建等問題,并通過仿真和實際數(shù)據(jù)驗證了本文相關(guān)算法的有效性。主要研究內(nèi)容包括:1、針對渦輪葉片成像質(zhì)量問題,給出了整個CBCT投影成像過程表征,同時對渦輪葉片成像過程中的影響因素進(jìn)行描述,分析了CT系統(tǒng)成像知識及渦輪葉片特性。在成像噪聲和偽影產(chǎn)生機(jī)理基礎(chǔ)上,討論了曝光參數(shù)、量子噪聲、探測器響應(yīng)與輸出等因素對渦輪葉片成像的影響。結(jié)合渦輪葉片特點,重點分析了葉片投影及重建偽影特性,給出了抑制成像噪聲及偽影的處理方法。最后,根據(jù)整個投影成像鏈及各個環(huán)節(jié)因素對成像質(zhì)量的影響,提出了實現(xiàn)CBCT高質(zhì)量成像的相關(guān)策略。2、針對CBCT成像中渦輪葉片散射偽影校正問題,提出了一種光柵散射與結(jié)構(gòu)張量區(qū)域特征建模相結(jié)合的散射估計方法。該方法以單光柵散射偵測和葉片投影的梯度信息為先驗知識,通過投影圖像的特征區(qū)域劃分與建模,結(jié)合局部角度位置光柵散射偵測信息,得到不同區(qū)域的投影-散射模型參數(shù)知識,完成基于角度序列投影圖像的散射場估計。實驗結(jié)果證明,通過結(jié)構(gòu)區(qū)域特征得到的散射場,可以有效的解決角度序列的散射場估計問題。最后通過對不同散射獲取方法的比較,得出結(jié)構(gòu)區(qū)域散射估計更接近光柵散射場分布。3、針對渦輪葉片成像過程中射束硬化及散射耦合偽影對成像質(zhì)量的影響問題,首先在射束硬化行為分析的基礎(chǔ)上,完成了射線硬化的路徑知識偵測,提出了一種基于二值化圖像的射束硬化曲線模型偵測方法。然后對DR投影在投影域和切片域進(jìn)行散射校正;通過分析和比較不同校正結(jié)果,進(jìn)一步完成了基于模型修正的射束硬化校正方法。實驗結(jié)果表明,散射校正后,散射偽影降低,信噪比提升在10%以上,平均梯度提升在80%以上,射束硬化校正后,杯狀偽影也得到很好抑制,有效的改善了成像質(zhì)量。4、針對渦輪葉片投影采集過程中存在的弱投影或射線無法穿透等病態(tài)投影重建問題,首先對病態(tài)投影特征進(jìn)行偵測,獲取葉片特征知識,然后給出不同病態(tài)投影類型的前期處理方法。針對弱投影信息提出了一種局部投影多幅求平均的方法,提升了該位置弱投影的信噪比;針對射線無法穿透得到的投影,在改進(jìn)的離散代數(shù)重建算法的基礎(chǔ)上,提出了一種混合融合抗噪重建算法,該方法將代數(shù)迭代算法與FDK算法相結(jié)合,通過迭代算法的迭代更新機(jī)制補(bǔ)償病態(tài)投影數(shù)據(jù)下FDK算法的不足,使重建切片信噪比得到改進(jìn)。實驗結(jié)果顯示,應(yīng)用抗噪算法重建得到的切片圖像,其歸一化均方根距離NMSD、歸一化平均絕對距離NAAD、信噪比SNR等提升均在10%以上。
【學(xué)位單位】：西北工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：V263.3;TP391.41
【部分圖文】：

圖 1-1 CBCT 系統(tǒng)組成航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)是飛機(jī)的“心臟”，作為高推重比發(fā)動機(jī)的核輪葉片被譽(yù)為航空發(fā)動機(jī)“皇冠上的明珠”。由于國內(nèi)研制的精約著我國航空發(fā)動機(jī)研制和生產(chǎn)[7]。尤其是渦輪葉片存在微裂

針對散射的軟件校正方法，卷積算法通過把圖像與卷積核進(jìn)行卷積，加權(quán)得到散射。將散射圖像從原始圖像中減掉，進(jìn)而獲得校正投影。加權(quán)函數(shù)是實現(xiàn)散射校正的，其受到各個實驗條件(曝光率、射線能量、管電流等)的影響。近年來，在卷積法上提出了修正卷積法。反卷積法認(rèn)為散射是原始圖像與核函數(shù)反卷積的結(jié)果，其通適的散射點擴(kuò)展函數(shù)與反特性濾波器對圖像濾波，反變化得到散射圖像。CBCT 系

Radon空間、Fourier空間和Image空間關(guān)系示意圖
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