страница - 116
Принцип реализации ПРВТ показан на рис. 3.8.1, т.е. взаимное перемещение объекта контроля* и плоского узкого расходящегося пучка проникающего излучения. При этом единичный приемник излучения или набор единичных приемников (матрица) фиксируют сигнал, определяемый интегральным ослабле-
нием излучения по прямолинейной траектории, соединяющей источник и единичный приемник (детектор). Сигнал детектора в каждом положении определяется толщиной и элементным составом материала объекта по траектории луча.
Система Форпироёания излучения
Система перемещения изделия
Система дет елгпоро £ания
Li-
г1з
IS
4-
Систепа управленияt еинтеъо о оороЗотко monoipann
г
2*J- 25
Рис. 3.8.2. Типичная структура ПРВТ
На самом деле промышленный томограф представляет собой сложную техническую систему, содержащую большое число устройств. Типичная структура промышленного томографа показан на рис. 3.8.2. Комплекс томографа включает в себя четыре системы - систему формирования излучения (1 - 7), систему перемещения изделия (8 - 14), систему детектирования (15 - 20), систему управления комплексом, синтеза и обработки томограмм (21 -25).
Три основные этапа работы томографа:
1)сбор проекционных данных и ввод в
ЭВМ;
2)предварительная обработка данных для их нормирования и учета искажающих влияний;
3)реконструкция, отображение, архивирование.
Первый этап состоит в управлении процессом генерации зондирующего излучения и многоракурсной регистрации излучения, прошедшего объект, аналоговом и аналого-цифровом преобразовании данных и буферизации в памяти системы обработки данных.
Этот этап характеризуется управлением в реальном масштабе времени сканирующей системой с высокой точностью позиционирования или измерения относительного положения объекта и систем зондирования и регистрации, вводом в режиме on-line примерно 106 отсчетов за один цикл измерений в темпе, регламентированном временем сканирования.
Этап предварительной обработки включает максимальное снижение влияния методических и инструментальных погрешностей. Ряд источников погрешностей вызывает необходимость принятия мер для их компенсации. К ним относят:
-непостоянство характеристик излучения по интенсивности, пространству и спектру, формы и длительности импульса при импульсном характере излучения;
-влияние квантовой природы излучения;
-неравномерность относительного движения изделия, неточное определение координат изделия в пространстве в каждый момент;
-неидентичность и непостоянство во времени характеристик детекторов;
-неидентичность и непостоянство во времени характеристик канальной электронной аппаратуры;
-ограничение числа отсчетов в проекции и числа проекций (Погрешность дискретности), ограничение числа дискрет при представлении непрерывного ядра свертки;
-погрешность из-за неточной обработки данных и т.д.
Реализация ПРВТ с высокими характеристиками возможна только при сбалансированных характеристиках систем и подсистем комплекса, оптимизированном выборе параметров элементов ПРВТ. Все это требует математического моделирования на начальной стадии разработки комплекса. Моделированию подлежат физические процессы при трансмиссионном многоракурсном сборе данных в сканирующей подсистеме. Учитывая обусловленность статистического подхода в описании процессов переноса излучения в многокомпозиционных средах, целесообразно использовать метод Монте-Карло для расчетной модели сканирующей системы с объектом контроля. При этом должен моделироваться реальный спектр источника излучения. Математическое моделирование должно способствовать оптимизации энергетических параметров источника излучения, решению композиционных и геометрических задач, отработке технологии производства материалов и конструкции детекторов, определению технических требований к элементам и системам томографа.
Коротко задачи математического моделирования можно сформулировать следующим образом. Пусть объект характеризуется некоторой количественной величиной р, однако измерению подлежит некоторая косвенная величина
Р =
где оператор А определяется как характером объекта и взаимодействия зондирующего излучения с объектом, так и свойствами измерительного комплекса.
При моделировании строится оператор А, адекватно описывающий объект и процедуру измерения, формализуются количественные характеристики ц и р, по р определяются р, для чего приведенное выше уравнение решается относительно р. При этом на первом этапе моделирования выбирается класс функций, моделирующих свойства исследуемого объекта, а также их конечномерная аппроксимация.
В промышленной томографии в качестве объекта можно взять класс функций р, (линейный коэффициент ослабления рентгеновского излучения), финитных в пространстве Л3 и имеющих ограниченную полную
вариацию, а в качестве дискретного аналога класса можно рассматривать Л/дг - конечномерное множество ступенчатых функций, определенных на некоторых разбиениях носителя указанных финитных функций на конечные семейства попарно не пересекающихся подмножеств. Значения функций р или Д е МN характеризуют величину линейного коэффициента ослабления исследуемого объекта.
На втором этапе строят математическую модель р = А\ху описывающую физические процессы, происходящие при распространении излучения в исследуемом объекте для заданной геометрии томографических измерений.
На третьем этапе выбирают и разрабатывают алгоритмы определения значений оператора А на заданном классе функций, моделирующих физические характеристики известного объекта (прямая задача) и по построенным значениям и другой известной информации otj объекте находят устойчивые к малым изменениям исходных данных приближения к искомым физическим характеристикам р (обратная задача).
Наконец, на четвертом этапе целенаправленно оптимизируют конкретные характеристики выбранного варианта структурной организации томографа на основе вариации исходных данных. Для оценки вариантов должен быть выбран критерий оценки. В соответствии с этим критерием выбирают параметры, минимизирующие расхождение между изображением объекта (фантома) и реконструированным изображением.
3.8.2.1. ВЫБОР АЛГОРИТМА РЕКОНСТРУКЦИИ ТОМОГРАФИЧЕСКОГО ИЗОБРАЖЕНИЯ
Все алгоритмы реконструкции изображения сечения объекта по проекционным данным предполагают редукцию основного операторного уравнения метода вычислительной томографии
r» = us;\ = p(1)
к интегральным или дифференциальным уравнениям математической физики, или к системе линейных алгебраических уравнений, нахождение решения которых с соответствующими дополнительными условиями и ограничениями является более простой задачей, чем непосредственное решение (1).
Здесь р - искомое пространственное или пространственно-временное распределение некоторой физической величины, описывающей определенные элементы внутренней структуры исследуемого объекта;
Рис. 3.8.3. Схемы сбора проекционных данных: а - параллельная; б - веерная
F е (I - нормированное функциональное
пространство;- выражение, характеризующее р - интегральная проекция;
р „ , т Лполе проникающего излучения и его источни-
г е р - пространство исходных томог-v J
рафических данных;
содержание:
[стр.Введение] [стр.1] [стр.2] [стр.3] [стр.4] [стр.5] [стр.6] [стр.7] [стр.8] [стр.9] [стр.10] [стр.11] [стр.12] [стр.13] [стр.14] [стр.15] [стр.16] [стр.17] [стр.18] [стр.19] [стр.20] [стр.21] [стр.22] [стр.23] [стр.24] [стр.25] [стр.26] [стр.27] [стр.28] [стр.29] [стр.30] [стр.31] [стр.32] [стр.33] [стр.34] [стр.35] [стр.36] [стр.37] [стр.38] [стр.39] [стр.40] [стр.41] [стр.42] [стр.43] [стр.44] [стр.45] [стр.46] [стр.47] [стр.48] [стр.49] [стр.50] [стр.51] [стр.52] [стр.53] [стр.54] [стр.55] [стр.56] [стр.57] [стр.58] [стр.59] [стр.60] [стр.61] [стр.62] [стр.63] [стр.64] [стр.65] [стр.66] [стр.67] [стр.68] [стр.69] [стр.70] [стр.71] [стр.72] [стр.73] [стр.74] [стр.75] [стр.76] [стр.77] [стр.78] [стр.79] [стр.80] [стр.81] [стр.82] [стр.83] [стр.84] [стр.85] [стр.86] [стр.87] [стр.88] [стр.89] [стр.90] [стр.91] [стр.92] [стр.93] [стр.94] [стр.95] [стр.96] [стр.97] [стр.98] [стр.99] [стр.100] [стр.101] [стр.102] [стр.103] [стр.104] [стр.105] [стр.106] [стр.107] [стр.108] [стр.109] [стр.110] [стр.111] [стр.112] [стр.113] [стр.114] [стр.115] [стр.116] [стр.117] [стр.118] [стр.119] [стр.120] [стр.121] [стр.122] [стр.123] [стр.124] [стр.125] [стр.126] [стр.127] [стр.128] [стр.129] [стр.130] [стр.131] [стр.132] [стр.133] [стр.134] [стр.135] [стр.136] [стр.137] [стр.138] [стр.139] [стр.140] [стр.141] [стр.142] [стр.143] [стр.144] [стр.145] [стр.146] [стр.147] [стр.148] [стр.149] [стр.150] [стр.151]