一种林木应力波断层成像的速度误差校正方法技术

本发明专利技术公开了一种林木应力波断层成像的速度误差校正方法，包括以下步骤：生成木材横截面模拟图，对木材横截面模拟图进行网格划分；计算木材横截面模拟图中网格单元的传播速度；计算木材横截面模拟图中网格单元的传播速度相对误差值；根据投票机制对木材横截面模拟图中非边缘网格单元的传播速度相对误差值进行校正；根据校正后的木材横截面模拟图中网格单元的传播速度相对误差值对该木材横截面模拟图中网格单元进行填色，形成该木材横截面的断层成像。本发明专利技术方法在传统的应力波速度反演成像算法基础上，利用速度误差校正机制对反演结果进行优化，形成的木材横截面断层成像准确率高，可以准确检测出木材内部是否存在缺陷以及识别缺陷的面积及形状。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于木材无损检测
，具体是涉及一种林木应力波断层成像的速度误差校正方法。
技术介绍
面对木材资源匮乏的现状，如何提高木材利用率，促进我国林业现代化的可持续发展，已成为林业工作者关注的焦点。木材无损检测对于发现林木内部缺陷，防止腐朽扩散，提高木材利用率具有重要意义。应力波无损检测技术具有低成本、操作方便、无辐射，不受被测木材的大小形状影响等优点，已经在林木无损检测中得到了广泛的应用。虽然现在国际上主流的林木应力波无损检测产品如德国的ARBOTOM和PICUS以及匈牙利的FAKOPP都提供了二维或三维断层成像功能，但成像效果和检测精度仍然有待提高。
技术实现思路
专利技术目的：为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术提供一种林木应力波断层成像的速度误差校正方法，利用速度误差校正机制对速度反演结果进行优化，利用该方法可以准确检测出木材内部是否存在缺陷以及识别缺陷的面积及形状，与其他方法相比，本专利技术方法准确率高。技术方案：为实现上述目的，本专利技术的一种林木应力波断层成像的速度误差校正方法，包括以下步骤：S1生成木材横截面模拟图，对该木材横截面模拟图进行网格划分；S2计算所述木材横截面模拟图中网格单元的传播速度；S3计算所述木材横截面模拟图中网格单元的传播速度相对误差值；S4根据投票机制对所述木材横截面模拟图中非边缘网格单元的传播速度相对误差值进行校正；S5根据校正后的所述木材横截面模拟图中网格单元的传播速度相对误差值对该木材横截面模拟图中网格单元进行填色，形成该木材横截面的断层成像。进一步地，对所述木材横截面模拟图进行网格划分基准是以该木材横截面模拟图轮廓为内切圆，对该内切圆的外切正四边形进行网格划分，设该外切正四边形的边长为a，则划分成a*a个网格单元，设所述木材横截面中网格单元的个数为m。进一步地，所述步骤S2包括以下步骤：S21利用应力波时间测定仪测量应力波在木材内部的传播时间tj，tj表示第j条应力波传播路径的传播时间，j＝(1,2,…,n)；S22计算应力波传播路径在所述木材横截面模拟图中网格单元上的分割距离dij，i＝(1,2,…,m)，dij表示第j条应力波传播路径在木材横截面模拟图中第i个网格单元上的分割长度，j＝(1,2,…,n)；S23通过方程组(一)计算所述木材横截面模拟图中网格单元的慢度pi，pi表示木材横截面模拟图中第i个网格单元的慢度，i＝(1,2,…,m)：S24通过公式(一)计算所述木材横截面模拟图中网格单元的传播速度：其中，vi表示木材横截面模拟图中第i个网格单元的传播速度，i＝(1,2,…,m)。进一步地，所述步骤S22中，基于零点法求交点坐标的方法确定应力波传播路径与所述木材横截面模拟图中网格单元的交点，具体步骤如下：确定应力波传播路径直线的方程式；确定所述木材横截面模拟图中网格线的方程式；将应力波传播路径直线的方程式与所述木材横截面模拟图中网格线的方程式作差构成新的方程式；求解该新的方程式的零点，该零点即为应力波传播路径与所述木材横截面模拟图中网格线的交点，该应力波传播路径对应的发射传感器和接收传感器的位置坐标即为该应力波传播路径与所述木材横截面模拟图边界的两个交点；以该应力波传播路径对应的发射传感器的位置为起点，以该应力波传播路径对应的接收传感器的位置为终点，将该应力波传播路径与所述木材横截面模拟图中网格线的交点按照该交点与起点之间的距离排序，计算排序好的相邻两个交点之间的欧式距离，该欧式距离即为该应力波传播路径在所述木材横截面模拟图中网格单元上的分割距离。进一步地，所述步骤S3中，根据公式(二)计算所述木材横截面模拟图中网格单元的传播速度相对误差值：其中，δi表示所述木材横截面模拟图中第i个网格单元的传播速度相对误差值，vi表示木材横截面模拟图中第i个网格单元的传播速度，vref表示预设参考速度，i＝(1,2,…,m)。进一步地，所述步骤S4包括以下步骤：S41遍历校正所述木材横截面模拟图中非边缘网格单元的传播速度相对误差值；S42判断非边缘网格单元的上、下、左、右四个邻居网格单元的传播速度相对误差值，如果四个邻居网格单元中有三个或三个以上的传播速度相对误差值大于或等于10％，则将该非边缘网格单元的传播速度相对误差值校正为10％；如果四个邻居网格单元中有三个或三个以上的传播速度相对误差值小于10％，则将该非边缘网格单元的传播速度相对误差值校正为[0,10％)的随机数；S43经过一次遍历校正后，判断所述木材横截面模拟图中网格单元的传播速度相对误差值是否发生变化，若发生变化则进入S41，否则进入S5。进一步地，所述步骤S5中，根据遍历校正后的所述木材横截面模拟图中网格单元的传播速度相对误差值对所述木材横截面模拟图中网格单元进行填色，若所述木材横截面模拟图中网格单元的传播速度相对误差值小于10％，则将对应的网格单元填充为颜色一；若所述木材横截面模拟图中网格单元的传播速度相对误差值大于或等于10％，则将对应的网格单元填充为颜色二，形成该木材横截面的断层成像。有益效果：本专利技术与现有技术比较，具有的优点是：本专利技术方法首先具体是通过LSQR(LeastSquareQR-factorization)最小平方QR分解法求解速度反演方程组，通过反演计算得到木材横截面上各网格单元的应力波传播速度，然后求出各网格单元的传播速度相对误差值，接着通过速度误差校正机制对传播速度相对误差值进行误差校正，最后根据校正后的网格单元的传播速度相对误差值对木材横截面进行填色，形成该木材横截面的断层成像；本专利技术方法在传统的应力波速度反演成像算法基础上，利用速度误差校正机制对反演结果进行优化，形成的木材横截面断层成像准确率高，可以准确检测出木材内部是否存在缺陷以及识别缺陷的面积及形状。附图说明图1是本专利技术方法流程图。图2是应力波木材无损检测实验平台。图3是采用本专利技术方法对被测木材进行试验得到的木材横截面的断层成像。图4是图3中采用的被测木材的同一横截面实际缺陷情况图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作更进一步的说明。本专利技术提出了一种林木应力波断层成像的速度误差校正方法，参照图1，包括以下步骤，S1生成木材横截面模拟图，对该木材横截面模拟图进行网格划分；S2计算所述木材横截面模拟图中网格单元的传播速度；S3计算所述木材横截面模拟图中网格单元的传播速度相对误差值；S4根据投票机制对所述木材横截面模拟图中非边缘网格单元的传播速度相对误差值进行校正；S5根据校正后的所述木材横截面模拟图中网格单元的传播速度相对误差值对该木材横截面模拟图中网格单元进行填色，形成该木材横截面的断层成像。实施例：在2016年度江苏省普通高效专业学位研究生实践创新计划项目-林木内部应力波传播仿真及成像算法研究(项目编号为SJLX16_0499)中，通过实验来实现本实施例，本实施例中，采用12个传感器，首先生成木材横截面模拟图，对该模拟图进行网格划分，对木材横截面模拟图进行网格划分基准是以该木材横截面模拟图轮廓为内切圆，对该内切圆的外切正四边形进行网格划分，设该外切正四边形的边长为a，则划分成a*a个网格单元，设所述木材横截面中网格单元的个数为m；如图3所示，图3中在该木材横截面轮廓上等分12等分，将该木材横截面轮廓模拟成正圆(模本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种林木应力波断层成像的速度误差校正方法，其特征在于：包括以下步骤：S1生成木材横截面模拟图，对该木材横截面模拟图进行网格划分；S2计算所述木材横截面模拟图中网格单元的传播速度；S3计算所述木材横截面模拟图中网格单元的传播速度相对误差值；S4根据投票机制对所述木材横截面模拟图中非边缘网格单元的传播速度相对误差值进行校正；S5根据校正后的所述木材横截面模拟图中网格单元的传播速度相对误差值对该木材横截面模拟图中网格单元进行填色，形成该木材横截面的断层成像。

【技术特征摘要】
1.一种林木应力波断层成像的速度误差校正方法，其特征在于：包括以下步骤：S1生成木材横截面模拟图，对该木材横截面模拟图进行网格划分；S2计算所述木材横截面模拟图中网格单元的传播速度；S3计算所述木材横截面模拟图中网格单元的传播速度相对误差值；S4根据投票机制对所述木材横截面模拟图中非边缘网格单元的传播速度相对误差值进行校正；S5根据校正后的所述木材横截面模拟图中网格单元的传播速度相对误差值对该木材横截面模拟图中网格单元进行填色，形成该木材横截面的断层成像。2.根据权利要求1所述的林木应力波断层成像的速度误差校正方法，其特征在于：对所述木材横截面模拟图进行网格划分基准是以该木材横截面模拟图轮廓为内切圆，对该内切圆的外切正四边形进行网格划分，设该外切正四边形的边长为a，则划分成a*a个网格单元，设所述木材横截面中网格单元的个数为m。3.根据权利要求1所述的林木应力波断层成像的速度误差校正方法，其特征在于：所述步骤S2包括以下步骤：S21利用应力波时间测定仪测量应力波在木材内部的传播时间tj，tj表示第j条应力波传播路径的传播时间，j＝(1,2,…,n)；S22计算应力波传播路径在所述木材横截面模拟图中网格单元上的分割距离dij，dij表示第j条应力波传播路径在木材横截面模拟图中第i个网格单元上的分割长度，i＝(1,2,…,m)，j＝(1,2,…,n)；S23通过方程组(一)计算所述木材横截面模拟图中网格单元的慢度pi，pi表示木材横截面模拟图中第i个网格单元的慢度，i＝(1,2,…,m)：S24通过公式(一)计算所述木材横截面模拟图中网格单元的传播速度：其中，vi表示木材横截面模拟图中第i个网格单元的传播速度，i＝(1,2,…,m)。4.根据权利要求3所述的林木应力波断层成像的速度误差校正方法，其特征在于：所述步骤S22中，基于零点法求交点坐标的方法确定应力波传播路径与所述木材横截面模拟图中网格单元的交点，具体步骤如下：确定应力波传播路径直线的方程式；确定所述木材横截面模拟图中网格线的方程式；将应力波传播路径直线的方程式与所述木材横截面模拟图中网格线的方程式作差构成新的方程式；求解该新的方程式的零点，该零点即为应力波传播路径与...

【专利技术属性】
技术研发人员：李光辉，焦治，
申请(专利权)人：江南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32