基于速度修正插值法的木材径切面缺陷成像方法技术

本发明专利技术公开了一种基于速度修正插值法的木材径切面缺陷成像方法，包括如下步骤：(1‑1)建立材径切面的模型；(1‑2)测量应力波在传感器间的传播时间，计算传播速度实验值；(1‑3)对传感器测量的速度数据进行修正；(1‑4)将传感器间的线速度转换成交点的点速度；(1‑5)基于交点的速度和坐标，利用插值算法进行成像。本发明专利技术具有成像准确度高、成像速度快的特点。

Imaging method of cutting surface defect of wood based on velocity correction interpolation

The invention discloses a velocity correction interpolation method based on radial section of wood defect imaging, which comprises the following steps: (1 1) building material radial model; (1 2) measurement of stress wave propagation time in between sensors, calculation of propagation velocity of the experimental value; (1 3) speed data the sensor measurement is corrected; (1 4) sensor line speed between the conversion speed intersection; (1 5) speed and the coordinates of the intersection point by using the interpolation algorithm based on imaging. The invention has the characteristics of high imaging accuracy and fast imaging speed.

【技术实现步骤摘要】
基于速度修正插值法的木材径切面缺陷成像方法
本专利技术涉及木材无损检测
，尤其是涉及一种可快速、准确对树木径切面缺陷成像的基于速度修正插值法的木材径切面缺陷成像方法。
技术介绍
随着计算机技术、传感技术及无损检测技术的发展，树木物理、力学性质和缺陷的检测技术也上升到了新的高度。对于木材径切面的成像方法的研究，也逐步的进入了林业科研人员的视野当中。现有技术的应力波无损检测技术存在如下缺点：以横截面为主对木材内部进行检测，不能很好的反映树木内部径向上的缺陷情况，不能直观反映缺陷在树干中的位置及其范围大小。
技术实现思路
本专利技术的专利技术目的是为了克服现有技术中横截面成像方法无法直观反映缺陷的不足，提供了一种可快速、准确对树木径切面缺陷成像的基于速度修正插值法的木材径切面缺陷成像方法。为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种基于速度修正插值法的木材径切面缺陷成像方法，包括如下步骤：(1-1)建立材径切面的模型；(1-2)测量应力波在传感器间的传播时间，计算传播速度实验值；(1-3)对传感器测量的速度数据进行修正；(1-4)将传感器间的线速度转换成交点的点速度；(1-5)基于交点的速度和坐标，利用插值算法进行成像。本专利技术首先建立木材径切面的模型，然后测量得到应力波在传感器间的传播时间并计算其传播速度，对传感器测量的速度数据进行修正，将传感器间的线速度转换成特殊点的点速度，根据特殊点的点速度及其坐标运用插值方法进行成像。本专利技术具有成像准确度高，成像速度快的特点。作为优选，步骤(1-1)包括如下步骤：(2-1)选取树木，测量树木高度为h处的周长和直径d，将m个应力波传感器分别由1至n，其中m＝2n，由上到下的放置在树木横截面右侧，第n+1至m个传感器由下至上的放置在树木左侧；记录每个传感器与地面或某一参考点的高度Hi，1≤i≤m；(2-2)建立树木的径切面坐标模型，以左下角的传感器为坐标的原点，即第n+1个传感器，每个传感器的位置用坐标S(Xi，Yi)表示；得到任意两个位于不同侧的传感器与水平面所成的角度θjk，其中n+1≤j≤m，1≤k≤n。作为优选，步骤(1-2)包括如下步骤：使用脉冲锤按照第1应力波传感器至第m应力波传感器的顺序进行敲击，记录被敲击的应力波传感器之外的其它应力波传感器收到应力波的时刻，计算得到每条应力波传播路径的传播速度实验值作为优选，步骤(1-3)包括如下步骤：利用公式对进行修正，表示修正后的速度数据，k0是常数。作为优选，步骤(1-4)包括如下步骤：(4-1)列出两两传感器之间的连线的直线方程Ljk；得到两两传感器之间连线交点的坐标C(Xc，Yc)；将传感器之间的线速度转换成交点的速度重复步骤(4-1)直到径切面上所有交点的坐标和点速度均已求解。作为优选，步骤(1-5)包括如下步骤：(6-1)基于径切面所有交点的坐标C’(Xc，Yc)和点速度利用空间插值方法对树木的径切面进行插值，在径切面上的选取点速度未知的待插值点在距离该插值点最近的邻域内选择g个已知点速度的计算待插值点的速度大小其中0＜i1＜(H0-Hn)*D；重复步骤(6-1)计算出径切面内所有待插值点的速度；(6-2)对于平面内所有点的速度数据，根据速度大小的差异，从小到大分别映射到红黄绿三种颜色上，完成对木材径切面的缺陷的成像；分别求出中最大的速度vmax和最小的速度Vmin；用e表示木材的缺陷程度，利用公式计算e；当0≤e≤w时，将e映射到红色和黄色之间的某种颜色，当w＜e≤1时，将e映射到黄色和绿色之间的某种颜色来表示树木的缺陷情况。作为优选，传感器位置坐标S(Xi，Yi)的计算方法如下：当1≤i≤n时，Xi＝D/2，Yi＝Hi-Hn/2+1；当n+1≤i≤m时，Xi＝0，Yi＝Hi-Hn/2+1；角度θjk的计算方法如下：如果Hj＞Hk，那么θjk就可以表示为：当Hk＜Hn/2+1时，当Hk＞Hn/2+1时，如果Hj＜Hk，那么θjk就可以表示为：作为优选，利用两点间的距离公式计算出在每个径切面中被敲击的应力波传感器和其它应力波传感器之间的距离D，或者根据所求的的角度θjk来确定该角度对应两个传感器的距离D，计算公式如下：D＝d/sin(θjk)；计算机记录脉冲锤敲击应力波传感器的时刻T1，其它应力波传感器收到应力波信号的时刻T2；用公式计算作为优选，设传感器间连线的直线方程为：Ljk＝(-1)r*tan(θjk)*x+Bjk；其中x表示Ljk中任意两直线交点的横坐标；如果Hj＞Hk，r＝1；如果Hj＜Hk，r＝2；Bjk＝Hj；设两条直线方程y1，y2为：y1＝k1*x+b1，y2＝k2*x+b2，k1＝k2＝(-1)r*tan(θjk)；其中(y1，y2)∈Ljk，利用公式计算C(Xc，Yc)的坐标Xc和Yc；利用公式计算速度其中，VL1至VLn分别表示每条经过交点C(Xc，Yc)的线段所具有的线速度，其中有假设径切面上有n1个交点C(Xc，Yc)，则0＜α≤n1。作为优选，将距离待插值点最近的g个已知点的速度0＜g＜n1，根据与待插值点的距离大小排序得到新的序列用表示，表示第u个与待插值点距离最近的已知点的速度，其中1≤u≤g，表示与待插值点距离最近的已知点的速度，表示与待插值点距离最远的已知点的速度，利用公式计算待插值点的预估值；其中，为邻域内已知点的速度，dumax为第u个与待插值点的距离最远的已知点与待插值点的距离，同时d1max，d2max，...，dumax是一个递减的序列，d0max＝0，dz表示第z个与待插值点的距离最近的已知点。因此，本专利技术具有如下有益效果：成像准确度高，成像速度快。附图说明图1是本专利技术的一种原理框图；图2是本专利技术的树木实物及传感器布置图；图3是本专利技术的树木径切面模型图；图4是本专利技术的未经修正的线速度示例图；图5是本专利技术的修正后的线速度示例图；图6是本专利技术的线速度转换成交点速度的示例图；图7是本专利技术的树木的径切面缺陷成像效果图；图8是本专利技术的一种流程图。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术做进一步的描述。如图8所示，一种基于速度修正插值法的木材径切面缺陷成像方法，包括如下步骤：步骤100，测量树木的直径，布置传感器并测量传感器的位置选取树木，测量树木高度为h处的周长和直径d。将12个应力波传感器分别由1至6，由上到下的放置在树木横截面右侧，第7至12个传感器由下至上的放置在树木左侧。同时记录下每个传感器与地面的高度Hi(1≤i≤m)；步骤200，根据测量的树木直径、传感器位置建立木材径切面模型，然后求S(Xi，Yi)以及角度θjk。建立树木的径切面坐标模型，以左下角的传感器为坐标的原点，即第7个传感器。每个传感器的位置可以用坐标S(Xi，Yi)，来表示。通过计算也可以得到任意两个位于不同侧的传感器与水平面所成的角度θjk，其中7≤j≤12，1≤k≤6；步骤300，利用应力波传感器测量并计算得到传播速度实验值使用脉冲锤按照第1应力波传感器至第12应力波传感器的顺序进行敲击，记录被敲击的应力波传感器之外的其它应力波传感器收到应力波的时刻。计算得到每条应力波传播路径的传播速度实验值步骤400，将测量速度进行修正得到任意两个应力波传感器之间可以形成一条应力波传播路径，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于速度修正插值法的木材径切面缺陷成像方法，其特征是，包括如下步骤：(1‑1)建立材径切面的模型；(1‑2)测量应力波在传感器间的传播时间，计算传播速度实验值；(1‑3)对传感器测量的速度数据进行修正；(1‑4)将传感器间的线速度转换成交点的点速度；(1‑5)基于交点的速度和坐标，利用插值算法进行成像。

【技术特征摘要】
1.一种基于速度修正插值法的木材径切面缺陷成像方法，其特征是，包括如下步骤：(1-1)建立材径切面的模型；(1-2)测量应力波在传感器间的传播时间，计算传播速度实验值；(1-3)对传感器测量的速度数据进行修正；(1-4)将传感器间的线速度转换成交点的点速度；(1-5)基于交点的速度和坐标，利用插值算法进行成像。2.根据权利要求1所述的基于速度修正插值法的木材径切面缺陷成像方法，其特征是，步骤(1-1)包括如下步骤：(2-1)选取树木，测量树木高度为h处的周长和直径d，将m个应力波传感器分别由1至n，其中m＝2n，由上到下的放置在树木横截面右侧，第n+1至m个传感器由下至上的放置在树木左侧；记录每个传感器与地面或某一参考点的高度Hj，1≤i≤m；(2-2)建立树木的径切面坐标模型，以左下角的传感器为坐标的原点，即第n+1个传感器，每个传感器的位置用坐标S(Xi，Yi)表示；得到任意两个位于不同侧的传感器与水平面所成的角度θjk，其中n+1≤j≤m，1≤k≤n。3.根据权利要求1所述的基于速度修正插值法的木材径切面缺陷成像方法，其特征是，步骤(1-2)包括如下步骤：使用脉冲锤按照第1应力波传感器至第m应力波传感器的顺序进行敲击，记录被敲击的应力波传感器之外的其它应力波传感器收到应力波的时刻，计算得到每条应力波传播路径的传播速度实验值4.根据权利要求3所述的基于速度修正插值法的木材径切面缺陷成像方法，其特征是，步骤(1-3)包括如下步骤：利用公式对进行修正，表示修正后的速度数据，k0是常数。5.根据权利要求1所述的基于速度修正插值法的木材径切面缺陷成像方法，其特征是，步骤(1-4)包括如下步骤：(5-1)列出两两传感器之间的连线的直线方程Ljk；计算得到两两传感器之间连线交点的坐标C(Xc，Yc)；将传感器之间的线速度转换成交点的速度假设径切面上有n1个交点C(Xc，Yc)，则0＜α≤n1；重复步骤(5-1)直到计算出径切面上所有交点的坐标和点速度。6.根据权利要求1所述的基于速度修正插值法的木材径切面缺陷成像方法，其特征是，步骤(1-5)包括如下步骤：(6-1)基于径切面所有交点的坐标C′(Xc，Yc)和点速度利用空间插值方法对树木的径切面进行插值，在径切面上的选取点速度未知的待插值点在距离该插值点最近的邻域内选择g个已知点速度的计算待插值点的速度大小其中0＜i1＜(H0-Hn)*D；重复步骤(6-1)计算出径切面内所有待插值点的速度；(6-2)对于平面内所有点的速度数据，根据速度大小的差异，从小到大分别映射到红黄绿三种颜色上，完...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯海林，郑泽宇，杜晓晨，方益明，
申请(专利权)人：浙江农林大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33