一种树木内部缺陷检测数据的成像算法制造技术

一种树木内部缺陷检测数据的成像算法，属于树木内部缺陷检测技术领域，本发明专利技术为了解决传统检测技术与算法忽略了衍射效应的影响，不能满足对活立木进行无损检测的问题。步骤a，设备布置；步骤b，网格划分；步骤c，利用公式计算出发射器发出的信号到达采样点后返回到接收器的时间矩阵；步骤d，应用线性插值方法，将每一个元素对应的电场按累计公式在N个传感器得到的电场值累加，得到电场矩阵；步骤e，将针对每一个采样点计算得到电场矩阵以彩色云图的形式表示出来，从而完成对活立木内部缺陷的检测与成像。本发明专利技术的一种树木内部缺陷检测数据的成像算法可以将采集到的信号进行成像，通过图像显示系统显示到设备显示器上。

An Image Algorithms for Inside Defect Detection Data of Trees

【技术实现步骤摘要】
一种树木内部缺陷检测数据的成像算法
本专利技术涉及一种成像方法，具体涉及一种树木内部缺陷检测数据的成像算法，属于树木内部缺陷检测

技术介绍
电磁波技术能够对目标物体进行完全无损的探测，与应力波、超声波、X射线扫描等方法比，其精度高、无污染、探测安全，因此越来越多地被用于木材和树木的探测。当电磁波在介质中传播时，会穿过电特性有差异的平面，部分电磁波被反射，并被接收天线接收。通过计算分析电磁波在传播过程中的直达波和散射波，从而得到电磁波在树木内部介质传播情况，并结合树木截面轮廓信息呈现树木内部可视化图像，准确判断树木内部结构情况，对保护珍贵古树名木和林区病虫害防治提供了重要依据。采用电磁波技术对活立木进行无损检测以判断活立木内部是否存在缺陷(空洞或腐朽)主要研究难点在于缺陷识别。传统的电磁波无损检测技术是以雷达——声纳原理为基础，根据缺陷的脉冲回波，对材料进行定性分析的。这种技术只利用了电磁波的散射性，忽略了衍射效应的影响，在使用上常常受到缺陷的形状、材料的表面粗糙度等因素的限制，因而不能满足对活立木进行无损检测的需要，即电磁波散射的反问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种树木内部缺陷检测数据的成像算法，以解决传统检测技术与算法忽略了衍射效应的影响，不能满足对活立木进行无损检测的问题。。基于一种树木内部缺陷检测数据的成像算法，包括以下步骤：步骤a，设备布置；在树木的圆周上，均匀放置N个发射器和N个接收机，在一个采集周期内，阵列的每一个发射器均发射出一个电磁脉冲，对每一个发射器，接收机均接收一个Ascan信号；步骤b，网格划分；以空气区域的中心为圆心，接收器到圆心的距离为半径，做该圆的内接正四边形，得到该内接正四边形的顶点坐标(x1，y1)，(x2，y2)，该内接四边形的边长按照一定的步进将整个区域进行划分，得到N1×N2个坐标点作为采样点；步骤c，分别计算每一个采样点到发射器及接收器的距离和，从而得到一个三维矩阵DN1×N2×N，利用公式计算出发射器发出的信号到达采样点后返回到接收器的时间矩阵tN1×N2×N；步骤d，应用线性插值方法，从步骤2中得到的N组数据找到时间矩阵tN1×N2×N中每一个元素对应的电场ES(x，t)，将电场ES(x，t)按累计公式在N个传感器得到的电场值累加，得到电场矩阵Ik(Z)；步骤e，将针对每一个采样点计算得到电场矩阵Ik(Z)N1×N2以彩色云图的形式表示出来，图中有亮斑的区域即为活立木内部缺陷，从而完成对活立木内部缺陷的检测与成像。优选的：步骤c中的计算公式为：其中c＝3×108m/s，τ是跟波长相关的时间常数，j＝1，2，...，N，k＝1。优选的：步骤d中的累加公式为：其中ES(x，t)为时间矩阵tN1×N2×N中每一个元素对应的电场，Ik(Z)为电场矩阵。本专利技术与现有产品相比具有以下效果：主控处理器控制时需控制电路产生持续信号或同步脉冲信号和设备采集信号，该信号通过电磁波发射器的发射天线传输到树木内部，当信号在不同介电常数的目标时在分界面形成散射，从而形成回波信号。时序控制电路产生的设备采集信号控制数据采样电路，将接收天线处的信号采集出来，通过主控处理器送入信号处理系统进行放大、滤波等处理，在此处加入成像算法，则可以将采集到的信号进行成像，通过图像显示系统显示到设备显示器上。附图说明图1是树木内部缺陷成像设备结构框图；图2是网格划分工作原理图；图3是电磁波在树木内部传播示意图。具体实施方式下面详细阐述本专利技术优选的实施方式。本专利技术所述的一种树木内部缺陷检测数据的成像算法包括以下步骤：步骤a，设备布置；在树木的圆周上，均匀放置N个发射器和N个接收机，在一个采集周期内，阵列的每一个发射器均发射出一个电磁脉冲，对每一个发射器，接收机均接收一个Ascan信号；步骤b，网格划分；以空气区域的中心为圆心，接收器到圆心的距离为半径，做该圆的内接正四边形，得到该内接正四边形的顶点坐标(x1，y1)，(x2，y2)，该内接四边形的边长按照一定的步进将整个区域进行划分，得到N1×N2个坐标点作为采样点；步骤c，分别计算每一个采样点到发射器及接收器的距离和，从而得到一个三维矩阵DN1×N2×N，利用公式计算出发射器发出的信号到达采样点后返回到接收器的时间矩阵tN1×N2×N；步骤d，应用线性插值方法，从步骤2中得到的N组数据找到时间矩阵tN1×N2×N中每一个元素对应的电场ES(x，t)，将电场ES(x，t)按累计公式在N个传感器得到的电场值累加，得到电场矩阵Ik(Z)；步骤e，将针对每一个采样点计算得到电场矩阵Ik(Z)N1×N2以彩色云图的形式表示出来，图中有亮斑的区域即为活立木内部缺陷，从而完成对活立木内部缺陷的检测与成像。进一步：步骤c中的计算公式为：其中c＝3×108m/s，τ是跟波长相关的时间常数，j＝1，2，...，N，k＝1。进一步：步骤d中的累加公式为：其中ES(x，t)为时间矩阵tN1×N2×N中每一个元素对应的电场，Ik(Z)为电场矩阵。其中，考虑电磁波垂直入射树干表面，电场可写成E(x)＝(0；0；u(x))的形式，其边界条件为根据公式：CurlcurlE(x)＝-ΔE(x)+graddivE(x)可推导出麦克斯韦方程组的简化波动方程，如下所示：电磁波在树木内部传播示意图如图3所示。树木内部缺陷成像设备结构框图如图1所示。主控处理器是整个系统的核心，首先主控处理器控制时需控制电路产生持续信号或同步脉冲信号和设备采集信号，该信号通过电磁波发射器的发射天线传输到树木内部，当信号在不同介电常数的目标时在分界面形成散射，从而形成回波信号。时序控制电路产生的设备采集信号控制数据采样电路，将接收天线处的信号采集出来，通过主控处理器送入信号处理系统进行放大、滤波等处理，在此处加入上述成像算法，则可以将采集到的信号进行成像，通过图像显示系统显示到设备显示器上。反演树木内部缺陷的工作原理是：在树木的圆周上，均匀放置N个发射器和N个接收机，在一个采集周期内，阵列的每一个发射器均发射出一个电磁脉冲，对每一个发射器，接收机均接收一个Ascan信号。完成发射和接收后，对所需要进行的成像区域进行网格划分，如图2所示，并对网格上每一个采样点按照算法进行电场叠加计算，在网格各点求和之前，需对接收信号计算相应相移。网格各点均完成重构后，循环结束。本实施方式只是对本专利的示例性说明，并不限定它的保护范围，本领域技术人员还可以对其局部进行改变，只要没有超出本专利的精神实质，都在本专利的保护范围内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种树木内部缺陷检测数据的成像算法，其特征在于，包括以下步骤：步骤a，设备布置；在树木的圆周上，均匀放置N个发射器和N个接收机，在一个采集周期内，阵列的每一个发射器均发射出一个电磁脉冲，对每一个发射器，接收机均接收一个Ascan信号；步骤b，网格划分；以空气区域的中心为圆心，接收器到圆心的距离为半径，做该圆的内接正四边形，得到该内接正四边形的顶点坐标(x1，y1)，(x2，y2)，该内接四边形的边长按照一定的步进将整个区域进行划分，得到N1×N2个坐标点作为采样点；步骤c，分别计算每一个采样点到发射器及接收器的距离和，从而得到一个三维矩阵DN1×N2×N，利用公式计算出发射器发出的信号到达采样点后返回到接收器的时间矩阵tN1×N2×N；步骤d，应用线性插值方法，从步骤2中得到的N组数据找到时间矩阵tN1×N2×N中每一个元素对应的电场E

【技术特征摘要】
1.一种树木内部缺陷检测数据的成像算法，其特征在于，包括以下步骤：步骤a，设备布置；在树木的圆周上，均匀放置N个发射器和N个接收机，在一个采集周期内，阵列的每一个发射器均发射出一个电磁脉冲，对每一个发射器，接收机均接收一个Ascan信号；步骤b，网格划分；以空气区域的中心为圆心，接收器到圆心的距离为半径，做该圆的内接正四边形，得到该内接正四边形的顶点坐标(x1，y1)，(x2，y2)，该内接四边形的边长按照一定的步进将整个区域进行划分，得到N1×N2个坐标点作为采样点；步骤c，分别计算每一个采样点到发射器及接收器的距离和，从而得到一个三维矩阵DN1×N2×N，利用公式计算出发射器发出的信号到达采样点后返回到接收器的时间矩阵tN1×N2×N；步骤d，应用线性插值方法，从步骤2中得到的...

【专利技术属性】
技术研发人员：周宏威，周宏举，孙丽萍，谢鹏浩，
申请(专利权)人：东北林业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23