【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及岩石力学领域，具体涉及融合滤波反投影与专家系统的岩石ct边扫描边重建方法。
技术介绍
1、计算机断层扫描（computed tomography，简称ct）是一种基于x射线成像的非破坏性检测技术，在扫描过程中，x射线束与物体内部的不同组分、结构交互作用，形成透射图像。利用这些透射图像，可以对物体进行三维重建，获取物体结构、尺寸、密度等信息，在岩石力学研究中具有重要意义。
2、滤波反投影算法是一种基于傅里叶变换理论的空间域处理技术，常用于ct图像重建。专家系统是一种基于人工智能的计算机系统，其可以复制和模拟领域专家在特定领域中的问题解决和决策能力；通过收集并利用领域专家的知识与经验，能够处理特定问题、提供建议，并在某些情况下执行复杂的任务。
3、随着地下工程相关领域研究的不断深入，研究人员对岩石结构的高效成像需求不断增加。然而传统的岩石ct扫描与重建方法通常是在完成整个扫描过程后才进行图像重建，导致了扫描和重建任务的串行化，效率低且要求用户根据自身的知识经验设置扫描参数和重建参数；若扫描参数或重建参数设置不准确还需要重新进行扫描工作和重建工作。
技术实现思路
1、为解决上述问题，本专利技术提出了融合滤波反投影与专家系统的岩石ct边扫描边重建方法，包括如下步骤：
2、s101：选定ct扫描设备并为其配备专家系统，所述专家系统包括人机界面、知识获取程序、知识库和推理引擎；所述人机界面是用户、ct领域专家向专家系统输入信息的界面，所述知识获
3、s102：用户向专家系统输入岩石样品的条件，推理引擎根据知识库中的经验进行推理求解得出该岩石样品条件所对应的扫描参数以及重建参数，然后分别发送至扫描程序与重建程序；
4、s103：ct扫描设备的重建程序内嵌有滤波反投影算法，在扫描程序和重建程序之间建立共享内存缓冲区，所述共享内存缓冲区能够接收扫描程序写入的扫描数据，所述重建程序能够读取所述共享内存缓冲区内写入的扫描数据，扫描程序和重建程序之间采用互斥访问共享内存缓冲区机制；
5、s104：确定起始扫描角度，扫描程序进行ct扫描并向共享内存缓冲区写入扫描数据，写入扫描数据时对共享内存缓冲区上锁，写完当前角度的扫描数据时对共享内存缓冲区解锁；
6、重建程序实时判断共享内存缓冲区的状态，并根据共享内存缓冲区的上锁或解锁状态判断已获取的扫描数据是否已是当前角度下所有的扫描数据；若处于解锁状态则表明已获取的扫描数据已是当前角度下所有的扫描数据，取当前角度下所有的扫描数据做为滤波反投影算法的输入进行滤波反投影运算以完成当前角度重建；
7、若处于上锁状态，则表明已获取的扫描数据还不是当前角度下所有的扫描数据，ct扫描程序仍处于当前角度下的扫描状态并向共享内存缓冲区写入扫描数据，重建程序继续判断直至共享内存缓冲区处于解锁状态，然后取当前角度下所有的扫描数据做为滤波反投影算法的输入进行滤波反投影运算以完成当前角度重建；
8、s105：按照步骤s104的方式依次对其他角度下的岩石样品进行扫描与重建工作；将所有角度下的重建图像进行叠加，完成岩石样品的整体重建。
9、优选的，步骤s101中，所述专家系统还包括解释器和综合数据库；所述解释器通过人机界面与用户连接形成交互关系，所述解释器能够将用户的问题转换成可供推理引擎理解的形式；所述推理引擎将推理和求解结果先通过解释器再通过人机界面呈现给用户；所述解释器能够解释推理和求解结果的正确性以及专家系统输出其他候选结果的原因；所述综合数据库用于存放初始事实、问题描述及专家系统运行过程中得到的中间结果、最终结果信息。
10、优选的，步骤s101-s102中，每条经验至少包括岩石样品条件、对应该岩石样品条件的较优的扫描参数、对应该岩石样品条件的较优的重建参数；所述岩石样品条件包括岩性类别、尺寸、图像分辨率要求和扫描方式；所述扫描数据包括最佳射线源曝光时间、最佳射线源曝光电压、最佳射线源曝光电流、sod、sdd、样品台转速；所述重建参数包括hu、beta、窗宽、hv、cph。
11、优选的，步骤s103中，所述在扫描程序和重建程序之间建立共享内存缓冲区包括：基于c++语言使用windows api创建共享内存缓冲区，首先引入<windows.h>头文件，然后使用函数createfilemapping()创建共享内存缓冲区，使用函数mapviewoffile()将共享内存缓冲区映射到扫描进程和重建进程的地址空间；mapviewoffile()返回一个指向映射区域起始地址的指针，所述指针的类型是lpvoid；使用信号量或互斥锁同步机制来管理对共享内存缓冲区的访问。
12、优选的，步骤s104中，重建程序还能够通过射线源曝光时间判断共享内存缓冲区已获取的扫描数据是否已是当前角度下所有的扫描数据，包括：若当前角度下探测器接收辐照信息的时间小于设定的射线源曝光时间，则认为已获取的扫描数据还不是当前角度下所有的扫描数据，当前角度下的扫描工作还未完成；若当前角度下探测器接收辐照信息的时间达到设定的射线源曝光时间，则认为当前角度下的扫描数据采集完成，已获取的扫描数据已是当前角度下所有的扫描数据。
13、优选的，步骤s104中，重建程序还能够通过射线源曝光时间判断共享内存缓冲区已获取的扫描数据是否已是当前角度下所有的扫描数据，具体为：在扫描进程向共享内存缓冲区内写入数据之前，先使用时钟类steady_clock中的now()方法来获取当前时间，然后使用互斥锁类mutex以及锁的辅助类lock_guard对共享内存缓冲区上锁，随后写入扫描数据，紧接着再次获取当前时间，将两次获取到的时间做差，得到当前角度下扫描程序写入扫描数据已经花费的时间；若该时间小于设定的射线源曝光时间，则扫描程序继续写入扫描数据且不解锁，此时重建进程不能进行数据读取。
14、有益效果：本专利技术通过专家系统的推理决策，自动设置扫描参数和重建参数，省去了用户根据经验设置扫描参数和重建参数的步骤。本专利技术在扫描程序和重建程序之间建立共享内存缓冲区，扫描程序和重建程序并行执行，大大提高了ct扫描与重建工作的效率，扫描程序每完成一个角度的扫描后，重建程序立刻对该角度下的扫描数据进行重建，且在重建程序对该角度下的扫描数据进行重建时，扫描程序继续进行下一角度的扫描工作，如此重复，直至完成整个岩石样品的扫描与重建工作。
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1.融合滤波反投影与专家系统的岩石CT边扫描边重建方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的融合滤波反投影与专家系统的岩石CT边扫描边重建方法，其特征在于，步骤S101中，所述专家系统还包括解释器和综合数据库；所述解释器通过人机界面与用户连接形成交互关系，所述解释器能够将用户的问题转换成可供推理引擎理解的形式；所述推理引擎将推理和求解结果先通过解释器再通过人机界面呈现给用户；所述解释器能够解释推理和求解结果的正确性以及专家系统输出其他候选结果的原因；所述综合数据库用于存放初始事实、问题描述及专家系统运行过程中得到的中间结果、最终结果信息。
3.根据权利要求1或2所述的融合滤波反投影与专家系统的岩石CT边扫描边重建方法，其特征在于，步骤S101-S102中，每条经验至少包括岩石样品条件、对应该岩石样品条件的较优的扫描参数、对应该岩石样品条件的较优的重建参数；所述岩石样品条件包括岩性类别、尺寸、图像分辨率要求和扫描方式；所述扫描数据包括最佳射线源曝光时间、最佳射线源曝光电压、最佳射线源曝光电流、射线源到岩石样品的距离、射线源到探测器的距离、样品
4.根据权利要求1所述的融合滤波反投影与专家系统的岩石CT边扫描边重建方法，其特征在于，步骤S103中，所述在扫描程序和重建程序之间建立共享内存缓冲区包括：基于C++语言使用Windows API创建共享内存缓冲区，首先引入<Windows.h>头文件，然后使用函数CreateFileMapping()创建共享内存缓冲区，使用函数MapViewOfFile()将共享内存缓冲区映射到扫描进程和重建进程的地址空间；MapViewOfFile()返回一个指向映射区域起始地址的指针，所述指针的类型是LPVOID；使用信号量或互斥锁同步机制来管理对共享内存缓冲区的访问。
5.根据权利要求1所述的融合滤波反投影与专家系统的岩石CT边扫描边重建方法，其特征在于，步骤S104中，重建程序还能够通过射线源曝光时间判断共享内存缓冲区已获取的扫描数据是否已是当前角度下所有的扫描数据，包括：若当前角度下探测器接收辐照信息的时间小于设定的射线源曝光时间，则认为已获取的扫描数据还不是当前角度下所有的扫描数据，当前角度下的扫描工作还未完成；若当前角度下探测器接收辐照信息的时间达到设定的射线源曝光时间，则认为当前角度下的扫描数据采集完成，已获取的扫描数据已是当前角度下所有的扫描数据。
6.根据权利要求5所述的融合滤波反投影与专家系统的岩石CT边扫描边重建方法，其特征在于，步骤S104中，所述重建程序还能够通过射线源曝光时间判断共享内存缓冲区已获取的扫描数据是否已是当前角度下所有的扫描数据，具体为：在扫描进程向共享内存缓冲区内写入数据之前，先使用时钟类steady_clock中的now()方法来获取当前时间，然后使用互斥锁类mutex以及锁的辅助类lock_guard对共享内存缓冲区上锁，随后写入扫描数据，紧接着再次获取当前时间，将两次获取到的时间做差，得到当前角度下扫描程序写入扫描数据已经花费的时间；若该时间小于设定的射线源曝光时间，则扫描程序继续写入扫描数据且不解锁，此时重建进程不能进行数据读取。
...【技术特征摘要】
1.融合滤波反投影与专家系统的岩石ct边扫描边重建方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的融合滤波反投影与专家系统的岩石ct边扫描边重建方法，其特征在于，步骤s101中，所述专家系统还包括解释器和综合数据库；所述解释器通过人机界面与用户连接形成交互关系，所述解释器能够将用户的问题转换成可供推理引擎理解的形式；所述推理引擎将推理和求解结果先通过解释器再通过人机界面呈现给用户；所述解释器能够解释推理和求解结果的正确性以及专家系统输出其他候选结果的原因；所述综合数据库用于存放初始事实、问题描述及专家系统运行过程中得到的中间结果、最终结果信息。
3.根据权利要求1或2所述的融合滤波反投影与专家系统的岩石ct边扫描边重建方法，其特征在于，步骤s101-s102中，每条经验至少包括岩石样品条件、对应该岩石样品条件的较优的扫描参数、对应该岩石样品条件的较优的重建参数；所述岩石样品条件包括岩性类别、尺寸、图像分辨率要求和扫描方式；所述扫描数据包括最佳射线源曝光时间、最佳射线源曝光电压、最佳射线源曝光电流、射线源到岩石样品的距离、射线源到探测器的距离、样品台转速；所述重建参数包括ct图像中用于表示组织密度的数值hu、影响ct图像的噪声水平和平滑度的参数beta、在显示器上用于显示ct图像的灰度范围的窗宽、ct图像显示的灰度中心值hv、与卷积核有关的参数cph。
4.根据权利要求1所述的融合滤波反投影与专家系统的岩石ct边扫描边重建方法，其特征在于，步骤s103中，所述在扫描程序和重建程序之间建立共享内存缓冲区包括：基于c++语言使用windows api创建共享内存缓冲区，首先引入<windows.h>...
【专利技术属性】
技术研发人员：靳子越，杨冠宇，李海涛，袁红辉，杨森森，张海宽，王嘉敏，
申请(专利权)人：煤炭科学研究总院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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