基于层析成像的温度场重构技术研究

摘要

温度场层析成像技术是一种新的计算机层析成像技术，它是通过测量物体表面的温度值来计算物体内部导热常数的空间分布，是一种新兴的辅助无损检测方式。温度场层析成像技术具有适用范围广、非侵入式、安全性能好、对人体无伤害等优点，为一些零部件的无损检测提供了一种较好的检测方式。温度场层析成像技术的成功应用主要取决于反问题求解的精度及图像重建的质量，本文主要针对温度场层析成像反问题求解及图像算法等关键问题展开研究，主要研究内容如下:
　　1、分析了温度场层析成像技术的基本原理、反问题的定义及温度场层析成像反问题的不适定性，并采用有限元方法求解了温度场刚度系数矩阵;
　　2、探讨了线性反投影算法、Landweber迭代法、Tikhonov正则化法以及广义矢量模式匹配法等目前常用的层析成像反问题求解方法在温度场重构中的适用性;
　　3、对上述方法的仿真分析结果表明，广义矢量匹配算法表现出了较好的成像结果，能够克服温度场层析成像反问题图像重建的不稳定性，重建图像的失真较小且与模型的实际情况相符。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 无损检测技术特点概况

1．1．1 射线检测原理与特点

1．1．2 超声波检测原理与特点

1．1．3 渗透检测原理与特点

1．1．4 磁粉检测原理与特点

1．1．5 涡流检测原理与特点

1．2 基于层析成像的红外技术

1．3 论文研究内容及意义

2 基于层析成像热传导问题的分析

2．1 层析成像技术的原理与特点

2．2 基于层析成像的温度场重构技术基础

2．2．1 各向同性材料的傅里叶定律

2．2．2 各向异性材料的傅里叶定律

2．2．3 热传导的控制方程

2．2．4 初始条件及边界条件

2．3 基于层析成像的温度场重构的关键问题

2．4 本章小结

3 模型内部温度场刚度系数矩阵的推导与计算

3．1 温度场成像正问题的求解方法

3．2 模型内部温度场刚度系数矩阵的推导

3．2．1 有限元法的基本概念

3．2．2 部分插值和基函数

3．2．3 离散化过程

3．2．4 单元分析

3．2．5 总体合成

3．3 温度场刚度系数矩阵的模拟分析计算

3．3．1 模型温度场的分析验证

3．2．2 温度场刚度矩阵的计算

3．4 基于灵敏度更新的迭代算法

3．5 本章小结

4 温度场成像的图像重构

4．1 层析成像逆问题的求解

4．1．1 温度场层析成像的逆问题

4．1．2 逆问题求解的方法

4．2 温度场层析成像的重构算法

4．2．1 温度场层析成像的Landweber迭代法

4．2．2 温度场层析成像的广义矢量匹配算法(GVSPM)

4．2．3 温度场层析成像反问题的Tikhonov正则化方法

4．2．4 温度场层析成像反问题的线性反投影算法

4．4 模型仿真试验及分析

4．5 本章小结

5 结论

致谢

参考文献

附录