木材空气耦合超声图像的超分辨率重构方法

摘要

随着空气耦合式超声波无损检测技术的不断发展，该技术的应用场景不断丰富，应用率也不断提高。该技术具有无需液体耦合介质、非侵入、非接触以及完全无损的特征，可以实现真正的非接触式无损检测。但与此同时，该技术受到扫描机械臂的限制，检测速度十分缓慢，检测效率低下。因此，亟需找到一种方法，不仅能够缩短超声波扫描成像的时间，同时能使成像图保持较高的分辨率。本文提出一种木材空气耦合超声图像的超分辨率重构方法，并对该方法进行了一定的研究，主要取得的研究成果如下：　　1.通过理论分析，分析本文提出方法的可行性。首先对空气耦合式超声波木材无损检测系统的工作原理进行论述，同时学习了基于插值算法的图像超分辨率重构技术原理，然后提出将计算机图像插值算法引入空气耦合式木材超声无损检测中，通过二者的结合来缩短超声扫描检测时间。本文所引入的插值算法有：最邻近插值法、三次插值法、双线性插值法和双立方插值法。　　2.通过一系列重构实验，来验证本文所提出方法的可行性。以实验室内的木板样本为研究对象，首先用空气耦合式超声波木材成像仪对上述木板样本进行全采样超声扫描成像，得到原始高分辨率成像图；其次再将上述成像仪设置不同的扫描间隔，对木板样本进行不同比例的下采样扫描成像得到下采样图像，然后利用不同图像插值算法对不同比例下采样得到的成像图进行不同倍数的插值放大，通过重构实验发现无论在何种下采样比例下，都能通过插值算法重构得到高分辨率重构图像。　　3.提出木材空气耦合超声图像超分辨率重构质量的影响因素，并通过实验来验证。在具体实验中通过重构图像的肉眼视觉效果对比和峰值信噪比（PSNR）的比较来评价超分辨率重构质量。实验结果表明：木材超声图像的重构质量受到多方面因素的影响；首先，超声图像的重构质量与放大倍数相关，放大倍数越小，重构质量越好，反之则越差；其次，超声图像的重构质量与所用图像插值算法的种类相关，插值算法不同，重构质量也不同；另外，木材样本本身的纹理特征也会影响木材超声图像的重构质量。

目录

1绪论

1.1研究背景

1.2空气耦合式超声波无损检测技术的研究现状

1.3空气耦合式超声波木材无损检测技术

1.4研究的目的与意义

1.5研究内容

1.6技术路线

2基于插值的图像超分辨率重构

2.1图像的超分辨率重构

2.2计算机图像插值算法

2.3本章小结

3基于插值算法的空气耦合式木材超声图像超分辨率重构

3.1材料与方法

3.2实验内容及结果

3.3本章小结

4木材超声图像的超分辨率重构质量影响因素研究

4.1不同放大倍数对重构质量的影响

4.2不同插值算法对重构质量的影响

4.3不同木板样本对重构质量的影响

4.4本章小结

5总结与展望

参考文献

致谢