基于Kriging插值的木材应力波断层二维成像算法研究

摘要

随着国内外科学技术的不断进步，基于应力波的无损检测技术因其具有对人体无害性、便携性、对测量样本要求低、测量手段简便等优点，所以越来越受到林业工作者和研究人员所重视。本文对基于Kriging插值的木材应力波断层二维成像算法进行了较深入的研究。主要研究成果如下:　　 1、建立木材断层应力波射线网格节点与应力波传播速度之间的数学模型。采用几何运算方法得到传感器之间应力波射线所构筑的网格节点坐标集，同时根据传感器所采集到的波速矩阵，获得应力波射线网格节点的波速集。　　 2、把Kriging空间插值理论的概念引入木材无损检测图像重建算法。在已建立的数学模型中，Kriging空间插值法是通过搜索获得预估点集合，根据预估点集合与已知点集合之间的空间距离和相关参数获得一个加权系数集，然后结合已知点波速集合对预估点进行对应插值。与传统木材断层成像方法相比，Kriging插值法充分考虑已知点与预估点之间的空间关系，能更好体现出断层截面的整体波速趋势。　　 3、利用RINNTECH公司的ARBOTOM木材无损检测仪采集原始数据，基于MATLAB平台编写应力波断层图像生成算法代码，完成了实验验证。实验选取了活立木、原木等多个样本先后共进行了一百二十四次测量，本文列举其中部分测量结果，将其分为活立木与木材两个组别且每组三个样本，并对样本数据的算法成像效果进行对比和综合分析，结果表明算法的模拟仿真结果能够较好地反映出木材内部结构，具有较强的真实感。

目录

声明

摘要

图目录

表目录

1 绪论

1．1 研究背景

1．1．1 无损检测技术

1．1．2 木材无损检测技术

1．2 应力波木材无损检测

1．2．1 应力波木材无损检测优点

1．2．2 国内外研究现状

1．2．3 国内外发展趋势

1．3 研究内容、创新点以及论文组织

1．3．1 研究内容

1．3．2 研究创新点

1．3．3 论文的组织

2 应力波断层成像检测研究

2．1 应力波法检测木材缺陷的基本原理和方法

2．1．1 应力波传播规律

2．1．2 基本原理

2．2 层析成像理论

2．2．1 简介

2．2．2 数学基础

2．2．3 成像理论

2．3 本章小结

3 Kriging空间插值理论研究

3．1 空间插值概念

3．2 Kriging空间插值方法简介

3．2．1 应用Kriging法

3．2．2 Kriging估计量

3．2．3 普通Kriging分析方法

3．3 常用空间插值方法的比较

3．4 基于Kriging空间插值法的图像重建算法

3．4．1 算法理论基础

3．4．2 原始数据预处理

3．4．3 变异函数分析

3．4．4 Kriging插值

3．5 本章小结

4 插值实验结果研究与分析

4．1 MATLAB平台概述

4．2 实验原始数据采集

4．2．1 活立木组样本数据

4．2．1 木材组样本数据

4．3 预处理后图像重建结果

4．3．1 活立木组数据插值成像结果

4．3．2 木材组数据插值成像结果

4．4 本章小结

5 结束语

5．1 本文工作总结

5．2 下一步研究方向

参考文献

致谢