论文部分内容阅读
电容层析成像(ECT)技术是近年来发展起来的一种基于电容敏感机理的过程层析成像(PT)技术,在工程应用中有着广阔的应用前景。体绘制技术是三维数据场可视化中最重要的成像技术之一。本文在ECT系统二维重建图像的基础上,采用体绘制算法实现ECT三维数据的可视化。
首先,本文对体绘制技术中的光学模型、算法分类进行了探讨;重点介绍了体绘制技术中光线投射算法的工作原理及加速算法,并提出采用软件加速算法与基于多核CPU的并行技术相结合的方法对光线投射算法进行改进。这一部分主要是为最终实现ECT三维数据场的可视化做理论准备。
其次,在ECT三维重建过程中,由于传感器侦测数据的局限,导致所获取的二维断层图像比较稀疏,图像质量并不高。针对这一问题,本文采用图像插值的方法,对ECT二维图像进行层内像素补充;并提出基于距离变换的图像插值方法来提高层间的分辨率。为最终ECT三维数据场可视化的实现,提供较高分辨率的断层图像,以达到良好的成像效果。同时针对二维图像提取的轮廓线生硬的问题,提出应用B样条曲线对轮廓线进行拟合,使得轮廓线自然,提高了基于面绘制的三维重建效果。
最后,介绍了OpenMP的并行程序设计,并在多核环境下采用OpenMP并行技术对光线投射算法进行改进。然后,采用改进的光线投射算法实现了三维数据场仿真。其仿真结果较之面绘制的仿真结果三维表面更平滑,能够自然地反映流体的表面轮廓形态。
本文将以上方法用于圆形管道内油水两相流的实例分析。完成了系统的二维插值图像显示、轮廓拟合效果显示以及三维图像仿真。仿真实验结果表明,本文的算法在不改变ECT三维数据场可视化效果的基础上,提高了绘制的速度,为工业测量和控制决策提供有效、直观、准确的数据。