CN111353328A - 一种超声三维体数据在线显示及分析方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及三维数据显示技术领域,具体公开了一种超声三维体数据在线显示及分析方法。该方法包括:1、对超声三维体数据进行数据压缩;2、利用数据总线将压缩后的超声三维体数据传递给GPU,并在GPU中进行并行解压;3、以光线投射模型直接进行多分辨率渲染;4、利用而为图像处理算法及机器学习算法,进行三维空间的数据快速处理;5、根据核设备的典型缺陷空间分布特征,划分有效数据区域,并自动剔除结构波信号;6、以探头声束相关性,对阈值范围内的空间块数据进行分类识别和提取。该方法便于用户清晰直观的观察被检物体的超声检测结果,并利用体数据的自动分析方法,提高超声信号自动分析的可行性和可靠性。
Description
技术领域
本发明属于三维数据显示技术领域,具体涉及一种超声三维体数据在线显示及分析方法。
背景技术
以核电站大修为例,一次完整大修过程包含前期系统准备,中期数据自动采集及后期数据人工分析三个阶段。目前仅在中期阶段可实现较高程度的自动化,而在前期仅可实现较低程度的自动化,在后期则完全靠人工完成。一次大修中采集到的超过30G的超声数据文件,过万的二维B扫图形,超声分析人员采用人工观察的方法需要对其进行超过400人时的后期分析和计算工作。分析工作对人员技能水平要求极高,能通过核安全局验证熟练的数据分析人员数量稀少。因此,大修现场的数据分析人员工作繁重,效率也会因此下降。
发明内容
本发明的目的在于提供一种超声三维体数据在线显示及分析方法,可以使用户清晰直观的观察被检物体的超声检测结果,并能够进行数据自动分析,提高超声信号自动分析的可行性和可靠性。
本发明的技术方案如下:一种超声三维体数据在线显示及分析方法,该方法具体包括如下步骤:
步骤1、对超声三维体数据进行数据压缩;
步骤2、利用数据总线将压缩后的超声三维体数据传递给GPU,并在GPU中进行并行解压;
步骤3、以光线投射模型直接进行多分辨率渲染,实现常规硬件配置条件下的大规模体数据交互可视化;
步骤4、利用而为图像处理算法及机器学习算法,进行三维空间的数据快速处理;
步骤5、根据核设备的典型缺陷空间分布特征,划分有效数据区域,并自动剔除结构波信号;
步骤6、以探头声束相关性,对阈值范围内的空间块数据进行分类识别和提取。
所述的步骤1中对超声三维体数据进行数据压缩的具体步骤为:
步骤1.1、将原始数据进行三维数据扩充;
步骤1.2、将扩充的数据按照3层小波分解,获得三层的分解系数;
步骤1.3、对第三层的低频数据全部进行保留,对所有层的高频数据置零处理;
步骤1.4、对第二层和第一层的低频数据按4*4*4划分;
步骤1.5、设定阈值,并将所有第二层和第一层的低频数据区按照方差进行区分,并分成四个区域;
步骤1.6、按照不同的区域进行不同精度的编码。
所述的步骤1.1中将原始数据进行三维数据扩充的具体为:
设原始数据的尺寸为a*b*c,其中,2n-1<max(a,b,c)≤2n,n为正整数,则将原始数据以0值填充至2n*2n*2n的尺度。
所述的步骤1.5具体包括:设定阈值0<Th0<Th1<Th2<1,对所有第二层和第一层的低频数据区按照方差进行区分,并分为0~Th0,Th0~Th1,Th1~Th2,Th2~1四个区域,其中,Th0设置为最大噪声信号的幅值;Th2设置为重点信号的最小幅值;Th1设置为Th2*0.3+Th0*0.7。
所述的步骤4具体包括:
步骤4.1、将三维体数据进行二值化;
设定阈值Th,并将三维体数据中小于阈值Th的值置零,其他值置为1,即可实现三维体数据的二值化;
步骤4.2、进行三维的膨胀运算;
以n×n×n的结构元素扫描整个三维体数据的二值数据,用结构元素与其覆盖的二值数据像做“或”操作,假设都为0,结果图像的该像素为0,否则为1,其中,n为奇数;
步骤4.3、进行三维腐蚀运算;
以n×n×n的结构元素扫描整个三个体数据的二值数据,用结构元素与其覆盖的二值数据像做“与”操作,假设都为1,结果图像的该像素为1,否则为0,其中,n为奇数;
步骤4.4、进行三维开运算及三维闭运算;
三维的腐蚀运算后进行三维的膨胀运算即为三维开运算;三维的膨胀运算后进行三维腐蚀的运算即为三维闭运算;
步骤4.5、利用二维的边缘算法、滤波和直方图算法处理三维的数据
所述的步骤5具体包括:
步骤5.1、获取数据的有效区域;
按照探头参数和被检工件参数,计算获得有效的信号覆盖区域,并设置为数据的有效区域;
步骤5.2、在数据有效区域内,以峰值剔除始波信号区域;
步骤5.3、在数据有效区域内,以阈值剔除规则噪声信号;
步骤5.4、利用开运算剔除信号中的孤立峰值点,以闭合运算剔除信号中的独立凹槽点。
所述的步骤5.3中以阈值剔除规则噪声信号的步骤具体为:在数据有效区域内,以ThA为阈值,并剔除规则噪声信号,其中,ThA为20%FSH,FSH为满屏波幅。
所述的步骤6具体包括:
步骤6.1、对体数据中的疑似缺陷信号进行提取;
利用counter连通区域算法,提取体数据中的疑似缺陷信号;
步骤6.2、从疑似信号中,剔除counter任意维度为1的信号;
步骤6.3、从疑似信号中,剔除counter轴线与探头声速轴线夹角小于角度阈值ThresholdAng的信号。
所述的步骤6.3中角度阈值ThresholdAng范围为75°~105°。
本发明的显著效果在于:本发明所述的一种超声三维体数据在线显示及分析方法,便于用户清晰直观的观察被检物体的超声检测结果,并利用体数据的自动分析方法,提高超声信号自动分析的可行性和可靠性。
具体实施方式
一种超声三维体数据在线显示及分析方法,该方法具体包括如下步骤:
步骤1、对超声三维体数据进行数据压缩;
利用基于小波变换的多分辨率超声体数据压缩算法,在CPU中对原始的数据进行数据压缩;
步骤1.1、将原始数据进行三维数据扩充;
设原始数据的尺寸为a*b*c,其中,2n-1<max(a,b,c)≤2n,n为正整数,则将原始数据以0值填充至2n*2n*2n的尺度;
步骤1.2、将扩充的数据按照3层小波分解,获得三层的分解系数;
步骤1.3、对第三层的低频数据全部进行保留,对所有层的高频数据置零处理;
步骤1.4、对第二层和第一层的低频数据按4*4*4划分;
步骤1.5、设定阈值,并将所有第二层和第一层的低频数据区按照方差进行区分,并分成四个区域;
设定阈值0<Th0<Th1<Th2<1,对所有第二层和第一层的低频数据区按照方差进行区分,并分为0~Th0,Th0~Th1,Th1~Th2,Th2~1四个区域,其中,Th0一般设置为最大噪声信号的幅值;Th2一般设置为重点信号的最小幅值;Th1一般设置为Th2*0.3+Th0*0.7,三个阈值可根据需要进行设置;
步骤1.6、按照不同的区域进行不同精度的编码;
步骤2、利用数据总线将压缩后的超声三维体数据传递给GPU,并在GPU中进行并行解压;
步骤3、以光线投射模型直接进行多分辨率渲染,实现常规硬件配置条件下的大规模体数据交互可视化;
步骤4、利用而为图像处理算法及机器学习算法,进行三维空间的数据快速处理;
步骤4.1、将三维体数据进行二值化;
设定阈值Th,并将三维体数据中小于阈值Th的值置零,其他值置为1,即可实现三维体数据的二值化;
步骤4.2、进行三维的膨胀运算;
以n×n×n的结构元素(n为奇数)扫描整个三维体数据的二值数据,用结构元素与其覆盖的二值数据像做“或”操作,假设都为0,结果图像的该像素为0,否则为1;
步骤4.3、进行三维腐蚀运算;
以n×n×n的结构元素(n为奇数)扫描整个三个体数据的二值数据,用结构元素与其覆盖的二值数据像做“与”操作,假设都为1,结果图像的该像素为1,否则为0;
步骤4.4、进行三维开运算及三维闭运算;
三维的腐蚀运算后进行三维的膨胀运算即为三维开运算;三维的膨胀运算后进行三维腐蚀的运算即为三维闭运算;
步骤4.5、利用二维的边缘算法、滤波和直方图算法处理三维的数据;
步骤5、根据核设备的典型缺陷空间分布特征,划分有效数据区域,并自动剔除结构波信号;
步骤5.1、获取数据的有效区域;
按照探头参数和被检工件参数,计算获得有效的信号覆盖区域,并设置为数据的有效区域;
步骤5.2、在数据有效区域内,以峰值剔除始波信号区域;
步骤5.3、在数据有效区域内,以阈值剔除规则噪声信号;
在数据有效区域内,以ThA为阈值,并剔除规则噪声信号,其中,ThA一般为20%FSH,也可根据实际需求进行确定;
步骤5.4、利用开运算剔除信号中的孤立峰值点,以闭合运算剔除信号中的独立凹槽点;
步骤6、以探头声束相关性,对阈值范围内的空间块数据进行分类识别和提取;
步骤6.1、对体数据中的疑似缺陷信号进行提取;
利用counter连通区域算法,提取体数据中的疑似缺陷信号;
步骤6.2、从疑似信号中,剔除counter任意维度为1的信号;
步骤6.3、从疑似信号中,剔除counter轴线与探头声速轴线夹角小于阈值ThresholdAng的信号,其中,阈值ThresholdAng为角度阈值,范围为75°~105°。
Claims (9)
1.一种超声三维体数据在线显示及分析方法,其特征在于:该方法具体包括如下步骤:
步骤1、对超声三维体数据进行数据压缩;
步骤2、利用数据总线将压缩后的超声三维体数据传递给GPU,并在GPU中进行并行解压;
步骤3、以光线投射模型直接进行多分辨率渲染,实现常规硬件配置条件下的大规模体数据交互可视化;
步骤4、利用而为图像处理算法及机器学习算法,进行三维空间的数据快速处理;
步骤5、根据核设备的典型缺陷空间分布特征,划分有效数据区域,并自动剔除结构波信号;
步骤6、以探头声束相关性,对阈值范围内的空间块数据进行分类识别和提取。
2.根据权利要求1所述的一种超声三维体数据在线显示及分析方法,其特征在于:所述的步骤1中对超声三维体数据进行数据压缩的具体步骤为:
步骤1.1、将原始数据进行三维数据扩充;
步骤1.2、将扩充的数据按照3层小波分解,获得三层的分解系数;
步骤1.3、对第三层的低频数据全部进行保留,对所有层的高频数据置零处理;
步骤1.4、对第二层和第一层的低频数据按4*4*4划分;
步骤1.5、设定阈值,并将所有第二层和第一层的低频数据区按照方差进行区分,并分成四个区域;
步骤1.6、按照不同的区域进行不同精度的编码。
3.根据权利要求2所述的一种超声三维体数据在线显示及分析方法,其特征在于:所述的步骤1.1中将原始数据进行三维数据扩充的具体为:
设原始数据的尺寸为a*b*c,其中,2n-1<max(a,b,c)≤2n,n为正整数,则将原始数据以0值填充至2n*2n*2n的尺度。
4.根据权利要求2所述的一种超声三维体数据在线显示及分析方法,其特征在于:所述的步骤1.5具体包括:设定阈值0<Th0<Th1<Th2<1,对所有第二层和第一层的低频数据区按照方差进行区分,并分为0~Th0,Th0~Th1,Th1~Th2,Th2~1四个区域,其中,Th0设置为最大噪声信号的幅值;Th2设置为重点信号的最小幅值;Th1设置为Th2*0.3+Th0*0.7。
5.根据权利要求1所述的一种超声三维体数据在线显示及分析方法,其特征在于:所述的步骤4具体包括:
步骤4.1、将三维体数据进行二值化;
设定阈值Th,并将三维体数据中小于阈值Th的值置零,其他值置为1,即可实现三维体数据的二值化;
步骤4.2、进行三维的膨胀运算;
以n×n×n的结构元素扫描整个三维体数据的二值数据,用结构元素与其覆盖的二值数据像做“或”操作,假设都为0,结果图像的该像素为0,否则为1,其中,n为奇数;
步骤4.3、进行三维腐蚀运算;
以n×n×n的结构元素扫描整个三个体数据的二值数据,用结构元素与其覆盖的二值数据像做“与”操作,假设都为1,结果图像的该像素为1,否则为0,其中,n为奇数;
步骤4.4、进行三维开运算及三维闭运算;
三维的腐蚀运算后进行三维的膨胀运算即为三维开运算;三维的膨胀运算后进行三维腐蚀的运算即为三维闭运算;
步骤4.5、利用二维的边缘算法、滤波和直方图算法处理三维的数据。
6.根据权利要求1所述的一种超声三维体数据在线显示及分析方法,其特征在于:所述的步骤5具体包括:
步骤5.1、获取数据的有效区域;
按照探头参数和被检工件参数,计算获得有效的信号覆盖区域,并设置为数据的有效区域;
步骤5.2、在数据有效区域内,以峰值剔除始波信号区域;
步骤5.3、在数据有效区域内,以阈值剔除规则噪声信号;
步骤5.4、利用开运算剔除信号中的孤立峰值点,以闭合运算剔除信号中的独立凹槽点。
7.根据权利要求6所述的一种超声三维体数据在线显示及分析方法,其特征在于:所述的步骤5.3中以阈值剔除规则噪声信号的步骤具体为:在数据有效区域内,以ThA为阈值,并剔除规则噪声信号,其中,ThA为20%FSH,FSH为满屏波幅。
8.根据权利要求1所述的一种超声三维体数据在线显示及分析方法,其特征在于:所述的步骤6具体包括:
步骤6.1、对体数据中的疑似缺陷信号进行提取;
利用counter为连通区域算法,提取体数据中的疑似缺陷信号;
步骤6.2、从疑似信号中,剔除counter任意维度为1的信号;
步骤6.3、从疑似信号中,剔除counter轴线与探头声速轴线夹角小于角度阈值ThresholdAng的信号。
9.根据权利要求8所述的一种超声三维体数据在线显示及分析方法,其特征在于:所述的步骤6.3中角度阈值ThresholdAng范围为75°~105°。
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