不同含水率下利用电阻与应力波断层成像定量检测木材腐朽

通过对不同含水率的山杨原木试件进行检测,分析了含水率对腐朽和健康木材电阻与应力波传播速度的影响,及其对2种检测技术误差率的影响.结果表明:(1)随着含水率的提高,原木试件健康和腐朽区域的电阻均先减小后趋于平稳,但相同含水率下,腐朽区域木材电阻低于健康木材;(2)采用电阻断层成像仪检测腐朽缺陷面积的误差率随含水率的提高有差异(最大误差率为37.83%,最小误差率为2.48%),含水率在36.13%~81.79%时误差较小,腐朽缺陷检测较接近真实值;(3)应力波传播速度随着木材含水率的提高先降低后趋于平稳.应力波二维图像检测腐朽缺陷面积的准确率随着含水率的变化也有差异,最大误差率为52.61%,最小误差率为17.78%,腐朽缺陷检测准确性比较高的含水率为20.23%~71.58%;(4)通过2种方法测试腐朽缺陷面积的对比研究,结果表明电阻断层成像的腐朽缺陷识别优于应力波二维图像.     

树木内部应力波传播速度模型

为了提高应力波技术在活立木无损检测应用领域的可行性,分析了应力波在健康树木中的传播规律,并建立了应力波传播速度数学模型。针对银杏Ginkgo biloba等不同树种的健康树木进行了多组实验,并利用树木断层成像技术对提出的应力波传播速度模型进行验证。结果表明:在健康树木中,方向角θ与传播方向速度vT和径向速度vR比值之间的关系为vT/vR≈-0.2θ2+1,与所提出的理论模型吻合,方向角θ与应力波传播速度之间的线性回归模型拟合度较高,决定系数高于0.95。提出的应力波传播速度模型不受树种变化影响。     

基于雷达检测的木材内部孔洞面积测算与修正

  目的  开展木材内部孔洞的雷达检测研究，探讨该检测手段下孔洞成像的准度和精度，实现木材内部孔洞的雷达快速识别和定量表征。  方法  以古建筑木结构常用的马尾松Pinus massoniana木材和杉木Cunninghamia lanceolata木材为研究对象，采取人工模拟的方法在木段端部制作异型孔洞，并利用雷达扫描仪对带孔木段进行检测，比较分析直观成像技术与希尔伯特积算法、单路径数据提取合成以及成像轮廓多参数校正等处理方法之间的差异，提出基于雷达检测的木材内部孔洞面积测算与可行的修正方法。  结果  利用雷达无损检测技术可以对马尾松和杉木木材内部孔洞的存在进行快速识别，但其直观成像技术在定量评估方面误差较大，需进行相关的数据处理和修正；未经修正的雷达图像其预估孔洞面积小于实际孔洞面积，通过希尔伯特积算法演算或介电常数修正的雷达图像其预估孔洞面积与实际孔洞面积仍存在一定的误差；木材边缘与孔洞边缘的距离应按s_3c=(s_r－a)k₁k₂进行修正，即实际应用中根据树种和含水率所得到的介电常数仅为多参数校正中的一个因素；无论是否进行数据处理和修正，雷达检测难以准确识别孔洞的具体形状，应开展进一步研究。  结论  该雷达检测及修正方法应用于木材内部孔洞探测，综合树种和含水率数值，可确保孔洞面积识别误差小于30%。图6表2参17     

基于区域亮度自适应校正算法的脐橙表面缺陷检测

【目的】针对类球型水果表面亮度分布不均现象,传统算法难以有效直接分割水果表面缺陷区域问题,提出一种基于区域亮度自适应校正的脐橙表面缺陷检测算法。【方法】选择区域经济价值较高的纽荷尔脐橙为研究对象,对其采集原始可见光RGB图像。试验中发现R-B融合分量图像灰度呈明显双峰分布,故根据直方图信息利用单阈值法（分割阈值T₁=60）去除图像背景,获得R-B目标图像;基于本文提出的一种区域亮度自适应校正算法对脐橙表面缺陷进行检测,首先设定目标图像邻域窗口大小为w×w（邻域窗口大小w=13）,通过对其窗口大小内较亮像素点的集合提取脐橙表面亮度信息,然后基于此表面亮度信息对去除背景的R-B目标图像进行均一化校正,经亮度校正后的图像发现其表面缺陷区域与正常组织区域灰度对比度大,宜采用单阈值法（分割阈值T=194）直接对亮度校正后的脐橙图像进行表面缺陷分割提取;最后对表面缺陷分割后的二值化图像进行面积滤波以去除杂散点及噪声。【结果】采用双峰法可在有效去除图像背景的同时完好保留目标脐橙表面信息;基于区域亮度自适应校正算法对溃疡病果、蓟马虫果、介壳虫果、虫伤果、黑星病果、风伤果、炭疽病果、裂伤果等8种常见脐橙表面缺陷果,共计356幅样本图像进行亮度校正,采用单阈值法对亮度校正后的图像进行表面缺陷分割,其分割率高,整体缺陷准确识别率达到了95.8%,平均处理每幅图像耗时0.29 s。与直方图均衡化算法、基于Retinex理论算法以及基于照度-反射理论算法得到的亮度校正图像相比,本文算法亮度校正效果最优且算法简单、缺陷识别率高、计算速度快,其运算速度分别减少了0.27、0.14和1.45 s,缺陷识别率提高了2.6%—8.2%。【结论】基于区域亮度自适应校正的脐橙表面缺陷检测算法有效解决了脐橙类水果表面亮度分布不均导致的表面缺陷难分割问题,为脐橙在线精确分级提供了技术支持,也为其他类球型水果表面缺陷快速检测提供了一种新方法。     

分形与形态学在原木漏节图像边缘检测中的应用

采用X射线无损检测系统透射被检测的原木,根据检测透射物体后射线强度的差异,得到漏节图像。将图像分割成若干子区域,应用最小盒计数法计算每个子区域的分形维数,将图像从空域描述变换到分形域描述。进而应用数学形态学对得到的分形维数图进行有效的边缘检测,以确定原木缺陷的种类。检测结果表明：将分形理论和数学形态学结合起来的边缘检测方法,可以快速、准确地检测出原木漏节图像边缘。     

基于分形特征参数的原木缺陷CT图像处理

用计算机断层扫描技术对原木进行无损检测,采用分形特征参数分析的方法对原木CT图像进行缺陷分析.首先计算图像各像素点的灰度,根据分形特征参数能反应灰度表面积随尺度变化的空间变化率这一特征进行缺陷识别.结果表明:这一方法对原木CT图像的缺陷检测具有良好的效果,并具有较好的局部性.     

基于应力波的意杨原木、单板及LVL弹性模量相关性研究

评估原木制成的单板、单板层积材（LVL）制品的品质,为原木进行适时最佳分等提供方法,以提高其利用价值。采用应力波无损检测法测定意杨原木、及其单板和LVL制品的动态弹性模量（MOE）值,并研究三者之间的相关性,同时,对LVL进行抗弯力学性能试验,检测其静态MOE值,与其动态MOE进行对比验证。结果表明:用应力波无损检测方法测定意杨原木的动态MOE值与其单板和LVL的动态MOE值之间均有较高的相关性（相关系数R＞0.80）,且LVL动、静态MOE之间呈显著相关（R＞0.90）。     

利用荧光高光谱图像技术无损检测猕猴桃糖度

将405nm激光照射到猕猴桃样品上,当激光透过样品内部时,部分单色光被样品内部成分吸收,释放出荧光,再用高光谱成像系统采集诱导出的荧光散射图像.在荧光散射图像上选取感兴趣荧光区域(ROIs),提取感兴趣区域在波长400～1000nm范围内的特征变量.当提取12个特征变量时,建立的猕猴桃糖度多元线性回归(MLR)模型的校正集相关系数Rc为0.932,预测均方根误差(RMSEC)为0.4764°Brix,预测集相关系数Rp为0.8227,预测均方根误差(RMSEP)为0.5645°Brix.研究结果表明,采用激光诱导荧光成像技术无损检测猕猴桃糖度是可行的.     

苹果任意姿态下高光谱图像感兴趣区域选取方法

针对实际生产线上基于高光谱成像技术检测苹果内部品质时由于高亮区、果梗和果萼等区域光谱差异大导致的糖度误差问题,本研究提出了一种随机姿态下苹果高光谱图像感兴趣区域的选取方法,可实现感兴趣区域的自动选取。该方法首先将高光谱图像各像素点按照700 nm波长的光谱强度值进行直方图统计,获取各像素点光谱强度的大小关系,保留光谱强度前40%的区域,对其进行形态学腐蚀操作,去除其中700 nm光谱强度值大于3 900的过度曝光像素点,获得苹果原始感兴趣区域;然后基于原始感兴趣区域,建立不同大小感兴趣区域对应的平均光谱与苹果糖度的偏最小二乘回归(PLSR)模型,探究苹果感兴趣区域大小与预测精度的关系,进一步缩小感兴趣区域。最终选取原始感兴趣区域光谱强度前70%的区域作为感兴趣区域对任意姿态下的苹果糖度进行预测。基于该方法,建立了基于高光谱成像技术的苹果糖度无损检测模型,实测验证结果表明,经黑白校正、标准正态变换(SNV)预处理后建立的竞争性自适应重加权算法偏最小二乘回归模型(CARS-PLSR)的预测精度最高,其校正集决定系数(R■)为0.9206,校正集均方根误差(RMSECV)为0.3203°Br...     

冻结状态下应力波在长白落叶松立木中传播速度的研究

为进行冬季活立木健康检测和伐后原木内部缺陷无损检测,该文在冻结状态下,研究了应力波在长白落叶松活立木中的传播速度,以及光照条件对含水率及应力波在活立木中传播速度的影响。在室外温度0℃以下,利用FAKOPP Microsecond Timer等仪器测试了应力波在30棵树干通直且无缺陷的长白落叶松活立木中的纵向和径向传播速度。经过软件包SPSS统计分析,得出阴阳两面应力波的纵向传播速度分别为4 238.7和4 210.6 m/s,径向传播速度均值为1 834.5 m/s。同时,利用成对t检验法分析了光照条件对含水率及应力波在活立木中纵向传播速度的影响,并建立了回归方程。结果表明:①光照条件对含水率和应力波纵向传播速度有一定的影响,阴面含水率均值比阳面含水率均值低约1.6%,阴面应力波纵向传播速度均值比阳面的高约28.1 m/s。②含水率与应力波纵向传播速度呈显著负相关,阴阳两面的负相关系数分别为0.90和0.91。含水率每增加1%,阴阳两面应力波的纵向传播速度分别减小25.1和 22.9 m/s。      

红松活立木内部腐朽程度的定量检测1）

在凉水实验林场（凉水国家级自然保护区）选取了21个红松活立木截面,用Arbotom应力波测试仪和Resistograph阻抗仪进行腐朽程度检测,得到两种检测方法的腐朽程度表征,即应力波传播速度与阻抗仪阻力曲线。用生长锥在各个横截面上分别取2根长度为25 cm的木芯,在实验室测得木芯质量损失率和含水率。然后利用最小二乘法分别建立应力波传播速度和阻抗仪阻力损失值与木材质量损失率的线性方程,进而分析应力波与阻抗仪检测表征与木材腐朽程度的关系。结果表明：应力波传播速度与质量损失率之间有较强的负相关关系（R＝0．698,P＜0．01）,且应力波检测结果需要根据影响因素进行适当修正。阻抗仪阻力损失值与质量损失率之间有显著的正相关关系（R＝0．851,P＜0．01）。两种方法都能有效地检测活立木的腐朽程度。     

木材无损检测技术中的应力波传播时延估计算法

为了准确测量应力波在木材内部的传播时间,提高木材内部缺陷识别的精度,提出了一种基于小波变换和高阶统计量的广义相关时延估计算法。该方法利用滤波算法,将采集到的应力波信号进行滤波去噪,然后输入到广义互相关时延模型,求出传播时延估计值。仿真和实际的木材检测实验结果表明:提出的算法比传统的定时器计时法时延估计精度提高81.5%,并具有较强的抗干扰能力。     

木材径切面内部缺陷的应力波成像算法

为了获得木材径切面上的缺陷形状、大小和位置,提出一种木材径切面内部缺陷成像的方法。首先,基于应力波在木材径切面上的传播规律,提出一种木材径切面上的应力波速度修正方法。将应力波速度转换为径切面上的若干个预估点的值,结合反距离加权插值（IDW）法提出一种速度修正插值（VCI）方法。最后,使用VCI方法在不同树木样本上进行了木材径切面缺陷的二维成像实验。结果表明:①VCI方法可以重建木材内部缺陷大小以及缺陷位置,缺陷成像结果与真实的缺陷情况相吻合。②对比IDW方法的成像结果,VCI方法对缺陷的大小以及缺陷形状、位置的成像结果有较大提高。③利用混淆矩阵方法对VCI与IDW方法进行定量分析表明,VCI方法的平均准确率、平均精确度和平均查全率均高于IDW方法,说明VCI方法成像效果的可行性和有效性。     

用于树干内部缺陷筛查的应力波临界波速确定研究

古树和部分城市大树的树干内部，经常有空洞、腐朽等影响树木健康和安全性的缺陷存在。以筛查古树和城市大树树干内部缺陷为目标，测定了北京地区几种常见树种的古树和城市大树健康树干的多个径向应力波波速，对每个树种的应力波波速测量值进行了正态统计分析，基于95%置信水平原则确定了用于判别树干内部是否存在缺陷的应力波临界波速值，进而形成了用于树干内部缺陷筛查的应力波临界波速的确定方法。结果表明，北京地区8种常见古树及城市大树油松、白皮松、侧柏、桧柏、刺槐、英桐、美桐和银杏的树干径向应力波临界波速值分别为1 225、1 394、1 620、1 864、2 055、1 639、1 485、1 728 m·s^-1。树干内部缺陷筛查验证性试验表明，形成的应力波临界波速确定方法是可行的。     

含水率和密度对木材应力波传播速度的影响

为了用应力波检测木材含水率,采用ARBOTOM 应力波测试仪测量了木材径向不同位置上的试件在不同含 水率(0 ~65%范围内)条件下的应力波纵向传播速度。结果表明:木材中应力波传播速度随含水率的下降而增加; 当含水率低于纤维饱和点时,传播速度随含水率下降增加较大,其中山毛榉的增幅为17.4% ~19.5%,落叶松的增 幅为18.2% ~20.8%;当含水率高于纤维饱和点时,传播速度随含水率下降增加较小,其中山毛榉的增幅为6.0% ~ 7.9%,落叶松的增幅为8.0% ~10.6%。当含水率相同时,应力波在同一树种木材不同位置上的传播速度不同,这 与木材不同位置的基本密度差异有关。应力波传播速度随木材基本密度的增大而增大,其中山毛榉木材的增幅为 17.5% ~20.8%,落叶松木材的增幅为12.7% ~ 14.5%。同一树种内的任意含水率下,基本密度不同时应力波传 播速度之间差异显著,传播速度和基本密度之间存在较好的正相关线性关系。不同树种之间,传播速度和基本密 度之间没有明显关系,这可能与不同树种之间的成分差异有关。      

木材干燥过程中应力与应变检测方法初探

[目的]探索木材干燥过程中应力与应变的检测方法。[方法]根据数字散斑相关方法的原理设计一种非接触式检测木材干燥应力的方法,用应变速率表示木材干燥过程中应力状态,研究木材表面测点位移与干燥时间、温度和含水率的关系。[结果]木材测点位移平均速率有一个峰值,温度越低,峰值出现得越晚,说明应变滞后于应力;同一材料、同一温度的平均位移曲线,端部的峰值先于中部出现。木材表面测点位移与干燥时间存在对数关系,与含水率变化呈线性关系。随着时间的推移,干燥速率下降,应变速率变小。[结论]影响木材干燥应力的主要因素有干燥应变速率、干燥温度、含水率梯度和温度梯度。     

木材干燥窑内温度检测的自适应加权融合方法研究

[目的]研究木材干燥窑内多点温度数据处理方法.[方法]在数据融合的基础上提出基于多传感器自适应加权两级融合估计方法.该算法在不知道传感器测量数据先验概率分布知识的条件下,可以从含有噪声的测量数据中得到被估计量的最小均方误差估计.[结果]将自适应加权两级融合方法应用在木材干燥窑温度检测系统中,有效提高了干燥窑内温度的检测精度,优于通常检测窑内温度时采用算术平均值的方法.[结论]该算法实时性好,只依靠当前的测量数据就可以融合估计出总均方误差最小的估计值,对研究数据融合技术和木材干燥工艺具有重要的意义.     

木材干燥过程的Elman神经网络模型研究

[目的]研究木材干燥过程的Elman神经网络模型。[方法]在人工神经网络理论的基础上,选用Elman神经网络建立木材干燥过程模型。针对木材干燥过程的特点,Elman神经网络利用木材干燥过程材堆的温度、湿度以及对应的木材含水率建立模型。[结果]通过实际干燥过程数据对模型的准确度进行验证,结果表明Elman神经网络利用少量数据就可以建立模型,并且模型预测精度高,对数据的联想记忆和优化能力强。[结论]Elman神经网络建立的木材干燥过程模型准确,对于提高木材干燥过程的控制水平具有重要研究意义。     

木材动态弹性模量测量中节子对于应力波传播的影响

为了探讨振动法测量木材动态弹性模量时应力波波速的差异性,以油松、马尾松和杉木的锯材为试验材料,通过横向振动测量与纵向敲击法测量,研究其节子对木材应力波传播速度和弹性模量的影响。结果表明:随着节子质量的增大,引起纵向振动频率减小,应力波波速减小;在节子总质量不变的情形下,节子数量越多,应力波波速也越小;节子尺寸大小与应力波波速成反比,节子质量越大,应力波波速越小。木材节子影响了应力波波速及弹性模量,也影响了木材自身的品质。