混凝土CT图像的几何校正.pdf

第21卷 第 2 期 CT理论与应用研究 Vol.21, No.2 2012年6月（255-261） CT Theory and Applications Jun., 2012 丁卫华, 雷曼, 郭锐. 混凝土CT 图像的几何校正[J]. CT 理论与应用研究, 2012, 21(2): 255-261. Ding WH, Lei M, Guo R. Reserching on geometric correction of concrete CT image[J]. CT Theory and Applications, 2012, 21(2): 255-261. 混凝土CT 图像的几何校正   丁卫华 ，雷曼，郭锐 （西安理工大学土木建筑工程学院，西安 710048） 摘要：细观裂纹是混凝土 CT 研究的主要对象。直观地观察混凝土灰度 CT 图像细观裂纹的产生 和变化有一定困难，需要根据差值CT图像的方法对其进行增强处理。发现差值图像存在阴阳环 现象，因此在进行差值运算前首先需进行图像校正，包括整体平移校正、整体几何校正和感兴 趣区域校正三种方法，感兴趣区域校正的差值图像最客观。本文提出了有效地提取混凝土CT图 像内细观裂纹信息的新方法。 关键词：混凝土；CT；差值图像；几何校正 文章编号：1004-4140（2012）02-0255-07 中图分类号：TP391.41 文献标识码：A 采用 CT 技术可以有效地探测混凝土材料内部结构信息，包括骨料、砂浆、孔洞和夹杂 特征等，同时混凝土 CT 图像中包含了大量的细观裂纹，常规医用 CT 分辨率能够满足探测 这些结构信息的要求。由于 CT 图像显示的像素区间很宽，即 CT 数范围为 -1000～3095Hu， 但显示器所显示的灰度 CT 图像的灰度等级只有 256 级，即 1 个灰度对应于 16Hu。混凝土 试件受力产生细观裂纹后，相应的 CT 图像部位灰度降低（即 CT 数减小），形成线状或环状 影像，称之为 CT 尺度裂纹，即细观裂纹，是混凝土 CT 的主要研究对象[1]。但混凝土受力后 细观裂纹是否出现，或者细观裂纹是否有扩展、闭合等变形现象，由于这些部位的 CT 数变 化很小（一般只有十几个 Hu），在灰度 CT 图像上这些细微的 CT 数变化信息难以观察到，而 这些细节信息正是我们想要了解的。 CT 尺度裂纹表示在 CT 图像中的部位属于低密度带，并不是人们肉眼直观的裂纹。随着 CT 图像的显示窗宽（window width）和窗位（window level）中心值的变化，裂纹宽度似 乎也在变化。二值化的 CT 图像（即将图像分为裂纹和材料实体两部分）由于其阈值是人为 设定的，因此裂纹宽度也不准确。CT图像中裂纹影像所对应的真正宽度可以根据 CT物理原 理经过计算得到，多数在 0.1mm 量级，见文献[2]。 我们曾提出密度损伤增量图像的概念[3－4]，从而获得一幅密度损伤增量数字图像，能够 反映 CT 图像的每一像素点对应的体素的密度损伤情况。如果 CT 图像具有很高的分辨率， 并且可以准确地得到不同应力阶段同一扫描断面的 CT 图像，那么密度损伤增量数字图像将 非常好地显示出细观裂纹形状和裂纹部位。 图1为动压条件下混凝土圆柱体小试件CONC-13的第1序列第4断面随应力变化的系列灰度 收稿日期：2012-03-02。 基金项目：国家自然科学基金项目。 256 CT理论与应用研究 21卷 CT图像。 图1 Conc13-1-4断面随应力变化的CT图像（5个应力阶段，初始应力为0Mpa） Fig.1 Series CT images of Conc13-1-4 sect