【摘 要】
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高聚物粘结炸药(Polymer bonded explosive,PBX)是一种性能优良的钝感耐热炸药,在武器领域已经得到了广泛的应用。PBX炸药在制备、运输、存储的过程中,会产生裂纹、孔洞等损
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高聚物粘结炸药(Polymer bonded explosive,PBX)是一种性能优良的钝感耐热炸药,在武器领域已经得到了广泛的应用。PBX炸药在制备、运输、存储的过程中,会产生裂纹、孔洞等损伤。这些损伤不仅会对炸药的力学性能产生影响,还会影响到炸药的安全。如果能建立PBX炸药损伤分布的模型,就能帮助研究人员了解损伤的形成、发展和演化,研究抑制损伤产生的手段。另一方面,TATB基PBX炸药压制成型的药柱主要由炸药固体颗粒和一定量的粘结剂组成。相关研究人员对PBX炸药性能的计算和模拟、评估和改进炸药制备的方法等工作,都需要以PBX炸药细观结构信息为基础。这就需要我们从TATB基PBX炸药内部挖掘出炸药固体颗粒和粘结剂边界的分布信息。目前针对PBX炸药细观结构的研究,因计算机层析成像(Computed Tomography,CT)技术在分析材料内部结构时有一定的优势,该技术逐渐在PBX内部结构分析工作中占据重要的角色。但是由于CT设备限制或样品物理、化学特性等原因,通过CT扫描得到的图像存在图像视野较暗、噪声与伪影严重、对比度低等问题,研究人员无法直接依据扫描结果建立PBX炸药三维结构模型。而现有的图像处理经典算法面对存在上述问题的图像无法有效地从中提取损伤或特征分布信息。针对这一情况,我们提出了一系列的专门算法来提取PBX炸药CT图像信息,以满足研究人员的需求。对于损伤检测部分,我们提出了从二维到三维针对微弱损伤的处理算法,基于切比雪夫不等式初步提取疑似损伤,再提出弹性胶囊扫描算法对疑似的损伤进行过滤,得到较好的二维识别结果;我们还提出利用三维切片之间的关联性,基于相关系数进一步降低噪声,最后再通过交互式手段和空间连通域分析、灰度形态学变换取得最佳的效果,建立损伤空间分布可视化模型。对于PBX颗粒分割部分,分别提出了(a)改进的弹性胶囊颗粒分割算法,(b)基于弹性胶囊结果的分水岭算法,以及基于(a)(b)算法结果的三维校正算法;我们以三维校正算法为桥梁,强化原始图像中较为确定的边界信息,在原始图像中建立边界弱约束,与Cellpose模型相结合,进一步提高颗粒分割效果。经过上述方法处理的结果,颗粒分割较为准确,但依然不可避免的有一些误差,所以提供了人工标注工具,可以通过少量人工干预,修正错误的分割,建立更为准确的可视化颗粒三维空间模型。
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