下面文章中提出利用工業(yè)CT對三組原木進(jìn)行掃描，并通過VGStudioMAX軟件將掃描數(shù)據(jù)進(jìn)行三維重建，檢測原木內(nèi)部缺陷。最終發(fā)現(xiàn)原木的三維重建體模型能反映出缺陷在原木中的三維空間分布情況，對原木截面的虛擬剖切，可直觀了解缺陷的形狀、位置和分布，精確獲知缺陷的大小，實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)和珍貴原木的利用率及利用價值最大化。

　　關(guān)鍵詞：工業(yè)CT,VGStudioMAX,缺陷檢測,三維重建體模型

　　原木的鋸切加工過程，需根據(jù)木材最終用途，盡量減少內(nèi)部缺陷的殘留，因此，對原木內(nèi)部缺陷的位置、大小和分布等進(jìn)行準(zhǔn)確、全面的檢測，意義重大[1-2]。計(jì)算機(jī)斷層成像(ComputedTomography，CT)技術(shù)集計(jì)算機(jī)技術(shù)、X射線掃描技術(shù)和數(shù)字化圖像重建技術(shù)于一體，在無損傷破壞的條件下，以二維斷面圖像或三維立體圖像的形式，展示原木內(nèi)部的構(gòu)造及缺陷信息[3-4]。

　　近年來，相關(guān)研究人員已開始應(yīng)用醫(yī)用或工業(yè)CT掃描，獲取木材內(nèi)部構(gòu)造圖像，并據(jù)此研究木材內(nèi)部結(jié)構(gòu)，如髓心、年輪、節(jié)子、腐朽、裂隙等的分布[5-9]，這類研究大都是針對原木中是否存在缺陷、缺陷的分類識別以及缺陷的邊緣提取技術(shù)等展開的，而對于原木內(nèi)部缺陷的幾何尺寸以及不同切面上缺陷的位置、角度卻無法精確獲取。VGStudioMAX軟件是由德國VolumeGraphics公司開發(fā)的專用于工業(yè)CT三維重建的商業(yè)軟件[10]。

　　采用該軟件處理原木掃描數(shù)據(jù)可實(shí)現(xiàn)：1)原木的三維重構(gòu)可視化;2)任意截面剖切，并獲得原木三個截面的圖像，便于觀察和了解缺陷形狀、位置和分布;3)在CT重建圖像上，對任意兩點(diǎn)距離、兩條線段夾角進(jìn)行測量、標(biāo)注，便于了解缺陷的大小;4)用透明或半透明的方式展示缺陷的位置以及缺陷在原木中的三維空間分布情況。筆者在利用工業(yè)CT掃描原木獲取二維斷面圖像的基礎(chǔ)上，使用三維重建專業(yè)軟件VGStudioMAX2.1，對被檢原木的二維CT圖像進(jìn)行三維重建，得到原木的三維重建體模型，對原木內(nèi)部缺陷進(jìn)行檢測，以圖像可視化的方式，模擬原木切削，旨在為提供最優(yōu)下鋸方案，實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)或珍貴原木的高效利用及利用價值的最大化。

　　1材料和方法

　　1.1CT掃描原理

　　CT掃描的基本原理：射線源發(fā)射X射線束，部分光子被木材吸收或發(fā)生散射，探測器接收衰減后的X射線強(qiáng)度，計(jì)算X射線在木材內(nèi)的線性衰減系數(shù)，大小用CT值來表示。衰減系數(shù)的差異，反映了木材內(nèi)部的不同構(gòu)造和缺陷狀況[11-12]。木材內(nèi)部構(gòu)造不同，使其在密度上存在差異，木材密度越大，對射線的吸收就越強(qiáng)。

　　1.2原木樣本

　　選取具有不同缺陷類型的三組原木樣本，分別為：檀香紫檀、紅松和青岡。紫檀和青岡樣本由中國林科院木材所標(biāo)本館提供。

　　1.3試驗(yàn)方法

　　采用通用型工業(yè)450-TY-ICTCT機(jī)，對原木進(jìn)行掃描。被測原木試樣置于旋轉(zhuǎn)載物臺中心，在不同旋轉(zhuǎn)角度時，探測器采集透過原木的X射線強(qiáng)度，采集系統(tǒng)獲取原木360°的投影數(shù)據(jù)用于三維重建，得到的原木三維體模型分辨率(體素voxel)為：160μm×160μm×160μm。CT設(shè)備型號、掃描參數(shù)、成像分辨率、圖像重建算法以及原木直徑、材長等因素，對原木掃描的成像結(jié)果均有影響。因此在前期試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，根據(jù)原木試樣的長度，分別設(shè)定檀香紫檀、紅松以及青岡的掃描層間距為8、5和4mm。試驗(yàn)設(shè)定原木旋轉(zhuǎn)一周為一個掃描周期。

　　2結(jié)果與分析

　　2.1檀香紫檀橫、縱切面CT圖像

　　對檀香紫檀進(jìn)行CT掃描，重建得到其斷面CT圖像，對CT圖像進(jìn)行閾值分割，并根據(jù)圖像灰度差異進(jìn)行邊緣檢測，得到經(jīng)過圖像邊緣提取后的紫檀橫、縱切面的CT圖像。進(jìn)行縱向剖切得到的縱切面。閾值分割后CT圖像將木段的良材和腐朽孔洞部分予以區(qū)分;縱切面CT圖像清晰地顯示了不同下鋸位置時，得到鋸材內(nèi)部的腐朽位置和程度，從而輔助加工人員制定合理、最優(yōu)的下鋸方案。

　　2.2紅松橫切面CT圖像及三維重建體模型

　　在紅松木段中選取節(jié)子和徑裂特征顯著的某一橫切面進(jìn)行CT掃描，得到二維斷面圖像(圖2a-e);三維重建體模型。不同物質(zhì)密度的木材構(gòu)造具有不同的CT值，反映在CT圖像上為灰度值的差異。紅松橫切面CT圖像上的年輪明顯，早晚材急變，且灰度差異大。

　　徑向裂紋由邊材沿半徑方向延伸至木段髓心處，測得徑向開裂寬度為14.17mm，深度為48.22mm，開裂角度為15.52°;節(jié)子嵌入在木段中，測得節(jié)子直徑為12.11mm，嵌入木段深度為37.50mm。實(shí)現(xiàn)了對原木內(nèi)部缺陷的測量和分析。

　　2.3青岡CT圖像及三維重建體模型

　　利用工業(yè)CT掃描青岡木，得到二維斷面圖像及其三維重建體模型。青岡木段為雙心缺陷材，且右側(cè)存在一個明顯的橢圓形節(jié)子。各切面CT圖像和三維重建體模型均能呈現(xiàn)出橢圓形節(jié)子在木段中的三維分布情況，測得青岡中節(jié)子的長徑為36.1mm，短徑為14.8mm，高度為31.6mm。亦實(shí)現(xiàn)了對原木內(nèi)部缺陷的測量和分析。

　　3結(jié)語

　　1)利用CT掃描技術(shù)輔以VGStudioMAX軟件，可清晰地觀察和了解帶缺陷原木不同截面處缺陷的位置和形狀、精確測量原木缺陷的大小，直觀地呈現(xiàn)出缺陷在原木中的三維分布情況。檢測結(jié)果可用于計(jì)算木材出材率，并以可視化方式模擬原木虛擬切削，確定原木最優(yōu)下鋸方案，提高原木的利用率。

　　2)在原木試樣掃描的過程中，影響因素包括CT設(shè)備型號、掃描參數(shù)以及原木直徑、材長等因素。因此，針對不同的原木樹種類型和規(guī)格尺寸，選取合適的CT掃描設(shè)備和測試條件，以提高原木掃描數(shù)據(jù)的精確度和重建圖像的分辨率，有待進(jìn)一步研究。

　　3)斷層掃描技術(shù)應(yīng)用于原木缺陷檢測，成本是制約其推廣應(yīng)用的主要因素。隨著CT技術(shù)的進(jìn)步以及CT系統(tǒng)的拓展應(yīng)用，CT設(shè)備將會成為木材工業(yè)研究和生產(chǎn)中一種常規(guī)設(shè)備。

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　　推薦期刊：《木材加工機(jī)械》(雙月刊)1984年創(chuàng)刊，是木材加工行業(yè)惟一的專業(yè)技術(shù)性刊物，由國家林業(yè)局北京林業(yè)機(jī)械研究所主辦。主要刊登內(nèi)容：木材加工機(jī)械行業(yè)的最新研究和設(shè)計(jì)成果，使用維護(hù)、技術(shù)革新、生產(chǎn)經(jīng)營管理經(jīng)驗(yàn)，新技術(shù)新產(chǎn)品介紹，國內(nèi)外技術(shù)發(fā)民展趨勢綜述，技術(shù)經(jīng)營信息，標(biāo)準(zhǔn)和檢測及有關(guān)人造板生產(chǎn)工藝等。