影像后处理技术（精选7篇）
影像后处理技术 篇1
四肢骨关节损伤引起的骨折临床常见,通常行X线摄片诊断是否骨折为首选影像学检查,但平片的局限性对隐匿性骨折,可疑骨折易造成误诊、漏诊,延误患者治疗,隐匿性骨折是常规X线平片不能发现而实际存在的骨折[1]。行多层螺旋CT扫描及三维重建技术可以迅速准确的诊断四肢骨关节损伤,并为临床提供详尽的影像信息。
1 资料与方法
1.1 一般资料
本组64例临床资料完整的四肢骨关节损伤患者。男性36例,女性28例,平均43.5岁,急诊就医先行X线摄片证实骨折或可疑骨折,住院术前再行CT扫描确诊。
1.2 方法
西门子Siemens Emotion 6层螺旋CT扫描机。患者仰卧位,轴位扫描,扫描范围:由X线平片或CT定位像选定,扫描参数120 kv,自动毫安秒,层厚5.0 mm coll 6×1.0 mm,重建层厚1.25 mm,重建间隔0.8 mm,重建函数:B80 sverysharp,骨窗osteo,再将所得扫描数据进行图像重建处理,根据多平面重组(multiplanar reformation,MPR),表面阴影显示(surface shadow display,SSD)及容积再现三维成像(volume rendering technique,VRT)重建技术可获得多方位病变区的图像。
2 结果
64例患者中,肩关节骨折8例包括肱骨外科颈骨折并大结节撕脱、肩关节锁骨肩峰端合并肱骨头撕脱性骨折、肩胛骨折;肘关节骨折7例包括肱骨内上髁骨折和桡骨小头骨折(见图1);腕关节骨折10例包括舟状骨骨折、桡骨远端骨折;掌骨基底部骨折8例(见图2);髋关节骨折9例包括髂骨髋臼骨折可合并股骨头后脱位、股骨颈、粗隆间骨折(图3~4);膝关节骨折12例包括胫骨平台骨折并腓骨小头骨折、髌骨骨折(见图5);踝关节骨折10例包括内外踝及后踝骨折、跟骨骨折(见图6)。其中发现X线平片显示可疑和未见异常而实际存在的隐匿性骨折13例,髂骨、髋臼、髌骨、踝关节后踝、肱骨内上髁、第4、5掌骨基底部在DR数字X线摄影片上因影像的重叠、骨折线细小又无明显错位,易误诊,行多层螺旋CT扫描,再经MPR SSD VRT重建,骨折影像清晰可见,特别是经MPR可多个层面清晰显示骨折线,小的骨折碎片,与邻近组织结构之间关系。
A:DR片示右肱骨内上髁撕脱骨折可疑;B:多层螺旋CTMPR轴位有利于细微骨折的诊断,图像清晰显示骨折碎片分离
A:DR片示右手第5掌骨基底部骨折可疑,B:CTMPR轴位清晰显示第4、5掌骨基底部骨折
右髂骨粉碎性骨折VR背面观骨折程度,范围显示清晰,骨折线清晰锐利,空间立体感强,但在观察细微骨折诊断又不及MPR
A:DR摄片左侧髋臼骨折可疑股骨头后脱位;B:MPR清晰显示左侧髋臼撕脱骨折并股骨头后脱位
骨折处经VR三维重建立体感强,对明显骨折的显示更清晰
MPR显示跟骨骨折端错位明显,塌陷
3 讨论
MSCT扫描速度快,图像横向纵向分辨力高,显示隐匿性可疑性骨折与X线平片比较无影像重叠,图像清晰[2]。本组64例患者MPR在显示屏上能按诊断的需要从任意方向二维横断面、矢状面、冠状面、斜面及曲面图像上显示骨折线及骨碎片,更全面地了解骨折的范围、错位及病灶周围软组织情况。SSD,VRT三维效果明显[3],由于SSD是采用阈值成像,适用于骨骼系统表面形态的显示,其空间立体感强,表面解剖关系清晰,有利于骨折的定位和判断骨折线波及的范围,图像显示准确性受图像处理中分割阈值影响较明显,因此不能显示物体内部结构,也不能提供物体的密度信息。VRT是利用螺旋CT容积扫描的所有体素数据,根据每个体素的CT值及其表面特征,使成像容积内所有体素均被赋予不同颜色和不同的透明度,通过图像重组和模拟光源照射,从而显示出具有立体视觉效果的器官或组织结构的全貌,VRT图像不仅可以显示被观察物的表面形态,而且可根据观察者的需要,显示被观察物内部任意层次的形态,帮助确定骨关节损伤与周围重要结构间的位置关系,其图像的主要特点是分辨率高[4],在显示空间结构的同时也显示密度信息,弥补SSD的不足[5],但在显示骨折骨骼内部细微结构和微小变化上不及MPR。SSD及VRT在显示没有明显错位的细小骨折线时不及MPR(髌骨骨折),对软组织有无损伤肿胀亦不及MPR,MPR可较好地显示骨关节损伤与周围组织器官细微复杂的解剖关系,有利于病变的准确定位。SSD及VRT三维立体感强,这是MPR无法比的,若将3者结合充分发挥其优越性,重建图像层厚越薄,重组图像越清晰,获得的三维图像和多平面的断面图像质量越高,越利于显示骨折线及碎片,骨折大小范围,断端错位软组织损伤情况。肱骨内上髁撕脱骨折,SSD及VRT显示撕脱面清晰,判断撕脱骨折来源优势显著[6]。髋关节骨折,髋臼骨折并股骨头后脱位,因髋关节本身结构复查,X线平片前后重叠,而多层螺旋CT MPR除显示骨折情况外还显示有无骨折脱位[7]。膝关节、胫骨平台骨折是否波及关节面MPR,SSD,VRT将骨折程度,骨碎片与关节的空间关系充分显示[8]。踝关节三踝、跟骨、肩关节、肘关节骨折MPR可从多个平面显示骨折情况,肩关节骨折易造成相邻组织的损伤,如是否累及肺野及肋骨。腕关节舟状骨易发生骨折[9],桡骨远端骨折,掌指骨特别是掌骨基底部的骨折X线平片重叠较多,难以分辨是否骨折,MPR能清晰显示骨折大小、范围。所以四肢骨关节多层螺旋CT扫描常行薄扫,一次扫描后可同时MPR SSD及VRT后处理显示X线平片不易显示的隐匿性骨折及骨折骨骼的空间解剖结构,全貌,多层螺旋CT MPR,SSD及VRT技术对四肢骨关节损伤提供更加丰富的影像学信息,又因病人外伤后疼痛,很多特殊部位不能很好地配合DR摄片检查,如髌骨轴位、跟骨轴位等,此时多层螺旋CT扫描成像是最佳选择,同时又减少误诊,漏诊的发生,对可疑骨折的准确判断,使诊断准确性提高,对临床医师选择正确的治疗方案有重要指导意义。
参考文献
[1]丁建林,易旦冰,陈晓亮,等.64层螺旋CT与MRI诊断隐匿性骨折的临床价值[J].中国医学影像学杂志,2009,17(1):13-15.
[2]徐方元.隐匿性骨折CT诊断的临床价值(附23例分析)[J].医学影像学杂志,2001,11(1):27-29.
[3]周康荣,主编.螺旋CT[M].上海:复旦大学出版社,1998:237.
[4]张云亭,于兹喜,主编.医学影像检查技术学[M].北京:人民卫生出版社,2010:80-82.
[5]沈超,张联合,等.多层螺旋CT三维重建在肩胛骨骨折中的应用[J].实用放射学杂志,2006,22(4):508-509.
[6]薛彩霞,王东江,张越,等.MSCT的三维重建及多平而重建技术在骨关节创伤中的临床应用价值[J].中国CT和MRI杂志,2006,4(1):32-33.
[7]仇红,王彦华,孙晓伟.螺旋CT在髋臼骨折中的应用[J].实用医学影像杂志,2006,7(6):36-37.
[8]陈明祥,凌俊,陈娟.多层螺旋CT多平面和三维重建在胫骨平台骨折中的临床应用[J].中国CT和MRI杂志,2006,4(3):43-44.
[9]应琦,张素娟,蔡卫东.多层螺旋CT重建技术在腕关节损伤诊断中的应用[J].浙江创伤外科,2007,12(2):110-112.
影像后处理技术 篇2
环幕影像是指呈现在圆柱体 (或圆柱体局部) 表面的环形影像。得益于出众的沉浸感与视觉效果, 环幕影像不仅被广泛应用于科技馆、博物馆、博览会和各种商业活动中, 而且目前绝大多数“4D影院”、“5D影院”实际上也是以立体环幕影像作为视觉核心的。
环幕影像本身并非新鲜事物, 已经有很多成功范例和成熟解决方案了, 尤其在2010年上海世博会期间, 环幕影像在众多世博展馆内大方异彩, 吸引了数以万计的观众驻足赞叹。
但令人遗憾的是, 时至今日环幕影像还是以“高端”的姿态固步于有限的场馆之内, 具备丰富经验、能够进行环幕影像创作的艺术家寥寥无几, 这很大程度上限制了这类影视作品的普及。2011年底, 上海科技馆召开了自主编创的4D电影《重返二叠纪》的首映会, 会上科技馆的负责人不无遗憾地表示目前国内大多数科技馆、博物馆都设立了4D影院, 但片源几乎完全依赖进口, 翻来覆去只能放几部老片子, 影片的供应远远跟不上观众和时代的需求。
目前国内高校动画、影视特效类的专业遍地开花, 有些地方甚至到了供过于求的地步, 为什么立体环幕影像的创作者却如此难觅呢?据笔者调查, 除了信息不对称的因素以外, 由于放映环幕影像需要造价高昂的特殊软硬件环境, 超出了大部分高校相关专业愿意接受的水平, 因此学生在校期间很难有机会进行这方面的学习和研究, 毕业后会选择创作这类特种影片的人肯定只是凤毛麟角了。
传统环幕影院建设成本之所以昂贵, 主要因为以下三个方面的原因:首先, 要实现环幕投影必须进行边缘融合与几何校正, 专门用于边缘融合与几何校正的硬件设备 (国产) 价格在20至30万左右;其次, 立体环幕影像需要提供多通道视频信号, 实现三通道立体投影就需要总共7台电脑 (6台输出视频信号, 另一台作为服务器) , 即使每台电脑采购成本在1万元左右, 7台电脑的采购成本也要近10万元了;最后, 大多数环幕影院都选择使用价格昂贵的工程投影机, 每台投影机在3-5万元左右, 六台投影机的采购总价高达20-30万元。再加上环幕本身的造价和安装调试的费用, 要打造一个三通道立体环幕影院的成本大约在50-80万元——这显然是一笔相当可观的投入。
笔者负责的“非平面影响实验室”建设项目总经费不到200万元, 还需涵盖立体视觉、4D座椅、交互球幕、球幕影院等多个研究域。因此, 在满足创作与研究需求的前提下, 必须尽可能降低三通道立体投影系统的造价。最后, 经过反复研究与不懈努力, 该系统的总造价被控制在了15万元。
2 软硬件环境及建设成本
下面简单列举一下组成三通道立体投影系统的核心设备及它们的采购成本。 (以下为2011年时的采购价格, 仅供参考。)
主控电脑:一台, 总价约1.5万元
监视器:20寸显示器六台, 总价约1.5万元
投影机:三洋1160c投影机, 六台, 总价约9万元
环幕:直径6米120度金属弧形幕, 约2.5万元
5.1声道音响系统:0.25万元
再加上偏振滤镜、支架、线材、安装等费用, 硬件部分的投入约为15万元, 并且随着时间的推移硬件成本还会逐步降低。相比较大多数立体环幕系统50-80万元的造价, 这样的建设成本相信大部分的院校都能比较轻松地接受。
在软件系统上, 本系统利用Quest3D三维引擎内的Render to Texture与HLSL编程功能完成了几何校正与边缘融合。鉴于本方法的普适性, 您完全可以选择自己熟悉的三维引擎组建, 只需确保这个引擎支持“渲染至贴图”功能与“可编程着色器”功能即可。
最后, 需要特别指出的是, 在主控电脑中所选用的显卡为华硕EAH5870 EYEFINITY 6/6S/2GD5, 因为它是为数不多的性能强大且能够同时输出六个数字视频信号的显卡, 这样的显卡是组建低成本立体环幕投影系统的必要条件。
3 基于HLSL的三通道立体投影实现方法
3.1 设备连接与系统配置
支持AMD Eyefinity功能的显卡最大的优势在于它不仅能够同时输出六个不同的影像, 而且可以在驱动程序层面将六个画面合并为一个完整的桌面。根据这个特点, 我们将六台显示器按照3x2的形式组成分辨率为3072x1536的矩阵, 左眼画面渲染至1-3号显示器/投影机, 右眼画面渲染至4-6号显示器/投影机, 左右眼投影画面以偏振技术加以区隔。
本系统的硬件设备连接图如下:
3.2 利用HLSL进行几何校正与边缘融合的思路
3.2.1 相机模型转换
适用于环幕的影像分为预渲染影像 (如动画或影片) 和实时影像两大类, 其中实时影像又包括二维和三维两种, 它们之间各有不同但其中难度最高的是本文所研究的实时三维影像。
由于常用的3D API (包括Open GL和Direct X) 仅支持针孔相机模型, 生成环幕影像只能通过多相机画面拼接。相机数量越少拼接后图像精度的损失越大, 相机越多则消耗的运算资源越多, 因此必须在两者之间取一个平衡点。对于本例中120度的环幕来说, 水平方向上放置三个视锥左右相连的摄像机比较合适。虽然这三台相机可以渲染出左右相连的画面, 但如果简单地将它们左右拼在一起那么透视不连续的问题会明显地表现出来, 表现为直线在接缝处产生折角 (见图2) 。
利用HLSL语言调用GPU的像素着色器 (Pixel Shader) , 我们可以将三个画面修正成连续的环幕影像, 其核心代码如下:
其中ang H为单个相机的水平视角, IN.UV是原采样点UV坐标, pi为圆周率, H和W代表贴图的UV长度 (其值为1) , tex Col为Pixel Shader返回的色彩值。
3.2.2 线性变换
理想情况下, 投影方向应垂直于该部分圆弧的弦, 且分管环幕左、中、右侧的投影机影像应能完美地两两重叠。但事实上, 由于投影机和环幕的安装都不可能精确到分毫不差, 并且为了降低成本我们选择了并不支持“镜头平移”功能的商用投影机, 所以在进行几何校正时必须纠正这一偏差。
在进行平面投影时, 这样的偏差通常由投影机内置的“梯形校正”功能修正, 但是在进行环幕投影时必须利用程序解决。这首先是因为投影机的“梯形校正”功能无法达到子像素级的精度, 其次也是因为很多投影机仅能进行垂直梯形校正而不能进行水平梯形校正。另外, 将所有校正操作都集成在同一的界面中也能大大提升调试效率。
由于投影机与环幕的相对位置、角度所引起的偏差可以通过一次线性变换完成修正。本系统允许用户通过移动四个角点实时地影响修正结果, 也即通过四个角点的坐标实时计算出变换矩阵并完成变换。
本方案计算变换矩阵所采用的是Dong-Keun Kim等人在A Planar Perspective Image Matching using Point Correspondences and Rectangle-to-Quadrilateral Mapping一文中的提出的计算公式, 如下 (原文公式中的一个小错误在此已修正) :
得到变换矩阵后利用HLSL对于图像进行重取样, 只需将IN.UV与变换矩阵相乘即为新采样坐标。需要强调的是, 按照上述公式求出的矩阵M是将矩形变换至任意四边形的变换矩阵, 但由于矫正过程是一个对于渲染结果进行重取样的过程, 因此应当直接使用M而非其逆矩阵M-1。
3.2.3非线性变换
目前市场上所能购买到的投影机都是为平面成像设计的, 在平面上它们可以投射出4:3或16:9的矩形画面 (或至少是线性变换后的画面) 。但是在环幕或其它非平面投影对象表面, 投影机形成弯曲影像是无法通过线性变换修正的, 必须通过非线性变换才能使之与投影幕匹配, 这是环幕几何校正的核心步骤。
在这里我们假设环幕是理想的圆柱体局部, 其矫正过程与相机模型转换过程颇有可借鉴之处。假设用tpc、btc来定义环幕顶部与底部的弯曲系数, 则非线性变换的核心算法如下:
3.2.4 融合带生成
通常所谓的“边缘融合”事实上包含融合带生成和融合带亮度修正两个步骤。为了进行边缘融合, 相邻的两个投影画面必须有一定的重叠部分, 且重叠部分的画面内容相同, 称为融合带。假设左-中和中-右的画面重叠部分宽度分别为edge1和edge2 (以原始画面宽度的百分比衡量) , 则在中间画面生成融合带的核心算法为:
其中IN.UV是原采样点UV坐标, source Map Sampler1至3分别为左、中、右三张贴图的采样器, tex Col为Pixel Shader返回的色彩值。
左右两侧融合带的生成算法更为简单, 这里就不介绍了。
3.2.5 融合带亮度..修正
融合带亮度修正的目标是使左右两个投影画面的重叠区域与非重叠区域亮度一致, 具体实现方法是根据一定的函数曲线将画面亮度沿着融合带逐步降低, 产生逐渐变暗的边缘。最简单的函数曲线是从100%到0%的一次函数, 但由于绝大多数投影机本身的伽马值在2.2左右而非1, 因此插值曲线应当选择幂函数而非一次函数。
融合带指定位置的纵向亮度增益值y与该位置的相对水平坐标值x之间的关系为:
y=xgamma (x∈[0, 1])
为了让融合带的亮度控制更为灵活, 本系统依据Paul Bourke的主张加入了另外两个参数值center和falloff, 用以偏移亮度中心点与控制衰减速度, 最终的HLSL核心代码如下 (以左画面为例) :
3.2.6 依序组合所有算法
最后, 我们需要将所有的算法按照合理的顺序串联起来, 依次执行。每一步算法执行完毕后, 其结果都会利用Render to Texture功能保存在贴图中作为下一步运算的基础。本方案所采用的算法执行流程如下图所示:
3.3 实际效果测试
根据以上几何校正与边缘融合的思路, 本文作者在Quest3D引擎中开发出了几何校正+边缘融合的模块, 并将之与实时渲染的三维程序相结合, 测试结果如下:
经测试, 在硬件搭建完毕的情况下几何校正与边缘融合模块一般可以在10分钟以内完成调试, 拼接后的影像清晰锐利, 没有明显的拼缝和叠影问题, 可以满足绝大部分影视与交互内容的放映需求。
另外, 得益于5870 GPU强大的运算能力, 虽然程序运行在3072x1536这样的超高分辨率下, 并且几何校正与边缘融合需要消耗大量的GPU资源, 但程序的流畅度并没有受到严重影响, 程序帧速率始终保持在50FPS以上。当然, 测试用的游戏场景并不算太复杂, 随着画面复杂程度与精美程度的提高, 几何校正与边缘融合运算对运行速度的负面影响应该会逐步显现出来。
4 结论与进一步研究的方向
本文所提出的方法经过实际检验切实可行、效果良好, 其优点和缺点都非常明显。
本方法的优点在于, 只需一台电脑无需边缘融合机便可实现三通道立体投影, 相比较其它方案大幅降低了建设成本, 也规避了多台电脑间信号同步的复杂问题。它的缺点在于, 由于需要利用GPU进行大量运算以完成边缘融合和几何校正, 因此会消耗可观的运算资源, 如果显示的内容是复杂的实时渲染三维场景则帧速率会被显著降低。另外, 与使用边缘融合机的方案相比, 本方法需与特定的引擎结合使用, 并不能做到软件无关性。
在本文的基础上, 可以在以下几个方面做进一步的研究与探索。
首先, 通过加入网格变形功能模块让像素级的几何校正功能更为灵活, 并且能够应对不规则的投影表面变形。
其次, 设法提高执行效率, 让几何校正与边缘融合所占用的运算资源尽可能少, 为主程序留出足够的运算机能。
最后, 通过其它开发工具拓展本方法的适用范围, 使之与特定引擎无关, 实现桌面级的几何校正与边缘融合。
参考文献
[1]Dong-Keun Kim, Byung-Tae Jang, Chi-Jung Hwang.A planar perspective image matching using point correspondences and rectangle-to-quadrilateral mapping, Proceedings of Fifth IEEE Southwest Symposium on Image Analysis and Interpretation, 2002, 4:87-91.
[2]Paul Heckbert, Projective Mappings for Image Warping, Fundamentals of Texture Mapping and Image Warping, Master’s thesis CS Division, U.C.Berkeley, 1989, 6:17-21.
[3]Paul Bourke.Edge blending using commodity projectors.http://paulbourke.net/texture_colour/edgeblend/, 2004.
[4]吕冀, 汪渤, 高洪民.图像失真矫正算法与应用, 微计算机信息, 2008, 12:280-281.
航空影像快速处理技术探讨 篇3
该文利用在某次应急响应中获取的航空影像进行了实验, 测试了基于PHOTOMOD软件进行航空影像快速后处理方面的特性, 解决像片拍摄姿态差导致的无法进行像点匹配的问题, 以及使用POS数据辅助空三提高数据处理效率, 实验证明其精度和效率可以满足应急响应的需求。
1 数据资料
选择某个遭受洪涝灾害的山区进行实验, 面积大约8.3 km2。
1.1 软件介绍
PHOTOMOD系列软件产品是俄罗斯Racurs公司的集航空摄影测量、无人机航测、倾斜摄影测量、近景摄影测量、卫星影像遥感及卫星雷达遥感等数据后处理于一体的综合应用系统, 也是全球率先支持分布式并行运算的高效全数字摄影测量及影像、雷达处理系统。相对于同类软件具备算法先进、配置灵活、功能完备、操作便捷、生产高效、精度可靠、支持众多传感器等优点。
1.2 资料分析
影像数据带P O S辅助设备, 航摄仪为禄莱R o l l e i AICPROIQ180量测型相机, 焦距51.386 mm, 像幅尺寸7760×10328, 像元大小5.2μm, 地面分辨率为0.15 m。航向重叠范围56%~70%, 旁向重叠范围20%~40%。影像清晰, 反差适中, 能满足正射影像和航测成图的需要。POS数据完整, 可以用于空三加密。
航摄完成后, 在测区内进行了外业量测像控点, 采用区域网布点, 但是由于测区受灾严重, 道路不通, 有些地方无法到达测量像控点, 导致布点不够均匀, 部分点量测精度不够理想。
2 基于PHOTOMOD软件的影像快速后处理关键技术
2.1 简化处理步骤、提高生产效率
通过简化影像预处理的步骤、自动高精度匹配算法、自动预测控制点、高效、精准的DTM匹配和平滑滤波、便捷修改镶嵌线、测区内匀光匀色等关键技术, 简化了影像内业处理的步骤。并且PHOTOMOD软件具备分布式并行运算能力和GPGPU技术, 在数据导入、相对定向匹配、区域网平差计算、DEM提取及正射纠正、镶嵌匀色等计算量大、耗时较长的步骤均支持分布式处理, 划分任务模块, 利用计算机多线程并行处理计算, 从而实现高效率生产, 最大化地应用计算机资源, 对于大型、超大型测区处理尤其高效。
2.2 通过调整匹配参数提高空三精度
贵州山区气流较大, 飞行姿态较难稳定, 在应急响应中, 由于天气变化大、起降场地限制等原因飞行条件更为恶劣。获取的航空影像易存在航片倾角、旋偏角过大、像片重叠度变化大等问题。像片的拍摄姿态差对相对定向中同名像点的匹配影响很大, 甚至导致无法进行像点匹配的情况, 可通过调整相对定向参数的方式, 解决如下问题, 改善匹配情况, 提高空三质量。
2.2.1 解决影像畸变差大的匹配问题
当使用非量测型相机进行航空摄影时, 由于相机鉴定的时间离拍摄影像的时间间隔较长等原因, 用相机鉴定报告上的畸变参数进行改正时, 可能并未完全消除相机畸变, 从而导致匹配的相关性差或者存在上下视差的情况。在平差时, 可执行相机自检校, 如果测区有控制点的话, 利用控制点进行相机的自检校。经相机自生检校后, 生成新的相机参数 (焦距、畸变差等) , 可从很大程度上恢复相片的初始状态, 大大提高后续处理的精度。
2.2.2 解决影像相关性差的匹配问题
因飞行条件不好, 飞行姿态不稳定等原因, 获取的航空影像易存在航片倾角、旋偏角过大、像片重叠度变化大等问题, 导致相对定向匹配困难, 可能有部分影像, 航带内和航带间没有匹配上点, 我们可尝试使用调整相对点数、相关性阈值和最大误差等的方式, 仅对这部分影像进行局部匹配。
2.2.3 解决重叠度变化大的匹配问题
不同于传统摄影测量中大飞机航摄的规则航线, 小飞机或无人机因风力原因飞机在航拍过程中左右摇摆, 可能导致航带内、航带间重叠度变化较大, 影响相对定向时在影像间搜索匹配同名点, 可以通过改变搜索区域的大小来解决该问题。
2.3 在应急情况下, POS数据辅助空三加密提高效率测试
POS系统是一种GPS和INS的组合系统, 利用POS系统同时记录的航摄仪三维坐标和姿态参数, 经过后期处理计算出每张航片的外方位元素, 并加入少量的外业控制点坐标进行空中三角测量的技术, 在现阶段折数字航空摄影测量中已经得到广泛应用。与传统的空三加密方法相比, 它在一定程度上简化作业步骤, 并可实现少量甚至无控制点的空三加密, 提高了生产效率, 节约了生产成本, 尤其适用于外业困难地区以及道路、管线等带状领域。
在应急响应的应用中, 影像数据的快速、高效处理至关重要, 尤其是在灾情未知的情况下, 进入灾区进行野外控制点测量既费时又存在安全隐患。因此, 该文利用实验测区数据, 对在1∶1万地形图上图解测区四角的少量控制点以及无控制点两种情况下使用POS数据辅助空中三角测量进行了测试, 简化作业步骤, 减弱空中三角测量对地面实测控制点的依赖, 直接通过POS数据中的GPS信息对相对定向匹配得到的自由网进行绝对定向, 从而得到空三加密和正射影像等成果, 并验证其精度和效率。
3 实验结果分析
3.1 精度分析
3.1.1 空三加密精度
使用外业实测地面像控点进行光束法区域网平差, 得到的控制点平均误差为Exy=0.405, Ez=0.143;控制点最大误差为Mxy=0.797, Mz=0.314。
采用图解少量控制点POS辅助空三的方式, 利用该测区获取的30个野外像控点作为检查点, 对实验中输出的空三成果立体建模, 并在立体模型上量测其三维坐标值, 进行精度统计, 通过检查点精度结果, 计算得到平面中误差为±0.985, 高程中误差为±1.429。
3.1.2 正射影像精度
正射影像成果清晰易读, 色调均匀、反差及亮度适中、接边处色彩过渡自然, 地物合理接边, 无重影和发虚现象, 人工地物接边完整、合理。从正射影像上可清晰了解、判断灾情, 与灾前的卫星影像进行对比分析有更加直观的效果, 可有效指导应急救灾。
3.2 效率分析
经实验过程统计, 该实验测区从影像预处理至空三加密、生成正射影像成果的整个过程, 采用外业实测控制点、图解少量控制点POS辅助空三和无控制POS辅助空三等3种实验方法所用时间如表1所示。
4 结语
通过对洪灾应急响应航空影像进行数据后处理实验, 在PHOTOMOD软件平台上完成了整个流程的操作, 并测试了通过调整相对定向参数解决相对定向匹配问题的方法, 使得匹配精度得到很大改善, 最后输出了空三加密和正射影像成果。经实验验证, 使用外业控制点处理的整个流程耗时约3 h, 空三加密控制点平均误差达到Exy=0.405, Ez=0.143, 可以满足1∶2000测图精度, 正射影像清晰易读, 证明该技术流程可以满足应急响应数据快速处理的精度和效率要求, 可以作为灾情分析、指导救灾使用。
针对应急响应中来不及也无法进行野外实测控制点的情况, 该文还对实验测区进行了POS数据辅助空中三角测量的图解少量控制点和无控制点两种情况进行了测试, 经实验证明, 因POS辅助空三减少了像控量测的工作量, 简化了作业流程, 工作效率也得到了很大的提高, 而且测区越大、像片数越多的情况下, 在效率方面的提升会愈加明显。在图解少量控制点+POS辅助平差的情况下, 取得了较好的平面量测精度, 解决无实测控制点的情况下快速出图指导应急救灾的问题。
摘要：通过数字测绘航空摄影快速获取高分辨率影像, 能快速生成DEM、正射影像、三维景观图等测绘产品, 能够迅速了解灾情并获取受灾地区详细的地面三维信息, 为救援队伍提供精确、可靠的测量数据。通过在受灾区域获取的航空影像, 基于PHOTOMOD软件进行数据快速后处理实验。经过效率分析和精度统计, 证明其效率和取得的正射影像成果可以达到指导应急救灾的需求。
关键词：山区,应急,影像,后处理,测绘产品
参考文献
[1]CH/Z 3003-2010, 低空数字航空摄影测量内业规范[S].国家测绘局, 2010.
[2]CH/T 9008.2-2010, 基础地理信息数字成果1∶500、1∶1000、1∶2000数字高程模型[S].国家测绘局, 2010.
影像后处理技术 篇4
一、医学影像的分类
现代医学影像一般包括这样几类;超声成像, 主要是对人体的超声回波进行测量, X线成像;测量人体内的X线, :例如胸透。光线成像、磁共振成像、发射型计算机断层PET、核医学成像等等, 这些影像都是医院的宝贵材料, 对于诊断病情有很大的帮助。
二、如何利用计算机技术进行医学影像处理, 提高质量
如何利用计算机技术进行后期的影像处理, 提高医学影像的质量笔者认为以下几点很重要:
1. 利用计算机技术进行提高医学影像的分辨率
其实不管是X线影像还是CT影像、磁共振影像等等, 刚刚出来的成像信息量是非常少的, 要想增多的它的信息量就需要后期利于计算机技术提高它的分辨率。医学影像它都是由一个个相连接的像素矩阵所组成的, 如果在一个影像的固定面积内所含的像素越高, 影像得到的各种信息量就更多, 内容更加丰富。要想实现这一点, 就的依靠计算机技术进行更改, 例如现在设计常用的各种软件photoshop, 美图秀秀等都有这方面的功能可以更改一张尺寸固定的影像像素, 步骤如下:首先打开photoshop, 打开一张未处理过的影像, 点击“图像”调整“画布大小”打开对话框, 这里就可以调整影像的像素, 宽度的像素、高度的像素, 宽度和高度是否按比例调整等等。一般来说分辨率的提高是需要增加影像的像素, 以此增加更多的信息量, 保证影像的质量, 通过计算机后期的处理就可以实现。
2. 利用计算机技术进行医学影像的对比度提高
对比度也是影响一张医学影像好坏根本因素, 一般计算机图像处理技术中, 所谓的对比度, 其实是指的是两个相近的像素灰度值之间的一个差异。如果两个相近的像素灰度值之间的差异截然不同, 差异越大, 两者的对比度的数字越大, 看清医学影像的内容更清晰、更容易。例如0和4之间的灰度值比较相邻, 就很难讲它们进行区分。而0和150之间的灰度值的差异就非常大, 对比度就很强, 也使人们对医学影响的内容更容易分辨。而用计算机的软件技术photoshop, 美图秀秀等。则可以改变对比度。首先打开photoshop, 打开一张未处理过的影像, 点击“图像”调整“亮度/对比度”, 然后将0和4之间分别乘以20, 这样把0和4之间变成了0和40之间, 那么医学影像的对比度就会增强, 分辨起来也就越容易, 也就更能提高医学影像的质量。
3. 利用计算机技术进行医学影像亮度的提高
根据一般规律人们对于分辨率值低的图像分辨能力较差, 刚刚成像的未经修改的影响就有这样的特点, 这张影像的质量就大打折扣了, 医生无法看清影像信息的内容, 也就无法做出正确的判断, 这时就可以利用计算机软件技术photoshop, 美图秀秀等改变影响的亮度, 首先打开photoshop, 打开一张未处理过的影像, 点击“图像”调整“亮度/对比度”, 其取值范围为0-255, 0表示影响全黑暗, 255表示全白或者全亮, 可以随意进行调整, 直到你看清楚整张影像为止。
三、如何利用计算机技术对冻结的影像进行处理
由于过去的技术落后, 很多影像都是采取冻结处理, 如果需要采集这些图像的信息就需要计算机技术。这里介绍一款医学影像处理体统, 现在笔者就说说如何利用它来进行医学影像的增加。首先把图片分门别类整理, 处理的目的最终是要提高图像的清晰程度。影像的分类并不是能随便分的, 而是按照某种特征进行分类。这些特征又是和图像的灰度分布的形式如何息息相关, 这种分布又是不定性, X放射科的系统最大问题就是图像的对比度低, 在这种情况下, 就要使用系统的增强功能, 例如前面提到的提高图像亮度、对比度、对比拉伸等等, 这样冻结过后的图像影响就会清晰的多。
四、如何利用计算机技术处理内窥镜医学影像, 建立三维模型
随着医学的发达, 例如胃镜、肠镜、咽喉镜等内窥镜技术的运用也越来越广泛, 这个技术的出现, 给疾病诊断增加了准确性, 但是患者却痛苦万分, 医生操作也非常不方便。加上传统胶片的落后性, 诊断起来也非常困难。这就需要入计算机技术, 同过计算机技术对病人相关部位影像进行处理, 做一个三维重建, 然后构建一个模拟化的相关器官图, 这样各种内窥镜就能在其中进行检测, 减轻病人的痛苦, 增大判断的效果。
五、总结
计算机技术的不断发展, 给医学领域带来了一次新的革命, 计算机不仅在人们的生活中运用广泛, 在医学领域中运用也非常广泛, 尤其在医学影像方面, 由于拍摄刚刚成型的影像存在不足, 需要计算机技术进行后期处理, 对于年代久远的影响清晰度低, 也需要计算机技术进行医学影像后期处理, 新的医学技术也需要计算机技术进行医学影响后期处理, 这就需要医学人员掌握更多的影像处理技术, 懂得如何计算机技术对各种医学影像进行后期处理、后期调整:例如图像增强、对比度的变化、亮度的调整等等等, 最终帮助医生得到更准确的患者信息, 帮助医生做出最正确的医疗诊断。
参考文献
[1]何友全, 方磊.医学影像计算机传输与处理[J].西南交通大学学报.2003年6月第3期
[2]冯毅, 孔冬莲.计算机图形图像技术在医学中的应用[J].鄂州大学学报.2007年第3期
蕹菜采后处理技术要点 篇5
蕹菜幼苗高20cm时可间拔采收。当主蔓或侧蔓长达30cm左右时, 采收嫩梢。温度不高, 生长较慢时, 可隔10天左右采收1次, 而旺盛生长期须每周采摘1次。在采收初期易发生“跑藤”现象, 即蔓徒长纤细、节间长, 主要是因肥水管理不当和不及时采收造成, 而且常发生在主蔓上, 故应在第一次采收时只留基部2～3个节, 摘去主蔓。采收3～4次后, 适当重采, 仅留1～2节, 促进茎基部重新萌发, 茎蔓粗壮。若茎蔓过密或过弱, 可疏除过密、过弱枝条或全部刈割1次, 重施肥水更新。集中采收幼苗每亩产量1 000～1 500kg, 多次采收亩产量可达5 000kg以上。采收后及时清理黄叶、枯叶、老茎。若留芽过多, 则发生侧蔓过多, 营养分散, 生长纤弱缓慢, 会影响蕹菜产量和品质。
二、分级 (见表1)
三、预冷
如需较长时间保存, 应包装好置于冷库贮藏。采收前1天要停止供应水分, 以便降低植株内水分含量, 延长贮藏期。采下的蕹菜要及时运回仓库, 运输过程要避免损伤, 防止水分散失。运回后马上进行预冷, 可用冷库预冷或冰水预冷, 预冷的同时, 剔除有损伤的、带黄叶的、有病害的蕹菜。冰水预冷时间不能过长, 防止发生冷害。
四、包装
1. 包装容器
包装容器 (箱、筐等) 要求牢固, 内壁及外表均平整, 疏木箱缝宽适当、均匀。包装容器应保持干燥、清洁、无污染、无腐烂、无霉变等。塑料箱应符合GB/T8868的要求。每批报验的蕹菜其包装、净含量应一致。包装检验规则:逐件称量抽取的样品, 每件的净含量不应低于包装外标志的净含量。包装上的标志和标签应标明产品名称、生产者、产地、净含量和采收日期等, 字迹应清晰、完整、准确。
2. 包装方法
包装有3种方法:第一种方法是将蕹菜直接装筐, 堆成3排3层, 外面罩上0.03～0.08mm厚的塑料薄膜, 其他的照样堆好罩好, 每堆之间隔开一段距离, 使冷气通风均匀;第二种方法是在筐内衬垫一张0.03mm厚的塑料薄膜, 装入蕹菜后再把薄膜的四周向里折, 将蕹菜盖严;第三种方法是用0.03mm厚的塑料薄膜做成小袋, 每袋装1kg, 袋口折一下再装筐。整个操作过程要轻拿轻放, 严格避免碰撞、挤压, 避免造成伤口。
五、运输
蕹菜收获后就地整修, 及时包装, 运输前宜进行预冷, 装运时轻装轻卸, 防止机械损伤。运输工具清洁、卫生、无污染。在适宜的温度、湿度条件下运输, 运输过程中注意防冻、防雨淋、防晒、散热。
六、贮存
临时贮藏场所应阴凉、通风、清洁、卫生, 防止烈日曝晒、雨淋、冻害及有毒物质和病虫害的危害。
短期贮存货堆不应过大, 控制适宜的温、湿度, 贮存库 (窖) 温度应保持5～8℃, 空气相对湿度保持在90%～95%。
蔬菜的采后处理技术 篇6
一、预冷
蔬菜采收后高温对保存品质是有损害的, 特别是在热天采收的蔬菜, 情况更是如此。所以, 蔬菜采收后要经过预冷, 以除去田间热, 目的是减慢蔬菜的呼吸, 减少微生物的侵染, 降低水分的损失, 蔬菜采后距离冷却的时间愈长, 品质下降愈明显。有些蔬菜要在采后立即冷却方可保持鲜度, 如:菠菜、油菜、芹菜等叶菜类蔬菜更是如此。蔬菜品质改变或鲜度下降后, 在贮运中就不可能恢复。目前常用的预冷方法及特点见表。
二、晾晒
蔬菜在采收时含水量多, 组织脆嫩, 因此在贮运中很容易损伤或利于病虫为害, 在生理上呼吸与蒸腾作用也都很旺盛。直接入库, 必使库内湿度增大, 引起微生物繁殖而导致腐烂。因此, 进行必要的贮前晾晒。晾晒一般适用于含水量高、生理作用旺盛的叶菜类, 以及通风性能差的贮藏库。晾晒不可过度, 否则引起萎蔫而使品质下降。在晾晒时必须注意防止夜间菜体受冻。
三、化学药剂处理
柴油机后处理技术发展现状 篇7
随着经济的快速发展, 大气环境污染问题越来越引起政府的高度重视, 而机动车是城市空气中增长最快的一大污染物来源。国内外对于车辆排放污染物的控制重点从最初的CO逐渐扩展到NOx、HC和颗粒物等常规污染物。因为柴油机具有动力性强、经济性好和热效率高等特点而被广泛应用于车辆上。2012年我国汽车保有量为1 0837.8万辆, 其中汽油车8 943.0万辆, 占82.5%;柴油车1 742.3万辆, 占16.1%;燃气车152.5万辆, 占1.4%。尽管柴油车的数量不到汽油车的1/4, 但是氮氧化物 (NOx) 和颗粒物 (PM) 这两种大气中的主要污染物主要来源于柴油车。同时, 各国的汽车排放法规都在变的更加严格, 我国于2013-07-01起实施柴油车国IV排放法规。为了满足最新的机动车排放标准, 有效控制柴油车排放, 必须采取更加严格的技术措施, 并且将机内净化和后处理技术配合使用。
本文将从催化转化器和颗粒捕集技术两种类型的后处理技术来介绍, 重点对常用的柴油车后处理技术, 即DOC氧化催化器, NOx选择性催化还原 (SCR) , 稀燃NOx捕集器 (LNT) , 柴油机颗粒捕集器 (DPF) 等涉及到的关键技术进行综述,
介绍了目前后处理技术的发展方向, 即联合净化技术, 最后进行总结与未来展望。
2 催化转化器
后处理技术主要分为两种, 一种为通过催化剂进行的催化转化, 另外一种则是通过结构进行的颗粒捕集。下面为常用的柴油车后处理技术。
2.1 氧化催化器技术
柴油机氧化催化器 (Diesel Oxidation Catalyst, DOC) 多为陶瓷载体的通流式催化器, 表面有效成分为贵金属铂或钯[1]。柴油机氧化催化器主要是降低颗粒物中的可溶性有机成分。根据其在颗粒中的不同含量, 柴油机氧化催化器可以降低3%~25%的颗粒物排放量。由于柴油机氧化催化器具有同时降低HC、CO和颗粒物的功能, 因而常常在发动机上与废气再循环装置 (EGR) 同时使用, 以全面提高发动机的排放水平。同时, 由于柴油机氧化催化器优异的氧化性能, 也多用在选择性催化还原 (SCR) 系统中, 以促进尿素的水解反应, 并且防止NH3的泄漏。另外柴油机氧化催化器可以把部分NO氧化为NO2, 为接下来的SCR或柴油机颗粒捕集器 (DPF) 的再生反应做准备。
柴油机氧化催化器存在的主要问题是高温老化和催化器中毒的问题。高温老化主要是由于贵金属在高温下发生了烧结, 导致催化剂活性点减少、性能下降;催化器中毒主要是由于排气中的硫酸盐、颗粒物等成分覆盖了载体表面活性点而导致催化性能的下降。催化器的高温老化是不可逆的, 而催化剂中毒后是可以部分恢复活性的。另外燃油中的硫含量过高, 会导致排气经过DOC时硫酸盐成分的增加, 并有可能导致颗粒物排放量的升高, 因而DOC必须与低硫柴油一起使用。单独使用DOC时, 会造成NOx中NO2比例的增加, 而NO2的毒性是NO毒性的4倍。除了降低燃油中的硫含量, 通过改变载体的材料和构成, 也可以提高DOC的抗硫老化性能。
2.2 选择性催化还原技术
选择性催化还原技术 (Selective Catalytic Reduction, SCR) 的原理是利用尾气中的有机物为还原剂或添加还原剂, 在氧浓度高出NOx浓度两个数量级以上的条件下, 由催化剂的催化作用选择性的将NOx还原为N2, 达到降低NOx排放的目的。根据使用的还原剂的不同, 可以把SCR分为氨还原SCR和碳氢还原SCR[2]。氨作为还原剂的SCR已经被广泛应用于电厂或固定源柴油机上了。由于其技术比较成熟, 目前被认为是最好的NOx控制技术, 欧洲重型汽车协会宣布将采用氨还原SCR技术作为达到欧IV以上排放法规的技术路线, 而日本和美国的重型柴油机的NOx控制也有用SCR的趋势。但氨的泄漏、储运和供应问题是氨还原SCR技术在实际应用中需要面对的问题, 故近年对HC选择还原NOx技术的研究逐渐升温, 以期利用它来作为还原剂。
2.2.1 NH3-SCR
考虑到氨的腐蚀性、毒性和强刺激性, 通常用尿素的饱和溶液代替氨水作为还原剂。常用的NH3-SCR催化剂有V2O5/W2O3/TiO2和金属氧化物沸石。钒基催化剂具有对NOx有很高的选择性和比较宽的温度范围, 同时具有高的抗硫能力, 缺点是容易因为润滑油中的磷成分而中毒, 并且会出现高温失效的问题;沸石型催化剂对NH3有极强的吸附能力, 但同时在低温时沸石对HC的吸附能力也很强, 而HC的吸附会影响催化器的低温性能, 同时沸石的抗硫性能较差, 需要使用低含硫量燃料。随着NOx传感器的成功开发与应用, 尿素的喷射控制策略已经从开环控制发展到了闭环控制模式。通过闭环控制, 可以精确的控制尿素的喷射量, 以减少NH3的泄漏。
2.2.2 HC-SCR
大量的研究表明, 乙醇作为还原剂时, 氧气的存在会提高NOx的转化率, 同时水蒸汽的存在也会促进低温时的反应速率。清华大学汽车系在一台2.8 L排放达到欧IV水平的直喷式柴油机上应用乙醇还原NOx进行试验, 研究表明, 在空速3 000转, 发动机排气温度为350~450℃时, NOx的转化效率可以达到90%以上。但存在的问题是CO的生成量会急剧增加。通过SCR催化器和氧化催化器的配合使用, 可以使发动机达到欧IV排放标准。
目前对乙醇在钒基催化剂上选择性催化还原NOx的机理还不是很明确, 同时对还原剂供给策略的研究也刚刚开始。这都是近期HC-SCR的研究方向, 同时如何降低CO的生成量也是今后研究的重点。
2.3 稀燃NOx捕集器技术
稀燃NOx捕集技术 (Lean NOx Trap, LNT) 是利用发动机混合气浓度变化而进行周期性的NOx吸附-催化还原的一种净化技术。其反应原理为:在稀燃状态时 (氧气多) , 尾气处于氧化气氛中, 在铂的催化作用下, 发动机中的NO与O2反应生成NO2, 并以硝酸盐的形式吸附在催化器表面, 当发动机在浓燃条件下工作时, 发动机排气中的HC和CO的含量增加, 把硝酸盐分解释放出的NOx, 在催化剂铑的作用下与CO, HC和H2反应生成N2, CO2和H2O, 并使碱金属再生。
LNT的工作效率可达到70%, 虽然转化效率没有尿素的高, 但对于轻型柴油车还是比较主流的, 特别是对于一些空间不足以安装SCR系统的应用场合。目前LNT技术在我国应用较少, 因为该技术需要很高的发动机控制技术, 并且需要对NOx的吸附量有较为准确的估计, 以此来严格控制进气量、喷油量和加浓频率。另外LNT的抗硫老化性能较弱, 故需要使用低硫含量燃油。同时LNT使用一段时间后, 会在催化剂表明积累大量的硫酸盐, 需要进行催化器的脱硫。
当前LNT技术的研究方向主要是如何减少贵金属用量, 提高其转化效率。
2.4 低温等离子体技术
低温等离子体 (Non—Thermal Plasma, NTP) 技术是一种空气污染控制的新技术, 将其用于处理柴油机排气时, 可减少NOx、PM和HC的排放[3]。低温等离子体物理净化方法即通过静电捕集的方法来达到去除微粒的目的。当含有微粒的排气流经等离子体反应区时, 其微粒被赋电。在其后的流动过程中, 这些被赋电的微粒可能发生凝聚, 微粒直径增加, 并按其电荷的性质向两个电极运动, 最终被吸附在相应的电极上, 从而达到净化微粒的目的。等离子体研究重点是NOx还原, 但因在稀燃排气中等离子放电主要是氧化反应, 单独用等NTP技术对NOx还原没有效果, 但对PM减少有效果。将等离子体和催化剂结合, 等离子可增强催化剂的选择性, 对柴油机排气中N0x和PM有很好的净化效果。
3 颗粒捕集技术
柴油机微粒捕集器 (Diesel Particulate Filter, DPF) 技术是目前降低柴油机排放中颗粒物的最有效方法。该技术主要是通过碰撞及吸附、惯性拦截、扩散拦截或重力沉降原理将PM从气流中分离出来的。目前最常用的是壁流式蜂窝陶瓷捕集器, 是通过相邻捕集器孔道前后交替封堵, 使排气从壁面穿过而达到捕集颗粒的目的。壁流式蜂窝陶瓷捕集器的过滤效果可达到60%~90%, 是降低柴油机PM排放最有效的方法。一般DPF只是一种降低排气颗粒物的物理方法, 随着过滤下来的颗粒物的积存, 过滤孔会逐渐堵塞, 使排气阻力增加, 导致发动机的动力性和经济性同时下降, 因此必须及时除去DPF中的颗粒物, 这就是所谓的捕集器的再生。
根据再生方法的不同, 可以把再生分为主动再生和被动再生两类[4] (如图1所示) 。
主动再生是指在通过外在提供能量是DPF内部温度达到颗粒物氧化燃烧所需的温度而实现的再生;而被动再生主要是指在过滤体表面涂覆催化剂或在燃油中添加催化剂, 以降低碳烟所需的氧化反应温度。与主动再生相比, 被动再生需要的温度较低, 可以实现DPF的连续再生, 而主动再生需要的温度较高, 故需要额外的升温措施或利用催化剂来降低碳烟的燃烧温度。
连续再生捕集器 (Continuously Regeneration Technology, CRT) 是典型的被动再生技术。该技术是在DPF前面加装DOC, DOC将排气中的NO成分部分氧化成NO2, NO2再将沉积的碳烟颗粒氧化。但是CRT的耐硫性差, 需要使用低硫或无硫柴油。
为了使柴油机在全部工况下都能实现DPF的可靠再生, 通常需要将主动再生和被动再生结合起来使用, 将机内燃烧与机外再生技术结合, 比如CRT结合燃烧器的再生方法, 以及缸内后喷结合燃油催化剂的再生方法。
未来对DPF的研究方向是再生方法的设计与优化。即如何在理解DPF过滤过程、再生机理的基础上, 充分利用被动再生效果、优化主动再生控制策略、降低燃油经济性损失等。
4 联合净化技术
现代柴油车的排放控制, 需要机内技术与后处理技术结合使用。随着日趋严格的排放法规, 柴油机后处理技术必须能够同时降低NOx和PM的排放。这就需要同时安装能够降低PM和NOx后处理装置。同时还需考虑各装置之间的影响与协同作用。
4.1 DOC+DPF+LNT+SCR的技术方案
这种技术方案的系统集成主要应用与轻型柴油车领域, 其中LNT与SCR技术的组合是研究的热点。其中DOC和DPF紧凑的布置在最前端, 这样可以充分的利用发动机排气口的高温来促进DPF的被动再生。LNT则用来降低排放中的NOx, 在发动机浓燃时, 还原所吸附的NOx, 并生成少量的NH3存储于下游的SCR催化剂中;在发动机稀燃时, 存储的NH3会将LNT泄露出来的NOx还原成N2。
4.2 DOC+DPF+尿素SCR的技术方案
这种技术方案主要是针对于中重型柴油车。图2是4种常见的集成方案。
其中, SCRF (selective catalytic reduction on filters) 技术是指在DPF上涂有SCR催化剂涂层, 该技术的优点是可以减小压力损失, 以及减少后处理系统的尺寸。方案可分为DPF在上游和SCR在上游两类, 表1列出了两类技术方案的主要优缺点。当DPF在SCR上游时, 优点是DPF的再生容易实现, 油耗低;而当SCR在DPF上游时, 主要的优点就是SCR的起燃特性好。
5 结论与展望
(1) 随着柴油车排放法规中PM和NOx的限值日趋严格, 必须采用柴油机后处理技术。
(2) 在发动机与后处理系统进行一体化设计时, 需要考虑燃油经济性与系统设计成本的优化, 同时多种后处理技术的组合增加了系统设计的选择性, 为系统优化提供了余地。
(3) 对于轻型柴油车, 排放控制的主要技术是稀燃NOx捕集器 (LNT) 与氮氧化物选择性还原 (SCR) 、涂覆SCR催化剂 (SCRF) 的组合等。主要研究方向是在满足排放法规的前提下使后处理系统的尺寸与成本尽可能的低。
(4) 对于重型柴油车, 排放控制的主要技术是DPF与尿素SCR催化的组合。主要研究方向是提高DPF再生时的燃油经济性和改善SCR技术的低温特性, 以及SCR技术的新型催化剂和还原剂。
(5) 随着柴油中硫含量的降低, DPF、LNT等耐硫性差的技术可能会得到大量使用。目前我国柴油机技术还是比较落后, 对于柴油机技术要求不高的后处理技术会大量应用, 未来会将柴油机技术和后处理技术协同发展。
摘要：柴油车具有动力性强、经济性好、热效率高等特点, 在交通运输等领域得到广泛使用。随着汽车排放法规的日益严格, 柴油车必须加装后处理系统才能满足其限值。本文重点介绍了柴油氧化催化器 (DOC) 、氮氧化物选择性催化还原 (SCR) 、稀燃NOx捕集器 (LNT) 和柴油机颗粒捕集器 (DPF) 等后处理技术的研究现状, 以及联合净化技术的主要研究方向。
关键词：柴油车,后处理,颗粒捕集器,联合净化技术
参考文献
[1]宋国富, 张艳艳, 雷基林.柴油机处理技术的发展现状及趋势[J].内燃机, 2013, (5) .
[2]贺泓, 翁端, 资新运.柴油车尾气排放污染控制技术综述[J].环境科学, 2007, 28 (6) .
[3]王宁, 杨海真, 王峰.柴油机机外净化技术发展现状及展望[J].环境污染与防治, 2010 (1) .
[4]田径, 韩永强, 等.柴油机燃油催化微粒后处理器性能与再生[J].吉林大学学报:工学版, 2011, 41 (1) .