扫描控制论文

扫描控制论文（通用12篇）

扫描控制论文 篇1

0 引言

溜井属于开拓系统工程, 是矿石运输的重要通道[1,2,3], 其稳定性直接关系到矿山生产能力和采矿计划安排, 因此, 溜井的检查与维护是保障矿山安全生产的一个重要环节。

溜井处于地下, 具有能见度低、湿度大、通风条件差、粉尘浓度高、场强复杂等环境特点。参考文献[4]研制了一款能适应该环境的全景扫描仪, 其通过一种水平方向均匀分布4支CCD (Charge Coupled Device, 电荷耦合元件) 扫描探头的升降装置在溜井内上下移动获取井壁图像, 技术人员通过获取的图像诊断溜井的运行状况。放矿过程中, 溜井井壁易受到冲击载荷等因素影响出现浮石[5], 致使升降装置不能稳定运行, 引起扫描探头抖动, 导致图像相位变位或像元拉长、压缩、模糊[6,7], 影响检修工作的正常进行。实现扫描探头升降速度稳定是溜井全景扫描仪研制的关键技术之一。本文通过研究溜井全景扫描仪升降装置的结构, 建立了扫描探头升降速度与转筒角速度之间的关系模型, 以此为设定转筒角速度曲线的理论依据, 并采用闭环PLC控制方法控制扫描探头升降速度, 以实现扫描探头匀速升降。

1 溜井全景扫描仪升降装置结构

本文在参考文献[4]基础上对溜井全景扫描仪的升降装置进行改进, 如图1所示。该升降装置由电缆收放单元、井深测量单元和控制器单元3个部分组成。

1-组合式卷筒扁平电缆;2-计数轴;3-数据采集系统;4-探头保护板;5-固定脚轮;6-电气箱;7-卷线盘;8-传动轴;9-绞盘;10-机架;11-带刹车活动脚轮

电缆收放单元由卷线盘、绞盘、电动机、变频器等构成, 可实现手动和电动2种收放方式。

井深测量单元由计数轴和旋转编码器构成。计数轴安装在升降装置的横梁上, 其一端通过弹性联轴器与旋转编码器轴连接。电缆安置在计数轴的环形凹槽内, 通过沿环形凹槽圆周方向转动产生的摩擦力带动计数轴转动。旋转编码器用于获得计数轴转数n (n∈N) 。电缆与计数轴之间无相对滑动, 因此可计算出收放电缆的长度, 即井深。

控制器单元由PLC和电控元件构成。PLC与变频器通信, 实现扫描探头速度控制。

2 扫描探头升降速度控制分析

图2为扫描探头下放过程示意, G41表示电缆未下放时扫描探头所处的位置, G0表示电缆完全下放时扫描探头所处的位置。

2.1 扫描探头升降速度设定值

为保证扫描探头视频图像的清晰度及流畅性, 要求连续2次扫描间距不大于扫描探头最小纵向扫描范围, 且在最小纵向扫描范围内至少采样23帧图像。由参考文献[4]可知, 当溜井截面积增大时, 每台扫描探头的横向扫描范围随之增大。设可扫描360°圆周的扫描探头最小横向扫描范围为lmin, 根据每张图像的长宽比可确定扫描探头的最小纵向扫描范围Hmin:

式中:Rmin为溜井最小截面半径;a, b为扫描探头的分辨率, 本文中a=1 040, b=1 392。

设Rmin=0.5m, 可得Hmin=0.58m。

扫描探头采样速率为15帧/s时扫描图像效果较好, 则扫描探头的最大升降速度vmax| (m/s) =0.58×15/23=0.38。设定扫描探头升降速度v=0.2m/s。

2.2 转筒角速度与扫描探头升降速度的关系

已知转筒半径为300 mm, 电缆圆盘最大半径为650mm, 电缆厚度为8.5mm, 则120m扁平电缆在转筒上的最大缠绕圈数nmax=INT[ (650-300) /8.5]=41。

假设图2 (a) 为扫描探头下放的起始状态, 并以速度v从井口匀速下降, 这时卷线盘中的电缆圆盘逐渐减小, 转筒角速度ω (t) 逐渐增大。

t时刻电缆圆盘半径r (t) 为

已知

将式 (2) 代入式 (3) 得

在扫描过程中, v为常数, 设为c, nmax=41, 则

由式 (5) 求解ω (t) 非常困难, 本文采用圆的渐开线方法进行近似处理。假设: (1) 转筒每旋转1周, 电缆圆盘的半径线性增大或减小8.5mm; (2) 转筒角速度线性递减或递增; (3) 以扫描探头在井口开始下放为零点开始计时。则当转筒旋转i (0≤i≤41) 圈时, 电缆圆盘半径ri近似为等差数列, 即

当转筒旋转整圈, 即i∈N时, i=n;当转筒旋转不为整圈, 即 时,

由式 (6) 、式 (7) 得

则式 (2) 可化简为

由式 (7) 所表达的ω (t) 可简化为

式 (10) 即为化简后的扫描探头升降速度模型。该模型计算量小, 适用于实际工程。

3 扫描探头升降速度控制策略

采用闭环控制方法控制扫描探头升降速度, 通过式 (10) 将扫描探头的升降速度设定转换为转筒的角速度设定, 控制结构如图3所示。

扫描探头升降速度控制系统由PLC (带计数模块) 、变频器 (具有RS485通信功能) 、电动机及旋转编码器等组成。设定好的给定速度与PLC高速计数模块反馈回来的实际速度相减, 产生速度误差, 经PLC的比例积分 (PI) 控制器运算得到控制量, 再由RS485接口输出到变频器以驱动电动机, 通过调节电动机来控制卷线盘转动, 通过计数轴来控制扫描探头的升降速度。

采用离散化后递推增量形式的PI控制算法:

式中:Ef为第f次采样信号的偏差;Ui为给定输入信号;Uf为第f次采样值;P为PI控制器校正后的输出量;K=Kp (1+Ki) , Kp为比例系数, Ki为积分系数;Q为校正量中的积分部分, 初始值取为0。

为了防止系统信号出现较大偏差时, PI控制器的积分部分因消除偏差而过度积累饱和, 在控制算法中加入了积分饱和抑制算法, 流程如图4所示。

4 实验及应用

4.1 实验分析

对溜井全景扫描仪扫描探头速度控制系统进行模拟实验。输入信号为20mA (给定速度0.2m/s) , 被控对象的传递函数为 , Kp=0.1, Ki=0.03。采用随机信号模拟现场的干扰信号, 干扰信号在t=0时刻加入, t∈[-0.03, +0.03]。实验结果如图5所示。可看出约5s后, 扫描探头的速度曲线几乎是一条稳定的直线, 说明提出的速度控制策略能够实现扫描探头恒速运行。

4.2 工程应用

武汉钢铁集团矿业有限责任公司金山店铁矿在2012年应用溜井全景扫描仪对-410~-480m溜井进行检测, 扫描探头运动速度为0.2 m/s。图6为随机抽取的扫描全景图像, 可看出图像清晰, 无扭曲变形, 效果良好。

5 结语

实际应用表明, 以扫描探头的升降速度与转筒角速度之间的关系模型为理论依据, 设定扫描探头的升降速度控制策略是合理、可行的, 实现了扫描探头升降恒定速度控制。该速度控制策略可应用于船缆收放等系统中。

参考文献

[1]李爱国, 刘洪伟, 张耀东.溜井管理方法与应用技术研究[J].现代矿业, 2010 (8) :85-87.

[2]李瑞祥.平硐深溜井技术在紫金山金矿的应用[J].金属矿山, 2011 (8) :45-48.

[3]JAROSZ A, LANGDON J.Development of inspection and survey tool for vertical mining openings and shafts[J].Strategic Integration of Surveying Services, 2007 (13) :1-17.

[4]石志军, 刘艳章, 叶义成, 等.矿山溜井全景扫描装置研制[J].工矿自动化, 2013, 39 (12) :8-12.

[5]宋卫东, 王洪永, 王欣, 等.采区溜井卸矿冲击载荷作用的理论分析与验证[J].岩土力学, 2011, 32 (2) :326-332.

[6]徐鹏, 黄长宁, 王涌天, 等.卫星振动对成像质量影响的仿真分析[J].宇航学报, 2003, 24 (3) :259-263.

[7]温昌礼.平台角振动对图像测量系统的影响[D].长沙:国防科学技术大学, 2006.

扫描控制论文 篇2

一、概述

中远距离的三维激光扫描仪，一般的测量精度是5mm左右，当进行大场景扫描时，往往因为误差的累积，会造成较大的误差。因此，如何通过联合其他外业测量手段，提高三维激光扫描整体精度，在实际工作中就非常重要。尤其对于较大场景，同时又有较高精度要求的情况下，例如工厂，大型钢结构扫描。

本文就结合实际工作中的一些经验积累，阐述一下通过传统的常规测量手段提高扫描精度的方法。

二、方法适用性

1、适合大场景扫描，扫描作业最大直线距离大于200米；

2、对扫描后数据整体精度要求较高的扫描作业；

3、如果整体扫描区域可以被划分为各个单元，则更有利于本方法的实施。

三、实施方法

大场景控制测量与三维扫描结合的实现通过三步来完成：

◆控制测量

控制测量往往分为两步：第一步，为控制点测量和准备；第二步，获取扫描站点标靶空间坐标。

第一步是为第二步做准备的，是为了建立一个统一的坐标系，并方便第二步的标靶坐标测量。

第二步，主要是通过免棱镜全站仪，直接获取扫描站点标靶中心位置的空间坐标。

◆三维扫描

逐站完成数据的扫描，并在扫描过程中完成标靶的扫描。

◆数据拼接处理

将控制测量过程中得到的统一坐标系下的标靶的空间坐标导入Cyclone软件中，形成一个大的ScanWorld，然后将所有三维扫描得到的各站数据拼接到该ScanWorld中。本文将在下面进一步详细描述该实现的操作过程。

四、数据拼接处理的具体实现

◆创建控制测量标靶坐标文本文件

我们需要先使用文本文件编辑工具，创建一个文本文件，并将标靶坐标按照指定的格式输入。可以使用Windows的记事本程序。

文本文件格式如下： 注释行1 注释行2 标靶名称1,X坐标,Y坐标,Z坐标 标靶名称2,X坐标,Y坐标,Z坐标

...注意：标靶名称与坐标值间用英文逗号分隔

下面以一个实例来说明：

标靶名称,X坐标,Y坐标,Z坐标 单位

米

S1,0,0,0 S2,200.125,123.783,4.326 S3,175.284,100.568,1.237 S4,20.326,306.783,4.033 S5,52.474,209.727,0.965 S6,723.465,20.729,3.383 S7,701.297,50.426,1.644 S8,621.301,100.44,0.06 S9,519.185,145.857,3.061 S10,421.185,300.858,2.48

前面的两个注释行，主要是为了进行更好的备注，供将来查看，对数据导入没有实际影响，一般来说，第一行会列出列的定义，第二行会写明当前坐标采用的单位。

按顺序输入每个标靶的名称及坐标即可。将该文本文件保存好，供下一个环节使用。

◆导入标靶坐标文件到Cyclone做为一个ScanWorld

在Cyclone对应数据库的对应项目(Project)下，导入该文本文件，操作如下：

1、在Cyclone项目管理器中，用鼠标左键先点中要导入的项目，然后在该项目上点击鼠标右键，如下图所示：

在弹出的菜单中选择“Import”命令。可以看到“Import from File”对话框，从该对话框中找到在上一个步骤中准备好的标靶坐标文本文件，用鼠标选中，然后点击“打开”按钮。

2、设置正确的导入参数，完成导入。

在自动弹出的如下所示“Import: ASCII File Format”对话框中，我们要设置好一些参数，保证导入数据能被正确使用。

1）列数（# of column），按我们前面的文本格式，则列数应为4列；

2）忽略的行数(# Rows to skip)，因为我们在文本文件中有两个注释行，因此这里设置为2； 3）选中分隔符（Delimited）项及逗号（Comma），我们前面制作的数据文件中，是采用逗号分隔的； 4）选择测量单位（Unit of Measure）为米（Meters），单位的选择要与文本文件中的坐标数据单位一致； 5）修改列定义，在对话框下方的数据区中，第一行为数据列定义，用鼠标点击，可以从列表中进行列名称的修改，将第一列修改为TargetID，第二列为X，第三列为Y，第四列为Z，操作方法如下：

在第一行上点击鼠标左键，第一行中的内容会变为下拉列表：

继续在某个下拉列表上点击鼠标左键，则下拉列表会展开，然后可以在列表中选择需要的项，即可完成列定义的修改。

在以上对话框各项修改设置完成后，点击“Import”按钮。

3、返回Cyclone项目管理器，我们可以看到，当前项目下新出现了一个ScanWorld：

4、在项目管理器，新增加的ScanWorld下，双击该ScanWorld下的ControlSpace,我们可以看到生成好的完整标靶坐标系：

◆在Cyclone中进行数据拼接

在上一步中，我们创建好了一个常规测量方式得到的整体标靶空间坐标系。下面，我们就可以用以往的标靶拼接方法，将其他用三维激光扫描仪扫描的站点数据拼接进来。

详细操作过程就不再描述了，这里要强调的是：

扫描控制论文 篇3

“对我们这些胶片爱好者来说，我们不仅仅对照片的色彩、曝光、构图有很高的要求，更重要的是我们对胶片摄影怀有一种情节。不然大导侯孝贤怎么会坚持胶片拍摄《聂隐娘》呢！想当初为了拍摄出自己满意的画面，我们没少“蹲点”。但现在胶片时代已经逐步被数码时代取代了，如何永久地保存自己那些美好的作品曾让我们一度苦恼。而且，通过数码相机拍摄冲印出来的照片，无论是光感、效果都达不到胶片摄影的那种基调感，对我们这些专业的摄影爱好者来说，是一个很大的艺术缺失。值得庆幸的的是，后来一个爱好摄影的朋友就给我推荐了爱普生V850专业影像扫描仪。不仅能满足我保留美好记忆的要求，更重要的是从此以后我可以坚持胶片摄影了。”张先生如是说。

小编根据张先生的描述了解到，这款扫描仪不仅具备6400dpi全球超高胶片扫描分辨率，它还配备了爱普生特有的双镜头扫描系统，不仅可以扫描摄影胶片，还可以扫描文稿文件。与此同时，该扫描仪具备独创的五段式可调节胶片固定夹，并且可以兼容多种类型和尺寸的照片及胶片扫描，完全满足胶片死忠粉们的需求。

“让我惊喜的是这款扫描仪器可以进行高精度资料一扫完美保存，能对早前我们拍的那些长期风化或虫蛀损坏的照片、资料进行数字化的转换，特别好用！”张先生激动地对记者说。

对于旧照片而言，爱普生V850可以实现色彩翻新，高精准还原胶片和照片的色彩及细节。爱普生V850因为拥有业界最高的4.0D光密度值，所以，用户完全不必担心曝光过度的胶片和照片不可还原，并且，一些光影过渡和细节也能完美呈现。爱普生V850可将褪色胶片或照片，通过简单操作进行色彩还原。而新的"除尘"功能，使用专有的算法来分析扫描图像，可以准确地检测到灰尘，在不损坏原有影像和细节的同时对图像进行修复，忠实的色彩还原，使扫描出的照片更加清晰。

扫描控制论文 篇4

该扫描仪采用平台式设计, 逐块的精确定位, 静态采集影像, 实时拼接的扫描方式, 扫描矩形区域被划分为M×N个等大的影像块。用户要设定扫描的起始位置、块数和每块的大小, Imatizer则按用户的设置自动完成影像扫描、拼接、灰阶转换、存盘输出。

我局近年用于生产的航摄胶片 (负片) 规格一般为23cm×23cm, 馆藏航摄底片有23cm×23cm, 也有18cm×18cm的, 可以按如下步骤操作。

一、扫描影像基本操作

1、启动Imatizer, 装入航摄底片。

2、打开扫描参数对话框, 设置相片特性和输出相片尺寸 (影像分辨率) , 根据扫描范围有效影像矩形块的边长和仪器成像相片尺寸, 算出合适的扫描块边长和X、Y方向的扫描块数。

3、通过辅助菜单打开实时直方图, 拖动曝光参数设置滚动条或者更换通光孔挡板, 使得直方图尽量右移而又不出现饱和影像。曝光过度必然会损失原影像最亮 (因为是扫描负片, 所以显示为最暗) 部分的细节, 反之, 曝光不足则不能充分利用CCD的灰度动态, 严重时可能损失太多中间亮度的影像细节, 操作时必须避免这两种情况。

4、扫描参数对话框中输入的扫描范围左下角坐标为近似值, 当完成扫描参数对话框后, 还要通过键入小键盘2、4、6、8进行精确修改。

5、选择菜单扫描/扫描影像, Imatizer开始扫描并输出最终影像, 并显示扫描影像直方图。一般情况下, 一幅覆盖区域较大的航摄影像, 扫描后得到的数字影像亮度均值介于100—150之间, 标准差介于30—60之间可认为影像质量合格。

二、航片扫描质量控制

航摄底片的高精度影像扫描与普通影像扫描最主要的区别是, 前者要求极高的几何保真度。摄影测量影像除了局部畸变很小, 整体变形也有严格的限制, 其误差要用专用设备才能测定;普通影像变形一般较大, 往往只要视觉上能满足要求即可。通常, 两者的几何精度相差可达到两个数量级。在辐射质量方面, 两者也存在明显差别。摄影测量扫描的主要用途是数字线划图测绘、正射影像制作、虚拟现实建模、地理信息系统等, 这些应用成果数据的地面信息尽可能丰富, 如阴影、水泥地、沙滩等特暗或特亮影像部分的细节都需要显示出来;普通扫描则主要满足人们视觉方面的要求, 有时为了某些艺术效果, 可能有意损失局部细节或作某些方面的夸张, 而这对摄影测量影像扫描来说是必须绝对避免的。

1、 辐射质量控制

扫描影像的辐射质量主要靠作业人员来保证, 仪器只提供相应的技术方法。Imatizer影像扫描仪的辐射质量主要受照明亮度、曝光时间、LUT影响, 这些条件或参数都是需要操作者依据被扫胶片的情况来设置或调整的。

影像扫描的辐射质量评价除了直接从计算机屏幕观察影像显示效果之外, 还应检查其像素值统计指标。扫描输出影像每波段通常为256级灰阶。由于人眼视觉的局限, 人很难同时区别超过30级的灰阶, 同一影像在任两台即使是品牌相同、显示设置也相同显示器上显示效果一般也不完全相同。所以, 仅靠观察影像显示来评价航摄扫描影像的辐射质量是远远不够的。航摄影像几乎都要覆盖很大地面区域, 例如, 23cm×23cm幅面、1:2500比例尺的一张相片, 地面覆盖接近500亩, 当比例尺为1:36000时, 对应地面超过10万亩, 所含地物地貌繁多, 像素值一般不会太单调, 因此, 可以从影像直方图检查其信息是否丰富。Imatizer在确定曝光量时, 需要用实时直方图为参照, 以确保输入影像有足够的灰阶级别;构造LUT以及每扫描一幅影像结束时, 都有影像显示和直方图、亮度均值、标准偏差指标供检查, 以保证输出影像的灰阶信息。

用像素值统计指标指导预扫描影像调整和检查扫描结果的辐射质量是Imatizer扫描仪的主要特色之一。除了影像显示效果满意, 直方图也要符合一定要求。

对大多数航摄影像, 当覆盖地面不太小时, 正常直方图的两端应为斜坡形状, 坡底高度几乎为零, 中间形状与景物关系较大, 但经验上, 整幅影像的亮度均值应介于100—150之间, 标准偏差应介于30—60之间, 除非影像太单调, 否则这两个指标不应偏离上述范围。一般条件下, 构造LUT时, 根据影像景物可将输出均值调整为130左右, 标准偏差调整为50左右, 当影像中建筑物或阴影等大反差景物较多时, 此数值可略大一些, 而当植被、裸露耕地、沙地、水面等低反差景物较多时, 此数值可略小一些。另外扫描曝光量不足会引起输入影像直方图范围太窄, 低亮度图像上压引起高亮度图像灰阶数压缩, 而高亮度图像下压引起低亮度图像灰阶数压缩。

2、几何质量控制

Imatizer影像扫描仪的几何精度主要依靠仪器本身来保证, 用户只要不违反操作规程、定期检定和维护仪器, 就能确保得到高精度的扫描影像。一般情况下扫描仪的测定几何改正参数至少每半年进行一次, 大批量扫描之前, 最好也操作一次, 如果精度不能满足要求, 应请专业人员维修。

摄影测量影像内定向不能作为检测扫描仪几何精度的手段, 因为内定向框标点一般只有四个, 最多也只有八个, 不能充分反映不均匀误差情况, 况且扫描胶片变形较大。传统精密立体测图仪 (如A10, TOPOCART等) 附带的玻璃格网, 精度较高、变形较小, 如果能直接扫描其影像, 可通过量测格网影像检测扫描影像精度。

生产中经常碰到影像内定向等几何处理误差超限的情况, 判断这些误差来源最简单的方法是:①同一胶片扫描两次, 第二次装片相对第一次旋转180度, 并且“扫描参数”对话框的“相片特性”框中“旋转180度”属性相反或用其他软件将其中之一扫描影像数据旋转180度。②对这样扫描得到的两幅几乎一样的同一影像分别进行相同的内定向等几何处理。③比较两次扫描影像处理误差, 如果同一点误差的方向相同, 绝对值相差在限差之内, 就可判定基本上是原胶片或控制数据存在较大误差;如果同一点误差的方向相反, 绝对值相差在限差之内, 则可判定扫描仪存在较大误差;若是其他情况, 可先扫描精密玻璃格网检测扫描仪, 排除仪器方面的误差, 然后再找其他原因。

扫描控制论文 篇5

一、扫描仪驱动程序请切换到高级控制面板状态 为了得到较好的OCR使用效果，建议用户将扫描仪的驱动SCANWIZARD 5软件，由初始安装的标准控制面板，切换到高级控制面板状态。其切换的方法，如下图所示。

二、第一次使用尚书OCR7号软件

1． 尚书7号OCR软件是MICROTEK中晶科技公司，向汉王科技购买授权，赠送给用户使用的软件，该软件是放在了扫描仪随机的驱动光盘中，用户可以选择安装。

2． 软件安装完毕后，用户请点击桌面左下角“开始”，找到“尚书7号OCR”软件图标，并点击。打开尚书7号OCR的使用界面。

3． 打开尚书7号OCR的“文件”采单下的“选择扫描仪”，选择对应扫描仪的驱动“MICROTEK SCANWIZARD 5”的选项。并选择“确定”。

4． 选择“文件”菜单下的“扫描”，将打开扫描仪的驱动。如下图，下面的界面是扫描仪的“高级控制面板”。

5． 拥护请注意选择SCANWIZARD 5软件中，左面“设置”窗口中的“图像类型”，请选择“RGB色彩”或者“灰阶”的类型，并注意扫描仪分辨率是300PPI。

6． 当用户作完“预览”后，设置需要扫描的范围，就可以点击“扫描”按钮，扫描仪将开始扫描的工作。将扫描好的文件，直接传递到尚书7号OCR默认的目录中（默认的存储图像文件的目录是用户计算机C盘下的SHOCR2002目录下的IMAGE目录）。扫描完毕后，请用户关闭掉扫描仪驱动程序SCANWIZARD 5.用户可以看到需要扫描的文件已经传递给尚书7号中，默认的文件名是HW001.JPG。

7． 请用户选择尚书7号软件中的“编辑”菜单下的“自动倾斜校正”，让尚书7号软件对扫描进来的图像作相应的旋转，以保证图像中的文字是水平排列，而非倾斜。因为太过倾斜的文字，将影响到尚书软件的识别效果。

9． 版面分析完毕后，用户可以看到对应的文字块，都有对应的识别框被选择，如下图。

10． 用户此时，请注意，对应的识别框，其属性是否正确。识别框分别有“横栏”、“竖栏”、“表格”和“图像”等四种属性，分别有四种不同颜色的选框来表示。

11． 核对无误后，用户可以使用“识别”菜单下的“开始识别”按钮。得到的结果如下：

12． 此时实际上已经进入文字校对状态：

13． 当用户校对完毕后，或者不在尚书7号内作校对，用户可以选择“输出”菜单下的“到指定格式文件”，如下“ 用户可以看到，识别的结果，有TXT、RTF、HTML、XLS等格式可以选择。默认的输出的目录是用户计算机C盘下的SHOCR2002目录下的OUTPUT目录。用户选择一个对应的文件名，就可以存盘了。为了方便，用户可以选择“输出到外部编辑器”的选项，这样存盘的同时，尚书7号OCR会自动调出对应的编辑软件，如TXT存盘可以自动调用NOTEPAD软件，RTF存盘将自动调用WORD软件，XLS存盘将自动调用EXCEL软件。一个简单的OCR操作就此完成了。

三、普通文档（只含有文字）的OCR识别

1． 过程与上面所介绍，基本一样，只是用户需要注意存盘格式。

2． 一般，如果用户需要对该文字，进行重新排版工作，请用户选择TXT存盘，然后再将其内容拷贝到WORD中。

3． 如果用户希望保留稿件的原有格式，并能够作版面的恢复，请使用RTF格式存盘，该格式将有版面的恢复功能。但是用户只能针对其中的文字，作一些个别字的调整，无法作大范围的排版方式的修改。

四、带表格的稿件的OCR识别

1． 其中，扫描、自动倾斜矫正过程同普通文稿是一样的。

2． 但是注意“版面分析”后，对其结果进行检查。应该在表格上，经过版面分析后，有一个兰色的框，选中了表格部分，如果不是，用户需要修改栏属性或者考虑手动划定识别区域。

3． 注意输出结果的选择，如果是需要重新排版，用户应该分别用TXT和XLS格式存盘，然后将TXT中的文字和XLS中的表格分别拷贝到WORD，进行排版。

扫描服务介绍

随着时代的发展,各企事业单位有大量重要的纸张文档资料需要扫描到计算机中，以便于保存、共享查询、管理等。

纸质文档的电子化正是国际的趋势.我公司拥有每分钟可以扫描20页A4纸以上的高速商业文档扫描仪.为用户提供完整的文档电子化管理解决方案（包括扫描、建库、存储、检索查询等）。

文档数字化扫描_服务内容:

1.书本扫描仪，无需拆装。

扫描新潮管理 篇6

编者按：近期有很多读者反应，《中国电子商务》杂志还是应该增加一些有关企业经营管理、商业管理等方面的内容。我们认为这个建议非常好。《中国电子商务》杂志除关注电子商务的应用外，也一直希望为读者提供有价值的商务管理内容，同时希望读者能够将自己从管理实践中总结的心得奉献出来和大家进行交流。从本期开始，我们开始特别增加“商务涅槃”和“新锐管理”两个版块，欢迎商界新老管理精英参与这个平台的建设，一展风采。

企业管理三要素

企业成败得失的经验教训，使人们越来越觉得管理企业应该有一个切实可行的方案，总结起来大体包括三个方面的内容。

一是完善现代化管理机制。现代化的管理制度包括产权、责权和财务制度的明确，建立公正、公开、公平的人才平台等，包括现代化的营销观念、现代化的财务制度、现代化的决策组织和优秀的企业文化。

二是确立企业发展的目标和方向。企业目标的制定要从企业实际情况、人才现状和市场现状出发，建立短期和长期目标，建立正确的人才观，集合企业所有员工的长处，形成一个良性运转的流水线。

三是企业领导应管好自己身边的人。对各级企业领导身边的工作人员、家属、子女和亲戚，可以制定“三要三不”制度，要教育、要关心、要约束，不求“官”，不调岗，不求情。

壮大企业避“两情”

咨询专家沈玉龙：发达国家自工业革命起就在不断探索企业管理的路子，与西方理性主义的文化传统一脉相承，西方企业管理也走上了一条理性主义管理道路，因此他们非常注重科学化管理，如泰勒制、工艺分析、精益生产、量化管理、六西格玛等。与此相比，中国企业则秉承了中国文化的人文主义传统，强调的是大的原则和面上的东西，大多数企业的管理是粗放型、经验型的状态，主要特征是感情主义的管理。所谓感情主义的管理，是指凭未经科学分析的主观判断与决策做管理，在企业规模壮大之时，如果再用这种方法做管理，就会漏洞百出，忙于应付，而成效很低。用一句话概括，感情主义的管理就是“人治”，成败与否取决于企业领导者的主观状态和决策的正确性。在一个行业利润空间极大的时代，成本是无足轻重的因素，而在一个逐步成熟平均利润下降的时代，管理的功夫逐渐显得重要，而这功夫，恰恰是中国企业的“短板”。为此，企业必须告别感情主义的管理，设计出科学的生产管理系统。

值得关注的是，相当一部分企业认识到了管理的重要性，但走向了另一个极端，即理想主义的管理。近年来，国外各种新的管理学说纷纷进入中国，学习型组织、客户关系管理、扁平化组织、ERP等层出不穷，有的老总不加分析地引入企业，结果是不了了之，热过一阵就悄然无声，或者失败。究其原因，错不在于这些先进理论，而在于我们接受的方法及思考问题的着眼点，试想，让一个小学生去学博士生的课程，会是何种结局？不加选择地不明事理地学习西方管理方法，这是一种理想主义的管理，在现实中并无操作性。

海尔的首席执行官张瑞敏先生就清醒地指出：西方国家的企业管理已走过了四个阶段，而我们连一个都没走好，为了赶超西方企业并与之共舞，必须从现实出发，用足够的耐心争取打实基础，四步并成一步走。为此，海尔用了17年时间。

在当前管理决胜负的时代，企业必须告别感情主义、理想主义的管理，使管理回归到现实主义、理性主义的道路上。

超越“儒商”做“哲商”

世界青年成功学会副会长吴甘霖：“儒商”不是商人的最高境界，最高境界是“哲商”——哲人与商人的结合。商人分为三个境界：第一种境界是“草商”——虽然文化水平不高，但富有冒险精神的“草莽英雄”；第二种境界是儒商——以知识武装自己的商人。第三种境界是哲商———哲人与商人的结合。比尔·盖茨、李嘉诚、稻盛和夫都是哲商。哲商除了以全面、系统、辩证的哲学智慧来指导经营外，更重要的是有着一种超越经济的价值观。如日本的稻盛和夫，提出“以心为本的利他经济学”，“利润是副产品”等理念，都贯穿着一种哲商精神，给企业界以很大启示意义。

银行管理

商行经营管理“五方面”

中国光大银行沈阳分行行长郭心敏认为，当前我国商业银行经营管理要从五个方面着手：

第一、完善商业银行负债业务管理；

第二、强化资产业务的运作与管理；

第三、积极开展商业银行中间业务的经营与管理；

第四、注重强化风险管理；

第五、实施科技先导战略。

项目管理显神威

农行系统第一位国际项目管理专家石智勇就任长期亏损的陵县支行行长后，进行了剥皮掉肉式的人事改革，创建了扁平化的、“市场驱动型”的组织构架；实行捆绑式的、“利益驱动型”的薪酬考评体系，推出了“柔性管理”的一系列措施，使职工每天都有成就感，极大地调动了职工的积极性。到2003年一季度，农行陵县支行一跃成为德州分行中名列前茅的支行，存款猛增1.2亿元，存款余额达到5亿多元，相当于前五六年的总和，并采用承债式租赁的方式盘活资产3000万元。

石智勇：“扁平化”管理机制，俗称“打通金字塔”，也就是老百姓说的一杆子戳到底，其显著的特点是分权。传统的管理机制是竖条形的，是集权制，中间环节很多，一个措施从制定、传达，到落实、反馈，需要很长的时间，效率非常低。实行“扁平化”的管理机制后，中间环节大大减少，效率当然也就提高了。

银行就是一个企业，其经营管理的过程中的问题与其它企业毫无二致。创新非常关键，“点子”就是创新在微观上的一些体现。比如，各事业部是个独立的整体，绩效工资上不封顶，如果业务是由某个事业部独立完成的，那么，他们的揽储维护费、绩效工资等就可拿到100％；如果需要由行长参与公关，那么就只能拿70％，行长是一种资源，不能无偿使用；如果需要其它部门协助，就根据情况按比例分成。这样各事业部在拉业务上都千方百计地独立完成。这些点子实际上反映了一种经营思路和管理思想，思路或思想是道，点子只是术而已。

在管理学上有两种理论：X理论和Y理论。一种认为人天生是恶的，充满了破坏性，是叛逆的、不服从的，这种理论主张对人进行惩罚，注重从“不允许人干什么”的角度来管理人；另一种理论则认为，人天生是善的，渴望成就和渴望被认同，是顺从的、协作的，这种理论主张对人要多鼓励，注重从目标激励的角度来管理人。前一种理论是消极的，是大棒；后一种理论才是积极的，是胡萝卜。世界上大的企业，好的企业都是采用后一种理论，并以此为中心来建设自己的企业文化。

作为一个领导，重要的职责就是让员工成功，不可能存在员工都不成功而领导成功的单位。人的一生就是一个经营自己的过程，每个人都要因为经营一点什么而活着，有的是为了收入，有的是为了地位、荣誉，关键是这种经营要有价值。我们现在所做的就是在经营职工自己的未来。

扫描控制论文 篇7

农业机器人融合了众多的技术,主要包括传感技术、监测技术、人工智能技术、通讯技术、图像识别技术、精密技术及系统集成技术等。它使得多种前沿科学技术于一身,使人们从繁重的农业生产劳动中脱离出来,且大大提高了机械作业的效率和质量。施肥机器人的作业过程如图1所示。

该机器人可以有效改善农村劳动力不足,降低劳动强度,并且减少农药、化肥等对人体的伤害。

1 精密施肥定位装置结构设计

精密施肥的控制主要是对变速箱差速器的控制。施肥机器人主要由5 部分构成,包括动力源部分、减速差速器部分、方向控制部分、储料箱部分及施肥控制部分,其轴测图和前视图如图2所示。

该机动力是由动力源部分提供,主要是柴油机;差速器包括减速箱、差速器及离合器,这3 者可以实现机构的启停控制与动力的分配;减速器的控制采用继电器控制,而继电器的反馈调节主要根据激光扫描信号的反馈和PLC控制实现。

图3表示减速器外观图和内部结构。 利用继电器可以控制带差速度和圆锥齿轮减速器,从而实现机器人的优化配置。其中,带差速器的圆锥齿轮减速器总体布置如图4所示。

图4中:假设机器人阻力为F,转矩为T,圆周速度为v,转速为n,则柴油机的输出功率为

其中,Pｄ为发动机输出功率;Pｗ为工作机所需功率;ηａ为传动装置效率;ηｗ为工作机效率。假设前轮的直径为D,轮子的转速为n,则机器人的速度为

施肥机器人的精密控制主要通过结构的传动比优化配置来实现。机构的总传动比计算公式为

传动比的分配如下

考虑到适应性与成本问题,采用平行四边形的结构的联动设计较为简单,因此将其作为联动结构,如图5所示。

在设计平行四边形机构时,考虑到对于不同地垄宽度的适应性,在联动杆上设置了3个间距。当地垄宽度不同时,可以进行适应性的调节,以便使得轮子的边缘正好坐落于地垄之间的沟槽内。为了实现施肥的精密控制,使用PID控制器来调整变速箱的传动比。PID控制器是一种结构简单的线性控制器,其结构如图6所示。

利用PID控制器对变速箱的传动比进行控制,其控制方程为

其中,kｐ为积分系数;kｉ为微分系数;T为采样周期;e为施肥深度的控制误差,施肥深度可以通过激光扫描定位来实现。

2 施肥过程激光扫描定位和PLC控制

施肥过程的施肥深度主要由PLC控制系统来实现。在本系统设计中,选用的激光器的型号为LD-G650A13。激光器的具体参数如表1所示。

出于安全性的考虑,所选用的激光器功率为10mW,属于安全的功率范围。激光器工作时的功率比较小,在该功率的激光照射下,物质不会发生化学物理变化,激光内置直流电进行供电。

图7为设计的激光器实物图。其中,激光器的控制主要由上位机系统和下位机系统组成。上位机还包括PC主机、PC连接相机和数据通信接口;下位机包括主控制器、激光器驱动器、激光器、步进电机驱动器、步进电机及通信接口等。系统硬件结构组成如图8所示。

PLC作为下位机控制器,通过RS232 通讯总线,直接与上位系统处理中心进行通讯。PLC主要控制变速箱传递比的输出,激光扫描会随时将施肥深度信息传递给数据存储;通过MAD02模拟量模块A/D转化后,将数量与预设值进行比对,实现PLC对施肥执行机构的控制。该系统是闭环系统,如图9所示。

在运行速度方面,CPM2A CPU完成一条逻辑指令的运行速度仅为1.72us,完全可以胜任在施肥精密控制机械装置中的应用。

3 精密施肥机器人测试结果与分析

为了测试本设计的精密施肥机器人的有效性和可靠性,在试验田间对机器人的施肥效果进行了综合试验。通过测试,首先得到了机器人激光扫描施肥深度的测试结果,如图10所示。

由图10可以看出:通过激光扫描施肥深度的轮廓明显,且通过上位机可以准确地判断施肥深度,从而达到精确控制的目的。

图11表示激光扫描深度的测试结果。由图11可以看出:通过激光扫描,可以准确地测试出施肥深度。其中,施肥采用打孔施肥,施肥深度为2.0cm,符合设计要求。

图12为通过多次调试施肥机器人执行末端响应时间。由图12 可以看出:多次试验的响应时间都较短,且鲁棒性较好,响应过程平稳。通过对比传统机器人和本文设计机器人的施肥时间,得到了如表2所示的结果。

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由表2可以看出:相对于传统的施肥机器人,本文设计的施肥机器人的施肥时间明显降低,大大提高了作业效率。

表3表示施肥合格率的测试数据。由表3可以看出:采用本文设计的施肥机器人施肥合格率明显高于传统的施肥机器人。这是由于激光扫描定位具有较高的精度,从而大大提高了施肥的合格率,提高了作业的机械效率。

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4 结论

对传统施肥机器人进行了改造,并使用现代PLC控制和经典PID控制器对施肥系统进行了优化。同时,利用激光扫描设备设计了闭环的施肥精度调节系统,从而大大提高了施肥作业的机械自动化和智能化水平。

对设计的精密施肥机器人进行了田间测试,测试项目主要包括施肥时间和施肥深度合格率。通过田间测试发现:对于施肥长度为50m的施肥作业,本施肥机器人的施肥时间和施肥合格率都明显优于传统的施肥作业机器人。由此验证了该施肥机器人的可靠性,为现代化农业施肥技术的研究提供了较高价值的参考。

摘要：为了提高施肥的精度,实现施肥过程的自动化,设计了一款新的激光扫描定位PLC自动化控制的精密施肥机器人。采用PID调节的方式设计了机器人的PLC控制闭环系统,以激光扫描得到的施肥深度为依据,通过逻辑判断调整变速器的传动比,实现不同深度的施肥效果,提高了施肥作业的智能化水平及施肥的精度。为了验证装置的有效性和可靠性,在田间对精密施肥机器人进行了测试。田间测试发现:对于施肥长度为50m的作业,所设计的施肥机器人的施肥时间明显降低,大大提高了作业效率,施肥合格率明显高于传统的施肥机器人,可在精密化施肥和自动化农业生产中进行推广。

扫描控制论文 篇8

漂移扫描技术自20世纪80年代初提出后,从90年代末起已经广泛应用在天文观测研究中,国外已有一些光学望远镜安装了可以用漂移扫描方式采集数据的终端设备。同时,为满足空间目标侦察与监视等军事领域的需求,世界各国纷纷采用CCD漂移扫描观测模式实现对地球同步轨道空间目标的观测与监视,并在近几年开始应用于人造卫星与空间碎片的监测[1,2,3,4,5]。

但是,运用漂移扫描技术对恒星与人造目标进行观测,有着不同的观测条件。采用漂移扫描方式观测恒星,由于地球自转引起的恒星运动总是沿赤经方向,故CCD照相机可以总是固定在赤道式望远镜后端。而对人造目标进行观测时,由于人造目标的轨道面处于不同的方向,并且以不同的速度运动,只有通过精密控制的旋转式装置来旋转CCD,保证人造目标的星像始终沿CCD的电荷并行移动方向进行移动,才能通过漂移扫描技术形成圆点星像,提高目标星像的信噪比。因此,有必要研究漂移扫描CCD的旋转控制模型,拓展CCD漂移扫描技术在空间目标观测中的应用。

本文从理论上分析推导了旋转式CCD漂移扫描观测的控制模型,并根据实验室现有条件,运用计算机仿真技术,通过对空间目标观测模拟方法的研究和应用[6,7,8],实现了在这种观测模式下的星图实时模拟,为后继研究提供技术参考。

1 CCD漂移扫描观测的数学模型

CCD漂移扫描技术,是利用CCD电荷逐步转移的原理,通过时序电路控制,使CCD电荷并行转移的速度和目标漂移线速度的大小相匹配。随着曝光的进行,同一目标的入射光子落在CCD光敏面的不同区域里,而电荷跟踪实现了电荷在转移过程中的累积效应,在电荷累积的同时实现电荷跟踪的目的[3]。

在漂移扫描模式下,任意时刻CCD光敏面电荷的累积输出模型都可以看成是由该时刻的电荷产生模型和转移模型两部分来组成。但是CCD电荷的转移是通过时序脉冲控制逐步进行,任意时刻的电荷转移量都是由上一时刻的电荷产生量和转移量来构成,依次类推,CCD光敏面电荷的累积输出模型也可仅由不同时刻的电荷产生模型来构造。

现将CCD漂移扫描观测的数学模型构造如下:

1)假设CCD面阵的阵列大小为M行N列,M,N∈Z;

2)令t时刻的CCD阵列电荷累积量以C(t)来表示;

3)令第n个脉冲时间内CCD阵列的电荷产生量为G(nτ),则有:

其中:g(k)=(g1(,k)g(,2k)g(M,k))T,k=,1,2N;τ为电荷积累时间,如图1所示。图中Tr为电荷转移时间。T=τ+Tr为脉冲控制周期。

定义漂移移位操作Trans:

综上,光电望远镜在进行漂移扫描观测时,CCD阵列电荷沿电荷转移方向累积量在t=(n-)1T+τ,n∈Z时的数学模型为

由上式知,脉冲控制周期T是对目标信号进行采样的时间间隔,影响着信号电荷量的有效累积。

2 旋转式CCD漂移扫描观测的数学模型

对移动速度方向会发生变化的目标,不仅要满足电荷并行转移的速度和目标漂移线速度的大小相匹配,而且要能够使二者移动速度的方向相匹配,才能够对信号电荷进行漂移扫描积累,因此需要对CCD进行旋转控制。由于CCD漂移扫描观测数学模型中的电荷累积方向与CCD的电荷转移方向是一致的,旋转式CCD漂移扫描观测的数学模型构造可以基于漂移扫描观测的数学模型来完成。同时,数学模型的建立将涉及到不同角度的旋转控制问题,可转换为二维平面内的坐标旋转变换来实现,如图3所示,其坐标旋转变换表达式如(4)所示

CCD面阵的数据行列下标与图3坐标系定义不同。对CCD数据进行处理时,阵列的左上角位置为坐标原点,而对CCD进行旋转控制时,旋转点为CCD阵列的中心位置,需要将数据坐标原点统一平移到阵列中心位置后再进行旋转变换。

设一空间目标点S在A′B′C′D′中的坐标为(m,n),其中A′B′C′D′和ABCD表示CCD面阵不同的旋转状态,分别如图4白色和灰色区域所示。那么由旋转公式(4)可得,在ABCD中的行坐标表示为

列坐标表示为

其中round(·)表示对括号内对象进行四舍五入运算,这里θ方向定义与图3一致。ABCD和A′B′C′D′的区域是受限固定的,仅当S落在A′B′C′D′和ABCD的共同区域时,其坐标才能互相转换。因此,基于CCD面阵本身构造的模型,不能够对其任意的旋转状态进行描述。

构造长度为的正方形区域F,使之外切于CCD面阵的外切圆,为含有任意旋转角度CCD面阵的最小区域,同样,其区域的原点位置位于区域的左上角,如图4所示。

对CCD进行旋转控制时,其面阵坐标系是变化的,但对应于某一旋转状态下CCD面阵中的任意一点,都能从具有惯性坐标系特征的区域F中找到一一对应的坐标,即:

其中f表示F中一个分辨单元内的电荷量。定义两个坐标矩阵Rm和Cm,用向量构造,如下所示:

1)行坐标矩阵Rm:

2)列坐标矩阵Cm:

由式(3),光电望远镜在进行旋转漂移扫描观测时,CCD阵列沿电荷转移方向进行累积时的电荷量在t=(n-)1T+τ,n∈Z时的数学模型为

其中:⊗运算符表示矩阵分块运算,⊕表示矩阵中的每一元素都与常数相加。

比较式(8)和式(3),旋转式漂移扫描观测模式相比于漂移扫描观测模式,某一时刻CCD的输出值不仅受脉冲控制周期T的影响,而且与旋转方向θ有关,旋转方向影响着对目标信号的空间采样。因此,若先对T和θ进行选择,再对空间目标进行观测,则式(8)就是旋转式CCD漂移扫描观测的控制模型。下面结合实验,分析旋转角度θ和脉冲控制周期T的选择对成像结果的影响关系。

3 实验仿真分析

在STK(Satellite Tool Kit)中建立观测场景[9],运用模型进行实验仿真。仿真条件设置如下:

1)光电望远镜参数:地理位置处于上海天文台,视场大小为2°×2°,指向方位角为168.508°,俯仰角为25.54°,CCD面阵大小为512×512;

2)卫星轨道参数:半长轴6 878.137 km,卫星轨道倾角45°,升交点赤经2°,其它经典轨道要素设置为默认值0。

3.1 恒星的漂移扫描观测

短露光时间内生成的星图,受CCD和星空背景噪声的干扰影响大,将会影响到目标的检测概率和提取精度,如图5所示。图5为模拟生成的998EpSec时刻的凝视观测星图,其中Ep Sec表示距场景历元时刻(历元表示场景时间的起始点)所过的时间,单位为s,图中最右一颗为卫星。

对恒星进行漂移扫描观测,旋转角度为0°,脉冲积累数为100,脉冲控制周期为1.85 s,如图6所示,恒星信号得到很大改善。

3.2 旋转角度选择对成像效果的影响分析

在对卫星目标进行旋转漂移扫描成像分析时,由于在一次观测时间内θ(kτ),k=,1,2,n变化缓慢,可令θ(kτ)≈θ,来验证不同的旋转角度选取对观测结果的影响。

设置脉冲积累数为100,脉冲控制周期为0.013 919 s,旋转角度依次为-30.499 4°、30.499 4°、-149.499 4°和149.499 4°,其漂移扫描观测结果分别如图7所示。

比较图7的四幅观测结果及对应的旋转角度设置,不同的旋转角度对目标信号的积累观测结果影响不同。由图7(d)知,当旋转角度为149.499 4°时,目标信号得到最好的聚焦,以其作为反映目标运动方向的参照,则若旋转角度与目标运动方向之间的夹角越小,星像拖尾就越小,同时能量积累表现的越集中。

3.3 脉冲控制周期选取对成像效果的影响分析

分析不同的脉冲控制周期选取对观测结果的影响。设置脉冲积累数为100,旋转角度为149.499 4°。脉冲控制周期选取为0.1 s和0.01 s时,所得漂移扫描观测星图如图8所示。

在图8中,两幅星图中的目标星像都出现沿CCD漂移扫描方向的拉伸现象,可见脉冲控制周期选取的过大或过小都不能对目标形成良好星像。同时,当脉冲控制周期选取较大,接近于对恒星进行观测的周期时,出现了恒星拖尾不再平行于CCD的漂移扫描方向的现象,如图8(a)所示,这在对中高轨卫星进行漂移扫描观测时较为常见。

结束语

本文在分析漂移扫描技术数学模型的基础上,建立了旋转式的CCD漂移扫描观测的控制模型,并运用计算机仿真技术对不同观测模式进行了模拟,验证了模型的可行性,为后继工作的开展提供理论基础。同时,对CCD旋转漂移扫描模型中的相关参数选择对成像结果的影响进行了分析,为实际观测中的参数选择和判别提供参考依据。但同时从实验中可以看出,运用漂移扫描技术进行观测,必须严格要求星像移动与CCD的电荷转移保持一致,否则进行旋转控制时,会对目标定位带来误差。因此,下一步将在现有基础上,对CCD旋转式漂移扫描技术的定位误差作深入研究。

参考文献

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[3]毛银盾,唐正宏,郑义劲,等.CCD漂移扫描的基本原理及在天文上的应用[J].天文学进展,2005,23(4):304-316.MAO Yin-dun,TANG Zheng-hong,ZHENG Yi-jin,et al.The Basic Principle and the Application in Astronomy of CCD Drift-Scan[J].Progress in Astronomy,2005,23(4):304-316.

[4]毛银盾,唐正宏,陶隽,等.漂移扫描CCD用于地球同步轨道卫星观测的初步结果[J].天文学报,2007,48(4):475-487.MAO Yin-dun,TANG Zheng-hong,TAO Jun,et al.Preliminary Results of GSS’Optical Observation with CCD Drift-scan Mode[J].Acta Astronomica Sinica,2007,48(4):475-487.

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[6]欧阳桦.基于CCD星敏感器的星图模拟和导航星提取的方法研究[D].武汉:华中科技大学,2005.OUYANG Hua.Research on Star Image Simulation and Star Extraction Method for CCDs Star Tracker[D].Wuhan:Huazhong University of Science and Technology,2005.

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扫描控制论文 篇9

入射狭缝扫描机构是光电直读光谱仪的关键结构,通过狭缝扫描确定入射狭缝位置以确保光谱的中心位置与出射狭缝的几何中心位置相重合[1]。入射狭缝需要较高的位置精度,文中入射狭缝扫描机构基于弹簧微动机构设计[2,3]。弹簧微动机构是利用串连两弹簧之间的刚度比实现输入/输出位移比的减小,这种机构传动链短,弹簧的存在消除了回程误差,适用于光学零件的精密调整,但对于步进状态的输入,会产生过渡性的振荡[4],延长了定位时间。本文利用输入成形法[5,6,7,8,9,10]分配步进电机细分驱动的微步,形成脉冲序列来抑制微动机构的残余振动。

1 弹簧微动机构原理

弹簧微动机构利用两串联弹簧的刚度比实现位移缩减。图1是一个入射狭缝扫描机构的示意图,此机构可以简化为图2所示的结构原理图。

图2中两弹簧刚度分别为k1、k2,构件C固定,当构件A受水平方向的位移输入为y时,构件B位移,假设k1=nk2,位移缩减系数。如果n值足够大,构件B的位移缩减效果就足够明显。这种弹簧微动机构的主要缺点是位移输入结束后,构件B还会存在过渡性的振荡,因此不适用于动态响应的条件下;此外滑台的摩擦力也会产生定位误差。

对于由位移作为输入的弹簧微动机构,将其视为单自由度有阻尼振动系统,建立它的动力学模型:

式中:m是滑台质量,c为黏性阻尼系数。

将步进电机的单步运动作为对该系统的位移阶跃激励,则该系统的时域响应为:

实际上,步进电机的单步运动总是需要一定的时间,这个时间由步进电机输入的控制信号的频率决定,对于两相混合式步进电机,其步距角为1.8°,旋转一周就需要200个脉冲信号,当步进电机转速为1 r/s时,每步运动所消耗的时间仅为0.005 s,而一般步进电机使用时转速都会大于1 r/s,单步运动时间非常短,所以可将单步运动作为对系统的位移阶跃激励。

2 输入成形控制策略

输入成形控制策略的主要思想是将一个完整的输入分解为具有一定时间间隔的多次输入,这样所有输入都结束后,系统的响应将是几次输入响应的叠加,合理分配这几次输入的幅值和时间间隔,以期在最后一次输入结束后,系统的响应为零或者低到一个可接受的水平。

由输入成形控制策略确定的一组具有特定幅值和时间间隔的脉冲序列称为输入成形器。输入成形器的数学描述为:

其中N为输入成形器所包含的脉冲输入个数,Ai和ti分别是第i个脉冲输入的幅值和作用时间,它们满足如下条件:

这里Ai只是各脉冲输入幅值的比例,还要满足各脉冲输入幅值之和等于期望总输入的约束条件才能求出每个幅值的大小。作用时间ti的取值为系统残余振动半周期的整数倍,而系数K则是系统在ti时刻的振幅缩减比。

图3是对一个单自由度有阻尼系统的两脉冲振动控制,两脉冲发生的时间间隔恰为系统自由振动的半周期,幅值比为相差半周期的振幅缩减比。图3(a)是第一个脉冲产生的响应,图3(b)是第二个脉冲产生的响应,图3(c)是两个脉冲响应的合成,系统半周期时间后,残余振动已经减为零。

实际应用中,系统的阻尼和频率等信息并不容易精确得到,而且也容易受环境的影响发生变化。输入成形法属于开环前馈控制,这些变化给振动抑制效果带来影响并且无法自动调整,控制系统对这些变化的敏感程度称为其鲁棒性。

3 步进电机细分驱动近似

由于步进电机转动时的步距角是一定的,因此对于一个实际的系统,由公式(5)计算出的幅值比常常难以实现,这里对步进电机进行细分控制,并将幅值比取整为细分后步距角的整倍数,即将位移阶跃激励转化为几组步进运动,以期系统产生与理想成形器相似的响应。不同幅值取整后的各组步进运动步数不同,运动时间也不同,需要将各组步进运动开始的时间微调,使各组步进运动的时间中点与位移阶跃激励发生的时刻相重合。

设(Ai,ti)是理想输入成形器,(n Ai,nti)是n细分近似后的输入成形器,n细分驱动时步进电机输入信号的频率是n·f,则n细分后每一微步对应的微位移阶跃激励大小yn=y/n,每一微位移阶跃激励间隔时间Δt=1/(n·f),ti是第一个激励发生的时刻,由此,n细分近似成形器的计算公式为:

取整操作不可避免的带来误差,增大细分数可以减小这种误差,另外,通过结构参数与控制参数的集成设计,使系统半周期的幅值比更接近于步距角的整数倍也是一个方法。

4 步进电机驱动的数值仿真

下面通过一组算例说明该方法的有效性,弹簧微动机构的系统参数为滑台质量m=0.4 kg,弹簧刚度分别为k1=800 N/m和k2=200 N/m,黏性阻尼系数c=10 N·m/s,由此,该微动机构的位移缩减系数η=5。以步距角为1.8°的两相混合式步进电机为控制对象,通过1 mm导程的丝杠推动输入弹簧运动,当步进电机以200 Hz的频率单步运动,每步旋转传递给输入弹簧的位移阶跃激励为5um,滑台位置的稳态响应为1 um。图4为步进电机单步以及8/16/64细分驱动输入弹簧时滑台的残余振动。

由图4可以看出,步进电机单步运动和细分驱动的几条曲线重合在一起,表明细分驱动对残振的控制没有作用,系统最大振幅一度超过稳定位置的40%,振荡比较严重。对该系统分别使用双脉冲输入成形器并通过步进电机的8、32、64细分驱动对幅值进行近似的参数配置见表1,仿真结果见图5。

图5中3条细分近似响应曲线与不采用控制方法的响应曲线相比振幅有了很大的减少,但与理想的输入成形器还有不小的差距,其中32细分和64细分近似的曲线几乎贴合在一起,由表2看32和64细分的微步数量恰好成比例,因此其取整误差也相同。

对该系统分别使用三脉冲输入成形器并通过步进电机的8、32、64细分驱动对幅值进行近似的参数配置见表2,仿真结果见图6。

图6中3条细分近似响应曲线比双脉冲的细分近似响应曲线要好很多,其中64细分近似响应曲线更是非常接近于理想的输入成形器响应曲线。与双脉冲相比,三脉冲响应进入稳定区域的时间推迟了半个周期,但细分近似的响应曲线更好,0.63 s左右64细分近似响应的振幅已经降至稳定位置的0.5%以内。

对该系统分别使用四脉冲输入成形器并通过步进电机的16、32、64细分驱动对幅值进行近似的参数配置见表3,仿真结果见图7。

图7中3条曲线中,16细分近似的响应曲线由于每个脉冲可供分配的微步数量较少,带来了较大的取整误差,振荡比较严重,32细分和64细分都比较接近理想的输入成形器,但和三脉冲输入相比,四脉冲输入成形控制进入稳定区域的时间又推迟了半个周期,仅从残振控制来看,四脉冲64细分近似与三脉冲64细分近似相比几乎没有提高,反而降低了系统响应速度。

选取表现较好的三脉冲的32/64细分近似控制考察它们对阻尼比变化的敏感程度。

由图8、图9可以看出,当阻尼比变化幅度达到±50%的程度时,响应曲线的变化仍然在很小的范围之内。值得注意的是,64细分近似在阻尼比减小到-50%的时候系统残振一度达到2%,表现反而不如32细分近似。

5 结语

弹簧微动机构作为一种可以实现大传动比的传动机构,可以实现较高的位置精度,适用于光学零部件的精密调整。本文针对基于弹簧微动原理设计的入射狭缝扫描机构,通过将步进电机的单步运动作为对弹簧微动机构的位移阶跃激励,并使用输入成形法分配步进电机细分驱动产生的微步。仿真结果表明,该方法可以有效地降低系统的残余振动,但同时也牺牲了一部分稳定时间,因此应合理选择输入成形器脉冲个数与步进电机细分数的组合以带来最好的控制效果。

摘要：针对弹簧微动原理设计的入射狭缝扫描机构,研究其残余振动控制。将步进电机的单步运动作为对机构的位移阶跃输入,利用输入成形法,将此阶跃输入分解为一系列具有一定时间间隔的多个阶跃输入,形成脉冲序列。对步进电机进行细分驱动控制,并将脉冲序列对步进电机细分产生的微步近似取整,形成新的脉冲序列,以此新脉冲序列作为电机输入。仿真结果表明,细分驱动近似形成的脉冲序列对残余振动具有较好的抑制效果,此策略对相关参数具有一定的鲁棒性。

关键词：光谱仪,弹簧微动机构,输入成形,振动控制,入射狭缝

参考文献

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扫描控制论文 篇10

JTAG (联合测试行动小组) 是一种国际标准测试协议 (IEEE 1149.1兼容) , 目前主要用于芯片内部测试。现在多数的高级器件都支持J T A G协议, 如D S P、F P G A器件等。标准的JTAG接口是4线:TMS (模式选择) 、TCK (时钟) 、TDI (数据输入) 、TDO (数据输出线) 。本文利用JTAG标准协议设计一种针对同类FPGA进行动态重构配置的重构控制器。

重构控制器硬件系统组成

本文介绍一种基于“ARM处理器+FPGA”架构的重构控制器, 重构控制器中的FPGA能够根据ARM处理器传送来的命令, 对目标可编程器件JTAG接口进行控制, 并模拟JTAG接口中TAP状态机产生激励信号 (TMS、TDI、TCK序列) , 向目标可编程器件的JTAG接口提供所需的激励, 使目标可编程器件内的TAP状态机进行状态转换, 将指令和数据扫描到FPGA内部边界扫描电路指令寄存器和数据寄存器中。完成一次目标可编程器件配置, 实现用户此时所要求功能, 在下一时段, 可根据用户新的要求, 调用重构控制器内部存储器中不同方案在系统重新配置目标可编程器件, 实现硬件的时分复用, 灵活快速的改变系统功能, 节省逻辑资源, 满足大规模应用需求。

其主要功能是控制按照用户不同需求调用不同的方案配置目标可编程器件。它主要包括ARM处理器、FPGA、Flash存储器, 各功能部件主要功能如下:

(1) ARM处理器, 其主要功能是控制模拟JTAG接口的FPGA读取Flash存储器中的重构方案, 实现在系统配置;

(2) FPGA协处理器选用Xilinx公司SPARTEN3AN系列, 是基于非易失性存储的FPGA, 自身带有PROM, 它作为外部总线和ARM控制器之间的双端口, 主要功能是模拟JTAG接口实现TAP控制器时序, 完成配置方案数据的并串转换并输出至外部总线;

(3) F L A S H存储器容量为32M×16bit, 用于处理器的上电引导、存放多种重构配置方案。由于要求的存储容量较大, 采用SPANSION公司[1]S29GL512P (32M×16bit) 的存储空间, 访问速度110ns, 可以达到25ns快速页存取和相应的90ns随机存取时间;

(4) 测试线TCK、TMS、TDI和TDO, 是重构控制器向目标可编程器件提供所需的JTAG TAP激励, 分别控制目标多个FPGA的重构配置和反馈重构信息。

系统实现

重构控制器

本文设计的重构控制器采用ARM微处理器作为主控制器, 以FPGA芯片作为协处理器配合主控制器工作。用户事先根据需求设计出不同的配置方案, 并存储在重构控制器内部的存储器中, 上电后, 重构控制器就可以按需求将不同设计方案分时定位到目标可编程器件内, 同时保持其他部分电路功能正常, 实现在系统灵活配置, 提高系统工作效率。

重构控制器框图如图1所示。ARM执行的初始化工作包括程序更新加载运行, FPGA参数设定等 (见图2) 。FPGA初始化包括设定内部命令寄存器和逻辑状态的初始值、内部缓冲区数据清零等。ARM处理器一方面通过ARM总线读取外部Flash中的配置方案, 将其存储到TDI模块的缓存中;另一方面重构控制器中模拟TAP控制器的FPGA, 通过执行ARM处理器发出的配置指令, 模拟产生TCK、TMS、TDI和TDO信号, 作为目标可编程器件的JTAG接口激励, 与目标可编程器件的JTAG口串联成菊花链, 对目标可编程器件进行在系统编程。重构控制器模块ARM接口模块

如图1所示, A R M接口模块主要作为FPGA和ARM处理器之间的接口, 完成ARM的命令控制和参数传递。当系统上电后, ARM处理器将预先设定好的各种配置信息传送至ARM接口模块, 完成对FPGA及各外围模块进行配置。系统正常运行时, 该模块处于闲置状态。直到ARM处理器请求进行新的配置时, ARM接口模块再次传递新的配置信息, 完成目标板重新配置。

仲裁与时序控制模块

仲裁与时序控制模块主要完成对重构控制器内部各模块的仲裁与时序控制。协调各模块之间的数据流向。其具体的功能包括提供内部各模块所需的时钟信号, 并进行相应的时序控制;以及对内部数据流的切换控制。

TCK, TMS, TDI, TDO产生模块

TCK:JTAG配置时钟输入, 所有基于JTAG的操作都必须同步于JTAG时钟信号TCK。关键时序关系是:TMS和TDI采样于TCK的上升边沿, 一个新的TDO值将于TCK下降边沿后出现, 因此一般情况下JTAG的时钟不会太高。

TMS:模式选择, 控制JTAG状态转移, 同步时钟TCK上升沿时刻TMS的状态决定状态转移过程。

TDI:配置数据输入, 配置数据在TCK的上升沿采样进入数据移位寄存器 (SDR) ;

TDO:配置数据输出, 在TCK的下降沿从移位寄存器移出, 输出数据与输入到TDI的数据应不出现倒置。

目标板

目标板上被重构的F P G A由支持重构的Xilinx公司的VIRTEX-4系列FPGA来实现, 以菊花链方式串联, 支持JTAG边界扫描模式配置。

JTAG边界扫描配置的FPGA实现

TAP控制器是16个状态的有限状态机, 主要为J T A G接口提供控制逻辑。主要有四大状态:复位 (RESET) , 空闲 (idle) , 数据寄存器移位 (SDR) 和指令寄存器移位 (SIR) 状态, 在TCK, TMS的控制下, 根据输入的配置指令实现状态的转移。Xlinx公司Virtex4系列FPGA器件的边界扫描指令集中有三条专用于配置的边界扫描指令:CFG_IN、BYPASS和JSTART (10个bit位) 。其中CFG_IN的代码:0101001111;BYPASS的代码:1111111111;JSTART的代码:0011001111。执行CFG_IN指令可以访问器件内部的配置总线, 通过串行移入配置文件中的命令和数据执行对内部配置寄存器的读写, 从而完成对FPGA的配置。BYPASS指令在对多个目标器件配置时可以旁路不需要重配置的器件。JSTART指令使用TCK时钟触发启动时序, 使FPGA完成从配置状态到操作状态的转换, 激活FPGA。图3为可重构控制器模拟TAP状态机配置指令执行的状态转移图。

系统仿真

仿真在Active-HDL7.1软件下运行, 所有仿真是基于对单器件配置的过程。

图4为JTAG边界扫描方式核心控制TAP状态机仿真波形, 本文把整个下载模拟过程设计为三步, 分别为TAP_Reset、TAP_CFG、TAP_JStart, ARM分别给三步提供一个启动命令, 三个步骤分时按顺序由自己独立的状态机实现, 由图可以看出状态衔接正确。

图5为各状态机个状态下接口输出波形, TCK、TMS、TDI时序和输出值满足JTAG扫描方式配置Virtex-4系列FPGA接口激励要求。

本系统ARM工作时钟为50MHz, TCK输出为25MHz, 为便于观察, TAP_CFG部分状态机中SDR状态项实际由配置方案文件bit位数决定, 仿真图有所压缩。

如果目标板FPGA是Virtex-4X C 4 V L X 2 5, 其配置方案文件为995KB, 整个配置过程大约所需时间327ms。

结语

本文介绍的重构控制器具有相对通用性, 适用于对同一类FPGA芯片实现可编程器件在系统配置, 使得硬件信息 (可编程器件的配置信息) 也可以象软件程序一样被动态调用或修改, 从而动态的改变电路的结构和功能, 对电路中出现的错误和故障进行实时动态重构, 达到高可靠性的目的, 有效节省逻辑资源, 通过设计和仿真验证了此方法的可行性。

参考文献

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[4]赵蕙.边界扫描测试技术在远程实验系统中的应用研究[D].江苏大学, 2005

预防流脑大扫描 篇11

传染病专家提醒：春季气候冷暖不定，是流脑的多发季节，要注意预防。流脑是由脑膜炎双球菌感染引起的经呼吸道传播的一种化脓性脑膜炎，特别易在春季流行。

流脑起病时症状像感冒

流脑是流行性脑脊髓膜炎的简称，它是由脑膜炎双球菌引起的化脓性炎症，具有较强的传染性。冬春季节为流行高峰期，3、4月份为最高峰。15岁以下儿童容易患这种病，两岁左右的婴儿患病率比较高。

流脑起病时症状有些像感冒，发热、鼻塞及轻微咳嗽，许多人吃点感冒药止痛退热，但却很快转为寒战高热、剧烈头痛、有喷射性呕吐、面色苍白、精神不振，甚至出现抽搐。多数人的皮肤上出现淤点或淤斑，婴幼儿出现前额膨出、头部强直等脑膜炎症状，严重者可有败血症休克及脑实质损害。尤其是暴发型流脑极其凶险，病情发展迅速，常于24小时内甚至在6小时内即可出现中枢神经系统感染、肝脾肿大等全身中毒症状。如不及时治疗，可能因循环衰竭、呼吸衰竭而死亡，其死亡率高达40%～60%。

专家提醒，如果儿童出现突发高烧，并伴有头痛的症状时，千万不要盲目服用感冒药来止痛退热，而应立即带孩子到医院就诊，以免延误病情。如果婴幼儿出现呕吐、哭闹、烦躁、不肯吃奶或昏睡等现象，应及时到医院诊治。

由于引起流脑的脑膜炎双球菌，对特定的抗生素有较强的敏感性，所以，对大多数患儿来说，经过抗感染和对症治疗，患儿可以在一周后痊愈。少数严重患儿可以继发硬膜下积液、脑积水等症。年龄小昏迷程度深、时间长、皮肤出血点广泛和反复发生抽搐者则往往危及生命或留有脑性瘫痪等后遗症，严重者有生命危险。

对流脑的预防控制措施

流脑的预防控制措施主要包括以下五项：

1.加强疾病监测，做到早发现、早报告、早诊断、早隔离，并及早送病人就近住院医治。

2.对病人密切接触者，立即进行预防性服药。

3.若流脑流行出现在过去未实施疫苗免疫或注射疫苗较少的地方，可对15岁以下未免疫的儿童应急接种疫苗。

4.一旦发生流脑流行，应劝阻大型集会、串门访友或探视病人，不带儿童去公共场所。若在学校和托儿所发生流脑暴发，可酌情暂时停课与暂停收托儿童，并对学生和儿童应急接种疫苗，但必须严格掌握疫苗接种的禁忌症。

5.及时组织对疫点进行消毒处理，如疫情发生在学校等人群集聚场所，要做好环境卫生、个人卫生，保持通风。

打过疫苗并不意味进了“保险箱”

虽然流脑疫苗可以使90%～95%的人群得到免疫保护，但专家指出，打过疫苗并不是意味着就进了“保险箱”，仍然还有被传染流脑的可能，因为疫苗不是特别稳定。所以，虽然已注射过疫苗，但在流脑高发期，仍要做好适当的保护。

专家介绍，以往出现的流脑主要以A型为主，因此以往提供的流脑疫苗均为A型疫苗。近年来的监测发现，国内有些地方的C型流脑开始增多，部分地区还出现了小规模的流行。

采取综合措施预防流脑

预防此病的关键在平时注意个人及环境卫生，室内常通风，勤晒衣被；儿童尽量不要到人群密集和通风效果差的公共场所去。对接触该病患者的人，可考虑短期应用磺胺嘧啶预防。

流脑虽来势凶猛，发病急剧，但只要掌握发病规律，采取综合措施是可以预防的。生活中，要注意以下几点：

1.常晒衣服、晒被褥、晒太阳。脑膜炎双球菌具有怕热、怕冷、厌氧的弱点，因此要经常晒衣服、晒被褥、晒太阳。居室内的温度在18℃～20℃、湿度在50%～60%最为合适，每天开窗3～4次，每次约15分钟左右，每天用湿布擦桌子和地面，使室内空气新鲜而湿润。让孩子多增加户外活动，上午10点到下午4点进行户外活动最为适宜，以提高小儿对周围环境冷热变化的适应力和对疾病的抵抗力。同时，在流脑好发季节，室内可用食醋、艾叶等熏蒸消毒，杀灭病菌。

2.保护易感人群，提高免疫能力。注意在流行期内，与流脑病例密切接触的人员、前往流行地的游客均应接种疫苗。目前我国市场上供应的A+C群双价多糖疫苗，能有效诱导出抗体，免疫年龄在两岁以上的人群次年不需要加强，3～5年后需加强接种。

3.及时发现病人，早期隔离、治疗。在流脑流行季节，一旦发现不明原因的发热、乏力、咽喉痛等症状的病人，应提高警惕。若病人出现高烧不退、剧烈头痛、喷射呕吐等，应立即送医院检查，确诊者应隔离治疗。病人污染的环境、用品等要严格消毒，以防扩散。

4.培养良好的生活方式。要按时作息，保证睡眠，经常参加一些力所能及的体育锻炼，增强体质，提高机体的抗病能力。

5.少去或不去公共场所。初春时节，尽量少去人多、空气不流通的公共场所。注意根据天气变化，随时增减衣服，避免感冒。

扫描控制论文 篇12

CT检查已经成为当前各大中小医院日常检查非常重要的一部分。CT作为高端医疗诊断设备,如何在满足较大扫描量的同时又能保证良好的扫描质量,这是任何一家医院都想要解决的问题。解决该问题,应从2个方面着手:(1)掌握CT性能测试的方法和判断准则,尤其是和图像质量相关的检测,要未雨绸缪,能够在CT扫描患者之前发现CT潜在的图像质量问题并进行有效解决,保证CT重建的图像不会产生误诊、漏诊的伪影;(2)掌握影响CT扫描工作流的因素及其对应的调整方法,针对不同场景,在保证图像质量的前提下进行针对性优化,使日常扫描顺畅、各个患者之间没有等待。

本文将首先研究确保CT在每天扫描前处于良好状态的方法,然后介绍导致扫描工作流停滞的各种场景、成因以及对应的优化策略。

1 CT扫描前的质控

每天在扫描患者前进行必要的质量控制是非常重要的,因为如果CT机不是在良好的状态下工作,很可能导致重建图像有伪影,而这种伪影被发现后很难被消除,将直接影响诊断。因此,在每天扫描患者前必须进行CT性能检测,确保当日CT检查的图像质量没有问题。

1.1 确保扫描室的工作环境

确保CT机扫描室的环境在正常的工作范围内非常重要,而这往往被忽略,尤其是在CT机搁置一段时间后首次使用。CT机搁置一段时间以后,由于扫描室的空调被关闭,CT机架腔体的温湿度将达不到要求,这种情况下直接对患者进行扫描,重建的图像往往会有环状伪影。

各CT生产厂家在技术手册内都对扫描室的温湿度要求有所描述[1],因为如果扫描室温度不符合要求,CT设备很难通过自身的温控系统保证探测器的正常工作。

扫描室内放置温湿度仪器,并能够被扫描技师透过铅玻璃窗看见,以确保每天CT扫描前扫描室温湿度符合要求。如果不符合要求,需要调整扫描室内空调的温度和湿度,直到符合。在扫描室温湿度符合要求的情况下,如系统发出温度超标报警,需要检查机架的进风口是否被堵塞,机架散热风扇是否正常工作以及风扇是否沉积了大量灰尘,确保进风口空气流通顺畅、风扇无灰尘并能正常工作。

1.2 CT图像性能检测

一般来说,CT厂家会随机配发水模,用于检测CT值、噪声、均匀性和图像伪影,上述测试被认为是最重要的CT质控测试,应每天进行[2]。水模的大小通常有2种,直径160和320 mm的,分别用于模拟人体的头部尺寸和体部尺寸[3]。

选中待检测图像,进行图像2D浏览界面,该界面会提供感兴趣的区域测量、显示CT值和噪声的工具。现将测量方法和通过标准介绍如下[4],供参考。

1.2.1 CT值检测

CT值测量方法:在图像中心选择一个直径大小为模体直径10%的圆形感兴趣区域,查看界面显示的CT均值,该值即为水的CT值;在水模图像周围的背景空气选择一个直径大小为模体直径10%的圆形感兴趣区域,查看界面显示的CT均值,该值即为空气的CT值。

CT值通过标准:CT值范围为(0±4)HU;空气CT的范围为(-1 000±10)HU。

1.2.2 噪声检测

噪声测量方法:在图像中心选择一个直径大小为模体直径40%的圆形感兴趣区域,查看界面显示的标准差(standard deviation,SD),计算噪声值,公式为:SD/1 000×100%。

噪声通过标准:应不大于0.35%。

1.2.3 均匀性检测

均匀性测量方法:在图像上距离模体边缘1 cm处,相当于时钟3、6、9、12点钟的位置选择4个感兴趣区域,在图像中心选择一个感兴趣区域,上述各感兴趣区域的直径为模体直径的10%,中心的感兴趣区域与外部的感兴趣区域应不重叠。测量各感兴趣区域的平均CT值,中心感兴趣区的CT值为外部4个感兴趣区域CT值之差的最大值即为CT值的均匀性。

均匀性通过标准:均匀性在±4 HU范围内。

1.2.4 伪影检测

伪影检测方法:以窗位为0 HU,窗宽分别50、100 HU的条件下观察水模的CT图像。

伪影检测通过标准:水模的CT图像中不应有伪影。上述项目检测有任何一项不通过就证明图像质量有问题[5],解决方法:在日常服务中做一遍空气校正[6],做完空气校正后,再重新测量一遍。一般情况下,重新做完空气校正就可以解决问题。如果依然不通过,需要根据未通过的项目进行针对性的校正,具体校正方法可以参考厂家提供的技术手册。

2 工作流的优化

在完成扫描前质控之后,表示当前CT机的工作环境以及CT机本身处于良好的工作状态,接下来就可以放心地进行患者扫描了,但这并不意味着每次扫描都会很顺畅,产生的图像就不会有伪影,依然有需要注意和需要优化的地方。

球管是CT机中最重要的核心部件,也是高值消耗部件[7]。为了保护球管,除了紧急情况下,都要避免冷靶扫描,因为球管是连续高管电压(k V)、大管电流(m A)工作,突然启用,会导致球管温差太大而性能不稳定,甚至可能爆裂损坏。一般CT系统中会有热容量的提示,如果提示的热容量过低,需要先对球管预热,达到一定的热容量。

对于每次CT扫描检查,CT系统会自动判断当前球管热容量是否满足本次检查要求。如果不满足,需要等待球管热容量下降到满足扫描的阈值(热容量达85%以上时应该停机,否则易烧坏灯丝)[8],或者通过调整扫描条件来降低对当前热容量的要求。如果等待球管热容量自然下降,会影响扫描工作流,不能及时给患者做检查,对于急诊患者,这种等待可能会延误治疗的最佳时间。通过调整扫描条件的方式,对操作技师有很高的技术要求;即便操作技师具备足够的技术水平,也很难做到在保证图像质量的情况下,快速完成协议的调整。

统计医院CT扫描负荷最大的情况,根据扫描协议的分布和每个患者之间的间隔时间,以及球管热容量冷却曲线(厂家技术手册会提供),自动计算是否存在等待热容量下降的情况。如果存在,可根据以下2个方法进行调整:

(1)根据球管不同功率下的热容量冷却曲线,在保证m As(每秒放出的X线管电流,设为Q)不变的情况来调整球管的功率,使扫描协议工作在热容量冷却曲线上升最缓慢的功率。

首先需要明确Q(m As)的定义,

其中,I为管电流;RT为机架旋转一圈的时间;Scan Angle为旋转一圈的扫描角度,通常为360°;Pitch为扫描螺距。

通过调整RT和Pitch可以使球管功率(k V×m A)工作在热容量上升最缓慢的功率曲线上,这种情况下可以提高球管的吞吐量,缩短等待时间。

这种方法在改变球管功率的同时,会同时改变扫描时间,因此需要考虑扫描协议对扫描时间的要求,对于需要屏气的扫描协议,这种方法可能就不合适。

(2)实际上,最有效的方法是直接通过降低m A的方式降低m As,这种情况只是降低球管的功率不改变扫描时间。但降低m A会直接带来图像噪声的增加,如果噪声过大,会直接影响图像的质量。对于图像质量,并非最清晰最好,而是需要遵循当前业内公认的ALARA(as low as reasonably achievable)原则[9],在满足诊断的条件下尽可能降低噪声。

降低m A的方法有2种:(1)在不改变协议的情况下,逐步调整m As,每次下降10%,监控图像质量,在图像质量满足诊断的条件下,继续下降10%,如此反复,直到不能再下降。(2)结合低剂量降噪技术[10]。当前主流CT都会配置低剂量降噪技术,这些技术会将剂量从常规剂量降低30%~60%之间。在降低m A的同时,合理采用低剂量降噪技术,将会在图像质量和剂量间达到非常好的平衡。

当前主流CT厂家提供的低剂量降噪技术(不同机型提供的迭代技术不一样),详见表1。

这些低剂量降噪技术提供不同级别的降噪等级,级别越高,降噪性能越好,但同时也会带来图像空间分辨力的损失[5]。而不同的协议对图像的空间分辨力和低对比度分辨力的要求是不一样的,对于空间分辨力要求不高的图像可以设置较高的降噪等级,对应的协议就设置为较低的m As,达到降低m A、降低射线功率的目的。这个过程的调整也需要遵循逐步调整的原则,每调整一个等级(对应降低相应的m A),要监控图像质量,在图像质量满足要求后,再进行下一个等级的调整,如此反复,直到不能再降。

3 结语

本文通过CT扫描前质量控制及扫描过程中工作流优化两方面的研究来确保CT日常扫描的图像质量和工作流的顺畅,从而大大提高日扫描患者的吞吐量,缩短患者等待时间,使设备达到最大利用率。每家医院有自己具体的扫描场景,需要根据本身CT机的特点和所使用的协议进行针对性的优化。

摘要：目的 :保证CT检查的工作流顺畅、中间没有等待,提高日检查量。方法 :每天扫描之前对CT机进行性能验收测试,确保扫描间的温湿度在正常工作范围内,分析造成患者等待的原因并进行针对性的优化。结果:通过确保CT机在扫描之前的图像性能满足诊断要求和优化造成等待的不同场景,达到了即使在日扫描量很大的情况下,也能保证扫描工作流的顺畅。结论:每家医院都有自己具体的扫描场景,需要根据自身CT机的特点和所使用的协议进行针对性的优化,达到既保证图像质量又保证扫描顺畅的目的。

关键词：CT扫描质量,工作流,顺畅

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