软件探测

软件探测（精选4篇）

软件探测 篇1

在协同软件中协作成员的场况——在场状态——是协作能否有效进行的决定性因素。协作分析家们认为, 正是由于在场状态探测与识别技术的发展和服务的提供, 导致了协同的升级由协同1.0升级为协同2.0 (Collaboration 2.0) 。

虚拟环境中的场况识别

场况是指虚拟环境中有多少人及每个人的在场、在线、动作状况和标志情况。在场状况是指成员注册登记、登录状况, 也包含每个成员的登入时间、频度、时长及其统计讯息。好友列表、分组以及各个成员的级别、权限和资料信息情况均属于协同沟通系统中成员的场况信息。

场况信息分为两类。一类是成员自己设定和填写的, 虚拟性和匿名性得到尊重, 其真实性由登入者自行裁量决定, 因而系统环境不能保证。另一类是由系统探测识别并按照一定的规则计算统计生成的, 其真实性由系统环境按一定规则保证。比如成员的级别和权限以及线上行为统计等信息。

系统在技术上可以保证探测到成员的在离线状态, 但为保证成员匿名的需要, 特别允许成员设定“显示为脱机”和“隐身”。在线是指每个成员是否登入的实时状态。成员在线时, 动态标志用来指示该成员的在线活动状况。MSN系统中是有空、忙碌、离开、显示为脱机等状态。在腾讯QQ中则表示为我在线上、忙碌、邀请 (Q我吧) 、 (短时) 离开、离线、请勿打扰、隐身以及音、视频设备的可用状况。在线信息也可以称作线况信息, 对于他人 (可能是被协作者 (参与者和旁观者) 也可能是协作发起者) 而言线况信息的作用是很大的, 决定了协作行为的发起、持续、拓展、限制和终止。如果说它决定着协同的效率应该不算过分。

场况信息和线况信息以英文Presence&Status来表示。在中文似乎还没有找到更好的表示方式。这些信息对于系统是有意义的, 用来协调和管理的意义不言而喻。但更重要的是对于组织的意义, 对企业管理特别是信息化的企业管理意义非常重大。

最明显的意义在于通过信息和信息行为的管理实现组织行为管理。企业行为管理一直以来都是管理的难题, 特别是成员行为管理。这些信息的方便取得, 使得组织可以实现对成员信息行为的识别和评价, 进而可以实现合理程度的管控。当然, 管控仅仅是一个方面, 甚至是比较小的一个方面。大的方面是成员间协同效率会因此而得到极大的提高。整个企业组织的效率瓶颈实际上一直是信息不对称, 从决策到运营, 直至行动的效率都系于此。组织中的每一个成员的场况、线况信息以及交互过程中传送、存储、处理的信息, 综合起来就极大地解决了这个问题。

数据在场技术的作用

数据 (信息) 在场技术是协作技术的一大进步, 其意义重大但没有得到很好的阐释。比如, IM即时通讯一开始只是一种瞬时 (及时) 信息沟通工具, 留言功能的增设意义是重大的。大家应该还记得当时的情形, 腾讯的QQ已经具备了好友不在线时的留言功能, 而当时微软的MSN还不支持好友离线时的留言功能, 只是提供了“发邮件给不在线的好友”的替代方案。这让用户感觉很不方便, 许多用户因此而被腾讯QQ“黏住”。

随后, 即时通讯 (IM) 进步就是数据 (信息) 在场技术的另一个进展, 发送离线文件。这标志着即时通讯系统为系统使用者之间维持了一个短时的 (由系统设定时间不能太长) 协同信息区, 该区间存放数个文档。文档可以是各种格式——文本、图片、音频文件、视频文件等。

目前, 大家喜欢用即时通讯系统来传送文件而不是使用电子邮件, 特别是大文件就更加体现出优势。电子邮件系统是受到服务器存储空间限制, 不允许附带大容量的附件。虽然目前很多邮件服务商都增大了允许的附件大小, 但还是难以满足客户传送超大容量附件的要求。另外, 电子邮件系统的非实时性使得及时性传送需求不能保证。顺便提一句, 电子邮件系统的最大问题就是它的协同离线性——发送信息一方无法预知对方何时会收到信息, 甚至不知道能不能收到, 收信的一方是否在场、是否在线一概不知。在即时通讯系统里, 至少对方的在场状态信息是由系统提供并有技术保证的 (比如至少在列表中可以看见并可见其一些资料) 。数据信息在场技术的革命性进步是在即时通讯系统中维持一个不限时长的协同工作区, 它的首个商用形式出现在中国——王志东的点击科技公司推出的竞开协同之星GK-Star。

实际上, 我们如今讨论的协同技术和协同软件都是基于计算机网络的, 其基本工具便是基于计算借网络媒介的沟通系统, 如电子邮件、讨论组、即时通讯等。考察这些技术你会发现它们具有很强的个人—社会化特征, 它是个人之间的社会化的应用, 行为是个人的, 场景是社会化的。自发、自组织性是其基本特点。在这个意义上, 它对于组织或企业的缺点就很明显, 自愿、自发的协同很难有效实现组织目标, 因此, 组织协同——对协作行为的导向、规范、管理是组织 (或企业) 协同所必不可少。竞开协同之星把个人间的社会化协同沟通架构于企业组织中, 使其具备了组织管理的可能, 使后继协同软件厂商如致远软件能够在其基础之上实现组织级协同管理平台开发。而GK-Star在客户端和服务器端维持的不限时长的协同工作区则实现了团队 (组织) 数据信息的在场, 只要组织 (团队) 成员能上线, 无论是PC机、智能手机或者其他终端, 那么他就拥有了他工作和业务管理所需的所有信息——在场、在线, 包括成员场况——有谁、有多少、在线、离线还是忙碌等等。可以说到了GK-Star作为协同软件中的基础构件——沟通引擎就基本上成形了。

在协同软件平台中, 与沟通引擎同等重要的是工作流程引擎。在一般的OA、项目管理等管理平台中, 都使用了工作流引擎。工作流引擎早已发展得相当成熟, 已经成为标准化的程序构件, 通常已经不需要应用系统软件开发商自行研制, 只需使用商品化的标准工作流中间件即可。在大多数应用系统中的情况就是如此, 可以根据应用环境的不同和业务性质的不同来定制工作流的属性, 基本上可以满足各种场景下的业务流程操作和管理。在以组织协同为目的的协同管理软件平台中, 问题有些不同。为了协同的目的, 流程和操作必须有所调整以适应协作的需要。调整的依据是什么?其中很重要的部分便是场况、线况信息, 是参与协作的团队 (在很多情况下是动态的团队和虚拟的团队) 和个人的场况和线况。为此, 必须构建能够实现这种调整的机制。这就意味着协同管理平台软件厂商不能满足于使用标准的工作流中间件, 而是必须对标准的工作流进行改进。比如, 致远软件就研制开发了自己独有的二元化工作流程引擎。仅此一项创造就使得致远软件的工作流操作和管理具备了无可比拟的优势, 该公司推出的协同办公系统软件在市场上销售处于领先地位, 连续六年位居全国第一。

组织级管理软件中场况信息的应用

在组织级管理软件中, 场况、线况信息的情况更为复杂。在个人—社会化的协作和沟通过程中, 所谓场况、线况都是个人的。在M S N、Q Q及B l o g、W i k i、S n s等Web2.0技术和应用中其管理和开发应用的发展已经非常成熟。而在组织 (企业) 中, 每一个成员都被赋予了固定的和动态的岗位职责, 具有相应的组织中的位置和角色。这些情况必须被一并考虑并得到有效的处理和管理。这些信息演变为每一个成员的场况、线况信息的重要且刚性的组成部分, 这在处理上由于前述的场况、线况信息存在极大的不同, 而不能采用同样的机制来处理。

领先的协同技术开发商如致远软件是将管理模型嵌入到工作流程的方式来解决问题的。从本质上来考察组织级协同, 其基本要素是流程、规则、状态和信息。每一个成员只要能够随时随地的能够存取和操作这些信息和数据, 协作的前提和条件就完全具备了。

从这个层面看问题, PC机、笔记本电脑的具体形态已经不是必需的, 完全可以是任何形态的信息终端。这样我们就不难理解为什么思科 (CISCO) 要推出嵌入Web Ex解决方案的终端设备了。我们可以预期这类终端将会发展成熟, 并极大地改变人们的信息设备应用状况。也许我们可以预期在企业应用环境下, 这类终端会想胸牌电话一样成为标配。至少在信息化程度最高的组织中, 这种情况可能很快就会到来。

软件探测 篇2

关键词：短波,信道探测,软件设计

短波通信主要通过电离层反射实现,而电离层的随机起伏变化导致了短波通信的不稳定,使得通信可靠性降低[1]。为了研制新型短波通信系统和提高短波通信可靠性,需要对电离层状态、物理特征以及电离层中电波传播规律进行研究。我国的电离层返回斜向探测研究始于20世纪50年代末,并取得了一定成果[2]。1990年以后,国内从事电离层信道特性研究的学者主要是武汉大学的教授[3,4]。随着通信技术的快速发展,有必要研制新的电离层(短波信道)斜向探测系统(IOSS),探测短波信道的特性,为下一代短波通信装备的研制提供理论基础。

近年来,数字信号处理器(DSP)芯片运算能力不断提高,在通信、电子、图形图像处理、自动控制等各个领域得到广泛应用[5,6]。DSP的软件设计通常有三种方法[7]:C语言开发、汇编语言开发、C语言和汇编语言混合编程开发。软件的算法表示方法[8]主要有:算法流程图、盒图、PAD图和伪码。本文采用算法流程图表示算法。

1 lOSS系统硬件结构和软件结构

IOSS系统硬件主要由DSP信号处理模块、CPLD时序控制模块、ADC/DAC模块、电台工作模式和频率控制模块、GPS模块、GPS导航电文接收模块、USB模块、时钟电路模块、PLL模块、PC终端和短波电台组成,其整体框图如图1所示。DSP信号处理模块主要负责探测数据、GPS导航电文数据、电台控制命令的中转传输,在GPS秒脉冲触发下实现收发系统间的同步等。

IOSS系统软件包括发送端系统软件和接收端系统软件。发送端和接收端系统软件由PC端软件、DSP端软件、GPS导航电文的接收模块软件和电台工作模式与频率控制模块软件四部分组成。

2 DSP端软件的设计

收发DSP端软件主要完成GPS导航电文的传输、探测数据,同步传输、电台工作模式和频率的传输等功能,其中,发端DSP软件整体结构如图2所示。

2.1 主程序的设计

发端主程序主要包括“向PC请求数据”函数、“读PC发来的命令头”函数、“读PC发来的数据包号”函数、“接收PC发来的数据”函数、“接收PC发来的控制电台命令”函数、“接收控制电台命令成功信息反馈给PC”函数、“发控制电台命令给电台状态控制模块”函数、“接收GPS电文”函数、“发GPS电文给PC”函数、“清空缓存”函数。“向PC请求数据”函数向PC发送数据请求命令头0x3131和请求发送的数据包号,告诉PC可以将所请求的包号数据发给DSP。“读PC发来的命令头”函数和“读PC发来的数据包号”函数是同一个函数,主要是读取PC发来的命令头和数据包号,供后面的程序条件判断使用。“接收PC发来的数据”函数将PC发来的短波信道探测数据按顺序存入DSP片外RAM,等待发给DAC。“接收PC发来的控制电台命令”函数,接收PC发来的电台工作模式和频率控制命令,将其存入DSP片上缓存,由发控制电台命令给电台状态控制模块函数拆分成电台能识别的格式后发给电台工作模式和频率控制模块,同时由接收控制电台命令成功信息反馈函数告诉PC控制电台命令接收成功。“接收GPS电文”函数主要通过DSP的HPI口接收GPS导航电文接收模块发来的、由GPS接收的格林威治时间和本地经纬度信息数据。“发GPS电文给PC”函数将格林威治时间和本地经纬度信息数据发给PC。“清空缓存”函数负责在每分钟的第50s和第56s或与PC通信超时时将数据缓存区清空。发端主程序算法流程图如图3所示。

收端主程序主要包括“读PC发来的命令头”函数、“读PC发来的数据包号”函数、“接收PC数据请求”函数、“发数据给PC”函数、“接收PC发来的控制电台命令”函数、“接收控制电台命令成功信息反馈给PC”函数、“发控制电台命令给电台状态控制模块”函数、“接收GPS电文”函数、“发GPS电文给PC”函数、“清空缓存”函数。“接收PC数据请求”函数主要是将数据块号累加,保证与PC通信的实时性;读取缓冲区数据,保证与PC的数据传输在本环节能正常进行。“发数据给PC”函数将ADC采集到的短波信道探测数据按包号发送给PC,其余函数与发端功能相同。

2.2 中断的设计

IOSS系统的DSP中断主要有外部中断1、外部中断3、定时器中断和缓冲串口中断。

外部中断1由GPS导航电文接收模块在每分钟的00秒发出的脉冲触发,在发端用于将准备启动发数据给DAC控制变量置位;在收端用于将准备启动接收ADC数据控制变量置位,并将发送的数据包号变量清零。外部中断3直接由GPS模块输出的秒脉冲触发,在发端将准备启动发数据给DAC控制变量复位,将向PC请求数据控制变量置位,将开始发数据给DAC控制变量置位;在收端将准备启动接收ADC数据控制变量复位,将向PC发送数据控制变量置位,将开始接收ADC数据控制变量置位,将当前向PC发送的数据包指示变量置位。其中,发端外部中断3算法流程如图4所示。在外部中断1和外部中断3的共同作用下,实现同步收发,同步误差在10-9s数量级。

定时器中断主要负责DSP与PC通信的计时。

缓冲串口中断由ADC/DAC触发,在发端负责将短波信道探测数据发给DAC,在收端负责将ADC采集的短波信道探测数据存入DSP片外缓存区。其中,发端缓冲串口中断算法流程如图5所示。

3 DSP端软件的实现和实测

在CCS5000编译环境中,采用混合编程开发方法,通过汇编语言实现DSP的初始化,用C语言实现具体数据处理函数和中断响应函数的编写。DSP与GPS导航电文接收模块、PC终端、电台工作模式和频率控制模块之间的数据通信分别采用不同的协议实现。协议采用应答方式,以不同的命令头实现与不同模块的通信。

将设计的软件通过编译器编译后,下载到DSP芯片进行测试。测试阶段主要解决以下问题:

(1)各模块的兼容问题。由于程序是按功能模块逐个编写的,虽然模块独立工作良好,但在整合的过程中会出现某些模块不能正常工作的问题。规范化各模块变量的命名,并详细分析模块间参数的传递,画出工作流程图,找出原因,解决问题。

(2)起始段数据发不出去的问题。原因是中断响应函数中变量的置位、复位时间节点出了差错,导致程序没有协调好DSP与DAC之间、DSP与PC之间的数据传输。对中断中变量的置位、复位时间节点重新进行整理和分析,理清先后顺序,并解决问题。

(3)收发同步的问题。有时由于天气不好导致收发两个GPS模块输出的秒脉冲之间误差较大,进而影响DSP的中断响应,导致收发不能同步。

目前,所设计软件已经应用在IOSS系统中,在长达5 天的远程实验过程中,该软件工作一切正常。

研制新的IOSS系统探测短波信道特性对下一代短波通信的研制具有重要意义。本文首先介绍了IOSS系统的硬件和软件结构,设计了IOSS系统DSP端收发软件功能结构,给出了软件设计算法流程图,详细阐述了各子函数模块的功能,采用C语言和汇编语言混合编程开发的方法在CCS5000平台上实现了软件程序的编写,对软件测试阶段遇到的主要问题进行了分析,说明了解决的办法。测试和使用结果表明,软件实现了所设计的功能,能可靠工作。

参考文献

[1]陈曦,赵正予,时雨,等.电离层斜向返回探测系统的主控制器研制[J].电波科学学报,2005,20(5):598- 603.

[2]管荣生,谢树果,赵正予.我国电离层返回斜向探测研究40年[J].电波科学学报,1999,14(4):479-484.

[3]陈雪涛,赵正予,刘进华,等.电离层斜向返回探测系统软件结构[J].电波科学学报,2003,18(6):673-678.

[4]杨国斌,赵正予,李世鹏.新体制电离层探测系统中频接收模块设计[J].电波科学学报,2009,31(4):816- 821.

[5]谭立志.基于DSP-MCU的HPI口通信[J].现代电子技术,2009(13):83-85.

[6]邹翼,曾文海,陈续喜.基于TMS320VC5402DSP的HPI方式自举的设计与实现[J].计算机系统应用,2009 (3):152-155.

[7]郑红,吴冠.TMS320C54x DSP应用系统设计[M].北京:北京航空航天大学出版社,2002.

软件探测 篇3

关键词：高空气象,系统软件,问题,原因,注意事项

“59-701”微机数据处理系统软件是为59型探空仪、701型测风雷达系统高空气象探测数据专门设计的, 是我国使用于高空气象探测业务较早的自动化系统软件。该软件比较完善, 运行稳定, 自动化程度较高, 将探空员从抄收探空讯号, 连接压、温、湿曲线, 数据读取处理, 特性层的选取等一系列繁琐手工劳动中解放出来。该软件通过“59-701”综合处理器实现了探空电码的自动接收, 并实时存盘。能够自动判断探空仪基值测定是否合格;实时处理高空压、温、湿和高空风观测数据;对高空压、温、湿3条曲线自动进行分段多项式拟合;自动求取各规定等压面、零度层要素;自动选择对流层顶、特性层、最大风层等, 并求取其要素值;自动计算量得风层及内插各规定层风向风速;自动打印探空及测风记录表;具有自动处理缺测、气球下沉等特殊情况记录的功能。从而避免了许多手工整理记录的人为误差, 大大提高了高空气象资料的准确性和时效性。

荣成市成山头气象站自1999年7月正式使用该软件, 先后经过了5次改版升级, 程序得到了不断完善, 但对于一些特殊记录的处理仍存在一定的问题。现就其存在的问题、问题原因、注意事项进行调查分析如下。

1 存在的问题

1.1 探空记录

(1) 地面温度高于0℃且接近0℃ (0.1~0.3℃) 时, 所选取的零度层气压值、高度值往往与地面的气压、海拔高度相同; (2) 零度层气压小数四舍五入后有高于地面气压的现象。如:地面温度为0.1℃, 气压为1 019.4 h Pa, 零度层气压应最多为1 019 h Pa, 但程序输出的资料却为1 020 h Pa; (3) 对流层顶温度高于相邻下层温度, 即:对流层顶未选在温度垂直递减率开始≤2℃/km的高度最低气层。如:对流层顶气压为199 h Pa温度为-62.8℃, 而200 h Pa的温度为-63.0℃。

1.2 测风记录

(1) 测风记录高于探空记录时, 终止规定等压面的风能按综合测风处理, 而有些低于探空终止层的规定高度上的风却不能按综合测风方式计算。如:因升速超, 探空终止在20 h Pa、58.9分、26 800 m, 之后为单独测风方式。那么26 800m为实际综合探测所得, 20 h Pa的风程序是用综合测风方式计算的, 规定高度26 000 m及以下的风也应为综合测风方式, 但程序却将26 000 m的风按单独测风方式处理计算。 (2) 当上、下量得风层风向差180° (±3°) 且上、下量得风层的风向变化无规律可循时, 不能按规定作代替处理。

1.3 数据传输、报表打印

1:00记录PC-1500计算机内测风数据无法向探空主机传输;不能打印1:00综合探测月报表。

2 原因分析

2.1 探空记录

该软件在计算、整理探空记录时进行了“59型探空仪系统偏差综合订正”, 其中包括59型探空仪气压校准线修正;59型探空仪温度辐射误差的严格订正;59型探空仪温度数据的滞后订正;探空仪机身影响引起的温度误差订正。

(1) 59型探空仪气压校准线修正。修正公式如下:

由气压求符号时, 先进行气压订正, 订正后的气压计算符号, Np=F (P-△P) 。由气压符号求气压时, 求得的气压再进行误差订正, P=F (N) +△P。

(2) 59型探空仪温度辐射误差的严格订正。公式如下:

(3) 59型探空仪温度数据的滞后订正。温度滞后系数λ59用下列公式计算:

温度滞后误差为温度滞后系数乘平均温度变化率, 即:

平均温度变化率为上下等压面温度差除以上下等压面时间差。

(4) 探空仪机身影响引起的温度误差订正。公式如下:

其中, P为气压, T (0) 为地面温度, Tmin为本次观测到的最低温度。

前面所说的探空记录问题是受“59型探空仪系统偏差综合订正”影响造成。当地面温度为0.1~0.3℃时, 程序首先判断该时次有零度层, 然后时温曲线以1 s为步长向上连线, 先计算出规定等压面数据再计算零度层的位置。而此时的零度层是经过了基测变量订正后, 再进行温度辐射误差、温度滞后误差、探空仪机身影响引起的温度误差3项订正, 这3项订正只有探空仪升空后才有, 且为负数。而地面温度是不需要进行这3项订正的, 造成地面温度在0.1~0.3℃时探空记录零度层的时间与地面重合, 气压、海拔高度均与地面相同。当地面温度为0.1℃, 气压为1 019.4 h Pa时, 程序输出的零度层资料却为1 020 h Pa。由于上述3项订正使零度层位置下移, 与地面重合, 程序在计算零度层气压值时, 用零度层时间 (0.0分) 在时压曲线上求取, 只能为1 019.4h Pa。但该气压值是由气压符号求得的, 即探空仪测得, 程序还要对该值进行“59型探空仪气压校准线修正”, 由公式:

求得△P≈0.1 h Pa, P=F (N) +△P=1 019.4 h Pa+0.1 h Pa=1 019.5 h Pa, 故输出的零度层资料为1 020 h Pa。

对流层顶温度高于相邻下层温度, 是由于先在时温曲线上选取了对流层顶, 再进行上述3项温度订正, 而温度订正值与探空仪瞬时升速、气压有很大的关系, 造成上层温度高于下层温度。

2.2 测风记录

(1) 测风记录高于探空记录时, 终止规定等压面的风能按综合测风处理, 而有些低于探空终止层的规定高度上的风却不能按综合测风方式计算。这是由于在计算规定高度层的风时, 程序将综合测风的量得风层终止在了探空终止分钟与前一相应分钟所计算的量得风层的高度上, 但测风记录量得风层的计算不受探空记录的影响。如:因升速超, 探空终止在20 h Pa, 58.9分, 26 800 m, 之后为单独测风方式。那么26 800 m为实际综合探测所得, 20 h Pa的风程序是用综合测风方式计算的, 规定高度26 000 m及以下的风也应为综合测风方式, 但程序在计算规定高度层风时将综合探测终止高度确定在56分的量得风层 (由58分与54分计算) 高度 (假如为25 480 m) 上, 造成26 000 m的风按单独测风方式处理计算。

(2) 01时PC-1500计算机内测风数据无法向探空主机传输, 是因为PC-1500计算机程序第110行将1:00测风记录定为单独测方式, 综合探测记录不接收单测风数据。如下:110:IF A<5 LET FA=4, A为放球时间的小时取整, FA为测风方式。

(3) 1:00综合探测月报表不打印, 是因程序在整理报表打印模式时将1:00和13:00记录作为同一个记录进行整理, 13:00记录结果文件不存在则不予整理。可在备份微机上将1:00记录结果文件名 (即B文件) 全部改为8:00或20:00的文件名, 进行打印模式整理, 再将得到的报表文件名改为1:00的文件名, 进行打印。或者在台站参数中将13:00同时设置为综合探测。

3 值班中应注意的事项

(1) 因实时处理是分段曲线拟合, 与整份记录的连线整理可能会存在一定的差别, 故探空记录结束后应使用“探空记录重新整理”功能对探空记录进行重新整理, 再输出报文和高表; (2) 由于操作或其他原因引起程序整理记录时所使用的订正值有误, 在发报前要手工查取各要素地面符号, 与程序计算的地面符号比较, 其差值不应超过0.3个符号, 否则要查找原因; (3) 注意检查零度层、特性层、对流层顶、大风等位置与规定等压面及其相互之间有无时空上的矛盾, 对对流层顶是否被选为特性层; (4) 实时探测过程中如对检定证进行了修改则一定要从基测开始整理记录, 以便程序调入修改后的检定证数据; (5) 测风记录注意检查大风的选取是否正确;规定层风的代替情况;风向过南过北的判断情况;测风高度高于探空终止高度时的规定高度层风的计算情况;无斜距测风时, 测风编报指示码是否正确。

4 结语

随着科学技术的发展, 大气探测的自动化水平越来越高, 但任何程序软件的设计都必须以气象观测规范为准绳, 必须符合规范的要求, 编程人员对一些特殊情况、特殊记录有可能从未遇到过或难以想象的到, 造成处理结果与规范不符。这就要求测报员必须熟悉、熟知业务规范, 同时还要有高度的工作责任心, 保证气象资料的准确性、代表性、比较性, 最终提高气象服务质量[5,6,7]。

参考文献

[1]常规高空气象探测规范 (试行) (2003版) [EB/OL].[2014-09-25].http://wenku.baidu.com/link?url=FUt K7jr/a XFh Z-w7MDZCU5e Z5uot9F8floh6xa2E5v Vd Qn CXGJZBDn O5l Bu Ekh M_Fq YHWDte6HUWW-Ayord Mtv pd81e HYD-iu GG-Mor-4Lm.

[2]中国气象局监测网络司.高空气象探测手册“59-701”微机数据处理系统部分[M].北京:气象出版社, 2001.

[3]杨瑛.高空气象探测“59-701”微机数据处理系统使用体会[J].甘肃科技, 2000 (6) :47.

[4]许正旭.59-701高空探测微机处理系统软、硬件及其维护[J].青海科技, 2000 (4) :39-43.

[5]陈卫.浅析影响高空气象探测高度的因素及应对措施[J].气象研究与应用, 2014, 35 (A01) :69-71.

[6]韦肖林, 韦振华, 黎洁波.恶劣天气条件下高空气象探测技术探讨[J].气象研究与应用, 2014, 35 (A01) :54-56.

软件探测 篇4

锥束CT(Cone Beam Computed Tomography,CBCT)采用低能射线,射线呈锥束状发出,射线与传感器同步围绕病人旋转一周或不足一周即可成像,扫描过程只需几十秒。CBCT硬件系统中最重要的组成部分是平板探测器和射线源,其中射线源负责发出X射线,穿透人体组织结构;平板探测器用于接收X射线,并按一定的方式处理为数字信号,经校正、消噪等,将数字信号通过千兆以太接口发送到计算机,再将数据发送到重建服务器进行重建,最后将重建以后的断层图像提供给医生使用。

目前,国外己有多家公司制造和销售平板探测器,例如Canon、Varian、Trixell、GE、An Rad和Hologic公司等等。这些公司的探测器在结构组成上各有不同,其中Canon、Varian、Trixell和GE公司的平板是由闪烁体或荧光体层加具有光电二极管作用的非晶硅层(a-Si)再加TFT阵列构成,而An Rad和Hologic公司的平板主要是由非晶硒层(a-Se)加薄膜半导体阵列(TFT)构成的平板探测器。以非晶硒作为光电导体可以直接将光信号转换为电信号,避免散射的发生,但是对X线吸收率较低,在低剂量条件下图像质量不能很好地保证。而非晶硅对于X线接收器来说是最理想的材料,因为非晶硅对放射线的伤害是免疫的。GE、Canon的平板使用的是碘化铯(Cs I)或Gd2O2S:Tb涂层,因不是柱状晶体结构,所以能量损失较严重。Trixell公司的平板的闪烁体是Cs I,由于工艺复杂难以生成大面积平板,所以采用几块小板拼接成大块平板,拼接处图像需要由软件弥补[1]。

综合各方面因素考虑,本文采用的是Varian公司的Pax Scan2520D平板探测器,其非晶硅面阵尺寸为25cm×20cm,像元尺寸为127μm,图像灰度深度为14bit。该探测器具有以下几个方面的优点:(1)宽动态范围,数字图像的灰度深度为14bit;(2)低散射损耗,平板探测器的成像机理决定了散射损耗小;(3)快速图像采集,能够到达30帧/s;(4)没有图像的几何畸变和失真[2]。本文通过研究Pax Scan2520D平板探测器的工作原理和工作模式,利用Varian公司提供的开发包,根据项目的需求,对其提供的API进行了封装,利用多线程技术,实现了基于Pax Scan2520D平板探测器的实时成像软件的开发。

1 Pax Scan2520D平板探测器工作原理与模式

1.1 平板探测器的工作原理

平板探测器的结构,见图1。在间接转换型平板探测器中,X射线光子在闪烁体层转换成可见光,再通过光敏二极管将可见光转换成电信号,由TFT阵列读出。直接转换型平板探测器使用一层无定型硒将X射线光子直接转换成存储在电容中的电荷,再由TFT阵列读出。Pax Scan2520D平板探测器属于间接转换型[3]。

平板探测器和要成的图像有同样大小的尺寸,因而探测器系统不会造成几何失真。另外探测器的厚度都很小,这也正是它被称为“平板”探测器的原因。平板探测器的读数装置是和探测器结合在一起的,本身就具有提高空间分辨率的优势。

1.2 平板探测器的工作模式

1.2.1 读触发模式

平板探测器的读出操作由读触发信号来启动。Pax Scan2520D读触发模式分为两种:内触发模式和外触发模式。内触发模式的读触发信号由探测器自己产生,外触发模式的读触发信号需要由外部电路来提供。无论是内触发模式还是外触发模式,读触发信号都将启动一次探测器读出操作[4]。

1.2.2 图像采集模式

Pax Scan2520D平板探测器共有两种图像采集模式:(1)荧光透视法(Fluoroscopy)采集模式,(2)射线照相法(Radiography)采集模式。定义见表1。

荧光透视法与射线照相法的主要区别在于:首先,两种采集模式采集数据的频率有所不同,一般荧光透视法的采集频率最高能达到30Hz,而射线照相法的采集频率最高能达到10Hz;其次,两种采集模式下采集图像的方法有所不同,荧光透视法是将每一帧作为一张图像输出,而射线照相法则是将多帧图像叠加然后归一化作为一张图像输出。因此,荧光透视法一般用于实时成像系统中,而射线照相法一般用于手动采集图像的系统中。在本文中,根据实际情况的需要,我们采用的是荧光透视法,以达到实时成像的目的。

2 Pax Scan2520D平板探测器实时成像的实现

在CBCT系统软件中,主要包括三个模块:档案管理、图像采集和可视化,见图2。其中图像采集模块利用Pax Scan2520D平板探测器完成投影图像的采集、去噪、保存和显示等,然后将保存后的投影图像发送到重建服务器进行重建,进而得到断层序列,可视化模块可以载入断层序列进行可视化处理。

Varian公司为Pax Scan2520D平板探测器系统提供了一套开发包,开发包中包括一些探测器的采集和校正的接口函数,如连接探测器、断开连接、开始采集、停止采集、偏移校正、设置校正参数等。虽然Pax Scan2520D的开发包可以实现图像采集任务,但整个采集过程中每一步都会涉及到众多函数的调用以及众多参数的设置,因此,不能直接使用API完成采集过程,还需要对开发包进行进一步的封装。

另外在CBCT系统软件中,档案管理、图像采集和可视化3个模块分别以动态库的形式提供给CBCT主程序,它们在整个系统软件中是相互联系的,例如在新建1个病人档案后需要进入图像采集模块,进行图像采集存储和显示,采集结束后需要将图像数据提供给可视化模块进行处理,因此,每个模块都需要为其他模块及主程序提供全局可见的接口,图像采集模块的接口为IHDImage Capture。

2.1 图像采集

2.1.1 采集流程

采集流程图,见图3。

2.1.2 采集类的实现

本文采用面向对象的编程方法将采集过程抽象为一个类:CImage Capture,该类派生于接口类IHDImage Capture。IHDImage Capture为纯虚类,没有任何的实现只是作为应用层的接口提供给其他模块使用,它对于程序的所有模块是全局可见的。CImage Capture对平板探测器的API进行了封装,简化了API的调用,方便应用层的调用,并实现了采集过程中的错误检查,以便于在调试过程中或用户操作过程中发现平板探测器运行的一些错误信息。该类主要实现了下面几个函数[6]:

这几个函数的作用分别为初始化探测器设备、开始采集、结束采集、得到数据、释放探测器设备和得到运行过程中的错误信息等。

2.1.3 多线程实现图像的采集、存储和显示

首先,平板探测器在荧光透视法模式下的采集频率最大可以达到30帧/s,所以采集1帧图像时间是很短的;其次,采集到的图像是14位的裸数据,分布在16位的低14位上,但是计算机不能显示16位数据的全部信息,只能显示8位数据,所以还要将采集到的图像数据进行处理;再次,Pax Scan2520D平板探测器输出图像的尺寸为1536×1920,像元深度为12bit,所以1张图像大小有5M左右,数据量比较大。基于上面所提到的3个考虑,为了达到实时采集实时显示的要求,不可能在1个线程中完成这些操作。这就需要将这几项工作分在不同的线程中,多个任务并行工作。工作线程2和工作线程3在工作线程1采集到每1帧数据后启动,分别进行存储和处理,见图4。

工作线程1是从平板探测器读出数据,并将数据存储到全局数据区内;工作线程2是将采集到的裸数据存入文件;工作线程3是将采集到的裸数据转换为8位数据;主线程是显示转换后的8位数据。

2.2 投影图像的噪声分析和处理

前面提到的Pax Scan2520D平板探测器有很多优点,但是由于各方面的因素,所采集到的图像还是有很多噪声,而这些噪声会影响图像的质量,所以去除这些噪声是很有必要的。这些噪声主要分为两大类:设备的固有噪声和系统的随机噪声。噪声的来源,见图5。

固有噪声又分为偏移、像元响应不一致和坏点。偏移噪声主要是在未加射线照射的情况下,光电二极管和薄膜晶体管的漏电流以及数据采集电路中使用的电荷放大器零点漂移所造成的。像元响应不一致是在均匀射线强度照射下,探测器像元响应的不均匀程度所产生的。坏点是那些不能根据射线强度的变化而做出正常变化响应的像元。

随机噪声主要源于数据采集过程中探测器相邻行之间的干扰,因为像素数据是逐行读出的,对指定行的瞬间采样不可避免地要受到邻近行的影响。另外,从射线到可见光的转换、以及后续的光电转换等都伴有随机噪声[7]。

Varian公司针对这些噪声,为每个平板探测器提供了3个校正文件:defect_map.dat、ofts_img.viv和gain_img.viv。其中defect_map.dat文件中的数据包括平板探测器的坏点信息;ofts_img.viv文件的数据为一系列(通常为8帧)暗场(不加X射线)图像叠加求平均后的数据;gain_img.viv文件为一系列经过偏移校正后的亮场(加X射线但不放置物体)图像的数据。这3个校正文件分别可以校正坏点、偏差、像元响应不一致所产生的噪声,在平板初始化时可以设置采集过程中是否将这3个校正文件与采集到的数据进行计算。

3 结果分析

经过验证,该系统在荧光透视法模式下能够实时采集图像,并利用多线程能够实现同步采集显示和存储。并且采集到的图像是经过增益校正、偏移校正和坏点校正的图像,很好地去除了一些设备的固有噪声和随机噪声,图像质量较好。图6拍摄的是电压表,射线源的电压为60k V,电流为3m A,其中图(a)为没有执行校正所采集到的图像,图(b)为执行校正后采集到的图像。很明显,可以看到图(a)的背景中有很多噪声,其中包括设备的一些固有噪声,如黑色细线,还有一些随机噪声,如一些白点;而图(b)中可以看出,这些噪声都被很好地去除掉了。

4 结束语

随着微电子技术和材料科学的发展,数字平板探测器已成为近年来的一种新兴的X射线成像器件。由于它具有很高的空间分辨率和动态范围,而且又能提供快速的数字图像获取手段,所以,数字平板探测器在医学影像诊断中获得了广泛的应用。本文将Pax Scan2520D平板探测器用于CBCT成像系统中,采集帧率可以达到30帧/s,能够达到实时成像的目的,并且可以在采集图像的过程中对原始数据进行校正,去除一些平板探测器的固有噪声,从而输出高质量的图像,符合CBCT的要求。

参考文献

[1]李金霞,杨旭,赵宏波.DR不同类型平板探测器性能的比较研究[J].中国医学装备,2011,8(8):25-27.

[2]刘林栋,蒋红兵.基于平板探测器校准的DR质量控制管理[J].中国医疗设备,2011,26(10):111-113.

[3]唐杰,张丽,高文焕.基于平板探测器的锥束CT系统综述[J].中国体视学与图像分析,2004,9(2):65-70.

[4]郭栋,王明泉.基于Paxscan1313的实时成像系统开发与应用[J].电子技术应用,2010(4):135-137.