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全国大学生数学建模竞赛

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    发表于 2018-11-12 09:24 |只看该作者 |倒序浏览
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    全国大学生数学建模竞赛) l" ^7 J  i0 b

    / L! _" g: V" D$ m" o7 F% S
    $ z: j9 z6 E, y: S

    7 `6 F+ R5 M$ u) E9 v2 g9 L
    8 {& \7 R9 {/ Q( Z* ?& Y
    2 Q6 l5 X, j' q- M/ S
      E" U2 i; H1 V; T0 H: M9 M

    $ f6 h+ j1 X) _" ~. x% K& ^6 S$ ~! G1 f) I% F$ m

    目录

    一、任务分析

    二、题目一求解

    题目分析:

    模型建立:

    模型求解:

    3.1读数据,绘图

    3.2探测器之间的距离计算

    3.3小圆与发射—接收系统的相对运动

    3.4提取小圆圆心位置坐标

    三、题目二求解


    1 g5 G0 H" r" r) E0 Q6 @
    一、任务分析

    历年赛题

    任务:CT标定,CT图像重建

    知识:图像处理

    标定模板为椭圆与球。CT测量所得数据为512*180的二维矩阵。

    行数512:接收点个数,列数180:CT旋转次数。所成的二维矩阵并不是真实物体的成像,而是不断旋转的水平投影的叠加。

    每个角度都有一个大小为512的投影向量,一共180个角度的叠加。

    二、题目一求解

    求解:CT系统旋转中心在正方形托盘中的位置、探测器单元之间的距离、CT系统使用的X射线的180个方向

    题目分析:

    标定 CT 系统的安装误差

    模型建立:

    (1)探测器之间的距离

    模型求解:3.1读数据,绘图

    表格一数据读取

    • ( n3 Z# i3 h3 w0 c8 f$ m' N
      $ L1 ?/ Z6 z- T8 d% C
      A=xlsread('E:\math_model_data\data2017\A.xls');
      + H# u2 [. Q! F  M
      ) @& L' W: o, n5 ^8 W
    • 6 `( E' c+ D! m7 S

      ) P* c# U* N& \$ S, f% ?imshow(A)
      6 ]4 l. k& m1 L6 U: V
      0 s2 j) F5 c+ u0 }
      9 A! F2 o0 v( E8 `
    $ y4 }- E2 F0 O5 T7 a

    表格二数据读取


    • * S9 s0 W: k, `$ r8 _7 p' [/ K
      ) V. L7 }8 l8 U1 g& j% i
      B=xlsread('E:\math_model_data\data2017\A.xls',2);
      7 ]: t1 Q2 t% I% S
      " j. ?$ S% A; n% k. c
    • 7 Y( `' @  X4 b( c3 k' C/ z8 b

      * D0 F+ g4 f  ?2 PX=1:size(B,2);
      - N. J8 W6 n7 j& l

      ; b- ]- u' s3 C  C# l6 R

    • 3 v! w% W3 S6 s1 I$ Y
      # ~( Q5 T( f' E4 B
      Y=1:size(B,1);
      ; r- u6 S; u$ @5 L; M: L
      " o$ k' n: ]9 h

    • # k  B2 E: [, R4 o- P+ ~1 I% G
      0 r: i$ B2 P; P* B
      figure(1)  {, B3 I1 w* M5 P+ I9 d

      6 L9 q+ u+ J  W# y
    • : v& J3 y% t& L3 L

      : C0 Q4 g3 l& ]- Imesh(X,Y,B)
      6 X2 _8 N" w1 s: W2 K, I: x. A
      # e# G8 M! o9 ?9 F3 l
      7 i7 r! Q* p! g( v% Z" t5 D: ^5 v* ^
    ; [) g4 B  E/ X! ]+ p5 u+ z

    3.2探测器之间的距离计算

    • & X' {: ?1 P- H0 x& T

      % c1 s1 J) k! N% yB=xlsread('E:\math_model_data\data2017\A.xls',2);
      - `  C: u, E, U2 j
      2 C; W2 k; W5 U% c6 x

    • 4 f/ r7 }; |7 S! j; }6 ~5 Z

      , l" X$ J( [% @8 c" y
      2 u8 C9 \; u9 I- H: \6 f
      ; _8 E) V. o7 o) o9 Y
    • " ]. a% k/ A1 ^2 t. c7 A
      ! |% ~; b. }2 V- f" j, p8 P
      figure- s( r) J4 v6 X3 a2 M
        L( W0 c$ F0 M6 F6 F
    • . |( W1 F% K# }# Q, o% r6 D
      + Y0 m2 u! }6 h2 s( n. Z# r
      lenb = (1:length(B));' N: P5 S, V5 O, o
      1 k4 T0 |0 Z. H: u) X
    • - f) w1 {1 O5 j! s+ x" H. e9 E

      + v* s, w" b: F$ A
      1 C0 _9 ?' ?+ `- P. {* p
      ) Y9 @! a2 z2 {- a8 M5 _$ z: a

    • * E* ~  k) Y  R5 O8 p
      . |0 T" V6 N* D: L: l  o
      subplot(221)
      ( l! }5 \. r% `
      ; P3 _; ^6 `) O. F
    • + c0 `, }: F4 Q3 p1 A
      7 d, H" q1 Z( G
      scatter(lenb( B(:,1)~=0 ),B( B(:,1) ~= 0 ,1),20,'filled'). b9 q* C9 V) ?# a
      4 O$ C  e7 s7 h  [! u* l( ~% ?

    • 7 x, d) j/ W4 @) z" t  b" H

      ) q  {3 M# _3 D1 {title('1')/ N& [; j* C3 C# m5 c* \
      ' @; A5 ^7 V6 _4 {$ C

    • 0 q4 x% V; H0 L. |: o

      % d& R- W  @- o0 O2 }0 r: ]2 B, |, }8 Z8 i( r# W8 \% ^' K

      1 b9 K4 |2 Y9 R$ c8 r8 U
    • 5 Q/ b3 T6 M. `+ b

      5 {9 _; k& [3 e" L& L9 D' q6 nsubplot(222)6 M7 J" x; @- ?/ `' b0 i
      # w- r- F4 E! ~; P% p5 C- S7 x
    • # h4 E+ s, C4 C& O! m

      % c, u% E: B* Bscatter(lenb( B(:,6)~=0 ),B( B(:,6) ~= 0 ,6),20,'filled')  C9 o' a' r  e$ G' o) o# F! N
      6 E, f3 }+ t$ l7 f
    • ' R% B% |) C- p0 m; v" u0 @0 s
      ' O& T6 D4 {/ u
      title('6'), D) m0 Q! Y" ~, h) p

      ' U/ F5 j: ?- H: [- L

    • + o. Y3 c1 z# P. d+ O
      9 H$ G7 d3 t0 v( C1 A" v1 x% M1 f) I0 z
      , c8 a; f" O+ }( X6 g! Q

      : Q; ^7 ?/ v% {; w' h
    • * W0 U. x; X# f" m. a3 p$ R! w
      2 n2 j, Q8 M+ q/ i" |6 G. W/ J% e
      subplot(223)
      ' M/ g8 G, \3 i% g" ]

      + P5 `! [# L0 f+ y
    • 7 O% G2 I. j2 S$ t- G* l' C

      4 q) ~& t* |& t, y2 e9 O; `scatter(lenb( B(:,11)~=0 ),B( B(:,11) ~= 0 ,11),20,'filled')- S4 S) q) d6 [
      4 w) {' v, s2 o6 O% Z

    • 8 v. w! J, S/ \& H. s

      " K- l4 ^- I5 E0 W% Btitle('11')  d. D* L9 x2 v, z  k

      8 C4 N; B) r7 W* S9 S3 f6 S7 X3 }

    • 8 `2 C8 v1 L( X( n! y! v6 l% \/ {7 i
      . X1 }# Y% F2 `: q, l
      5 l4 G* F8 o6 e* h0 l5 ?

      5 ?$ [' k- a( Y$ T+ j2 S

    • . u4 h' J/ r0 r! ~9 Q
      4 W8 B6 a) {3 [& `, d
      subplot(224)0 c# h4 j- z0 f6 h% E3 Z  T0 }5 U6 Y

      5 v' i; _" i* F# Z

    • ' Q% h' i  ?) \/ ?& y$ x- F# @
      & r1 x% O- E+ _. o
      scatter(lenb( B(:,60)~=0 ),B( B(:,60) ~= 0 ,60),20,'filled')
      . _% C" e$ }7 a  \; R

      ' ~( V% S; K6 J2 ^, P4 g, u

    • " w5 P, Q3 \4 a" a) u

      $ G* Q. q' u  k" J- U( s. f% H9 }title('60重合')
      1 }7 J" P2 V' p# d2 f
      6 r+ \9 x- [; }; a! D
      4 C3 l, x& h; d# w4 z

    图1:球投影29个点。图6:球投影29个点。 图11:球投影28个点。

    解得,探测器之间的距离和小圆直径的不等关系式:  

    由图即可解得近似解:

    3.3小圆与发射—接收系统的相对运动

    模板:小球与椭圆,小球投影为小圆。系统:CT系统。

    模板与系统相对运动,一动一静。以系统为参照物,系统看做静止物体,则模板为运动物体。取第一个探测器为坐标原点,建立坐标系,解算

    根据特殊点解得


    # U( p% _& K3 C! v

    点A:

    点B:

    点C:

    解得

    3.4提取小圆圆心位置坐标

    分离段:取极值


      _. P0 x  L9 [- @4 h+ _

    重合段:边缘提取后,取平均值作为中心

    得到180个小圆圆心,解得180个角度。

    3.5参数修正

    3.5.1 进一步确定旋转角度的范围


    1 h: J7 ^% B" n+ G

    3.5.2 修正旋转中心坐标


    " k+ Y$ ?2 ~9 w
    & V/ j7 k6 P7 P( }1 R8 n& u1 m/ T2 z$ f' p4 d$ W' i3 A
    . i0 z3 O* @2 T8 O4 ?- Y% k
    zan
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