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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
    / v( r; @( J  `( [0 H
    1 ~/ p( B; ]7 U. [+ L& x0 r8 y% L( C8 p) m( Q: ~- G
    . u% Z' j1 U; E+ C0 `

    . O- k, e  O, P/ Y4 h! d
    - N8 s% X4 H9 Z. s$ A6 e( }9 o: ?9 ?6 B8 E  U7 ?6 s2 q

    1 y! b$ ]( s1 W7 q% H/ B  O: s* |+ E

    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

    & g  p7 c3 }  @2 g8 f

    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

    • ' s2 U7 u; F* e$ F  W6 B/ t
      : l& O7 ^; r+ z
      A=xlsread('E:\math_model_data\data2017\A.xls');
      " l  i1 t2 q- H7 b1 O. c
      0 y8 w8 |  H3 V& v7 {5 L# a7 o
    • ! f& z: j& s' y

      " b, O8 @) O+ P5 a. T- u6 simshow(A)
      4 U+ K  t& ]9 U8 H: t4 |8 V3 u7 t
      6 v' b/ y' {. g

      7 U/ O4 l, M& t- P1 {- o9 N
    9 ]8 Q4 {. j* g

    表格二数据读取


    • $ d& A, H1 x4 h( r! q2 c
      8 G( J7 Y) f; t8 H) I  z
      B=xlsread('E:\math_model_data\data2017\A.xls',2);
      0 B7 _4 R. T- Y( V! |, S. ^

      $ j* i3 f  z% Y9 s, z) S. G
    • : ?4 P+ s$ @1 c3 Y' X
      ' D3 z( F4 [+ A2 U  |7 c% A
      X=1:size(B,2);
      ) G2 l/ t/ F% I8 S4 M: h0 H
      * k! U+ e# o0 H8 G7 c5 Y/ ]

    • 4 D. d' x# H4 y" M8 R: c

      + i- y4 f0 @; |" C, ^4 {7 [- bY=1:size(B,1);% x' R. Y$ y" m, W8 m3 l

      : T* @* t& Q/ Y

    • 4 u! V+ F! c8 w. e: J& k0 O* L
      : ~5 G5 n' e2 l1 a
      figure(1)
      8 ?% U+ {+ N6 S4 z( o( R. B
      3 j% d1 S' c( M' Y* d
    • 8 o+ d( P% g6 d+ O
      . D1 V. T% Z! }7 I& n
      mesh(X,Y,B)
      + N! R" V" \* p/ o# |$ p
      ; _% t3 W% _6 Q0 \" v. J6 d
      ) R4 T9 _0 k) t2 t) D8 V" C

    + u! ^. I% x- d) `5 S

    3.2探测器之间的距离计算
    • * t+ c3 t- K4 w  H

      ! O9 L. |; t2 s) M% t3 dB=xlsread('E:\math_model_data\data2017\A.xls',2);
      . o) N8 ~$ z4 p8 E

      # B6 H- f% a# K" Y' ]

    • , H1 ?/ A& ~' j; a2 |

      4 N1 `( ~1 ]' l
      # ]6 ^$ g6 b1 B9 A' y
      : }* z; P* @2 b" @

    • 3 o6 L( |$ B5 b$ d0 H; }1 [

      $ c* L2 r, t6 P6 ]4 qfigure
      $ e% }/ [/ L$ R7 d0 E4 U
      1 V, `7 W7 t. B0 m7 P9 M
    • : k, Z. ~3 g. C( [; H
      6 `( w4 _! @% m1 K7 u! D5 \7 D
      lenb = (1:length(B));9 a4 X* O6 h& Q; F4 R
      / X7 J7 s2 [/ \0 J2 K

    • " h/ I# M% z2 g" R9 [" Q3 M, p  i
      ) d" Y8 ?, o7 ~6 j3 A
      0 }5 ~2 i$ Z0 n: ~; w3 k
      3 g' h/ I9 ?5 H5 Z3 _  A
    • & v2 N7 t0 C* N. V' ^) `
      8 v) R2 M' T& y* Z) T
      subplot(221), D/ D  O$ v2 y. T% _
      7 H' B. B$ z0 S- S9 T# `

    • 4 n8 B3 g+ }, j  ^% R
      / p" F* H, ?" U0 R5 w
      scatter(lenb( B(:,1)~=0 ),B( B(:,1) ~= 0 ,1),20,'filled')3 V: D3 `; m' z# ~! F8 U
      7 e# f+ e% j0 b1 N8 n, G3 u

    • 1 C7 a6 h8 d% {& C1 f3 q
      ) G+ {5 F2 P; B9 q- q
      title('1')
      ! ]! ]4 m. j; x- o0 N3 ^9 j

      / D- b2 ?$ ~; i) Z7 k8 _9 n
    • 0 ~9 J+ O' U' J( b# o- c7 _

      $ H4 X0 M3 \4 V! C  G9 F) ]- g7 L1 X$ D  d
      0 Y4 f7 g4 k. w9 d5 W# Q+ A3 ~- z% ~

    • ' @4 x0 U/ ]. [6 S/ n5 f6 R( h5 y

      ; ~- L/ P% U6 i- _. Jsubplot(222)
      2 k% t& W0 i, S# d/ c$ F
      . Z0 T0 ?% \& L" o# |
    • & V. U  p* T" J& ]

      - F2 Z8 u6 v2 u6 z1 i/ W  n! I8 pscatter(lenb( B(:,6)~=0 ),B( B(:,6) ~= 0 ,6),20,'filled')
      , ~4 I- d0 h6 z

      ' Q" `& {* s# S2 N- q: `
    • ) s8 k% t7 c: y  U$ ~4 i, s7 k! }
      / Z* e/ r& y( w3 M5 `6 ?; Z3 [
      title('6')4 C/ K* e$ w+ e/ V. Z

      , P3 ]+ R8 @3 V
    • 2 f* _, x: t6 ?# a: B: `5 W
      3 X8 |/ r  |) P
      # ~& f5 k/ _3 p* Y
      8 F7 J7 i" V8 s- j8 B  }
    • 0 ?2 |1 Z; [( w% J

      " ]! Q. S. P9 b( r9 Xsubplot(223), a! _7 N5 I, Y: _+ q7 z! q: h* z
      : a4 m# ~/ T& T) ~

    • / R4 m: w, g: I5 y! @& @

      1 u9 l6 \4 v+ E* ^* y  wscatter(lenb( B(:,11)~=0 ),B( B(:,11) ~= 0 ,11),20,'filled')
      % U. s% {2 _) y, T0 S

      1 K' }7 J' o3 K/ M# n: r2 a% u6 g
    • - D( y% R$ n0 l( ^9 N

      ) C2 C$ N& p! w* ^' G. _4 [title('11')
      : ?5 R) [2 e+ M; h1 l
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    • # n( Q1 B8 X0 E5 Q" e5 r
      ! u5 d1 K+ e+ z. n

      8 W3 k1 |! q$ x  H  q/ |* Z- y# B
      # s  l$ Q- ?6 n0 Y! B3 y- I
    • 0 x% E6 ^- R5 [) W  X" N
      ! c1 M# u5 c7 I" d2 k" B5 z. G
      subplot(224)
        L  X. K& D- U4 f; {

      - S/ J' S1 m. R$ a! |: p

    •   S1 ]6 Q" S+ R2 U! S
      - h+ K  x: D0 b# z2 D% a' e; h
      scatter(lenb( B(:,60)~=0 ),B( B(:,60) ~= 0 ,60),20,'filled')
      % h  j7 s6 q3 z9 P6 E3 \( @

      ) r: @: D* y5 O; d& m& b$ H

    • 1 z4 g7 p% j1 X& V+ G5 E
      * l1 ^7 P$ s% s: K8 F
      title('60重合')8 M4 p; _) c: N$ z
      + u$ x4 M4 Z' {0 A8 @6 C/ T4 z

      # F+ @, o/ {6 e

    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

    & s! g' X( k" N9 M/ d  T- E! }

    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


    . W, Q3 K  {- o

    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

    5 k9 F( N: ]1 h( O- R

    3.5.2 修正旋转中心坐标

    ! `) p8 E, n% A' r; F

    ' X" z* u4 a2 _9 |0 W4 R( H1 H1 W, @5 D0 W

    - a: N8 T, A& J, J) O
    zan
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