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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
    8 Y) I2 ?# @7 Z8 ~; u8 a. D
    ' |2 E" g2 T4 l/ ~! n1 n& }7 y8 q& T5 J/ u5 R7 ?2 l) N. ?

    4 k8 Q6 U# F: _. r3 E  D7 [% \( H0 e3 J& K
    ( Q5 T' W% X6 T" y' i/ m2 U% ?7 U$ j

    8 E& \9 [, N! j& a! |' ?) _

    # g5 s" |. M& ]8 g" f# W% r- {& Y  [0 F$ [  Z: M% Q

    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

    . L" h9 W  e7 o2 k3 L

    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

    • 7 x; d3 O8 S% {0 g' B0 n" u
      9 j0 P; x6 w7 B) H! |! P
      A=xlsread('E:\math_model_data\data2017\A.xls');
      9 r$ p- \+ q  x# l/ G7 [8 S
      4 O7 K* V) n$ ^

    • 2 J/ ?2 i, R: Q9 k: M: {

      8 a  x$ ?: K6 D/ `( |imshow(A)* F3 K" T7 P; P2 X
      # i' v( b* W0 x- U) u% Y$ |

      2 ~# ^0 q/ H5 w9 v- n
    - o8 X: `) `+ w, R- C

    表格二数据读取

    • 1 A: x; R% a5 B+ }, L

      . X! _) o$ q' S) m6 O+ pB=xlsread('E:\math_model_data\data2017\A.xls',2);$ O" z. N* A: c+ D9 q9 n
      - k/ H4 g7 S; m) g( P0 A
    • & a  ^# |" f8 \8 G9 d
      , J$ b% _" d5 Y  A
      X=1:size(B,2);
      - y3 k! L9 K/ m/ x" S

      # ~; U" M; Q* f# {/ W: B2 @

    • * m7 H" i9 k: A1 C7 x
      9 h" q& l. A) p7 V- {7 q- A
      Y=1:size(B,1);
      ; B# F1 t: \7 Q8 P

      * o/ |7 |! C, N* }7 p: L

    • - [0 ^( Z; p7 C! g; j

      % z0 _0 g/ ^+ Vfigure(1)
      6 ^# A: P, D' J* ?) M
      9 P% ^% k: Z8 A
    •   N' \) j) r: Y4 k1 O7 Q

      8 `) c) I2 f4 R+ _4 umesh(X,Y,B)
      3 D7 E/ R5 N; X( i( g  h3 _
      - j  J- |1 o# |/ _2 S) D% Q6 a
      - K# y& j5 Z& ?
    + f$ T, z: R6 z

    3.2探测器之间的距离计算

    • % K% r) {" ~( F4 ^( |

      - k& ~0 q8 v& F! F: HB=xlsread('E:\math_model_data\data2017\A.xls',2);7 V# X9 L3 l" u6 s/ @+ I
      - U5 X) R) q" ?3 m$ c
    • 2 G8 P6 S; h+ v8 Q- S
      * Z/ j; g( b2 {  G; d

      8 t" o* a) H  o

      8 K* h; L% o: ]
    • 1 b% S! `( ]7 i5 @; g& z7 D

      * P( X4 L7 Y2 F$ mfigure$ Z: Q: s8 v; d6 s
      " C. ]% r& d) Y' N6 a: y( ]1 x( _  h

    • % z. ^# M* D; O: n5 ]

      + V( e0 A  ^0 q. k, B5 e, Tlenb = (1:length(B));
      . q: m0 P7 A: {/ T) d4 s! _

      ) \+ W( I. ~+ t) z  h2 l. \8 G5 z
    • ' Q9 K7 X1 V$ G' k8 M

      7 y6 J$ D6 B0 b
      & D. y" k) k0 c/ h, f4 X3 K1 a
      $ w  h: X3 E$ C
    • , b, C( U% B8 g7 l& {
      $ f$ v; E9 e8 o; d
      subplot(221): {. u1 x% S. u9 Y4 \! x! s

      5 p5 ~1 J4 B7 A! Y0 z* R" @

    • ) g. ?) T, ]8 ]0 ^, U

      + w# h1 R) B, ~# r% R8 v0 v" `' dscatter(lenb( B(:,1)~=0 ),B( B(:,1) ~= 0 ,1),20,'filled'); ?8 n+ c; i2 H6 e, T- S
      , I6 e4 U8 h5 w) h& \! p
    • ' t# R' K2 Q0 H) n

      " l4 L" {/ y7 j$ S- R; L  Ntitle('1')
      * D5 j. @& I' F
      ! k6 P# ]& X0 z+ c) u

    • 6 s7 a! w( ?, t. I
      # X) P) V8 p$ Q* g
      $ ]( ^7 z& D: O* Z' L

      0 Q3 _/ X5 _4 K7 H' T7 o* ?

    • , {" N  d2 w6 D2 J

      % X/ K, v$ \" L1 usubplot(222)6 R' |2 m$ l( ^' @9 s9 d0 u
      8 C, h: v  c% ^6 u6 t7 W6 J5 R* K) S
    • * N8 c* c: [0 }1 F" Q4 B  X
      9 d5 O0 b% Q% h
      scatter(lenb( B(:,6)~=0 ),B( B(:,6) ~= 0 ,6),20,'filled')7 p4 A# A, W6 v4 R% Y7 N
        e6 }  T& X, e* O/ o) ]( n

    • ( ?" L, ]5 r9 B! h

      $ x6 E3 a9 _( {$ \6 f2 K+ atitle('6')
      . ~+ X" Q7 p% L  Q- J9 `4 @2 c
      # F) m! K" P0 k$ u& ^0 j# _9 @
    • ' p$ t/ a! c8 [0 H/ h
      7 ^+ E* Y( G; a  J: \% [
      * \: X) ^' L* `# O

      : y! o4 B' c( d: q8 @& e
    • $ ^0 H- E: q' K! O

      0 \5 T. [9 U2 T; n. Isubplot(223)$ K9 e) v1 Q% l- ]

      7 A6 A5 I1 j, {* P( @
    • ! M5 n+ K; x& m0 w
      * ]$ K  g1 m5 t% I0 H/ d5 }, m
      scatter(lenb( B(:,11)~=0 ),B( B(:,11) ~= 0 ,11),20,'filled')
      9 D: S4 r$ R$ _$ g; z
      4 D1 m5 z$ j' x1 G! `$ J

    • 5 v1 p# l9 F. X! \# {" ?) ^
      2 S  c: O! }( L) B& Q: y
      title('11')
      + O3 U7 B. i% b

      ' I; _9 z2 T, M; O/ U; x5 P

    • 9 x8 T# r# U1 f8 Z

      * P' Q) [/ i! z& ]2 P4 c8 R3 ]) U% |) R; \2 [0 O  o* j

      ( l' Y: d! Y* W

    • 9 J8 B; p& j* B" }' D. V9 h& W
      1 Z. c; o+ v8 h3 E; F- T: c
      subplot(224)
      : M* R7 g2 ?3 d! d5 Z$ D, _& d: R# `4 ?

      ! z$ E6 q- k8 D! h! G
    • 6 s6 M) k7 F1 ^- q; m( a1 R# _

      ) M/ {4 ]! k0 k) K1 f0 q' l7 u/ Lscatter(lenb( B(:,60)~=0 ),B( B(:,60) ~= 0 ,60),20,'filled')
      % k6 ?  ?: H& X: Q8 a% I& l3 e
      5 h" Z! K% w. z6 Z! R

    • 8 r! n) s" j. J0 x

      ( r1 G5 P: Y/ M+ U8 a2 z  Gtitle('60重合')$ E4 {8 A, y: \. t
      ) y) l% q6 @2 a9 ^; {6 ~
      $ U+ c, z6 G- ^  q

    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


    8 \- s: X. [2 g+ _, A: _

    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

    & x, A# R. b) e$ Y/ {

    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

    , \! v4 ~/ N2 d- E  l- ]

    3.5.2 修正旋转中心坐标

    # w6 T3 B$ p4 `3 X2 Z
    7 L& U( H8 ~9 Y- Q6 |# K, [& X
    1 c4 k  k4 s6 W

    * m/ @6 r( q6 l9 ?. u. L( @
    zan
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