下面文章中提出利用工業CT對三組原木進行掃描，并通過VGStudioMAX軟件將掃描數據進行三維重建，檢測原木內部缺陷。最終發現原木的三維重建體模型能反映出缺陷在原木中的三維空間分布情況，對原木截面的虛擬剖切，可直觀了解缺陷的形狀、位置和分布，精確獲知缺陷的大小，實現優質和珍貴原木的利用率及利用價值最大化。

　　關鍵詞：工業CT,VGStudioMAX,缺陷檢測,三維重建體模型

　　原木的鋸切加工過程，需根據木材最終用途，盡量減少內部缺陷的殘留，因此，對原木內部缺陷的位置、大小和分布等進行準確、全面的檢測，意義重大[1-2]。計算機斷層成像(ComputedTomography，CT)技術集計算機技術、X射線掃描技術和數字化圖像重建技術于一體，在無損傷破壞的條件下，以二維斷面圖像或三維立體圖像的形式，展示原木內部的構造及缺陷信息[3-4]。

　　近年來，相關研究人員已開始應用醫用或工業CT掃描，獲取木材內部構造圖像，并據此研究木材內部結構，如髓心、年輪、節子、腐朽、裂隙等的分布[5-9]，這類研究大都是針對原木中是否存在缺陷、缺陷的分類識別以及缺陷的邊緣提取技術等展開的，而對于原木內部缺陷的幾何尺寸以及不同切面上缺陷的位置、角度卻無法精確獲取。VGStudioMAX軟件是由德國VolumeGraphics公司開發的專用于工業CT三維重建的商業軟件[10]。

　　采用該軟件處理原木掃描數據可實現：1)原木的三維重構可視化;2)任意截面剖切，并獲得原木三個截面的圖像，便于觀察和了解缺陷形狀、位置和分布;3)在CT重建圖像上，對任意兩點距離、兩條線段夾角進行測量、標注，便于了解缺陷的大小;4)用透明或半透明的方式展示缺陷的位置以及缺陷在原木中的三維空間分布情況。筆者在利用工業CT掃描原木獲取二維斷面圖像的基礎上，使用三維重建專業軟件VGStudioMAX2.1，對被檢原木的二維CT圖像進行三維重建，得到原木的三維重建體模型，對原木內部缺陷進行檢測，以圖像可視化的方式，模擬原木切削，旨在為提供最優下鋸方案，實現優質或珍貴原木的高效利用及利用價值的最大化。

　　1材料和方法

　　1.1CT掃描原理

　　CT掃描的基本原理：射線源發射X射線束，部分光子被木材吸收或發生散射，探測器接收衰減后的X射線強度，計算X射線在木材內的線性衰減系數，大小用CT值來表示。衰減系數的差異，反映了木材內部的不同構造和缺陷狀況[11-12]。木材內部構造不同，使其在密度上存在差異，木材密度越大，對射線的吸收就越強。

　　1.2原木樣本

　　選取具有不同缺陷類型的三組原木樣本，分別為：檀香紫檀、紅松和青岡。紫檀和青岡樣本由中國林科院木材所標本館提供。

　　1.3試驗方法

　　采用通用型工業450-TY-ICTCT機，對原木進行掃描。被測原木試樣置于旋轉載物臺中心，在不同旋轉角度時，探測器采集透過原木的X射線強度，采集系統獲取原木360°的投影數據用于三維重建，得到的原木三維體模型分辨率(體素voxel)為：160μm×160μm×160μm。CT設備型號、掃描參數、成像分辨率、圖像重建算法以及原木直徑、材長等因素，對原木掃描的成像結果均有影響。因此在前期試驗的基礎上，根據原木試樣的長度，分別設定檀香紫檀、紅松以及青岡的掃描層間距為8、5和4mm。試驗設定原木旋轉一周為一個掃描周期。

　　2結果與分析

　　2.1檀香紫檀橫、縱切面CT圖像

　　對檀香紫檀進行CT掃描，重建得到其斷面CT圖像，對CT圖像進行閾值分割，并根據圖像灰度差異進行邊緣檢測，得到經過圖像邊緣提取后的紫檀橫、縱切面的CT圖像。進行縱向剖切得到的縱切面。閾值分割后CT圖像將木段的良材和腐朽孔洞部分予以區分;縱切面CT圖像清晰地顯示了不同下鋸位置時，得到鋸材內部的腐朽位置和程度，從而輔助加工人員制定合理、最優的下鋸方案。

　　2.2紅松橫切面CT圖像及三維重建體模型

　　在紅松木段中選取節子和徑裂特征顯著的某一橫切面進行CT掃描，得到二維斷面圖像(圖2a-e);三維重建體模型。不同物質密度的木材構造具有不同的CT值，反映在CT圖像上為灰度值的差異。紅松橫切面CT圖像上的年輪明顯，早晚材急變，且灰度差異大。

　　徑向裂紋由邊材沿半徑方向延伸至木段髓心處，測得徑向開裂寬度為14.17mm，深度為48.22mm，開裂角度為15.52°;節子嵌入在木段中，測得節子直徑為12.11mm，嵌入木段深度為37.50mm。實現了對原木內部缺陷的測量和分析。

　　2.3青岡CT圖像及三維重建體模型

　　利用工業CT掃描青岡木，得到二維斷面圖像及其三維重建體模型。青岡木段為雙心缺陷材，且右側存在一個明顯的橢圓形節子。各切面CT圖像和三維重建體模型均能呈現出橢圓形節子在木段中的三維分布情況，測得青岡中節子的長徑為36.1mm，短徑為14.8mm，高度為31.6mm。亦實現了對原木內部缺陷的測量和分析。

　　3結語

　　1)利用CT掃描技術輔以VGStudioMAX軟件，可清晰地觀察和了解帶缺陷原木不同截面處缺陷的位置和形狀、精確測量原木缺陷的大小，直觀地呈現出缺陷在原木中的三維分布情況。檢測結果可用于計算木材出材率，并以可視化方式模擬原木虛擬切削，確定原木最優下鋸方案，提高原木的利用率。

　　2)在原木試樣掃描的過程中，影響因素包括CT設備型號、掃描參數以及原木直徑、材長等因素。因此，針對不同的原木樹種類型和規格尺寸，選取合適的CT掃描設備和測試條件，以提高原木掃描數據的精確度和重建圖像的分辨率，有待進一步研究。

　　3)斷層掃描技術應用于原木缺陷檢測，成本是制約其推廣應用的主要因素。隨著CT技術的進步以及CT系統的拓展應用，CT設備將會成為木材工業研究和生產中一種常規設備。

　　參考文獻：

　　[1]童雀菊,丁建文,王厚立.非破壞性木材內部缺陷檢測(續)——木材CT掃描研究動態[J].林產工業,2005,32(3):14-16.

　　[2]丁建文,王寶金,郭曉磊.CT技術在木材工業中的應用[J].木材加工機械,2008,19(4):44-47.

　　[3]高上凱.醫學成像系統(第2版)[M].北京:清華大學出版社,2010.

　　[4]張訓華,業寧,丁建文,等.原木CT圖像3D重建及其虛擬加工技術研究[J].南京林業大學學報(自然科學版),2010,34(2):77-80.

　　[5]LonguetaudF,MotheF,KerautretB,etal.AutomaticknotdetectionandmeasurementsfromX-rayCTimagesofwood:Areviewandvalidationofanimprovedalgorithmonsoftwoodsamples[J].ComputersandElectronicsinAgriculture,2012,85(5):77-89.

　　[6]WeiQ,LeblonB,RocqueAL.OntheuseofX-raycomputedtomographyfordeterminingwoodproperties:areview[J].Can.J.For.Res.,2011,41(11):2120-2140.

　　[7]WehrhausenM,LaudonN,BruchertF,etal.Crackdetectionincomputertomographicscansofsoftwoodtreediscs[J].ForestProd.J.,2012,62(6):434-442.

　　推薦期刊：《木材加工機械》(雙月刊)1984年創刊，是木材加工行業惟一的專業技術性刊物，由國家林業局北京林業機械研究所主辦。主要刊登內容：木材加工機械行業的最新研究和設計成果，使用維護、技術革新、生產經營管理經驗，新技術新產品介紹，國內外技術發民展趨勢綜述，技術經營信息，標準和檢測及有關人造板生產工藝等。