一种利用CT图像建立天牛类害虫蛀道三维模型的方法

本发明属于天牛类害虫防治领域，具体涉及一种利用ct图像建立天牛类害虫蛀道三维模型的方法。

背景技术：

1、森林虫害中天牛类类害虫对森林生态系统威胁非常大，其具有种类多、死亡率低、生活隐蔽等特点，给检疫和防治带来了诸多困难，通过研究天牛类害虫蛀道的结构特征及规律，揭秘天牛类害虫的隐蔽时期，找出薄弱环节，进一步完善天牛类害虫隐蔽生活过程中的生物生态学习性，科学利用天敌昆虫、病原微生物和注射药物防治以达到精准防控提供依据。

2、目前国内外学者对与天牛类害虫蛀道研究较少，对蛀道的研究主要还是以人工解剖的方法居多，这种检测方法不能保障蛀道的完整性，而且耗时耗力，如图1所示，对双条杉天牛受害木段分别进行人工解剖，相比较ct扫描重建的方法，人工解剖是非常耗时耗力的，且容易对蛀道造成破坏性。

3、无损检测常用技术如声音检测、x射线检测这两种检测方法局限性较多，受外界干扰大，而且x射线检测对人体伤害性较大。

技术实现思路

1、本发明目的是，通过ct扫描技术和3d重建技术，进一步了解天牛害虫的内部习性，补充其生物学习性，为探索其生存、繁殖机制和种群变异，以及相关的灾害防治规划和教学提供理论依据；克服了传统人工解剖，及其他无损检测技术的局限性，为天牛类害虫防治提供新思路。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种利用ct图像建立天牛类害虫蛀道三维模型的方法，包括如下步骤：

3、s1：收集天牛类害虫受害木段标本；

4、s2：木段标本进行切割分段处理；

5、s3：对切割分段处理好的木段标本进行ct扫描处理

6、根据木段标本的直径大小、标本木段质量及内部蛀道的大小对ct扫描参数进行设置，所述ct扫描参数包括螺距、层厚、扫描速度及剂量信息，木段直径大，标本木段质量好受损程度小及内部蛀道体积大则ct扫描出的图像越清晰，反之，则将ct扫描参数设置的更为精细，以确保ct检测的精准度，

7、所述螺距是指球管旋转一周，进床距离等于总的准直宽度，其含义就是两个相邻x线束之间首尾衔接，进床距离如果大于总的准直宽度，则两束x线间存在间隔，图像质量会下降，不如进床距离等于或小于总准直宽度的图像，所以需要对标本木段进行分段处理，以保证被扫的标本木段在ct设备扫描范围之内，螺距的增大则意味着每个像素吸收的光子量将减少，图像质量肯定下降，反之则会提高图像质量，

8、所述层厚是影响空间分辨率的重要因素，层厚越薄，纵向的空间分辨率高，但信噪比降低；层厚大，信噪比提高，但纵向的空间分辨率降低，

9、所述扫描速度与螺距和层厚的设置有关，通过增大螺距以减少层厚，可以缩短扫描时间，但图像质量会下降，反之，耗费时间长则图像质量上升，

10、所述ct的剂量与图像的质量密切相关，通常情况下，想要噪声下降必须提高射线剂量，

11、针对不同受害木段标本根据其特点进行参数设置，针对一些木段直径小，内部蛀道精细的、木段受损程度大质量不佳的，为保证图像的分辨率，需要将剂量调高，螺距减小，每层层厚厚度减小，层厚和螺距的设置会导致图像层数增多，进而扫描速度较慢，图像也就越精确；

12、s4：木段标本ct图像蛀道的三维重建

13、标本ct图像文件，导入到三维重建软件中对蛀道进行三维重建，除了ct图像下正常与木质部区分的蛀道外，还需根据蛀道的轴状位、冠状位、矢状位三个视角，选取由于天牛类害虫幼虫钻蛀取食时用木屑和粪便堵塞使得ct影像下不易与正常木质部区分的蛀道，所述正常与木质部区分的蛀道在轴状位、冠状位、矢状位三个视角下都成暗色，呈近圆形、长椭圆形或者不规则的圆形与正常木质部部分具有明显的分界线，可以有效的识别，所述由于天牛类害虫幼虫钻蛀取食时用木屑和粪便堵塞使得ct影像下不易与正常木质部区分的蛀道会呈现出亮色，在图像中呈现出灰白色亮块，与木质部部分颜色相近，但颜色相较正常木质部较浅，部分具有颗粒状，密度较大，能够用肉眼识别出来，绘制出木段标本每层图像的蛀道后，即获得三维重建后的蛀道。

14、进一步的，步骤s1中所述天牛类害虫受害木段标本是一种被天牛类害虫侵害、含有完整蛀道且木段无腐烂和裂缝较少的木段，

15、进一步的，步骤s2中对木段标本进行切割分段处理，将分段好的木段长度控制在70cm内，并将分段好的的木段进行标记，

16、进一步的，还包括对三维重建后的蛀道进行平滑处理，由于ct图像中的噪声会产生粗糙的三维模型，出来的蛀道结构虽然连续但不够光滑，需要对三维模型进行平滑处理，以获得更逼真的显示效果，

17、在平滑处理的过程中会导致蛀道模型与实际蛀道存在一些误差，所以针对这种情况，需要根据蛀道大小进行参数设置，平滑因子相当于平滑的强度，数值越大则模型则越平滑，但平滑因子过大会影响模型特征，误差加大，所以一般将迭代次数设置为1-2，迭代次数相当于执行次数，平滑因子设置范围为0-2即可。

18、进一步的，还包括将不同蛀道进行分离，再将每一个独立的蛀道构建出各自的三维模型，使每个蛀道可被单独查看。

19、本发明的有益效果：1)本发明利用ct图像建立天牛类害虫蛀道三维模型，根据木段标本的直径大小、标本木段质量及内部蛀道的大小对ct扫描参数螺距、层厚、扫描速度及剂量信息进行设置，木段直径大，标本木段质量好受损程度小及内部蛀道体积大则ct扫描出的图像越清晰，反之，则将ct扫描参数设置的更为精细，以确保ct检测的精准度；2)除了ct图像下正常与木质部区分的蛀道外，还需根据蛀道的轴状位、冠状位、矢状位三个视角，选取由于天牛类害虫幼虫钻蛀取食时用木屑和粪便堵塞使得ct影像下不易与正常木质部区分的蛀道，通过三维重建后，可以查看各蛀道和蛀屑之间的关系，了解不同天牛害虫的一些隐蔽习性；3)对于部分小型天牛类害虫，由于钻蛀的蛀道体积较小，在三维重建的过程中，由于ct图像中的噪声会产生粗糙的三维模型，使得虫洞模型不平滑，需要对三维模型进行平滑处理，以此可以获得更逼真的显示效果。

技术特征：

1.一种利用ct图像建立天牛类害虫蛀道三维模型的方法，其特征在于,包括如下步骤：

2.如权利要求1所述的一种利用ct图像建立天牛类害虫蛀道三维模型的方法，其特征在于：步骤s1中所述天牛类害虫受害木段标本是一种被天牛类害虫侵害、含有完整蛀道且木段无腐烂和裂缝较少的木段。

3.如权利要求1所述的一种利用ct图像建立天牛类害虫蛀道三维模型的方法，其特征在于：步骤s2中对木段标本进行切割分段处理，将分段好的木段长度控制在70cm内，并将分段好的的木段进行标记。

4.如权利要求1所述的一种利用ct图像建立天牛类害虫蛀道三维模型的方法，其特征在于：步骤s4中所述正常与木质部区分的蛀道在轴状位、冠状位、矢状位三个视角下都成暗色，呈近圆形、长椭圆形或者不规则的圆形与正常木质部部分具有明显的分界线，可以有效的识别，所述由于天牛类害虫幼虫钻蛀取食时用木屑和粪便堵塞使得ct影像下不易与正常木质部区分的蛀道会呈现出亮色，在图像中呈现出灰白色亮块，与木质部部分颜色相近，但颜色相较正常木质部较浅，部分具有颗粒状，密度较大，能够用肉眼识别出来。

5.如权利要求1所述的一种利用ct图像建立天牛类害虫蛀道三维模型的方法，其特征在于：还包括对三维重建后的蛀道进行平滑处理，以获得更逼真的显示效果。

6.如权利要求1所述的一种利用ct图像建立天牛类害虫蛀道三维模型的方法，其特征在于：还包括将不同蛀道进行分离，再将每一个独立的蛀道构建出各自的三维模型，使每个蛀道可被单独查看。

技术总结
本发明属于天牛类害虫防治领域，具体涉及一种利用CT图像建立天牛类害虫蛀道三维模型的方法。一种利用CT图像建立天牛类害虫蛀道三维模型的方法，其特征在于,包括如下步骤：S 1：收集天牛类害虫受害木段标本；S 2：木段标本进行切割分段处理；S3：对切割分段处理好的木段标本进行CT扫描处理；S4：木段标本CT图像蛀道的三维重建。通过CT扫描技术和3D重建技术，进一步了解天牛害虫的内部习性，补充其生物学习性，为探索其生存、繁殖机制和种群变异，以及相关的灾害防治规划和教学提供理论依据；克服了传统人工解剖，及其他无损检测技术的局限性，为天牛类害虫防治提供新思路。

技术研发人员：高尚坤,童梓雯,耿翠翠,侯庆锋,邱建峰,王杰,杨诚,李洋,张艺凡
受保护的技术使用者：山东农业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17