基于CT 圖像的高聚物黏結(jié)炸藥顆粒邊界勾勒算法

吳 未，陳 華，戴 斌，張偉斌，駱吉洲，姜守旭，宗和厚

（1.中國(guó)工程物理研究院化工材料研究所，四川 綿陽(yáng)621999；2.哈爾濱工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，黑龍江 哈爾濱150001）

1 引言

三氨基三硝基苯（TATB）基高聚物黏結(jié)炸藥（Polymer Bonded Explosive，PBX）是一種能量表現(xiàn)優(yōu)良的鈍感耐熱炸藥，主要由炸藥顆粒、黏結(jié)劑等組份構(gòu)成，在壓制成型后組份以及這些組份構(gòu)成的結(jié)構(gòu)是影響炸藥整體力學(xué)性能的重要因素［1］。通過(guò)對(duì)壓制成型后的TATB 基PBX 內(nèi)部顆粒邊界的精確識(shí)別，可進(jìn)一步開(kāi)展裝藥顆粒間界面形變等問(wèn)題的研究，建立基于真實(shí)PBX 材料的計(jì)算模型；在構(gòu)建PBX 宏觀本構(gòu)模型時(shí)，PBX 內(nèi)部顆粒的精確識(shí)別可以補(bǔ)充對(duì)顆粒和界面的描述，是研究炸藥非線性損傷、斷裂行為及本構(gòu)關(guān)系理論的重要基礎(chǔ)。當(dāng)前對(duì)于TATB 基PBX 顆粒邊界識(shí)別和提取主要采用計(jì)算機(jī)層析成像（Computed Tomography，CT）技術(shù)，但由于該技術(shù)對(duì)PBX 炸藥的檢測(cè)能力存在空間與密度分辨水平低、尺寸定量精度較差等問(wèn)題，客觀上造成了CT 圖像視野較暗、對(duì)比度低、噪聲較多等情況［1］，進(jìn)而使現(xiàn)有的圖像分割技術(shù)無(wú)法對(duì)顆粒大小、位置、分布等關(guān)鍵數(shù)據(jù)進(jìn)行準(zhǔn)確的定量表征。

PBX 顆粒的邊界勾勒實(shí)質(zhì)是對(duì)PBX 炸藥的CT 圖像進(jìn)行分割。圖像分割一直是計(jì)算機(jī)視覺(jué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，但是針對(duì)PBX 等特殊材料CT 圖像的研究相對(duì)匱乏。基于深度學(xué)習(xí)的圖像分割算法利用各類(lèi)卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（如FCN［2］，U-Net［3］，Mask R-CNN［4］），通過(guò)大量經(jīng)過(guò)標(biāo)注的圖像來(lái)訓(xùn)練模型完成圖像分割的任務(wù)。而目前PBX 材料CT 圖像數(shù)量稀少且未經(jīng)標(biāo)注，難以滿足模型訓(xùn)練的需要。……