| Documento | Mestrado |
| Área | Métodos Numéricos |
| Data da defesa | 06/05/2024 |
| Autor | ANONI, Lara Guizi |
| Orientador | HAACH, Vladimir Guilherme |
| Português | |
| Título | Comparação entre Retroprojeção e Métodos Algébricos para Tomografia Ultrassônica de Elementos de Concreto. |
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Resumo
Com a vantagem de não danificar a estrutura inspecionada, o ensaio de ultrassom tem sido
procurado para avaliação de elementos de concreto. Em uma análise simplificada, a detecção
rápida de não homogeneidades da estrutura é uma das facilidades conquistadas com o
ultrassom. Com o auxílio de ferramentas matemáticas e cruzamento de dados de forma
computacional, a análise de resultados do ultrassom ganha complexidade e permite a geração
de imagens tomográficas de seções internas do concreto. Diversas são as técnicas apresentadas
nas pesquisas atuais para a tomografia do concreto, com um destaque para as técnicas
algébricas. Apesar disso, uma técnica amplamente utilizada e consolidada na tomografia
médica, a Retroprojeção, é pouco explorada para a reconstrução de imagens do concreto. Sendo
assim, este trabalho teve como objetivo a comparação da técnica da Retroprojeção,
implementada no software TUSom, com técnicas algébricas já reconhecidas. Além disso,
técnicas como a interpolação IDW e a interpolação de dados com Redes Neurais Artificiais
foram utilizadas na ampliação de dados como forma de promover melhorias na resolução das
imagens. Tomografia de velocidade e de atenuação foi gerada a partir do tempo de voo da onda
ultrassônica e da variação em sua amplitude por meio da reconstrução de seções de concreto
simuladas numericamente e experimentais. Como resultado principal, foi possível mostrar o
ótimo desempenho da Retroprojeção com e sem a aplicação de filtro em relação às demais
técnicas de reconstrução de imagem avaliadas. A Retroprojeção permitiu a geração de imagens
mesmo que com um número limitado de dados, ou ainda, permitiu o enriquecimento da malha
garantindo a geração de imagens mais precisas. As técnicas de interpolação utilizadas
reduziram a qualidade das imagens, porém a interpolação IDW foi utilizada com sucesso na
geração de imagens com apenas 12 leituras. Ainda, o uso da resposta da Retroprojeção como
estimativa inicial para as demais técnicas também se mostrou de grande vantagem. Com os
satisfatórios resultados deste trabalho, espera-se ter contribuído para disseminar o uso da
tomografia ultrassônica como Ensaio Não Destrutivo de estruturas de concreto.
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| Palavras-chave | Reconstrução de imagens; Concreto; Ultrassom; Tomografia ultrassônica; Retroprojeção; Reconstrução algébrica. |
| English | |
| Title | Comparison between Backprojection and Algebraic Methods for ultrasound tomography of concrete elements. |
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Abstract
Ultrasound tests have been widely applied for the evaluation of concrete elements, since they
cause no damage to the inspected structure. One of its achievements in a simple analysis is the
fast detection of non-homogeneities of the structure. The analysis of ultrasound results has
gained complexity with the support of mathematical tools and computational data crossing, thus
enabling the generation of tomographic images of internal sections of concrete. Among the
several techniques addressed by the actual concrete tomography research are algebraic ones.
Nevertheless, Backprojection method, widely used and consolidated in medical tomography,
has been barely explored for concrete image reconstruction. This dissertation compares
Backprojection, implemented in TUSom software, to recognized algebraic techniques.
Additionally, methods such as Inverse Distance Weighting interpolation and interpolation of
data using Artificial Neural Networks were employed to expand data and enhance image
resolution. Velocity and attenuation tomography was generated from the time of flight of the
ultrasonic wave and the variation in its amplitude through the reconstruction of numerically
simulated and experimental concrete sections. As a primary result, it was possible to
demonstrate the excellent performance of Backprojection, with and without the application of
filters, in comparison to other evaluated image reconstruction techniques. Backprojection
allowed for image generation even with a limited amount of data or enabled mesh enrichment
to produce more accurate images. Although the interpolation techniques used reduced the image
quality, IDW interpolation was successfully employed to generate images with only 12
readings. Furthermore, using the response of Backprojection as an initial guess for other
techniques also proved to be a highly advantageous coupling method. With the results of this
work, the aim is to have contributed to spreading the use of ultrasound tomography as a Non-
Destructive Testing method for concrete structures.
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| Keywords | Image reconstruction; Concrete; Ultrasound; Ultrasound tomography; Backprojection; Algebraic methods. |