电容成像图像重建算法原理及评价

对现有的电容成像图像重建算法进行了综述并介绍了其原理,其中包括线性反投影法(LBP)、基于奇异值分解(SVD)的直接算法、Tikhonov正则化方法、Newton-Raphson算法、最速下降法、Landweber迭代算法、代数重建技术(ART)、同步迭代重建技术(SIRT)和基于模型的重建算法。在此基础上使用仿真和实验数据对目前主要使用的线性反投影法、基于奇异值分解的直接方法、Tikhonov正则化方法、Tikhonov迭代、投影Landweber迭代等进行了评价。对它们从电容值误差、图像误差、相关系数和耗用时间几个角度进行了比较,并对今后电容成像图像重建算法的发展方向提出了一些看法。     

同步迭代图像重建技术在电容层析成像系统中的应用

在电容层析成像 (ECT)系统中 ,为克服电容测量值数目有限以及管道内敏感场分布的“软场效应”,引入了一种同步迭代图像重建技术 (SIRT)。针对收敛速度和重建后图像的模糊效应 ,对 SIRT算法进行了改进。改进后的 SIRT算法使重建图像的速度和质量都有了明显的提高。对八电极ECT系统进行的仿真和静态实验结果表明 ,这种算法可望满足用于在线工业过程电容层析成像系统成像的要求。     

Gaussian窗函数在电容成像图像重建中的应用

为降低敏感场矩阵的小奇异值给电容成像(electri-cal capacitance tomography,ECT)问题带来的不稳定性,以提高图像重建质量,该文从正则化方法的谱滤波形式出发,提出了一种基于Gaussian窗函数的ECT图像重建正则化方法。该方法利用Gaussian窗函数的滤波特性,通过选择合适的Gaussian窗函数幂次,来达到降低敏感场矩阵的小奇异值对重建结果造成不稳定的效果,从而获得较好的图像重建结果。对5种典型介电常数分布进行了数值仿真,结果表明:该算法对于两相流不同介质分布均具有良好的适应性,可获得较好的成像结果,部分分布的重建图像轮廓较Tikhonov正则化方法更为清晰。     

采用改进的PCA算法测量两相流相浓度

针对现有图像重建算法以定性为主,所引起的相浓度参数测量精度有限的问题,该文提出了在对电容层析层像系统传感器测量数据进行分析时,采用主成份分析(PCA)结合人工神经网络反向传播(BP)算法,通过训练神经网络,得到从电容测量值到相浓度之间的对应关系。样本测试可以得到很好的结果,网络输出浓度与设定浓度之差可以控制在±5%范围之内。证明该方法测量两相流相浓度参数是可行的。     

电容层析成象系统敏感场的仿真

过程层析成象是一项新的两相流检测技术。针对十电极电容层析成象系统,介绍了电容层析成象的基本原理、电容传感器的结构以及数学模型,用有限元分析方法对传感器敏感场及不同流型对应的电容值进行了仿真计算。给出了十电极电容传感器不同极板组合之间的敏感场分布,为相关的图象重建算法提供了理论依据。最后根据敏感场仿真结果对图象重建过程中的图象失真和电容传感器的“软场”特性作了相关分析。     

基于Kalman滤波的电容成像图像重建算法

在电容成像(E lectrica l C apac itance T om ography,ECT)中,为充分利用多次量测信息以提高电容成像图像重建质量,提出一种基于K a lm an滤波的电容成像图像重建算法。该算法重点考虑了测量噪声的影响,利用对流型一系列多次测量中获得的新息不断进行最优加权以获得重建图像的最小方差估计。针对3种典型介电常数分布进行了仿真,结果表明K a lm an滤波应用于ECT图像重建的可行性和有效性。提出了提高该算法运算速度的方案,分析和仿真结果表明通过预先计算最优滤波增益,并寻找合适的迭代次数,算法可快速地获得满意的图像重建结果。     

Image Reconstruction Using a Genetic Algorithm for Electrical Capacitance Tomography

Electrical capacitance tomography （ECT） has been used for more than a decade for imaging dielectric processes. However, because of its ill-posedness and non-linearity, ECT image reconstruction has always been a challenge. A new genetic algorithm （GA） developed for ECT image reconstruction uses initial results from a linear back-projection, which is widely used for ECT image reconstruction to optimize the threshold and the maximum and minimum gray values for the image. The procedure avoids optimizing the gray values pixel by pixel and significantly reduces the search space dimension. Both simulations and static experimental results show that the method is efficient and capable of reconstructing high quality images. Evaluation criteria show that the GA-based method has smaller image error and greater correlation coefficients. In addition, the GA-based method converges quickly with a small number of iterations.     

用于病态反问题求解的正则化方法算例分析

以成像技术为背景,采用算例分析的形式介绍了用于病态反问题求解的正则化方法,重点介绍了Tikhonov正则化方法及Landweber迭代方法,包括其基本原理及对应的普滤波窗函数等.