A multiresolution reconstructive algorithm based on network theory for electrical capacitance tomography

Electrical capacitance tomography technique reconstructs dielectric constant distribution in an object by measuring the capacitances between the eletrode pairs which are mounted around this object. Because of the limitation of measurement condition, the measured data are imcomplet. This paper describes a multiresolution reconstructive algorithm which is based on network theory for electrical capacitance tomography technique. The dielectric constant distribution of flow of two components in a pipeline is reconstructed. The algorithm is as follows: Firstly, construct a rough, first level system model, and assume the dielectric constant distribution of the region to be reconstructed. After iteration, the dielectic constant of each unit can be reconstructed. Secondly, construct a finer, second level the system model and determine the initial dielectric constant of each unit in the region to be reconstructed according to related information between two levels. After iteration, the image of the pipeline's cross section can be reconstructed. The results of simulated experiments about different kinds of medium distributions show that this algorithm is effective and can converge. Supported by the National Natural Science Foundation of China Ma Ning: born in 1970, Ph. D.     

高炉块状区物料可视化监测的前期研究

提出使用电容断层成象技术对高炉内部块状区物料分布形态进行可视化监测,论述了该项技术实现的可行性,报道了研究的一些前期成果,包括验证矿石与焦炭介电性能差异的实验,适于高炉成象系统的电容传感器测量电路的设计以及冷态下矿石与焦炭简单分布的成象实验·这些成果的取得,为高炉成象的进一步的深入研究奠定了基础·     

层析成像法监测粮仓粮食水分分布的仿真研究

提出了采用电容层析成像技术(ECT)监测粮仓中粮食水分分布的方法,对所提方法的可行性进行了研究,得到了仿真意义下的研究成果.以玉米作为仿真监测对象的结果表明,利用ECT技术可以对粮仓中粮食水分分布进行监测,特别是对异常含水区域出现的监测.含水率的检测分辨率可达0.5%,空间分辨率为0.13%.提出了利用重建图像的形心点坐标对粮食水分异常区域进行定位的方法.同时,对所成图像的灰度值与含水玉米的等效介电常数之间的关系进行了回归分析,以期由所成图像的灰度值预报粮食含水量.     

动态滤波反投影图像重建算法研究

图像重建算法是过程层析成像(Process Tomography,PT)中的关键技术之一.本文提出了一种动态滤波反投影算法(Active Filter Linear Back Projection,AFLBP),并进行了实验仿真.结果表明,采用AFLBP对ECT系统中图像进行重建,可使系统在保持快速成像的同时,较好地解决了敏感场的非均匀分布和固定灰度阈值造成的成像精度问题,大大提高了系统的成像精度.     

基于图形处理器的锥束CT快速迭代重建算法

提出了一种基于图形处理器实现的锥束CT图像迭代重建算法.该算法将三维纹理作为被重建物体的离散模型,基于射线投射方法实现了锥束CT的正投影计算;通过反向逐层映射到三维纹理实现了反投影计算;采用多纹理融合等技术完成了图像校正和投影校正.与经典的TMA-SART算法比较,作者算法运算速度快,占用显存少,支持全浮点精度运算,且易于在算法中添加先验知识和约束条件.通过对Shepp-Logan模型的图像迭代重建实验,验证了该算法的优势.     

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。     

厚管壁电容层析成像图像重建算法

探讨了适合厚管壁条件下的电容层析成像图像重建算法.针对厚管壁管道内几种不同流型,分别采用LBP算法、Landweber迭代算法和BP神经网络对8电极电容传感器进行成像重建计算.结果表明:在厚管壁情况下,LBP算法重建的图像质量很差;Landweber迭代算法在层流下的重建效果好于核心流和环状流;而BP神经网络算法可以有效重建管道内的介质分布,但对于没有训练到的任意流型,其重建效果不够理想.     

两相流电容层析成像系统

基于电容层析成像技术设计了一套两相流型可视化系统。硬件部分采用交流激励的电容数据采集系统，具有较高的采集速度和分辨率；软件部分采用改进的线性反投影算法与Landweber迭代法进行图像重建，保证流型可视化的实时性和有效性；成像速度可达20幅／s，基本满足工业应用要求。实验测试与成像结果表明，该系统改进了数据采集速度。     

基于三维模型的改进正则化ERT成像算法

电阻层析成像（ERT）通过对被测场边界注入电流,测量被测场电压变化,重建物场内电导率．针对ERT成像分辨率低,提出一种基于三维模型的改进Tikhonov迭代电阻成像算法．针对Tikhonov正则化参数选择问题,提出基于同伦映射的方法,并利用非线性函数Sigmoid调节正则化参数,以获得的图像灰度值作为Tikhonov迭代法的初始值进行迭代,重建敏感场图像．仿真及实验结果表明,该方法有效地改进了ERT图像质量．     

基于分割Bregman迭代的内-外置电极电容层析成像

针对电容层析成像(electrical capacitance tomography,ECT)逆问题的病态性和不适定性,提出了一种基于分割布雷格曼迭代(split Bregman iteration,SBI)的图像重构算法。在目标函数中引入基于参考图像的正则化、低阶约束和空间约束,从而提高成像质量和空间分辨率。对内-外置电极的ECT敏感场内环形区域进行图像重建。仿真结果表明:与Tlkhonov正则化算法和Landweber迭代算法相比,基于布雷格曼迭代的图像重建算法具有较好的空间分辨率,图像误差降低至0. 162 1,图像相关系数提升至0. 874 4,图像重建的精度和质量较高,说明了该算法在ECT图像重建领域的可行性和有效性。     

电容层析成像传感器软场性能分析

电容层析成像传感器的敏感场是软场,受被测介质分布的影响·以基于有限元分析的灵敏度快速计算法为工具,通过多种介质分布下灵敏度分布的计算与比较,研究了传感器的软场性能·结果表明,即便对于介电常数差异较小的气／油两相流,不同的电介质分布亦可导致灵敏度值有正、负百分之几十的变化·各处灵敏度变化不仅与管内介质分布有关,还与该点在敏感场中所处的位置有关·     

融合注意力机制的U-Net混合电磁重构方案

电磁逆散射问题是非线性和病态的,传统的求解方法无法兼顾成像精度和计算效率,而基于深度学习的直接重构方法缺失先验信息,导致学习过程较困难.采用结合衍射层析成像（DT）算法和融合注意力机制的U-Net混合电磁重构方案,求解电磁逆散射问题,将基于Born近似的DT算法重建的粗糙图像作为U-Net的输入,有效利用先验信息,提高逆散射问题求解的效率和精度.此外,在U-Net每次的下采样过程中加入注意力机制,进一步提高了目标散射体相对介电常数和位置的重建精度.实验结果表明,相比未引入注意力机制的方案,融合注意力机制的U-Net混合电磁重构方案重建误差较小,可实现相对介电常数分布的高精度重建.     

基于后向散射场的介质目标重建方法

给出于多频多方向平面波照射下的后向散射场的介质目标重建的ＮｅｗｔｏｎＫａｎｔｏｒｏｖｉｃｈ方法，利用矩量法将算子方程化成矩阵形式，再采用Ｔｉｋｈｏｎｏｖ正则化方法求解病态方程组，数据结果先给出了单频情况下基于后向散射场所存在的较严重的病态特性和不唯一性的数值例子，然后给出了用此方法反演３种较典型介质目标的反演结果。     

基于模拟退火与合并代价反标的低功耗门控时钟布线算法

传统的时钟树布线算法可以扩展应用于门控时钟,例如在自底向上的合并过程中采用最小化合并电容方式。然而,当前点的合并,会影响到上层点的门控情况变化,虽然在局部合并时是最优的,却可能恶化时钟树整体功耗。针对该问题,提出了一种零时钟扭斜门控时钟布线算法,使用上一轮时钟树的布线结果估算上述影响所造成的合并代价变化。由于算法需要多轮反复计算,因此使用模拟退火方法,在每一次循环时重建时钟树结构,通过上一轮反标的合并代价信息进行优化,评估每一轮的结果,并生成新的约束供下一轮使用。实验结果表明,与传统的Greedy-DME算法相比,该算法可以获得至多23%的功耗优化。     

基于BP网络的同面多电极技术图像重构算法

为实现同面多电极技术对飞机用复合材料损伤区域和大小的识别,采用BP神经网络算法建立采样电容值与检测区域介电常数分布的非线性映射,利用输出灰度值实现损伤区域的图像重构.利用主元分析法对输入电容值进行降维处理.采用自适应调整学习率与动量因子方法加快了BP网络训练的收敛速度.仿真结果表明,该算法重构的损伤区域图像成像速度较快,准确度满足实现同面多电极技术对复合材料损伤区域大小和位置识别的要求.     

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。     

基于前景概率函数的目标跟踪

针对不规则目标跟踪中初始窗口内包含背景像素导致特征模板不准确的问题,提出前景概率函数以及基于前景概率函数的目标跟踪算法.首先根据目标所在区域与背景区域的颜色分布建立前景概率函数,并以此计算目标区域中像素的前景概率,削弱背景像素的干扰,得到更准确的目标特征模板.将目标区域像素的前景概率引入均值迁移跟踪框架中,实现目标的迭代定位;在跟踪收敛后重新计算收敛区域中的前景概率分布,根据其反向投影图的尺度变化调整跟踪窗宽;最后利用Bhattacharyya相关系数对目标特征模板进行自适应更新.实验表明,该算法能够有效抑制背景像素的干扰,在目标尺度变化时能够准确调整跟踪窗宽,减少迭代次数,满足实时跟踪的需要.在复杂背景中跟踪性能也始终优于传统的均值迁移跟踪算法.     

基于模糊c-均值算法和遗传算法的新聚类方法

为了得到最佳聚类数和相应的每一类中的样本,文中首先介绍了一种新聚类方法,用该方法构造了一个既考虑类与类之间的分散程度、又考虑同一类紧凑程度的目标评价函数;再运用模糊c-均值算法(FCM)进行迭代,求得每一类的中心和隶属度值;然后运用遗传算法搜索全局极值点;最后运用该算法对我国全要素生产力进行了模糊分类．     

医用电阻抗成像系统的模块化设计

电阻抗成像是一种新的无损伤的功能成像技术．采用模块化设计,建立一种基于物理模型的医学电阻抗成像硬件系统．该系统主要有恒流源模块、驱动模块、测量模块、信号处理模块、控制和成像模块组成．该系统通过测量被测目标表面电信号并进行分析和处理,再通过逆问题求解,重构出电阻抗分布图像．实验表明,该系统设计合理,工作稳定,具有实时检测、使用方便及扩展性强等特点．     

用于ECT图像重建的预处理Landweber迭代算法

针对Landweber迭代方法收敛速度慢的问题,采用预处理方法来加快其收敛速度,即减少为计算有效解所需的迭代步数,由求解方程ATAf=ATg变为求解DATAf=DATg,其中D是预处理矩阵.讨论了构建预处理矩阵的一般方法.采用两级预处理策略构建预处理矩阵,将大的奇异值聚合并与小的奇异值分隔开来,而不是将所有的奇异值聚合在一点上,避免信号与噪声混合.使用仿真数据对预处理Landweber方法的收敛速度以及重建图像质量进行了评价.实验表明,预处理投影Landweber迭代方法同未经预处理的Landweber相比只需很少的迭代步数就可以获得比较满意的重建结果,为电容层析成像技术在线进行定量的图像重建...