基于准静态场的新型灵敏度系数计算方法

电学层析成像技术(Electrical Tomography,ET)具有经济性、无侵入性和实时性的特点,在工业过程检测、生物医学诊断等领域取得广泛的应用.在图像重建过程中,灵敏度系数作为先验信息,在计算中起到关键作用.然而,现有的灵敏度系数计算方法的物理意义不够明确、可解释性差、自适应性不足且具有较强的假设性,是当前提高ET成像质量的主要障碍之一.从准静态场灵敏度系数的物理意义出发,将电流激励状态下的激励与接地电极等效为一对偶极子,推导出一种新的具有明确的物理意义的、可解释性强并且可操作的灵敏度系数计算方法.最后,将新灵敏度系数与原灵敏度系数在数值、投影区和计算时间上进行比较,并通过灵敏度反投影法分别使用两种不同的灵敏度系数对四个模型进行图像重建.结果表明,新方法与原采用定义计算的结果吻合,并且新灵敏度系数在数据抗噪声、计算时间、图像重建等方面具有一定优势.     

用于电阻层析成像的快速自适应硬阈值迭代算法

针对电阻层析成像技术图像重建具有严重病态性的问题,提出了一种稀疏重建算法——快速自适应硬阈值迭代算法,研究了噪声对该算法在电阻层析成像图像重建效果上的影响,并通过仿真和模型实验测试了该算法的性能.结果表明:一定强度范围内的噪声对硬阈值迭代算法、自适应硬阈值迭代算法和快速自适应硬阈值迭代算法的影响较小.快速自适应硬阈值迭代算法成像速度更快,且该算法重建图像的空间分辨率相对其他两种算法也有较大的提高.     

ERT/ECT技术电学特性与激励频率研究

电学层析成像技术包括ERT、ECT和EMT,但其对应系统的适用被测对象不同。为使电学层析成像技术更好地适用于多相流测量问题,采用数值仿真的方法,研究了多相流介质的电导率和介电常数对电学敏感场分布的影响,并且比较了不同电学特性参数介质场的频率特性。结果表明,电学层析成像系统的类型和激励频率可根据被测对象的电学特性参数决定。电导率较大(10~(-3)S/m)时采用电阻抗实部成像,选用ERT系统;电导率极低(10~(-5)S/m)且介质间介电常数相差较大时采用电阻抗虚部成像,选用ECT系统;且系统激励频率可选范围随电导率的增加而增大。最后将仿真结果与4种不同电导率被测场的实际测量数据进行对比验证,验证了仿真结果的正确性。     

基于模糊算子的电学层析成像算法

电学层析(ET)成像是新一代可视化无损检测技术,在工业和生物医疗等领域具有广泛的应用前景.但是受被测物场的软场效应和欠定性等尚未根本解决问题的影响,ET成像的空间分辨率很低,使用优化技术是解决这些问题的一类有效方法.为提高空间分辨率,模糊算子被引入优化过程以对传统的ET图像重建算法做改进.先从ET逆问题的欠定性和病态性...     

基于COMSOL的电容层析成像系统灵敏度场的计算

电容层析成像技术是检测两相流或多相流的过程检测技术,在工业领域中有着广泛的用途.要实现电容层析成像的图像重建工作必须先获得精确的灵敏度场数据,但是求取电容层析成像系统的灵敏度场矩阵十分复杂,而且编写有限元网格剖分模型的程序也相对繁琐和困难,且设定好的网格不易于快速修改.鉴于此,提出一种利用有限元软件COMSOL和电势分布来求解灵敏度场矩阵的方法.最后通过仿真实验进行了验证.仿真实验结果也证明了这种灵敏度场计算的有效性和可靠性.     

基于电场中心线的ECT灵敏度矩阵计算

电容层析成像(ECT)因其时间分辨率高的优势在两相流在线测量中获得广泛应用。然而,ECT固有的软场特性严重制约ECT系统的成像质量。为改进在线成像质量,类比CT中投影矩阵的计算,基于电场中心线的概念提出一种估算灵敏度矩阵的方法。利用两相流检测实验验证该方法的可行性。研究结果表明:该方法估算的灵敏度矩阵可用于两相流在线监测,且明显提高敏感场中间区域的空间分辨率。     

电磁层析成像技术中的图像重建算法

电磁层析成像技术(electromagnetic tomography,EM T)是基于电磁感应原理的过程检测技术,包括正问题和逆问题.首先,基于传统的"O"型传感器阵列模型,通过有限元剖分法来解决正问题以获得灵敏度矩阵和检测值;然后根据检测值来重构物场内部的结构即EMT技术的逆问题.由于重建算法的选择对重建图像的影响...     

仿CT扫描模式扩散荧光层析成像方法

为了实现高灵敏度、高空间采样密度的扩散荧光层析成像,提出了一种基于光子计数技术的仿CT扫描模式的成像方法．光源经过准直后入射到仿体上,光电倍增管探测得到光源同一水平面101．25°～258．75°均匀分布的8路探测信号．按照与CT相似的方式,系统旋转仿体以实现对仿体的0°～360°扫描,采用光子计数方式采集多个光源入射角下多个探测位置的光子数信息,获得的大量数据可降低重建过程的病态性,使重建结果更加准确．仿体实验证明,对于荧光剂Cy5．5的探测可以达到2nmol／L左右的浓度和边对边距离5mm的空间分辨率,增加空间采样密度可以提高系统的灵敏度和分辨率．     

利用h细化优化电阻层析成像灵敏度矩阵

为了提高电阻层析成像图像重建质量,利用h细化优化灵敏度矩阵以改善其病态性.以电阻层析成像有限元模型h细化区域的起始层数、终止层数以及三角形有限元内部区域所插入节点的横坐标、纵坐标为变量,以敏感场均匀分布时灵敏度矩阵条件数的倒数为适应度函数,利用h细化优化灵敏度矩阵,并将优化结果应用于改进Landweber预迭代算法图像重建.实验结果表明,利用h细化可有效改善其病态程度,相比采取全局细化前后有限元模型对应的灵敏度矩阵,条件数分别降低了35.354,3%,、32.820,4%,,提高了重建图像分辨率.     

高速OCT应用中光电探测阵列的性能分析

光学相干层析成像(OCT)是一种非接触、无创的新型层析成像技术,它利用弱相干光反射测量技术,对体内生物组织结构进行高分辨率层析成像．笔者利用基于共焦模式的OCT蒙特卡罗仿真模型研究了在OCT、系统中高散射生物组织背向散射光的漫反射率,指出满足相干条件的背向散射光强是样品臂入射光强的10-8~1O-10．具体CCD探测器阵列的分析显示OCT系统高速成像的关键在于提高光电探测阵列的响应灵敏度．如果要实现一定分辨率的视频成像,响应灵敏度必须大于4 200 V／(μJ·cm-2),这是当前光电探测阵列所无法实现的．     

利用场量旋转变换的电容层析成像灵敏度系数简易计算方法

为减少电容层析成像(Electrical Capacitance Tomography,ECT)传感器灵敏度系数计算过程的烦琐程度,提出了利用电势函数旋转变换计算二维ECT传感器灵敏度系数的场量旋转变换方法。首先分析了ECT传感器场的特点,基于矩阵函数微分理论推导得出了ECT敏感场的旋转对称性表达式,并据此提出了适用于正问题数值解的灵敏度系数计算方法以及成像区域的均匀剖分算法。该方法运用二元函数的旋转变换,仅通过一次数值计算即可求解传感器的二维灵敏度系数,计算过程较传统场量提取法更加简便。之后,比较了运用提出的方法和传统场量提取法计算的ECT灵敏度系数,并通过仿真与实测实验比较了基于上述两种灵敏度系数矩阵的图像重构结果。实验结果表明,提出的方法与传统方法的灵敏度系数矩阵计算结果吻合,运用提出的方法重构的图像与传统灵敏度系数矩阵重构图像吻合,提出的方法正确且有效。     

光学过程层析成像技术及其原型系统

提出了一个用于两相流参数检测的红外激光过程层析成像原型系统,并对系统的结构、算法、性能以及特点进行了分析.模拟实验结果表明,光学过程层析成像技术可以获得高成像速度和分辨率,是一种有发展潜力和应用前景的多相流参数检测技术.     

气固两相流流动参数的检测技术

对气固两相流流动参数检测技术的相关内容,包括基于静电传感器的检测技术、电容层析成像技术以及流型软测量技术中的信号分析方法进行了总结和评述,认为静电传感器在气固两相流颗粒速度、浓度以及流型等参数检测方面,技术相对成熟,但其灵敏度空间分布不均匀、颗粒浓度(分布)与静电量大小(分布)之间的对应关系不明确等问题严重影响其测量准确性,是目前研究的难点;电容层析成像技术可实现气固两相流流型的可视化监测,但其固有的软场特性影响了测量结果的准确性;目前基于信号分析方法的流型软测量技术避免了这一问题,多尺度信号分析方法将是提高其测量准确性的新方法。     

迭代法求矩阵广义逆的ERT图像重建算法

电阻层析成像(ERT)技术是一种类似于CT图像的新型层析成像技术.在研究迭代法求矩阵广义逆的基础上,提出一种新的ERT图像重建算法,并对其性能进行了仿真试验.阐述了该算法的原理,并给出部分图像重建结果.同两种反投影算法相比,该算法重建的图像空间分辨力高且更为清晰.     

电容层析成像系统阵列电极的优化设计

介绍了电容层析成像系统的基本原理和电容敏感阵列结构及其数学模型．采用有限无法，分析了阵列电板结构参数对测量的影响，并进行了优化设计，获得了一组优化结构参数．结果表明，设计的电容阵列敏感电极具有较高的空间分辨率，分辨率伏于10%。     

电磁层析成像中基于半周期采样的数字解调方法

电磁层析成像技术(EMT)是一种新型的电学层析成像技术.它可实现被测物场电导率和磁导率截面的分布成像,相敏解调是其硬件系统的关键环节.研究了一种基于半周期采样的正交序列解调方法,从频域的角度给出了相应的理论解释,并给出了基于Matlab的仿真结果和基于实际硬件系统的实验结果.结果表明,基于半周期采样的正交序列解调方法明...     

光学相干层析成像的原理、应用与发展

[目的]鉴于光学相干层析成像的微米量级空间分辨率、三维实时成像、非接触式探测等优点,分析光学相干层析成像当前的应用与发展,整理光学相干层析成像的研究进展.[方法]在系统查阅相关文献与研究成果的基础上,结合理论、公式与仿真等,从原理、应用以及发展等方面对光学相干层析成像进行综述.[结果]阐述了光学相干层析成像在时域、频域...     

基于全场光学相干层析术的猪肝组织亚细胞成像

 建立全场光学相干层析系统(OCT),可对生物细胞进行高分辨率层析成像.该系统基于Linnik 干涉结构,采用低相干白光光源卤钨灯照明和大数值孔径的显微物镜,理论分辨率可达0.7 μm × 0.7 μm(横向× 轴向).系统采用电荷耦合元件(CCD)采集数张样品和参考镜的干涉图,通过三步移相算法获取层析图,最后合成三维图像.与荧光标记细胞等其他生物组织成像的方法相比,全场OCT 成本低廉、对细胞无损伤、分辨率高.该系统能够完成对洋葱表皮细胞和猪肝组织切片细胞等生物组织实现层析成像,且分辨率高、成本低、结构简单便于调节,为实现高分辨率光学相干层析成像提供了简单易行的方法.     

利用ECT信息改进EST图像重建

提出了基于电容层析成像(ECT)与静电层析成像(EST)的双模态传感器技术.该技术应用电容层析成像重建得到的介质分布结果作为先验信息,提高了静电层析成像的图像重建精度.针对静电荷对ECT测量值的干扰进行了探讨.理论分析表明,ECT采用交流法检测电容,在高频交流激励、带通滤波方式下,微小电容检测系统可以消除颗粒感生电荷噪声的低频干扰.针对电荷灵敏场受介质分布的影响进行了研究,数值仿真计算表明,采用ECT提供的介质分布信息可修正实际流型下的电荷灵敏度,降低EST电荷分布反演的不确定度.由于EST的相对图像误差、相对电荷余量等图像重建指标均有所减小,所以图像相关性更好.     

电容层析成像系统三维电场分析及阵列电极优化

通过电磁场有限元软件ANSYS仿真,构建电容层析成像(ECT)系统敏感阵列电极三维模型,分析ECT敏感场的"软场"效应,推导计算灵敏度矩阵,并分析敏感阵列电极结构参数对ECT电场灵敏度的影响,进而优化阵列电极结构.实验结果表明,利用优化的阵列电极可获得较均匀的敏感场分布及较高的检测灵敏度,并重构出较满意的图像.