電容層析成像的圖像重建算法研究.pdf

1、電容層析成像技術(shù)（Electrical Capacitance Tomography，ECT）是一種基于電容傳感機(jī)理的過程成像技術(shù)?，F(xiàn)階段ECT技術(shù)的理論還不夠完善，成像速度和成像精度的相互制約限制了ECT技術(shù)的廣泛應(yīng)用。就當(dāng)前發(fā)展?fàn)顩r而言，研究圖像重建理論和成像算法可以顯著地改善圖像重建的效果，對推動(dòng)ECT技術(shù)的廣泛應(yīng)用能起到積極的作用。ECT圖像重建是一個(gè)離散不適定的反問題，其不適定性和病態(tài)性以及該技術(shù)固有的“軟場”特性會對重建效果

2、產(chǎn)生非常嚴(yán)重的影響。本課題主要從提高圖像重建速度和實(shí)現(xiàn)算法應(yīng)用的角度出發(fā)研究ECT的圖像重建，主要完成工作如下:
　　(1)從正問題和反問題出發(fā)深入分析了ECT技術(shù)原理，利用奇異值分解和條件數(shù)工具分析了ECT圖像重建反問題的不適定性和病態(tài)性，以及ECT反問題的不適定性對解穩(wěn)定性的影響。
　　(2)研究了三種具有代表性的ECT圖像重建算法，分析其各自在ECT應(yīng)用中的局限性，確定了本文算法研究工作的重點(diǎn)——實(shí)現(xiàn)簡單快速成像。

3、r>　　(3)探究應(yīng)用Landweber迭代法成像時(shí)如何提高成像速度的問題。通過對算法迭代過程的優(yōu)化，在不改變算法本身原理的基礎(chǔ)上推導(dǎo)出了一種可離線計(jì)算迭代矩陣的單步Landweber算法。
　　(4)研究應(yīng)用Tikhonov正則化法求解圖像重建反問題時(shí)正則化參數(shù)較難確定的問題。目前正則化參數(shù)的選取方法主要通過經(jīng)驗(yàn)值或者較復(fù)雜的算法，本文研究采用最大奇異值法確定正則化參數(shù)來降低正則化算法應(yīng)用的難度。
　　(5)通過對傳感器區(qū)

4、域靈敏場的分析，研究了針對不同介電常數(shù)介質(zhì)的圖像重建方法。就高介電常數(shù)介質(zhì)而言，靈敏場分布的“軟場”特性相當(dāng)明顯，因此不能忽略其對圖像重建的影響。最后就高介電常數(shù)和未知介電常數(shù)介質(zhì)無法采用常規(guī)方法成像的問題，提出了一種新的構(gòu)建靈敏度矩陣的方法。
　　(6)搭建了基于NI LabVIEW軟件的8極板ECT實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)平臺。制作了8極板電容傳感器，修復(fù)并調(diào)試實(shí)驗(yàn)室前人設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)采集電路使其能夠滿足課題工作需要。結(jié)合該系統(tǒng)對成像算法進(jìn)行測驗(yàn)