气液两相流ERT系统图像边缘检测方法研究

为提高气液两相流ERT(Electrical Resistance Tomography-电阻层析成像)系统所重建图像的质量,提出了一种基于Canny算子的气泡边缘检测方法.实验结果表明,该方法能有效地检测出气液两相流中气泡的边缘,为进一步的ERT系统检测提供了借鉴.     

流场超声层析成像中图像的迭代滤波反投影重建

为提高流场超声层析成像的图像重建质量,提出了一种迭代滤波反投影图像重建算法。该算法借鉴联合迭代重建算法的原理,将滤波反投影算法引入迭代重建过程。首先,利用滤波反投影算法,通过投影数据残差重建误差图像对流场图像进行修正,实现图像的迭代重建。然后,通过优化迭代步长,使每步迭代后投影数据残差均取得极小值以便加快收敛速度。最后,基于流场连续、紧支撑分布的特点,在迭代重建过程中引入投影数据的细分内插和流场图像的圆域修正。实验表明:相比于滤波反投影算法,迭代滤波反投影算法可使理论流场重建的图像误差平均减少26%,流量误差由1.77%减小至±0.25%以内;程序运行时间为0.63s,仅为联合迭代重建算法的0.89%。该算法可实现对直管段内和单弯管下游实际流场的可靠重建,满足流场高精度实时成像的要求。     

电容层析成像两相流流型可视化系统

本文基于电容层析成像技术研制了一套两相流型可视化系统,建立了一种新型的具有高速采集和高分辨率测量的电容数据采集系统,采用加权反投影算法进行图像重建以保证流型可视化的实时性和有效性,整套流型可视化系统经气液两相流现场应用测试和气固流化床实验室动态实验证明是有效的,成像速度达20幅／秒以上,满足工业应用要求。     

气液两相泡状流体监测用超声层析成象系统的研究

本文分析了带缺损的透射模式超声投影与流体中气泡分布状况之间的内在联系，提出了一种实时的二值逻辑滤波反投影图象重建算法，研制成功了气／液两相泡状流体分布监测用的透射模式超声层析成象系统。本文叙述了有关的理论基础和实时图象重建算法的实现，系在仿真和实验研究的基础上得出了若干有价值的结论。     

最大类间方差法改进的ECT正则化图像重建算法

电容层析成像作为油气润滑气液两相流参数检测的主流方法之一,其成像系统具有高度不适定性。研究旨在优化能满足油气润滑系统精确度和实时性要求的电容层析成像图像重建算法,以擅长处理不适定问题的Tikhonov标准正则化算法作为电容层析成像图像重建系统的基础算法,并采用最大类间方差法自适应获得的最优阈值对Tikhonov标准正则化重建的图像进行图像分割,达到修正标准正则化算法过度光滑缺点的目的。结果显示,改进后的算法图像误差减小,图像相关系数增大,表明图像精确度明显提升。     

电阻层析成像系统的硬件设计

电阻层析成像是利用多相介质具有不同的电导率,通过传感器测得数据,运用适当的算法重建电导率分布的一种过程层析成像技术。针对现有的成像技术存在的成本高、响应速度慢、不能测量导体的问题,设计了一种新型高精度电阻层析成像系统。硬件部分主要设计了DDS信号产生电路、电流源产生电路、微弱电压信号接收与调理电路、RS485通讯以及STM32F407和CPLD最小系统电路。实际实验搭建了固液两相流测量装置,结果表明该系统成像精度高、实时性好。     

非完整ERT数据的两相层状流分布图像重建

针对电阻层析成像在气液两相层状流测量中会有电极被气相覆盖，无法正常重建图像的问题，提出基于有效数据和基于敏感场重建的两种气液两相层状流分布重建解决方法。基于有效数据直接重建方法是采用边界测量数据的幅值判断方法确定失效电极的数目和位置，进而对原始测量数据进行筛选，保留正常的测量数据对整个测量区域进行图像重建。基于敏感场重建的方法，是在判断出失效电极之后，将层状流的流动状态作为一种先验信息，去除失效电极包围的区域，图像重建只在有效电极包围的区域进行，从而减少了未知量的数目，期望达到提高重建图像的空间分辨率的目的。仿真与层状流实验结果证明了两种方法的有效性。     

基于LU分解的共轭梯度法单步成像算法

单步和迭代电容层析成像（ECT）图像重建算法分别具有成像质量差和成像速度慢的缺点,为了快速得到高质量的重建图像,本文提出了一种新型的基于LU分解的单步共轭梯度成像法。该方法首先将ECT物理模型进行规范化和Tikhonov正则化处理,进而将LU分解的思想引入ECT方程的求解中,从而实现了单步图像重建。理论分析表明,该算法具有良好的单步收敛性。通过典型流型的仿真实验,证明了该算法可以获得优于反投影算法的重建图像。     

双跨孔距超声兰姆波层析成像无损检测重排算法研究

针对滤波反投影重建算法不能直接重建双跨孔距的兰姆波数据,提出了在滤波反投影重建之前将采集的兰姆波数据重排成平行束数据,以满足重建条件。首先介绍了滤波反投影算法及重排算法,然后采用双跨孔距结构对有缺陷的铝板进行超声兰姆波检测,通过提取S0模态的走时数据,得到铝板中的双跨孔距结构兰姆波投影数据。最后,将投影数据重排后进行滤波反投影重建成像。重建结果表明,通过对投影数据的重排可以实现双跨孔距结构兰姆波检测的滤波反投影重建成像,得到缺陷的基本信息。     

电容层析成像系统三维图像重建及其在两相流体积测量中的应用研究

探讨了电容层析成像系统中利用二维断层图像进行三维表面重建，并由三维图像求取两相流中离散相体积和观察其空间位置的方法。首先对二维断层图像序列进行轮廓抽取和细线化，然后进行轮廓匹配和轮廓插值并进行表面重建；最后利用三维图像求取两相流中离散相体积。初步的仿真结果表明，使用的三维重建算法简单，重建精度高，成像速率快，可以方便地观察离散相空间位置和计算出离散相体积。     

气泡影响下的电磁流量测量优化技术研究

电磁流量测量在工业生产过程中扮演着重要角色,但易受流体中气泡的影响导致测量结果出现波动进而影响测量精度,因此通过技术手段实现测量精度的优化十分关键。针对电磁流量测量精度受气泡影响的测量优化问题,本文首先从权重函数角度入手,建立了气泡对电磁流量测量影响的理论模型;其次,通过有限元仿真研究了气泡对权重函数的影响,并根据仿真结果提出了一种基于图像采集与处理技术的优化方法降低气泡对电磁流量测量的影响;最后,为了验证优化方法的可行性,开发了气泡图像处理算法,并搭建气液两相流流体电磁流量测量实验平台进行实验验证。实验结果表明,采用优化方法补偿后的电磁流量测量系统受气泡影响的敏感程度得到有效降低,误差降低幅度均在82.63%以上,最大误差降低幅度可达91%,优化后气泡存在时的测量误差在±3.03%以内。研究有效降低了电磁流量测量受气泡影响产生的误差,为进一步提高气泡影响下的电磁流量测量精度和实现气液两相流电磁测量提供技术支持。     

基于ECT/EST双模信息融合的磨粒图像重建算法

电容层析成像(ECT)技术因其非侵入、无辐射、可视化、响应快、成本低等优势在两相流测量中获得了广泛应用,但在发动机油路中,因摩擦产生的能量释放使磨粒荷电,对ECT传感器电容值的测量产生扰动,严重影响成像质量。为提高荷电颗粒存在情况下电容层析成像的图像重建质量,提出电容层析成像(ECT)与静电层析成像(EST)双模信息融合成像方法。该方法通过测量荷电颗粒在传感器矩形电极上感应的电荷值,得到荷电磨粒的信息;通过ECT系统得到一组电容值,并利用加权融合的修正方法,对ECT中畸变的电容值进行修正;用修正后的电容值进行图像重建。仿真实验证明:该方法能够弥补单一ECT模态的成像质量不高的不足,减弱荷电颗粒对ECT电容值测量的干扰,明显提高了图像重建质量,降低了成像误差;采用双模态重建图像方法可正确识别环状流、泡状流、核心流等几种典型流型。     

基于INGA的电容层析成像图像重建算法的研究

电容层析成像图像重建是一个具有典型的病态问题,在分析遗传算法基础上,针对小生境遗传算法易于早熟、收敛速度慢以及局部寻优能力较差等缺点,提出了一种引入梯度算子的改进小生境遗传算法(INGA)用于ECT图像重建.仿真和实验结果表明,对于简单流型该算法与LBP、Landweber算法相比满足收敛速度快且重建图像误差小,并能以较高的精度重构出两相流体的截面成像,为ECT图像重建算法的研究提供了一个新的思路.     

基于遗传算法的组合ERT图像重建算法研究

针对目前电阻层析成像图像重建算法存在成像精度较低的问题,以及为了满足应用于多相流领域的精度要求,提出一种基于遗传算法的组合算法,将线性反投影算法、修正的牛顿-拉夫逊类算法与区间剖分引入遗传算法种群初始化操作中,同时为了改善单纯遗传算法局部搜索能力差与未成熟收敛的问题,将粒子群算法引入遗传算法变异操作中。实验结果表明组合算法效果明显优于线性反投影算法,修正的牛顿-拉夫逊类算法,有效克服了遗传算法早熟收敛现象,提高了成像精度。     

基于ART的光学过程层析成像扇束图像重建

光学过程层析成像是近几年发展起来的一种新型的光学测量技术，它源于医学CT的基本理论和方法，可认为是医学CT技术在工业过程监测领域的自然延伸和发展。然而，由于过程层析成像的被测对象为快速变化的工业过程，因此，其投影数据的数量比医学CT少得多，而实时性则要求更高。利用一种扇束扫描制式的光学传感器有利于提高光学过程层析成像的空间分辨率及测量精度，但在这种扫描制式下，引用医学CT的常见图像重建算法(如数据重排方法、反投影法和滤波反投影法等)却不适用或难以胜任工业检测的要求。为此提出了一种代数重建技术来提高光学过程层析成像的测量精度和速度。该算法不仅适用于少数投影数据的情况，也能使求解过程遍历几乎所有的图像像元，因此成像效果好和实时性较高，具有工程应用价值。     

新型近红外矩形差压流量计的测量模型研究

针对目前气液两相流不分离测量的难点,设计了一种基于近红外光谱技术与矩形差压流量计相结合的新型气液两相流检测装置。利用CFD流体仿真软件对影响流量计性能的结构参数进行了仿真及优化,在单相流动和气液两相动态实验的基础上,建立了相含率测量模型,修正后液相含率测量误差低于3.5%。在液相流量大于2m~3/h时,对分相流模型进行修正,得到的总流量测量误差低于4.5%。建立了两相差压与Fr_g、Frl的关系,结合相含率测量模型得到总流量测量模型,其中弹状流总流量误差低于6.5%,泡状流总流量误差低于1.5%。实验结果表明该装置用于气液两相流不分离测量的可行性,对工业领域的生产具有重要参考意义。     

基于多项式加速的电容层析成像图像重建算法

针对普通迭代方法收敛速度慢的问题,提出一种多项式加速的正则化迭代电容层析成像算法来加快其收敛速度.在介绍12电极电容层析成像系统基本原理的基础上,给出了该算法的数学模型,并利用谱分析对该算法的收敛性进行了证明.探讨了ECT应用该算法的可行性,该算法易满足收敛条件且重建图像误差小.仿真和实验结果表明,和LBP、Landweber算法相比,该算法兼备成像质量高及收敛速度快等优点,为ECT图像重建算法的研究提供了一个新的思路.     

基于正交激光器阵列的图像重建技术研究

介绍一种基于正交激光器阵列的工业过程层析成像(PT，Process Tomography)系统，从光学PT系统的原理出发，给出了正交传感器阵列结构以及相应的图像重建算法，包括线性反投影算法(LBP)、滤波反投影算法(FLBP)、最优化算法和代数重建技术(ART)，最后通过在仿真和实验中对各种算法的实现的结果分析了它们的特点。     

基于滤波反投影的脑磁感应迭代重建算法研究

颅脑磁感应断层成像技术(BMIT)是一种非接触、无创的新兴颅脑医学成像技术,图像重建算法是提高重建图像质量的关键。依据BMIT反投影算法和迭代算法,设计出一套基于滤波反投影的脑磁感应迭代重建方法。首先根据滤波反投影重建算法原理,给出初始电导率分布,其次基于电导率变化敏感性加权计算滤波反投影矩阵,最后利用一步牛顿迭代构成滤波反投影迭代重建算法,通过设置理想条件数G来修正Hessian矩阵,改善重建过程的病态程度,并对待重建数据进行标准化位置校正处理。实验结果表明,该算法成像速度快,重建出的图像具有较高分辨率,能够准确反映成像区域内仿真病变的大小及位置信息,且轮廓清晰,为颅脑磁感应断层成像技术应用于临床监护奠定了基础。     

两相流离散相浓度测量新方法的研究

本文提出了一种基于流动成像技术测量两相流离散相浓度的新方法。该法以阵列式电容传感器为信息获取手段。针对离散相浓度测量的自身特性和要求建立了一种新的图像重建模型。为克服图像重建过程中的不适定性问题,提出了一种正则化广义逆图像重建算法并引入修正滤波。相应的浓度检测系统具有简单、非侵入性、实时性能佳等优点。实验结果表明,该方法是可行的,浓度测量最大误差小于５％。