基于改进极小范数解的电容层析成像图像重建算法

提出了一种新的电容层析成像图像重建算法。在分析极小范数解的基础上，针对电容层析成像(ECT)逆问题的特点，利用正则技巧对其进行改进，并利用奇异值分解定理分析了这种改进的数值稳定作用。在此基础上，利用加权技巧建立新的目标泛函进一步改进极小范数解，并在求解该泛函的过程中采用正则技巧确保数值解的稳定性。数值实验表明，该算法是有效的，能够有效地克服ECT图像重建的数值不稳定性；而且该算法计算直接、无需任何复杂的技巧；就该文所考察的重建对象而言，其图像重建质量好于线性反投影算法(LBP)、标准Tikhonov 正则法和投影Landweber迭代法。从而为ECT图像重建提供了一种新的有效方法。     

基于改进Runge-Kutta型landweber的电容层析成像图像重建算法

针对电容层析成像(ECT)技术中的"软场"效应和病态问题,提出了一种改进的RungeKutta型landweber的电容层析成像算法。在分析ECT系统基本原理的基础上,推导出了解决电容层析成像问题的改进Runge-Kutta型landweber算法的数学模型,并采用迭代误差的单调性对算法的收敛性进行了分析。在此基础上探讨了ECT应用该算法的可行性,算法满足收敛条件且重建图像误差小。仿真和实验结果表明,该算法和LBP、landweber、最速下降法和共轭梯度算法相比,该算法兼备成像质量高、稳定性好等优点。     

基于快速投影LANDWEBER法的电容层析成像图像重建算法研究

提出一种新的基于快速投影Landweber法的ECT图像重建算法。算法采用两部分迭代，初期采用预置矩阵加速迭代，该矩阵通过优化步长广义逆预迭代得到；后期采用常规投影Landweber法稳定迭代。探讨了ECT应用该算法的收敛条件，该算法易满足收敛条件且预置矩阵参数选取简单。仿真和实验结果表明，与LBP、OIOR、投影Landweber算法相比，该算法兼备收敛稳定性好及收敛速度快等优点。     

基于介质交界线变差函数的电容层析成像全变差正则化算法

通过构造不同介质交界线的变差函数,将该函数作为罚函数项引入到电容层析成像（ECT）逆问题的正则化重构算法中,提出了一种基于全变差（TV）正则化的图像重建算法。仿真结果表明,该算法不仅保证了逆问题求解的适定性,而且同传统的2范数Tikhonov正则化方法相比,提高了介质非连续分布区域成像的辨别能力,使得不同介质之间的边界更加清晰。     

基于正则化参数优化和边界聚类的电阻抗成像研究

电阻抗成像是一种无损伤的功能成像技术,由于逆问题具有不适定性、不稳定性等特点,往往存在重构图像的分辨率不高、伪影较大等问题。将Tikhonov和全变量(TV)两种正则化算法的罚函数进行组合应用,提出将粒子群算法用于组合罚函数的正则化参数优化,把图像质量指标(artifact level, AL)作为粒子群算法的适应度值,从而确定最优正则化参数,通过牛顿迭代法获得电导率,为了进一步去除伪影,将Niblack算法与边界聚类算法相结合,对求得的电导率进行处理,得到最终的电导率分布。仿真和实测结果均表明,该方法重建的图像能够更加准确地反映电场内目标物体的位置信息,有效的抑制伪影,提高了重建效果。     

基于磁共振电阻抗成像技术的3维脑病变检测仿真

为避免成像物体在核磁共振成像系统(MRI)实际操作中的旋转难题,基于微分进化思想提出了一种3维磁共振电阻抗成像算法(MREIT),并采用单方向磁感应强度"测量值"在3维真实头模型上进行了仿真验证研究。结果表明:该算法可以对病变的真实头模型进行阻抗图像重构,且计算值和理论值之间的相对误差5%,具有较高的成像精度和空间分辨率;实时调整参数因子以适应算法,可以缩短重构时间,加快算法收敛性。因此改进后的算法具有很好收敛性,且成像质量较高,在临床应用上具有一定的可行性。     

向上查表法在多功能传感器信号重构中的应用

基于最小二乘法的基本原理和Moore-Penrose广义逆矩阵的基本性质,讨论了一种重构多功能传感器被测信号的方法--向上查表法(LUT).该算法可以用来解决三元被测量的重构问题,并考虑了测量矩阵的数据病态可能性.为了证明算法的有效性,建立了多功能传感器模型电路并给出算法应用的理论推导、实验结果和重构误差分析.     

多孔介质内燃烧的电容层析成像可视化测量及数值分析

运用电容层析成像(ECT)，以非侵入的方式，对多孔介质中火焰分布进行可视化测量。预迭代法进行图像重建，同时得到最快的成像速度和具有Landweber法的图像质量。ECT结果清楚显示了多孔介质中火焰的形状、尺寸和运动，成为多孔介质中燃烧可视化的一个突破。同时，利用FLUENT软件对通道型多孔介质内预混燃烧进行数值模拟。ECT成像结果与FLUENT模拟温度场分布情况进行比较，结果显示了这2个不同学科信息的良好吻合性，以及在燃烧研究中的互验性。此次研究的成果为多孔介质燃烧领域提供了新的研究方法、测量手段、以及有应用价值的数据。     

漏磁检测中的缺陷重构方法

漏磁检测技术中的缺陷重构方法是目前漏磁检测缺陷评估的研究热点与难点。在对漏磁检测缺陷重构进行概述的基础上,综述了现有的缺陷重构方法:开环逆向重构法和闭环伪逆重构法,并对这两类方法中常用的逆向模型、前向模型、优化算法及其特点进行了较为详细的介绍。指出了基于数据融合技术、图像处理技术和多缺陷综合评估的缺陷重构方法的研究发展方向。     

应用PIV技术对气固喷射器流场的试验研究

建立了气固喷射器射流流场特性研究的试验装置,采用PIV(粒子成像测速)技术对气固喷射器内部射流流场进行了测量,分析了整个喷射器内部流场的流动特性。结果表明,先进的PIV流场测量技术应用于气固喷射器射流流场特性研究的可行性。     

基于彩色CCD测量火焰温度场的算法误差分析

电荷耦合器件(charge coupled device,CCD)成像技术在火焰温度场测量中有广泛的应用,讨论基于CCD测量火焰温度场的反演计算误差。彩色CCD的三基色波段响应输出往往被简化为3个单色波长输出,并通过黑体实验或具体的保障3个基色波长假设在非灰性介质测量中的准确性。因此,以具有特定发射率表现的火焰诊断温度场测量为例,通过数值模拟计算,定量分析计算温度和发射率参数的相对误差分布规律。结果表明,发射率参数的计算相对误差要远远大于温度的相对误差。结论有利于采用CCD成像技术进行火焰温度场测量的计算准确性的改善。     

基于深度神经网络的电阻层析成像重建方法

电阻层析成像技术因其非侵入式测量特点、结果可视化的直观性和测量方法便捷性，被广泛用于医学造像，两相流工业检测和特殊材料检测。但其图像重建的逆过程由于固有的欠定性、病态特点，使得结果有一定偏差。针对该情况，设计了基于Resnet34改进的深度神经网络来求解电阻抗层析成像逆问题。通过设置场域内以像素点为中心，小范围内随机半径与电阻率分布变化强度，正向计算仿真32电极情况下各电极处边界电压，以此建立训练与测试数据集。经调参、训练后，该方法能较快收敛，并和高斯-牛顿法、全变差法以及Tikhonov正则化算法相比较，得到较好的判定性能。     

基于贝叶斯理论的电容层析成像图像重建迭代算法

提出了一种基于贝叶斯理论的电容层析成像(electrical capacitance tomography,ECT)图像重建算法。与现有的ECT图像代数重建算法不同,该算法将介质分布的先验信息和噪声信息等统计信息引入到ECT图像重建中。文中针对5种典型介质分布进行了数值仿真实验,结果表明该算法对于两相流中不同的介质分布均具有良好的适应性。迭代步数和先验概率的协方差取值对图像重建结果有较大影响。在迭代过程中,该算法所需的增益矩阵的更新不依赖于输入,因而可以离线预先计算,从而减小图像重建的计算压力,提高该算法重建速度。     

基于数字图像处理技术的绝缘子表面电荷测量标度问题的研究

如何实现对绝缘子表面电荷分布进行准确的测量,是高压绝缘领域一个重要的课题。针对这一问题,采用了一种基于数字图像处理的标度方法;在采用静电容探头法测量厚度一定的绝缘子表面电荷时可近似把整个测量系统按平移不平系统进行处理;通过作二维傅里叶变换,把传统的表面电荷测量标度过程转化到频域中完成。同时,为了提高标度的精度,结合数字图像处理中维纳滤波复原技术抑制测量中噪声项的影响。文中给出的算例表明,基于频域的标度方法可以大大地缩短标度计算耗时,并且在一定程度上改善了标度计算的精度。     

基于瞬态热传导反问题反演材料随温度变化的导热系数

基于瞬态热传导反问题,给出反演材料随温度变化的导热系数的一种新方法。在正问题中,采用有限元方法获得测点的温度值。在反问题中,将反演参数作为优化变量,将测点温度计算值与测量值之间的残差作为优化目标函数,通过极小化目标函数进行数值求解。将复变量求导法引入瞬态热传导反问题,计算灵敏度矩阵的各系数。通过几个算例说明了算法的有效性与精度,并研究了测量误差对反演结果的影响。结果表明,给出的反问题求解方法可同时反演多个参数,可以反演具有函数形式的导热系数,亦可不必事先知道导热系数随温度变化的函数形式、反演指定温度处的导热系数。当测量数据准确时,可得到高精度的反演结果;当测量数据存在一定误差时,仍然可以得到较满意的反演结果,说明该文方法具有较好的鲁棒性。     

基于最优未来时间步求解非稳态导热反问题

应用顺序函数法(sequential function specificationmethod,SFSM)研究利用未来时刻的温度测量信息反演非稳态导热系统表面热流问题。分析表面热流反演过程中未来时间步的优化问题,依据残差原理建立最优未来时间步的估算方法,并讨论了温度测量误差和测点位置对未来时间步的优化结果及表面热流反演结果的影响。数值试验结果表明,采用该文方法能够在综合考虑温度测量误差水平和温度测点位置等相关因素的基础上,恰当地选择未来时间步数,从而有效地改善表面热流的反演效果。     

A study on the accuracy of surface charge measurement

The measurement of accumulated surface charge for thick specimens requires multipoint probe outputs to establish the inverse calculation for the determination of an unknown charge distribution. Until now, studies on the various errors associated with the measurement have been conducted only for simplified arrangements mainly in axisymmetric geometry where the charged surface is parallel to the ground. We have numerically analyzed a model measurement set-up more comparable to practical conditions by a highly efficient surface charge method. We have studied the effect of probe position, the induction from charge existing not directly beneath the (probe) sensor and the difference in matrix components computed by two numerical methods. In particular, we have studied the accuracy of the reconstructed charge distributions by numerical simulations of the inverse calculation. It has been shown that the assumed measurement errors make much larger differences in the reconstructed charge distributions, although the influence depends considerably on the assumed charge distribution. Reducing the condition number of the matrix improves the accuracy of the inverse calculation for uniform and linearly changing charge distributions     

电气设备零件内部三维缺陷的定量红外识别算法研究

对带有缺陷的平板试件的内部传热建立了三维物理和数学模型，研究了不同缺陷尺寸、方位和导热系数时检测表面的红外特征，并根据Levenberg-Marquardt方法提出了通过表面红外测温确定内部缺陷尺寸、方位和导热系数的计算方法；分析了测量误差和缺陷导热系数对计算结果的影响。通过计算分析可以得到结论：三维缺陷的红外特征随缺陷尺寸、方位的变化关系与二维有所不同，不能简单地等同；该方法可以比较精确的确定内部缺陷的尺寸、方位和导热系数，测量误差对计算结果的影响较小；该方法适用于可用有限个参数来描述的各种形状的内部缺陷的检测和识别。     

基于Contourlet变换和分形插值的超分辨图像重构方法

为了提高图像信息的空间分辨率,考虑到Contourlet变换的多尺度多方向性及分形插值的纹理平滑效应,本文提出了基于Contourlet变换和分形插值的图像重构方法。该方法首先在Contourlet变换域上对图像进行分块处理,并对获得的每块信息进行分形插值,进而通过Contourlet反变换重构得分辨率更高的图像信息。实验仿真表明,与传统的基于小波变换及插值等图像重构方法相比,所提出的方法更好地保护了图像的边缘和细节信息,具有更高的峰值信噪比。     

格林函数法在电磁层析成像技术中的应用

EMT的逆问题求解很困难但也是必要的,采用格林函数法可以得到表示EMT多层媒质传感系统逆问题的积分式。合理忽略某些媒质层,可以得到简化了的逆问题的积分表达式,从而可构造图像重建算法,并得到了较好的重建结果。