电容层析成像中图像重建算法评述

电容传感器具有非侵入、响应快、低成本、测量范围宽及易于安装等特点,在多相流在线检测中具有良好的发展前景。 电容层析成像中图像的重建算法与技术,是其在工业实际中得以应用的关键。近年来在图像重建方面的研究取得了较大的进 展,Tikhonov正则法,基于LBP迭代法、Landweber迭代法、同步迭代法及神经元网络法等对图像重建精度比LBP方法都有 了明显的提高,但其重建速度有待于进一步提高以适应在线应用。     

动态电容层析成像图像重建算法

提出了融合ECT测量信息和被测对象动态演化信息的新型图像重建模型;基于Tikhonov正则化方法,建立一个同时考虑了ECT测量信息、被测对象动态演化信息、时间与空间约束的新型图像重建目标泛涵,将图像重建问题转化为最优化问题;提出了集成分裂Bregman迭代法优势的新型算法求解该目标泛涵。数值仿真结果表明,所提出的图像重建算法其图像重建质量均优于OIOR算法、STR算法及PLI算法;同时由于所提出的图像重建算法同时考虑了测量数据和重建模型的不精确性,其抵抗测量噪声的能力得以提高。     

基于预优化变换的电容层析成像图像重建算法

本文提出了一种新型快速电容层析成像的图像重建算法。该方法首先将图像重建的病态问题转化为泛函极小化问题，然后采用Fletcher-Reeves算法（FR）有效地求解该泛函，并在求解的过程中引入物理意义上的约束使获得的解更符合实际情况。数值实验表明该算法的图像重建效果优于线性反投影法、Tikhonov正则法和Landweber迭代法，而且该算法具有较强的抗噪声能力。     

用于电容层析成像的一步稳定图像重建算法

本文提出一种基于Landweber迭代的电容层析成像系统一步稳定图像重建算法。该算法通过构建压缩算子可以克服传统Landweber迭代方法存在的半收敛性,得到稳定的重建图像。同时该算法的矩阵算子可以预先计算,然后通过一步矩阵运算实现图像重构。实验结果表明,该算法可保证重建图像的实时性和鲁棒性。     

电容层析成像图像重建中的迭代算法

电容层析成像技术中图像重建算法的准确与快速是其在工业实际中得以应用的关键。Landweber方法是一种简单、灵活的迭代算法，具有很好的正则化特性，它的投影变体能够提供非负的图像重建。Landweber算法实际应用的困难是其收敛速度太低。本文采用预处理方法来加快Landweber迭代方法的收敛速度，即通过较少的迭代次数，获得适当的重建结果。仿真实验表明，同经典的快速算法共轭梯度迭代方法相比，预处理Landweber迭代方法具有更好的重建图像质量。     

正则化优化修正的电容层析成像图像重建算法

提出一种基于正则化优化修正的电容层析成像图像重建算法。首先利用 Tikhonov正则化法求解系统的逆问题 ,解决逆问题解的不适定性 ;然后利用优化修正法对初始图像进行修正 ,以提高重建图像的质量。实验结果表明 ,该法在重建图像质量和图像重建速率两方面均具有优势。     

电容层析成像系统图像重建新算法的研究

快速而又具在一定精度的图像重建算法是电容层析成像（ＥＣＴ）技术的关键。本文提出一种用多元线性回归法建立ＥＣＴ系统正向模型,用正则化法获得图像重建这一不适宜逆问题稳定解的图像重建新算法。仿真结果表明该方法能快速而较高精度地重建出两相流断层图像。     

基于改进信赖域的电容层析成像图像重建算法

针对电容层析成像技术中的"软场"效应和病态问题,提出了一种改进信赖域的新电容层析成像算法。在分析电容层析成像基本原理的基础上,推导出了求解ECT反问题的信赖域算法的计算步骤,同时利用BFGS公式对迭代过程中产生的Hesse矩阵进行校正。在此基础上对信赖域算法的收敛性进行了分析和证明,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,和LBP、Landweber和共轭梯度算法相比,对于简单流型该算法兼备成像质量高、边界均匀稳定等优点,为ECT图像重建算法的研究提供了一个新的方法。     

电容层析成像图像重建的总变差正则化算法

针对电容层析成像（ECT）逆问题解的不适定性,本文提出一种基于总变差（total variation,TV）正则化的图像重建算法。同传统的2范数Tikhonov正则化方法相比,该算法（基于1范数正则化）不仅保证了逆问题求解的稳定性,而且提高了对介质非连续分布的区域成像的分辨能力,具有良好的保边缘性。仿真及实验结果表明,该算法在重建图像质量和重建速度两方面均具有优势。     

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.     

一个基于Quantile估计的电容层析成像图像重建算法

电容层析成像图像重建是一个典型的病态问题,它的解是不稳定的。为了获得有意义的重建结果,能够保证解的稳定性而又能提高重建图像质量的方法应该被采用。本文提出了一个新的电容层析成像图像重建算法。在分析标准Tikhonov正则法的基础上,针对ECT逆问题的病态特点利用Quantile估计和加权l_p范数构建扩展的目标泛函,将图像重建问题转化为一个最优化问题;在此基础上用Newton法求解该泛函。数值实验表明该算法是可行的,能够有效克服ECT图像重建的数值不稳定性。就本文所考察的重建对象而言,该法所重建图像的空间分辨率得到了提高。而且该算法计算直接、无需任何复杂的技巧,从而为ECT图像重建提供了一种有效的方法。     

一个基于1范数的电容层析成像图像重建迭代算法

电容层析成像因具有快速、廉价、非侵入传感等优点而被认为是具有广阔发展前景的过程成像技术.电容层析成像图像重建是一个典型的病态问题,它的解是不稳定的.为了获得有意义的重建结果,能够保证解的稳定性而又能提高重建图像质量的方法应该被采用.本文提出了一个基于1范数稳定的电容层析成像图像重建算法.将图像重建问题转化为一个最优化问题,并对目标泛函采用光滑逼近.在此基础上用Newton法求解该目标泛函.数值实验表明该算法是有效的,能够有效克服ECT图像重建的数值不稳定性,就本文所考察的重建对象而言,该法所获得的重建图像的质量有了一定的提高,从而为ECT图像重建引入了一种有效的方法.     

基于加权奇异值分解截断共轭梯度的电容层析图像重建

针对电容层析成像技术(ECT)中的"软场"效应和病态问题,提出了一种基于加权奇异值分解(SVD)截断共轭梯度的电容层析(ECT)图像重建算法。阐述了电容层析成像工作原理,提出了12电极ECT系统的测量方法。在分析灵敏度矩阵的奇异值分解理论的基础上,推导出了加权SVD截断共轭梯度的数学模型,并利用Tikhonov方法进行正则化加权处理。最后,分析了算法的收敛性,并将其应用于电容层析成像系统的图像重建中。实验结果表明,对于层流,截断共轭梯度算法的平均误差能达到27.54%,全部流型平均迭代步数达到13步,与LBP、Landweber和CG算法比较,该算法具有成像效果好,成像速度快,易于实现等特点。     

基于自适应模拟退火及LM联合反演算法的ECT图像重建

为解决电容层析成像技术(ECT)中图像重建的非线性和病态性问题,提出了一种自适应模拟退火-Levenberg Marquardt(ASA-LM)联合反演算法.改进了标准模拟退火(SA)算法的新解生成策略、能量函数的定义及退火策略,并结合LM的直接局部搜索方法联合反演ECT图像重建问题.同时,利用Savitzky-Gol...     

A nonlinear fuzzy assisted image reconstruction algorithm for electrical capacitance tomography

A nonlinear method based on a Fuzzy Inference System (FIS) to improve the images obtained from Electrical Capacitance Tomography (ECT) is proposed. Estimation of the molten metal characteristic in the Lost Foam Casting (LFC) process is a novel application in the area of the tomography process. The convergence rate of iterative image reconstruction techniques is dependent on the accuracy of the first image. The possibility of the existence of metal in the first image is computed by the proposed fuzzy system. This first image is passed to an iterative image reconstruction technique to get more precise images and to speed up the convergence rate. The proposed technique is able to detect the position of the metal on the periphery of the imaging area by using just eight capacitive sensors. The final results demonstrate the advantage of using the FIS compared to the performance of the iterative back projection image reconstruction technique.     

Split Bregman iteration based image reconstruction algorithm for electrical capacitance tomography

Practical applications of the electrical capacitance tomography (ECT) rely mainly on the effectiveness of reconstruction algorithms. In this paper the solution of the inverse problem with the focus on the ECT imaging is reformulated to be an optimization problem by introducing a new loss function with regularizes encoding multiple features of solution. An iterative scheme that decomposes a complex optimization problem into several simpler sub-problems is developed to solve the proposed loss function, in which the linearization approximation and the acceleration strategy are introduced to improve numerical performances. Numerical experiments validate the effectiveness of the proposed imaging method in tackling the ECT inverse problem.