电阻抗成像交叉测量模式的抗噪声性能研究

电阻抗成像对噪声比较敏感,目前电阻抗成像主要采用相邻测量模式,其抗噪声性能比较差.交叉测量模式是在所有非电流注入电极对上做灵活选择,使得测量电压的幅值普遍高于相邻测量模式.在噪声源一定的情况,整体提高测量信号的信噪比.在仿真和实验当中,采用快速一步牛顿误差重构(FNOSER)静态和动态算法比较两种测量模式的重构图像质量.仿真和实验结果表明交叉测量方式优于相邻测量模式,该模式提高了信噪比,减小了测量电压的动态变化,重构图像伪迹较少,具有较好的抗噪声性能.     

一种单源电流激励方法的电阻抗成像仿真及实验

为电阻抗断层成像技术的实际应用选择一种较优的电流激励方法,本文研究了一种单电流源两电极对向激励方法。通过计算机仿真、物理模型实验和初步的动物实验,结合电阻抗成像的反投影算法,与传统的邻近电流激励的电阻抗成像进行比较研究,并分析图像质量、定位误差以及重构误差。结果表明,与邻近激励相比,基于对向激励方法的电阻抗成像的抗噪性能较好。因此在临床较强噪声环境下,对向激励方法更适合于电阻抗成像的实际应用。     

航空相机扫描镜系统的线性近似模型辨识

为深入认识摩擦对航空相机扫描镜系统频率响应特性的影响,获得更准确描述该系统真实动态的模型,使用随机相位多正弦信号测量了扫描镜系统的频率响应特性并进行了线性近似参数模型辨识.首先,介绍扫描镜系统辨识的实验平台与激励信号选择.然后,使用奇-奇频率随机相位多正弦信号分别测量扫描镜系统在非激励频率处和激励频率处的输出对输入信号幅值的依赖,从而定量评估摩擦非线性的影响.最后,基于信号采样均值及噪声采样方差、协方差估计辨识了扫描镜系统线性近似参数模型.实验结果表明,扫描镜系统的摩擦非线性主要出现在奇频率处,高于噪声10dB;系统的频率响应特性依输入信号幅值不同而各异,在低于20 rad/s频率区该差别尤为显著.由于摩擦非线性影响,扫描镜系统需要使用3阶模型描述;与正弦扫描方法相比,基于多正弦信号激励获得的参数模型可更好地描述扫描镜系统真实动态特性.得到的结果为控制器的设计奠定了基础.     

电阻抗成像技术在肺功能检测的研究进展

电阻抗成像技术(EIT)通过对电极施加安全的交流激励电流信号,测量其余电极对的电压信号,借助重构图像算法,利用采集到的电压数据重构肺部阻抗分布情况。EIT技术具有实时、无创、便携的特点,能够动态监测肺部功能,有利于辅助肺疾病的诊断和治疗。概括了肺功能EIT技术的发展历程与原理,并对EIT硬件系统、图像重建算法和临床应用的研究进展进行了总结和分析;对肺功能EIT技术发展方向和趋势进行探讨与展望。     

时空过采样系统及其在点目标检测中的性能仿真

从成像探测体制出发,对过采样扫描系统的光学系统、电子学系统等模块分别进行了数学建模,并对点目标和场景图像进行了仿真实验。仿真过程中提出了一种对有限图像大量分割代替连续图像的建模思想和方法,在matlab环境中对源点目标图像和场景以及探测器扫描积分过程进行仿真,并对过采样图像进行图像融合。仿真结果给出了不同过采样倍数以及点目标位于不同相位时的信噪比变化和信噪比随积分时间增长的变化曲线。仿真结果表明,过采样探测系统融合后的图像虽然能够增大点目标在图像上的尺寸,但融合后的图像会增大高频噪声,造成检测概率降低,虚警率增大。文章最后给出了利用小孔模拟点目标成像的实验,进一步证实了仿真结果的正确性,说明时空过采样系统并不适合用于点目标检测。     

飞点扫描X射线背散射系统研究

围绕车辆贩运违禁品的精确、快速查缉需求,开展了小型化、低辐射的飞点扫描X射线背散射系统研究。设计了小型化飞点扫描X射线背散射系统的斩波机构、背散射探测器。利用研制的系统开展了X射线背散射成像实验,研究了X射线能量、功率对系统成像对比度和信噪比的影响。实验表明,系统成像分辨率约为2 mm,能够准确检测出隐藏在陶瓷物品中的毒品模拟物。小型化飞点扫描X射线背散射系统的研究可为车辆安检难题和降低检测中的辐射危害提供参考。     

基于数字处理的频差电阻抗成像系统设计

电阻抗成像(EIT)作为一种功能医学影像技术,可以反映组织功能的变化.在已有研究的基础上,开发一种体积小、功耗低、高速、频带宽、具有扫频和混频2种激励方式的电阻抗成像系统,应用于人体胸腹部疾病的早期筛查.该系统采用8×8电极阵列,用高性能FPGA为核心,使得激励源控制、数字频率合成、信号预处理、高速相敏检波、快速傅里叶变换解调测量信号等功能集成在单一的芯片中,减小了系统的复杂性,提高了可靠性和可移植性.在图像重构中,使用可靠性较高的正则化算法抑制电阻抗成像逆问题解的振荡,从而重建过程趋于稳定,提高了目标空间分辨率和成像深度.     

体三维成像的螺旋扫描系统设计

提出了一种可产生稳定、均匀的投影空间,并由伺服电机驱动阶梯轴,带动屏旋转的双螺旋屏扫描系统,以实现体三维实时、高清晰成像。对比分析了扫描屏结构的成像特点,设计了屏结构的加工方案。采用半透明高强度的光敏树脂材料和缕空支撑墙体快速成型直接制造。通过Solidworks软件进行螺旋扫描屏的三维建模,并利用COSMOSWorks模块进行稳定运行的可行性分析。仿真结果显示,屏在600r/min恒速旋转时产生的最大位移数据为0.013mm,远小于人眼视觉可分辨的范围,可以满足成像空间设计需求。最后,结合现有的工程技术与工艺水平,建立了双螺旋屏扫描系统的物理平台。实验结果表明,该螺旋屏扫描系统形成的25cm×Ф50cm的柱型成像空间,可以呈现出清晰的体三维图像。     

基于直接数字频率合成的混合频率恒流源设计

对比已有的混合频率恒流源实现方式,提出一种灵活性好、稳定性高的实现结构。从系统组成角度分别介绍直接数字频率合成、电压控制增益放大器、电压控制电流源三个模块及其实现方法。从仿真及实测结果看,设计的恒流源能够达到较高的输出阻抗。通过实测电流的时域波形图及频谱图分析,恒流源能输出混合任意两种频率正弦波形的电流,且噪声水平较低。该设计在三维多频电阻抗成像系统中得到良好的应用,可提高成像系统的测量速度及精度,并使电阻抗成像技术有效应用于阻抗变换快的检测对象。     

用于电阻抗谱测量的脉冲式方法的研究

为了将电阻抗谱应用于复合材料构件的异常检测,针对被测对象电阻抗谱的测量,提出一种不同于传统扫频方式的脉冲式方法.采用软/硬件协同设计方法设计并实现基于现场可编程门阵列(Field programmable gate array,FPGA)的脉冲式检测系统.该系统能产生频率和脉宽可调的方波脉冲作为敏感电极的激励信号,基于FPGA芯片实现了一种能对瞬态响应电流曲线进行高速采集的步进采样方法,对采集到的电流曲线作进一步的处理以获得被测对象的电阻抗谱.为了验证脉冲式检测系统用于电阻抗谱测量的可行性和有效性,对Randles单元模型及双弛豫时间等效电路模型电阻抗谱的测量进行试验研究,并与理论计算得到的电阻抗谱进行了对比分析.初步的试验结果表明,脉冲式检测系统能有效地提取被测对象的电阻抗谱信息,所提出的方法用于测量被测对象的电阻抗谱是可行的和有效的.