基于CS-GPSR的电容层析成像图像重建算法

提出将基于压缩感知(CS)理论的稀疏梯度投影(GPSR)算法应用于电容层析成像(ECT)图像重建过程中.采用离散Fourier变换(DFT)基将原始图像灰度信号进行稀疏化处理;将ECT灵敏度矩阵的各行按随机顺序进行排列,得到ECT系统观测矩阵,同时将测量电容向量的各行按相同顺序进行排列,得到观测投影向量;使用GPSR算法进行图像重建.仿真实验结果表明:基于CS理论的GPSR(CS-GPSR)算法重建图像质量明显优于LBP算法和Landweber迭代算法.本文所述算法可实现较高精度的图像重建,为ECT图像重建的研究提供了一种新的手段.     

基于双循环改进landweber电容层析成像图像重建

针对电容层析成像(ECT)技术中反问题(即图像重建)的不适定性,以8电极电容层析成像系统为对象,在分析Landweber算法原理的基础上,根据Frozen Landweber 迭代法,将基于权重因子的landweber算法进行内外双循环,获得一种迭代次数较少、收敛速度较快、重建图像质量较佳的改进算法,并将改进算法应用于ECT图像重建。数值仿真结果表明,对各种流型,改进算法在重建图像的客观评价指标及主观效果上均有明显改善,且对初值具有不敏感性,体现其实际应用价值。     

基于局部能量的电容层析成像图像融合方法

针对电容层析成像技术的"软场"效应和病态问题对重建图像精确度的影响,在分析电容层析成像基本原理和成像算法的基础上,提出了一种基于局部能量的电容层析成像图像融合方法。该方法以线性反投影、Landweber和共轭梯度算法作为图像重建的基础,利用各个图像的互补特性,经对重建的图像小波分解后,分别采用基于局部能量和加权平均算子融合规则对分解后图像的高频系数和低频系数进行图像的融合,得到准确度更高的成像结果。仿真实验结果表明,融合后成像精确度得到明显提高,缩小了误差,图像更接近原型,为ECT图像重建的研究提供了一个新的方法。     

基于模糊阈值分割的ECT图像重建方法

电容层析成像(ECT)技术是近年来发展较快的过程成像技术之一,图像重建算法是其应用的关键。但由于ECT的软场特性,重建的图像往往具有边界模糊效应。提出一种基于模糊阈值的ECT图像重建方法。该方法采用Landweber法进行图像重建,引入模糊阈值法确定重建图像的最佳阈值。采用仿真实验对该方法进行了验证,结果表明:该方法重建图像精度较高,具有较大的实用价值。     

基于修正隐式Landweber方法的ECT图像重建算法

针对电容层析成像(ECT)技术中存在的软场效应及病态问题,提出一种基于修正隐式Landweber的电容层析成像算法。在分析电容层析成像系统基本原理的基础上,给出隐式Landweber方法解决ECT图像重建问题的求解公式,并对该公式进行迭代修正。同时对修正后的隐式Landweber电容层析成像算法的收敛性进行分析。仿真实验结果表明,修正隐式Landweber方法在解决ECT图像重建问题上,其精度与速度均优于经典Landerber、LBP等方法,且实现简单、稳定性好。     

电容层析成像图像重建算法研究

图像重建算法是电容层析成像系统的关键技术之一,是改善重建图像质量的重要因素.在正则化的基础上提出了一种基于QR分解的电容层析成像算法,该方法首先将离散化和线性化处理后的电容层析成像物理模型进行Tikhonov正则化处理,然后将QR分解的思想引入电容层析成像方程中求解出初始图像,然后再对初始图像进行优化修正提高重建图像质量.成像结果表明,图像重建结果与实际相符,图像质量得到了改善.     

电容层析成像系统传感器仿真研究

ECT技术是多相流检测领域中的一项新技术,主要用于识别一个封闭管道内两相流/多相流系统中各个相成分分布问题。采用一种新的方法,通过电磁场有限元仿真软件COMSOL,对电容层析成像系统进行图像重建与仿真研究。构建了ECT的不同电极模型,分别对四种典型流型进行了图像重建;通过对离散介质场域的仿真研究,分析了电极数目、屏蔽罩、径向电极对重建图像质量的影响;对气液固三相流进行了图像重建,获得了满意的重建结果。     

基于改进果蝇优化算法的ECT图像重建方法

电容层析成像(ECT)的反问题具有严重的不适定性,因此经典算法的重建结果往往精度不足,并伴有很多伪影。为了提升重建图像质量,考虑将果蝇优化算法(Fruit Fly Optimization Algorithm,FOA)应用在ECT图像重建上。FOA作为群智能搜索算法,具有原理简单、参数设置少、容易实现等优点,但是容易陷入局部最优。针对该问题,作者提出一种改进果蝇优化算法,通过与Tikhonov正则化算法相结合求解ECT图像重建问题。为了验证新算法的有效性,选择五种流型作为重建目标,并将LBP算法、Tikhonov正则化算法以及Landweber算法的重建结果作为对照组。仿真实验结果表明,本文算法可以有效提高图像重建精度,重建图像在相对误差和相关系数方面均有所提升,验证了该算法的有效性。     

基于动态参数的Tikhonov方法在电容成像图像重建中的应用

该文针对电容成像(ECT)图像重建问题的病态性,采用Tikhonov正则化方法进行图像重建,并选用三种方法动态选择正则化参数。仿真结果表明对某些流型分布,用文中所述方法得到的重建结果优于目前普遍使用的线性反投影(LBP)算法。该方法为提高ECT图像重建质量提供了新的途径。     

平面ECT成像上位机软件设计

平面电容层析成像（Electrical Capacitance Tomography,ECT）技术可以基于电容的边缘效应,通过图像重建的方式,从单一方向实现对复合材料粘接缺陷的可视化检测。平面ECT成像系统主要由平面ECT传感器、电容数据采集器和成像上位机组成。文章主要介绍12极板平面ECT成像系统中成像上位机软件的设计,利用基于C++编程语言的Qt软件平台编写成像上位机软件,通过串口通信从电容数据采集器获取图像重建所需要的投影数据,然后调用一定的图像重建算法将空间介质分布的重建图像显示在界面上,实现了与下位机之间的通信、人机交互和在线成像等功能。     

基于多尺度融合的蜂窝复合材料缺陷检测网络

针对航空蜂窝板复合材料外部蒙皮破损导致内部产生泥沙、积水以及裂纹等影响飞行安全的问题,提出采用电容层析成像技术(ECT,electrical capacitance tomography)进行蜂窝板复合材料缺陷检测;针对平面ECT成像精度低的问题,通过构建多尺度融合策略、残差编码解码融合模块,引入一种新的池化模块(Soft-pool)等形成多尺度残差编码解码路径的深层神经网络(Ms RED,multi scale residual encoding and decoding paths),使最终的结果完全融合解码阶段学到的特性,对使用共轭梯度成像算法的重建图像进一步改善;结果表明,应用平面ECT技术可以实现蜂窝材料的缺陷检测,通过Ms RED网络可以提升图像重建效果,更清晰重建出蜂窝结构缺陷图像.     

改进敏感场的电容层析成像图像重建算法

针对电容层析成像系统中敏感场的“软场”特性,提出了一种基于成像敏感场灵敏度均值滤波的Landweber图像重建算法。该算法是通过模板卷积的方式对敏感场灵敏度进行邻域平均,降低靠近极板区域的灵敏度,提高管道中心区域的灵敏度,部分消除了因敏感场不均匀对图像重建质量的影响,提高图像重建精度。仿真结果表明,该算法在图像重建精度和收敛速度上均优于传统的Landweber图像重建算法。     

Fuzzy clustering based ET image fusion

Electrical tomography (ET) is a technique to visually reconstruct inhomogeneous medium distributions by injecting currents or voltages at the boundary of the medium and measuring the resulted changes in the investigated fields. The ET techniques have been widely used in industrial practices owing to the low cost, rapid response time, non-existent radiation exposure, and non-intrusive characteristics comparing to other tomographic modalities. However, the spatial resolution of ET images using single modality or single-driven patterns (adjacent pattern vs. opposite pattern for imaging reconstruction) is low, which may limit its applications. In this research, the application of fuzzy clustering based fusion techniques for ET imaging is studied. Both multi-modality imaging and multi-driven patterns are of interest. Specifically, two modality images are fused: Electrical Capacitance Tomography (ECT), which performs well for imaging material of large permittivity difference, and Electrical Resistance Tomography (ERT), which is suited for imaging materials having large conductivity differences. The research also explores the fusion of adjacent and opposite patterns for either ECT or ERT modalities. Experiments show that the proposed method can construct high quality ET images by discovering the strong complementary natures of the modalities and/or driven patterns.     

电阻/电容信息融合成像系统的硬件电路设计

为了实现工业生产过程中更准确的参数计量和更精确的过程可视化测量,经过对电成像技术和多传感器信息融合技术的研究,提出了一种电阻／电容成像信息融合成像系统的硬件电路。该电路具有分别获取电阻和电容成像信息的功能,并且可以在适当的时序控制下将成像信息稳定地传送到计算机进行成像。通过对电路原理的理论分析和稳定性测试表明,该电路可以获取较可靠的成像信息,因而适用于电容电阻复合式成像系统,并能应用于各种工业生产。     

基于双边滤波的多尺度图像融合

提出一种彩色图像和近红外图像的融合算法,先给出一种改进核函数的双边滤波器,然后应用该双边滤波器和高斯滤波器相结合多次作用于彩色图像和近红外图像,得到低频图像、边缘图像、细节图像等不同尺度的图像,在不同尺度图像融合的权重选择上,提出一种自适应的权重选择法。该方法综合考虑参与融合的各像素点的邻域来确定各点权重,不仅抑制了融合图像噪声,还使融合图像色彩更贴近原彩色图像。实验表明该方法得到的融合图像具有符合人眼观测习惯的颜色信息,此外融合图像的纹理、边缘等细节信息比原彩色图像更丰富。     

基于互补信息特征的SAR与可见光图像融合研究

由于成像方式及波谱接收段的不同,合成孔径雷达SAR（synthetic aperture radar）与可见光图像所反映的信息有很大差异,图像之间相关性弱,且互补性明显。因此在图像融合时,应该根据其互补性信息特征各取所长。在研究了一些现有融合方法的基础上,提出了一种基于互补信息特征的SAR与可见光图像融合方法。首先通过基于像素邻域的能量统计特性融合SAR与可见光图像,将SAR图像中的重要目标信息加入到可见光图像中,然后再利用小波变换进行二次融合,充分加入原始图像的边缘细节信息。实验结果表明,该融合方法有效。     

不同曝光值图像的直接融合方法

提出了一种直接从同一场景多次不同曝光值下成像的LDR(low dynamic range)图像序列中提取每个像素位置最佳成像信息的图像融合方法,可以在无需任何拍摄相机参数及场景先验信息的情况下,快速合成适合在常规设备上显示的HDR(high dynamic range)图像.该方法利用特殊设计的鲁棒性曲线拟合算法建立LDR图像序列中每个像素位置像素值曲线的数学模型,并由此给出评价单个像素成像时曝光合适程度的标准和融合最佳成像像素信息的方法.对不同场景的大量实验结果显示,该方法的计算结果与传统HDR成像技术经过复杂的HDR重建和色调映射计算后得到的结果相当,但具有更高的计算效率,并同时对图像噪声、相机微小移动和运动目标的影响具有较好的鲁棒性.     

应用引导滤波器和成像系统特性的多光谱与全色图像融合算法

为了提高多光谱与全色图像融合的质量,提出一种应用引导滤波器和成像系统特性的多光谱与全色图像融合算法。该算法采用引导滤波器建立降质全色图像与多光谱图像的关系,进而利用这种关系对多光谱图像进行插值;再对待融合的多光谱和全色图像进行区域划分和NSCT变换,然后结合LCCS、FOCC和图像成像系统特征对图像高频系数进行区域融合,最后进行逆NSCT变换得到融合图像。实验数值表明,该算法在充分保留了多光谱图像光谱信息的同时,尽可能多地注入了全色图像的细节信息,提高了多光谱图像的融合效果。     

地球观测1号高光谱与全色图像融合的最佳方法

受制于成像原理及制造技术等因素,航天高光谱遥感图像的空间分辨率相对较低,为此提出将高光谱图像与高空间分辨率图像进行融合处理,设计最佳的增强高光谱遥感图像空间分辨率的融合算法。针对地球观测1号(EO-1)Hyperion高光谱图像和高级陆地成像仪（ALI）全色波段图像的特点,从9种具体遥感图像融合算法中选用4种融合算法开展山区与城市的数据融合实验,即Gram-Schmidt光谱锐化融合法、平滑调节滤波(SFIM)变换融合法、加权平均法（WAM）融合法和小波变换（WT）融合法,并分别从定性、定量和分类精度三方面对这些方法的融合效果进行综合评价与对比分析,从而确定适合EO-1高光谱与全色图像融合的最佳方法。实验结果显示：从图像融合效果看,在所采用的4种融合方法中,Gram-Schmidt光谱锐化融合法的效果最好;从图像分类效果看,基于融合图像的分类效果要优于基于源图像的分类效果。理论分析与实验结果均表明：Gram-Schmidt光谱锐化融合法是一种较为理想的高光谱与高空间分辨率遥感图像的融合算法,为提高高光谱遥感图像的清晰度、可靠性及图像的地物识别和分类的准确性提供有力的支持。