粒子滤波算法在ECT图像重建中的应用

针对电容层析成像技术(ECT)的图像重建质量精度较低的问题,提出了一种基于粒子滤波的ECT图像重建方法。首先,分析了ECT图像重建基本原理,以系统状态估计的方式描述了ECT图像重建最优解的搜索过程,并建立了状态空间模型。然后,以线性反投影(LBP)算法的图像重建结果作为初始状态,利用测量信息对从状态空间中获取的随机样本进行最优加权,以获得重建图像的最小方差估计。最后,对5种不同的流型进行了仿真实验。实验结果表明,利用本文方法获得的重建图像误差平均值为42.93%,相关系数平均值为0.8139,比LBP算法、Landweber迭代算法和IMNSNOF算法得到的相应指标要好。本文方法是一种有效、精度较高的ECT图像重建方法,为ECT图像重建技术提供了新的途径和手段。     

基于加权SVD截断共轭梯度的ECT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,基于灵敏度矩阵的奇异值分解理论,提出了一种加权SVD截断共轭梯度的ECT图像重建算法,给出了算法的数学模型,完成了算法的收敛性分析和证明,并将其应用在电容层析成像系统的图像重建中。仿真和实验结果表明,同LBP算法和CG算法相比,该算法有成像效果好,成像速度快,易于实现等特点。     

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。     

基于极限学习机求解正问题的 ECT 图像重建

在电容层析成像(ECT)图像重建迭代类算法中,通常采用线性正问题求解,以加快重建速度,由此产生重建误差。针对这一问题,提出了基于极限学习机(ELM)的非线性ECT正问题求解方法,ELM网络输入为介电常数分布,其输出为预测的电容测量值。将该方法与传统的Landweber迭代算法相结合构成ELM-Landweber迭代算法进行图像重建。为使样本具有较好的代表性,物体分布位置及大小均随机生成,并计算相应的归一化电容值作为ELM网络训练及测试样本,对ELM-Landweber迭代算法进行了仿真与静态实验,并与传统Landweber迭代算法进行比较。实验结果表明,相较于传统Landweber迭代算法,采用ELM-Landweber迭代算法,其算法收敛速度显著提高,重建图像质量得到明显改善。训练样本的平均图像相对误差由0.728减小至0.504,测试样本的平均图像相对误差由0.596减小至0.475。     

基于改进正则法的ECT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,其解是不稳定的。为获得良好的重建效果,需要采用既保证解的稳定性且又能提高重建图像质量的算法。本文提出了一种新的图像重建算法。在分析标准Tikhonov正则法的基础上,针对ECT逆问题的病态性进行改进,并推导出两步图像重建算法：第一步利用标准Tikhonov正则法的计算值获得权矩阵的估计;第二步采用本文所推导的改进Tikhonov正则法获得最终的重建图像。数值实验表明,该算法所获得的图像重建质量得到了明显的提高,且该算法无需迭代,保证了算法实时性。     

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。     

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。     

改进正则化半阈值算法的 ECT 图像重建

针对电容层析成像技术应用于工业多相流管道检测时,图像重建中存在的不适定性、病态性问题,提出一种改进正则化半阈值算法。以L1/2范数为惩戒函数,改进求解L1/2范数所用的半阈值迭代算法中的阈值算子,并以加入加速项的Landweber算法解向量为修正向量,引入改进半阈值正则化模型,优化加速Landweber算法。实验的结果表明,改进正则化半阈值算法在重建图像中相关系数平均达0.91,图像误差平均降至0.21,成像速度保持0.04 s。复杂流型辨识中,改进算法比Landweber迭代算法相关系数提高21.67%,相对误差降低37.01%;比Tikhonov正则化算法相关系数提高22.61%,相对误差降低37.08%;比半阈值算法相关系数和误差分别提高14.85%和降低28.26%。结果表明改进正则化半阈值算法对ECT研究有较好应用前景。     

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.     

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。     

电容层析成像技术的研究进展与分析

电容层析成像(electrical capacitance tomography,ECT)技术是以医学CT技术为基础,伴随着计算机技术和传感器技术发展起来的一种过程层析成像技术。对ECT系统的各个组成单元和工程应用的研究成果进行分类,并逐类进行总结论述。比较了不同结构的电容传感器,并对传感器参数的优化方法进行总结。讨论了测量电容值的各种方法及其优劣性。在归纳主要图像重建算法及其改进方法的同时,还分析了典型算法的原理和流程。总结了ECT系统的各种主要工程应用和成功案例。在此基础上,指出了有待发展的若干研究课题及关键技术,并对某些发展方向予以展望。     

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。     

油气润滑ECT传感器的管道电容及其影响*

采用COMSOL软件建立油气润滑电容层析成像传感器的三维物理模型,推导计入管道电容的数学模型;定义管道电容影响系数,分析管道厚度和管道半径对其影响.在算法中计入管道电容对环状流进行图像重建,并对重建图像质量进行评价.研究结果表明:管道电容影响系数可以表征管道电容对测量电容的影响;管道厚度增加或管道半径减少,管道电容对测...     

用于两相流测量的ECT图像重构技术研究

电容层析成像技术(ECT)具有非侵入、响应速度快、成本低等优点,是用于两相流参数检测非常有发展潜力的技术之一。而图像重构是ECT系统研究的关键技术。该文利用有限元方法对12电极ECT系统进行建模仿真,进行正问题求解,获得了图像重构的样本数据;引入改进的径向基函数神经网络,建立了ECT图像重构算法,并在MATLAB平台上进行了仿真验证。结果表明,改进的径向基神经网络算法在图像重构准确度及速度方面有了明显提高。     

同心圆环区域电容层析成像传感器数目优化

针对同心圆环区域,设计了不同数目的组合电容层析成像传感器,以提高传感器在测量区域的空间分辨率。基于数值仿真,对内外径之比为0.2、0.3、0.4、0.5的4种同心圆环区域,采用了传统外层12电极和12-4、12-6、12-8 3种内外双层结构电极(IEE),研究了其成像特性。其中IEE传感器测量过程施行外部-对立-内部(EOI)和外部-对立(EO)两种激励策略,对几种典型的介质分布进行测量,并采用LBP、Tikhonov、Landweber算法开展图像重建。结合数值仿真和实验验证,结果显示内外双层电极测量随着同心圆环形区域内外径比增大,内层电极数目存在最优值,12-4型电极结构在不同环形区域的重建图像质量和稳定性更好。采用LBP算法进行成像时,EOI激励策略相比于EO激励策略在成像精度上略有优势;采用Tikhonov算法和Landweber迭代算法时,EO激励策略能有效避免异常电容值的影响,与IEE电极组合时能在不同内外径比的同心圆环区域测量中提高成像质量。