改进Landweber电阻层析成像图像重建算法

为了克服电阻层析成像系统不适定性的影响,提高图像重建质量,提出一种改进Landweber电阻层析成像图像重建算法。利用基于粒子群算法的改进遗传算法,对敏感场均匀分布时灵敏度矩阵进行预处理,降低其条件数,改善其病态性,并应用于两相流典型流型图像重建。仿真实验结果表明,改进算法可将敏感场均匀分布时灵敏度矩阵条件数降低98.15%,有效提高了图像重建质量。     

一种改进牛顿-拉夫逊ERT算法

为了满足电阻层析成像(electrical resistance tomography, ERT)技术在实际应用时对修正牛顿-拉夫逊算法逆问题求解精度的要求,从初始值、正则化因子调整、灵敏度矩阵更新、阈值优化等方面进行了改进。利用可实现离线优化与计算的改进Landweber预迭代算法获得算法初始值,然后在逆问题求解过程中,按概率采取不同的策略调整正则化因子,同时根据正问题计算结果自动更新灵敏度矩阵,最后以进一步减小敏感场边界电压计算值与测量值的误差为优化目标,利用改进遗传算法优化重建图像阈值,进而得到敏感场域内电阻率分布的最优值。仿真结果验证了上述措施的有效性。     

基于Deflation技术的预调制Restarted GMRES算法

电学层析成像的图像重建需要对逆问题进行求解,而求解过程中存在着非线性、欠定性以及病态性严重等难题,使得图像重建可能不收敛,或者致使收敛,但获得的图像分辨率较低。针对现有的一些图像重建算法,提出基于Deflation技术的预调制Restarted GMRES算法,在原有full GMRES算法基础上,提高了收敛速度以及图像成像分辨率,并通过仿真实验证明。     

基于改进FOCUSS算法的电容层析成像算法研究

针对电容层析成像(electrical capacitance tomography,ECT)逆问题求解的病态性和不适定性,在压缩感知(compressed sensing,CS)的基础上,提出一种改进FOCUSS的ECT重建算法。采用离散余弦变换(DCT)基将原始图像灰度信号进行稀疏化处理,在使用正则化FOCUSS算法求解的过程中引入拟牛顿法逼近求解中间稀疏变量,以提高信号重构的准确性。仿真实验结果表明,同LBP、Tikhonov和Landweber和FOCUSS算法相比,改进的FOCUSS算法能够有效区分物场中的不同介质,改善图像过度平滑的问题,减小图像误差至0.23,提高图像相关系数至0.80,具有更好的成像效果,为ECT图像重建算法的研究提供新的思路。     

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。     

基于贝叶斯理论快速ERT图像重建算法

针对电阻层析成像系统中图像重建不适定问题,与现有ERT图像代数重建算法不同,提出一种基于贝叶斯理论快速一步动态图像重建算法。在阐述电阻层析成像的理论基础上,利用有限元方法建立敏感场数学模型,得到灵敏度矩阵和投影数据。在分析贝叶斯理论基础上,推导出快速一步动态图像重建模型,并将介质分布的先验信息和噪声随机信息等统计信息引入到图像重建中,实现对电导率的重建。分析了不同分布先验概率参数和不同噪声信噪比等影响因子对算法重建结果的影响,并与高斯牛顿迭代、贝叶斯迭代重建算法相比较。结果表明,所提算法重建速度有很大提高,并能较好反映被测介质的相对位置。     

基于模拟退火粒子群优化算法的ECT图像重建方法研究

电容层析成像系统中,其反问题的“病态性”特点,导致传统图像重建算法的重建结果伪影现象严重。粒子群算法(Particles Swarm Optimization, PSO)作为智能算法的一种,具有易实现,收敛快等显著优点,缺点也很明显,即粒子易收敛于局部最优解。将模拟退火算法与粒子群搜索算法相结合,利用模拟退火算法中的概率突变能力,能够有一定概率跳出算法的局部最优解。设计了五种不同的典型流型并进行了仿真实验,利用所提算法与LBP算法、Tikhonov算法、Landweber迭代算法以及标准PSO算法分别对其进行了图像重建。仿真实验所得到的主观结果和客观数据均表明,所提算法可以有效减少重建图像中的伪影,明确图像形状,提高重建图像质量,使得图像重建结果更加接近原始流型。     

基于场量提取法的电磁层析成像系统的灵敏度推算

电磁层析成像技术(EMT)是一种新型的电学层析成像技术,它通过测量激励和接受线圈之间的互感变化而实现物场区域内电导率和磁导率分布的图像重建.灵敏度的计算是电磁层析成像技术的关键环节,是图像重建的必备条件,灵敏度计算的准确性直接影响到最终的成像精度.采用场量提取的方法计算了EMT系统的灵敏度.理论上,首次完整地推导出了E...     

基于改进逆滤波的衍射成像光谱仪图像复原方法

针对在衍射光谱仪(DOIS)成像中离焦谱段对准焦谱段成像造成干扰而导致的图像模糊问题,提出一种改进的逆滤波复原方法,旨在解决逆滤波中存在的不适定问题,并利用该方法对衍射光谱图像进行复原。改进的逆滤波算法通过引入正则化矩阵来改变原始问题的求解形式,将逆滤波函数进行正则化,从而减弱噪声对图像复原效果所产生的影响。通过将图像复原过程转换为矩阵求逆的过程,并在SVD算法求解过程中添加规则滤波器的方法,来调节正则化矩阵的形式以及参数的大小,达到了减弱矩阵的病态性并取得较优的复原效果的目的。实验结果表明,该方法能够有效地对衍射成像光谱仪图像进行复原,在一定程度上提高了拉普拉斯梯度以及图像质量指数(QI)值,同时减小了均方根(RMSE)值。所提方法能够抑制噪声干扰,增强图像清晰度,复原出与参考图相似度更高的单谱段图像,并能够获得更好的光谱曲线,有助于分析出地貌特征。     

基于IQRD-RLS的自适应均衡算法在DS-SS系统的应用研究

提出一种基于逆QR分解的RLS自适应算法(IQRD-RLS),该算法能有效降低计算复杂度、改善矩阵条件数,具有比基于相关矩阵的最小二乘算法有更好的数值稳定性。通过用Matlab仿真结果表明,逆QR分解方法避免了RLS问题的不准确求解问题,并且很容易随时检查变换信息矩阵的正定性。     

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。     

基于最大期望算法的电阻抗成像系统的图像重建

电阻抗成像EIT(Electrical impedance tomography)技术利用不同媒质具有不同的电导率这一物理基础,通过测量目标场在一定电刺激下所呈现出的电特性,推导出目标场内部的电导率分布信息,进而推知该场中媒质的分布情况。EIT图像重建问题是一个非线性的病态逆问题,且测量系统往往存在噪声,使重建图像中存在伪影,传统的正则化方法对重建图像伪影的抑制能力有限。本文将一种统计学方法,即最大期望EM(expectation maximization)算法应用于EIT逆问题求解。它将EIT的数学模型转化为非负约束极小化问题,并通过梯度投影简化牛顿算法GPRN(gradient projection-reduced Newton iteration method)求解该问题。与传统的Tikhonov算法和共轭梯度算法CG(conjugate gradient)相比,有效地抑制了重建图像中伪影的产生。仿真和实验结果表明,EIT系统可以通过EM算法获得高质量的重建图像。     

用线性神经网络映射光学过程层析成像的逆问题

过程层析成像 (Process tomography)的逆问题也称为成像算法 ,它不仅需要反映被测物质与激励场的相互作用原理 ,而且应与传感器的空间阵列结构相匹配 .成像算法的性能好坏 (包括图象质量和每帧计算需时 )是过程层析成像技术能否应用于工业过程监控系统的关键问题之一 .为了得到性能良好的重建图象 ,提出了一种线性神经网络图象重建算法 .该算法首先通过建立光学层析成像的正问题和逆问题的线性化模型来求解正问题 ,以得出图象和投影的关系模式对 ,然后将其用于训练和构造线性神经网络 ;最后使用训练好的线性神经网络来映射光学层析成像的逆问题 .实验表明 ,该方法具有较高的图象质量和极高的成像实时性 ,是一种性能良好的图象重建算法     

MNR图像重建算法中正则化因子研究

为了提高电阻层析成像图像重建算法求解逆问题精度,对修正牛顿-拉夫逊算法中正则化因子进行了研究。借鉴改进粒子群算法中惯性权重递减策略,根据算法迭代过程中成像精度,自动更新正则化因子的最大值,提出一种新的改进牛顿-拉夫逊图像重建算法,应用于两相流典型流型——层状流、泡状流、环状流、中心流及复合流型图像重建。仿真实验结果表明,相同实验条件下,相比迭代线性反投影算法、修正牛顿-拉夫逊算法,新算法有效提高了图像重建精度。     

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。     

一种改进的代数神经网络电阻层析成像图像重建算法

本文以16电极的ERT系统为背景,从图像重建的稳定性和速度两方面对两相流场的图像重建算法优化进行实验室研究。针对电阻层析成像系统存在的软场特性、强非线性和不适定性,重建的图像质量差、计算时间长等问题。采用了一种将基于类支集函数的代数神经网络算法,将图像重建转变为一个严格对角占优的线性方程组的求解问题,以达到图像快速、准确的重建目的,该算法的求解过程稳定并具有良好的计算性能。同时针对大规模神经网络算法训练速度较慢的问题提出了分区域求解的改进方法。通过实验仿真分析,改进后的算法具有简化神经网络结构,比大规模神经网络运算速度快,误差小等优点,为电阻层析成像系统图像重建提供了新的有效方法。     

基于预条件共轭梯度法的混凝土层析成像

根据常规图像重建的共轭梯度迭代算法,提出一种预条件共轭梯度法。用一种新的预条件子M来改善系数矩阵的条件数,结合一般的共轭梯度法,导出预条件共轭梯度法。实验结果表明,预条件共轭梯度算法比共轭梯度算法具有更好的CT重建效果和消噪能力,可提高计算的精度和图像的重建质量。     

基于压缩感知的EMT探伤和图像重建

为改善EMT逆问题的欠定性,提高探伤过程中裂纹图像重建质量,本文提出一种基于压缩感知原理的EMT探伤和图像重建方法.其本质是通过压缩感知弱化问题的求解条件,进而有效改善EMT逆问题的欠定性.本文采用压缩感知技术对EMT探伤信号进行处理,并引入了相应的图像重建算法.其中,信号处理包括选取恰当的稀疏变换基对原始信号进行稀疏表示,将稀疏处理后的原始信号进行投影;图像重建过程则采用了两种算法,分别是基于最小L1范数的迭代重加权最小二乘(IRLS)法和基于匹配追踪原理的压缩采样匹配追踪(CoSaMP)算法.仿真和实验结果均表明,IRLS图像重建算法和CoSaMP图像重建算法的图像重建质量都要好于传统的EMT图像重建算法,尤其是CoSaMP算法的图像重建质量更佳.     

用于两相流电容层析成像系统中的图像重建算法

图像重建算法研究和增加投影数据是改善图像重建质量的两个重要方面。由于目前在ECT系统中存在着一种基于奇异值分解（SVD）的图像重建算法,此算法中的奇异值将对应图像重建矩阵中很大的对角线元素,从而导致伪逆很不稳定。因而讨论了改进的基于奇异值分解（MSVD）的图像重建算法,该算法是用改进奇异值分解方法求出图像重建矩阵。仿真及实验结果均表明该算法是一种实时的、重建图像质量优于SVD。     

未知介电常数对象的ECT图像重建方法

电容层析成像技术(ECT)是近年来发展较快、较成熟的一种过程层析成像技术,电容层析成像系统敏感场分布受介质介电常数分布的影响,即敏感场具有“软场”特性,通常以已知介质介电常数的灵敏度分布作为先验知识图像重建。根据对不同介电常数被测对象的检测灵敏度分析,采用一次仿真校验法对管内测量对象分别充满高、低介电常数介质进行仿真校验,并结合滤波反投影算法实现对未知介电常数的测量对象的图像重建。