电容层析成像技术中图像重建算法的发展及研究

为使电容层析成像(ECT)技术应用于多相流参数在线测量,有效提高其图像重建精度与速度是该技术的关键,也是国内外学者的研究热点。对ECT技术图像重建算法原理进行了分类叙述,在此基础上,综述了ECT技术图像重建方法近期研究成果,提出了进一步研究的方向和内容。     

电容层析成像系统三维图像重建的研究

探讨了电容层析成像(ECT)系统中利用二维断层图像进行三维表面重建并由三维图像求取两相流中离散相体积和观察其空间位置的方法。首先对二维断层图像序列进行轮廓抽取和细线化，然后进行轮廓匹配和轮廓插值并进行表面重建。初步的仿真结果表明，使用的三维重建算法简单、重建精度高、成像速率快。     

基于GMRES的超声过程层析成像算法研究

当前超声气固两相流层析成像的难点在于难以获得有效的信号和图像重建算法精度不高。鉴于此,作者以超声衰减理论为基础,提出一种基于广义最小残差(GMRES)迭代的超声层析成像重建算法：首先利用广义极小残差迭代算法获取初始物体浓度分布信息,然后采用均值滤波并设定灰度门槛的方法对其进行修正以提高图像精度。为验证该算法的可行性,利用数值仿真在较少有效信息条件下,求解欠定稀疏线性方程,将结果与现有几种图像重建算法比较发现该方法成像精度高,之后进行的超声气固两相流层析成像实验结果表明：采用该算法的成像系统能够反映管道内气固两相流截面固相浓度分布特征。     

基于联合迭代重建技术的超声CT重建算法

在研究超声CT成像原理的基础上,对阵列检测方法进行了探讨。通过对探头布置方式的改进,增加了成像所需的数据量。基于最小二乘方准则,利用联合迭代重建算法,采用四边扫描算法求解相关系数矩阵,通过不断修正误差逼近真实值,进而实现速度矩阵的求取。数值仿真表明：采用上述方法能够明显减小重建误差,改善层析成像效果。     

代数神经网络电阻层析成像图像重建算法

两相流体具有复杂性的流动特性,图像重建的精度是两相流参数准确测量的基础。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,使得重建的图像质量差、计算时间长等问题,基于代数运算的神经网络,给出了一种基于代数神经网络电阻层析成像图像重建算法。该算法通过建立代数神经网络,以测量的边界电压值作为神经网络的输入,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。通过实验仿真分析,该方法具有收敛速度快、代价低和误差小等特点。     

基于稀疏表示的滤波反投影超声层析成像重建算法

针对传统超声Lamb波难以检测复合材料分层缺陷以及直观描绘缺陷形状的问题,提出一种基于稀疏表示的滤波反投影（FBP）超声层析成像重建算法。首先,提取超声Lamb波在复合材料缺陷板中的走时信号作为投影值,把对投影的一维傅里叶变换等效于对原图像进行的二维的傅里叶变换,与滤波器函数进行卷积运算并沿不同方向投影,从而得到FBP重建图像;然后,构建稀疏超分辨率模型,通过构建低分辨率图像块和高分辨图像块字典进行联合训练,以强化低分辨率和高分辨率块与真实图像块之间的稀疏相似性,并使用低分辨率块和高分辨率块构建完备的字典;最后,将FBP得到的图像代入构建的字典中得到完整的高分辨率图像。实验结果表明,相较于使用线性插值的算法重建的图像,所提算法重建图像的峰值信噪比（PSNR）、结构相似度（SSIM）和边缘结构相似度（ESSIM）值分别提高9.22%、2.90%与80.77%;相较于双三次样条插值算法重建的图像,所提算法重建图像的PSNR、SSIM、ESSIM分别提高4.75%、1.52%与16.5%。所提算法能够有效检测复合材料的分层缺陷,提高获得的分层缺陷图像的分辨率,强化图像的边缘细节。     

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VC++软件的无线电磁波CT层析成像反演技术研究

主要研究壤层工作面无线电磁波层析成像反演,根据煤层对电磁波吸收特征以及电磁波在煤层中传播特点,选择直射线追踪,反投影法(BPT)、代数重建法(ART)、联合迭代重建法(SIRT)等图像重建方法,对比分析了不同方法的优缺点,最后选择SIRT方法利用VC++软件编制程序实现,在实际资料处理中取得良好效果。     

电容层析成像技术的近期研究进展

详细介绍了电容层析成像技术(ECT)的近期研究进展.在简要介绍电容层析成像系统的基础上,重点总结了电容层析成像技术应用研究现状.包括图像重建算法、实验室应用、硬件系统设计和现场应用等方面的研究.最后指出电容层析成像技术发展中亟待解决的问题,为研究该领域指明了努力的方向.     

Performance improvement for additive light field displays with weighted simultaneous algebra reconstruction technique and tracked views

Additive light field displays are transparent autostereoscopic three-dimensional displays without backlights, thus suitable for augmented reality applications. However, when the parallax between viewpoint images becomes large with the increase of viewing angle, the optimization algorithm is hard to handle too many dissimilarities evenly on all viewpoints, resulting in poor reconstructed quality. This paper presents an additive light field display using the weighted simultaneous algebraic reconstruction technique with viewing angle-dependent weight distribution functions. We constrain the optimization to deliver a reconstructed light field of high image quality for viewpoints of large weight. When the proposed method is applied, with a wide dynamic viewing angle of 57° × 43°, the tracked views' peak signal-to-noise ratio exceeds 30 dB with only two additive display layers.     

基于改进同步迭代算法的矿井煤尘检测

为了对矿井煤尘颗粒进行实时监测,提出了消光法和过程层析成像技术相结合的消光层析法,设计了基于阵列式传感器的测量电路,在数据重建中引入了同步迭代算法(SIRT)对实验数据进行重构,并针对该算法速度慢的缺点提出了通过增加权重系数来提高速度的改进方法,以实现工业的在线测量.最后,对设计装置进行了实验分析,实验结果表明该装置能较好地实现煤尘颗粒的在线测量.     

工业CT窄角扇束扫描下的代数迭代图像重建算法研究

在工业CT窄角扇柬扫描模式下，为了提高图像重建质量，解决普通迭代法图像重建所产生的“盐和胡椒”现象，提出了新的代数迭代图像重建算法（ART），该算法改进了已有的迭代过程，加入了新的迭代参数：松弛系数．通过改变迭代进程和调整松弛系数来提高图像重建的质量．在计算机上成功地实现了从数据采集仿真到图像重建的全过程，模拟实现了各种噪声源，给出了各种应用场合的图像重建结果．并对结果进行了对比分析和评估，验证了新的ART算法在投影数据不完全时和噪声污染较大时可以有效地提高图像重建的质量。     

螺旋锥束CT图像同时代数重建的机群并行化

在CT（Computed Tomography）图像重建领域,当投影数据含有噪声或者不完备时,与Feldkamp算法相比,同时代数重建方法（Simultaneous Algebraic Reconstruction Technique,SART）能重建出更高质量的三维图像。但三维SART方法非常耗时,为了减少SART的运行时间,利用工作站机群（Cluster of Workstations,COWs）进行并行加速是一种重要的方法。针对螺旋锥束扫描,对基于体数据划分的并行算法进行了改进。并在安装了MPICH 1.2.5的工作站机群上进行了实验。实验结果表明,该方法达到了和串行算法一样的重建效果,并且减少了重建时间。     

基于超声波时差法的管道流量测定仪设计

煤矿现有抽采管道使用传统瓦斯流量计存在易产生堵塞故障等问题,基于超声波时差法的流量计测量精度高、测量结果重复性好,但不适用于瓦斯抽采管道流量测量,并且需要单独设计超声波驱动电路和信号处理电路,实现难度较大。针对煤矿瓦斯抽采管道的特点,设计了一种基于超声波时差法的管道流量测定仪。在固定的传播距离下,超声波换能器发出的超声波在流体中的传播时间与气体的流速呈函数关系,而流速与管道截面积的乘积即为流量,从而间接得到管道气体流量。该管道流量测定仪以低功耗微处理器STM32F103为核心控制元件,在时间数字转换芯片MAX35104内部通过自动差分飞行时间测量法计算超声波顺逆流传播时间,根据传播时间计算气体流速、瞬时流量和累计流量。测试结果表明,基于超声波时差法的管道流量测定仪的最大绝对误差为0.15 m/s,最大重复性误差为0.17%,符合JJG 1030—2007《超声流量计检定规程》中2级精度要求,同时也满足MT 448—2008《矿用风速传感器》中对超声波式风速传感器基本误差的要求。     

基于复合正则化的荧光显微图像三维重建

针对荧光显微图像三维重建问题,采用广义全变差和剪切波变换作为重建图像的正则项,并构建重建模型,针对重建模型的高阶与非光滑特性,提出了基于变量分离理论和分裂Bregman迭代的快速重建算法,该算法不仅能够实现边缘保存,避免阶梯效应,还可以通过合理选择参数,获得很好的重建效果,在模拟图像栈和真实荧光显微图像栈的实验结果验证了该算法的有效性和可行性。     

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.     

电磁场作用下液态金属流速的测量技术

在电磁场作用下 ,由于液态金属流动的多维性和不稳定性及其电磁场效应 ,传统的速度测量方法与设备遇到了困难。为了给利用数学物理模型研究和分析冶金过程的电磁现象提供可靠的信息 ,根据速度传感理论 ,开展了电磁场作用下液态金属速度测量技术的研究 ,研制了灵活方便的测量装置 ,并在实验或生产中得到了应用     

基于超声波的污水流量测量系统

针对工业污水流量的测量问题,提出一种基于超声波的污水流量测量方法。通过对污水流量的测量原理的分析,设计出了以新型单片机PIC16C73为核心的流量测量系统。实践表明,该测量系统结构简单,测量准确度高,功耗低,适应性强,能在恶劣环境中工作。     

基于正交分解技术的汽车非定常流场分析及重构

为有效开展汽车气动优化设计和主动流动控制技术,采用正交分解(Proper Orthogonal Decomposition,POD)技术分析汽车非定常流场中POD模态的物理意义,并利用重构技术建立汽车外流场瞬态简化模型.大涡模拟(Large Eddy Simulation,LES)仿真结果与实验结果的对比表明该仿真方法有效.POD分析结果表明:低阶模态主要对应分离泡的附着流动,包含流场中较高的能量;其他各个高阶模态含能相对较低,表征小尺度涡的作用.当保留前15阶POD模态时,通过重构技术可获得70%的原流场能量,得到的降阶模型可以较好地捕捉流动的特征.