基于改进Landweber算法的ETC图像重建

电容层析成像(Electrical Capacitance Tomography, ETC)系统图像重建算法中,Landweber算法在重建图像质量及实时性方面取得较好的折衷。然而该算法针对不同的流型存在迭代步数差别较大及半收敛等问题,针对上述问题,通过同伦摄动方法推导出二阶迭代公式,并针对二阶迭代公式谱半径可能影响算法收敛的问题,通过添加约束因子以获得一种全收敛的改 进Landweber算法。实验结果表明,改进算法在相对误差及相关系数上均优于原Landweber算法及其他对比算法,从而验证 改进算法的收敛性及有效性。     

基于改进粒子群优化的电容层析成像图像重建算法

Landweber电容层析成像ECT图像重建算法与粒子群优化算法PSO结合后能够进一步提高成像质量,但标准粒子群优化算法用于图像重建优化时存在陷入局部最优的现象。针对该问题,提出一种基于改进粒子群优化结合Landweber算法的电容层析成像图像重建算法。新算法在Landweber算法的基础上加入改进的惯性权值指数衰减粒子群优化策略,通过增加以指数规律衰减的粒子速度更新公式的约束因子,以保证算法在开始阶段具有较强的全局寻优能力,而在后期具有较强的局部寻优能力,从而实现对Landweber算法初始重建结果的进一步优化,以提高重建图像的质量。为验证新算法的有效性,选取较典型的LBP、改进Tikhonov迭代算法及Landweber图像重建算法,完成了ECT图像重建的对比实验。仿真结果表明,相对于其他算法,对于常见的几种流型,新算法在重建图像的主观及客观质量方面均有明显提高。     

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。     

基于改进Landweber算法的静电传感器研究

由于静电层析成像信息量少且本身为严重病态导致图像重建分辨率很低,为了提高图像重建质量,提出了一种改进的Landweber图像重建算法.采用线性反投影(LBP)算法重构的图像作为Landweber 迭代算法的初始值,再以Landweber算法重构最终图像.仿真实验表明:采用改进的Landweber迭代算法较之单独使用LBP算法和Landweber算法有较好的成像效果,可提高成像精度,较准确地判断管道内电荷的分布情况.     

基于回代信赖域的电阻层析成像算法

针对电阻层析成像(ERT)技术中反演问题的病态性,提出一种改进的回代信赖域算法BTR(Backtracking Trust Region),并将其应用于气/水两相流的可视化测量。该算法通过信赖域算法获得迭代方向,通过回代技术获得迭代步长,可在减小重建误差的同时,提高成像速度。利用Comsol软件进行仿真,并设计ERT系统对各种典型流型进行测量,验证了算法的可行性。通过与Landweber算法、共轭梯度算法和现存的信赖域算法的比较,证明本文方法明显改进了成像精度和实时性。     

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。     

一种改进的Landweber迭代图像复原算法

为解决传统的Landweber迭代法收敛速度慢,且对噪声敏感的问题,本文针对几种常见的模糊,即大气湍流模糊以及运动模糊,分别研究讨论了图像模糊的产生机理,并提出了一种改进的Landweber迭代图像复原方法.通过将图像的信号域与噪声域分离,改进的方法只在信号域上进行迭代加速,抑制了噪声的扩大.实验对比结果表明本文提出的方法在加速收敛的同时仍可以提高图像复原的精度,并以遥感图像和高速铁路图像为例,进一步验证了该方法的实际应用效果.     

代数迭代图像重建算法的研究

对计算机断层扫描成像(Industrial Computed Tomography)的代数迭代(Algorithm Reconstruction Technique--ART)图像重建算法进行了研究.为了提高图像质量,解决普通迭代法重建图像所产生的"盐和胡椒"现象,提出了新的代数迭代重建算法.该算法改进了已有的迭代过程,加入了新的迭代参数--收敛因子,通过改变迭代进程和调整收敛因子来提高图像的质量.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,证明了ART算法可以有效地提高重建图像的质量.     

基于二阶分布式算法的无线传感网络效用最大化问题研究

高效分布式算法设计是保证无线传感网络性能的关键问题。提出了一种基于信道容量约束的无线传感网络效用最大化问题模型。针对传统一阶算法存在收敛速度慢、步长选择敏感等缺点,文章设计了具有二阶收敛速度的快速分布式牛顿算法。研究和仿真实验表明,该算法在与传统一阶算法交互几乎相同信息的情况下具有二次收敛速度,算法迭代次数和运行时间改进了近两个数量级。     

基于信道状态信息的被动式目标轨迹跟踪方法

针对目前的被动式目标人员轨迹跟踪方法计算开销大,算法复杂度高等问题,提出了一种基于信道状态信息CSI(Channel State Information)的被动式目标人员跟踪方法。该方法在离线阶段采集细粒度的CSI数据,建立离线指纹数据库;在线阶段,将实时数据与离线数据库中的数据利用融合了卡尔曼滤波的KNN位置指纹算法进行匹配,实现目标人员轨迹跟踪。实验结果表明该方法可以更精确的跟踪目标人员的轨迹,跟踪可靠性更高。     

基于LabVIEW葡萄叶片还原糖含量的测试方法

目前对葡萄叶片营养元素诊断大都利用化学滴定法或者光谱仪器分析法,但此类方法仅适用于实验室小批量作物测试,难以应用至大批量农业生产中。因此本系统以葡萄叶片为测试对象,在LabVIEW软件平台下,提出了一种基于夜间葡萄叶片中还原糖含量的测定系统。具体为利用USB工业摄像头实时采集叶片图像,借助于Vision Development Module模块中的Vision Assistant完成图像处理工作,进而通过LabVIEW中"脚本与公式"模块调用Matlab Script脚本节点编程,提取叶片图像颜色和纹理特征值参数,使用支持向量机(SVM)算法构建分类器模型对487幅葡萄叶片糖分含量进行分类识别。结果表明该系统分类识别准确率高达87.349%,单次测试时长为2~5 min。证明该系统精度高、工作稳定,对提高农业经济效益方面具有重要意义,有实用价值。     

异构WSNs中节点稳定匹配的覆盖空洞修复优化算法

针对异构无线传感器网络中初始节点随机部署或节点失效产生覆盖盲区的问题,提出一种节点稳定匹配的覆盖空洞修复优化算法(ROA-NSM)。首先,对静态节点进行Voronoi多边形划分确定节点覆盖盲区,通过Delaunay三角形计算虚拟修复节点位置;其次,基于距离和能量阈值函数计算节点优先级,建立虚拟修复节点与移动节点的稳定匹配关系;最后,通过移动节点位置的移动,实现覆盖空洞修复的优化。仿真实验表明,优化算法使每个虚拟修复节点有最优的移动节点匹配,通过与已有相关覆盖空洞修复算法比较,ROA-NSM优化算法收敛速度加快,匹配次数和节点移动距离减少,覆盖率提高。     

甘肃临泽荒漠景观的空间结构与生产特性

采用GIS技术对甘肃临泽荒漠景观的空间结构与生产特性进行了研究。研究结果表明:荒漠临泽景观生态系统由砾漠、沙漠、岩漠、道路4种景观组分组成;其中砾漠的面积最大,连通性最好,是荒漠景观生态系统的基质,道路为仅有的1种廊道,廊道密度为37.66 m/km2;岩漠和沙漠是荒漠景观中的两种斑块类型;基质的成因类型为环境资源型,斑块的成因类型可以分为2类:岩漠为残留型,沙漠为干扰型。在生产能力方面,砾漠的地上生物量砾漠最高,是岩漠的6.89倍、沙漠的28.81倍;岩漠次之,其地上生物量仅为砾漠的14.51%,是沙漠的4.18倍;沙漠的地上生物量最低,分别是砾漠、岩漠的3.47%、23.91%。在植物学成分方面,三者的差异不显著,但由于水、热因素的分布差异,植被密度的差异巨大,形成了生产力水平差异的基础。     

利用被动微波遥感数据反演我国积雪深度及其精度评

考虑到我国西部地区使用SSM/I全球算法将高估积雪深度,故以东经105°为界将我国分为东部和西部。在西部地区采用修正后的雪深算法,东部地区沿用全球算法。对散射系数较高,容易和积雪相混淆的降雨、寒漠和冻土地表类型,通过积雪分类树进行剔除,进而发展了一套适用于全国积雪深度的业务化反演方案。最后利用MODIS积雪产品对冬季90天的结果进行了精度评价,总体精度平均达到86.4%,最高精度达到95.5%,Kappa系数均值为65.5%,最大值达到86.2%。     

煤矿井下探测搜救机器人地形感知系统及路径规划方法研究

针对常规机器人导航系统采用单一类型地形识别传感器,观察维度单一等问题,对煤矿井下探测搜救机器人地形感知系统进行研究,使用远近感知系统数据融合,提高机器人避障能力。由激光扫描仪采集的二维点云数据建立远距离地形信息,由Kinect相机采集的地形深度信息建立近距离地形信息。基于PCL模型,应用像素遍方法,实现观测信息的采集与云图像的构建。使用2.5维栅格地图构建方法得到近距离环境地形信息。使用Dijkstra算法进行了路径规划研究,建立了融合路径长度和地面危险度等级的目标函数。通过仿真研究验证了本文提出的最优路径减小机器人行走过程的俯仰角、侧倾角的波动幅度。     

基于随机噪声调制的新型隐蔽通信系统

在无线传感器网络中,为了实现信息的隐蔽通信,提出了一种基于随机噪声调制的新型隐蔽通信系统。隐蔽通信系统的二进制消息序列调制联合正态分布噪声序列的相关系数。作为隐蔽通信系统信号的联合正态分布噪声,叠加到传统数字通信系统调制器的输出。在接收端,相关系数的估计值经过硬判决之后恢复出隐蔽系统的的二进制消息。所提出方案的关键问题,例如信道估计和符号同步,则由传统的数字通信系统解决。从理论上推导出了隐蔽通信系统的误码率。仿真结果表明,所提出的系统具有较低的误码率性能,且与理论值一致。     

基于Herschel-Bulkley模型的磁流变阻尼器转矩模型参数辨识

针对目前Herschel-Bulkley模型参数值通常随试验条件而变化,存在无法构建确定的数学模型的局限性,提出一种Herschel-Bulkley模型全局参数辨识的方法。针对所设计的多级圆筒式磁流变阻尼器,基于Herschel-Bulkley模型建立了阻尼器的转矩力学模型并搭建扭矩测试系统以确定模型参数,通过1stOpt优化分析软件的Levenberg-Marquardt算法和通用全局优化算法对转矩力学模型进行参数辨识,确定模型中液体流动行为参数 k和n 分别为49.88及0.576。参数辨识后的Herschel-Bulkley扭矩模型在不同磁场条件下基本满足扭矩预测效果,可为后续对于器件的有限元分析计算提供理论依据。     

磁致伸缩材料与石英音叉复合低阻尼谐振磁电效应

采用磁致伸缩材料与石英音叉谐振器复合设计了一种低阻尼的谐振式磁电敏感单元。石英音叉工作在弯曲振动模式,音叉叉指结合区域(底部)产生的应力/应变方向相反、弯矩相互抵消,实际为解耦区域。将底部与磁致伸缩材料粘接复合设计谐振式磁电敏感单元的Q值主要取决于音叉谐振器自身的高Q值,磁致伸缩材料的高磁机阻尼被隔离。动态磁场作用下,磁-机-电转换过程可看作一个受迫振动过程,当激励磁场频率接近于音叉谐振频率时,输出电信号最大。实验结果表明:磁电敏感单元Q值高达5 034;谐振磁电电流系数达到799.2 nA/Oe;在接近谐振频率32.774 kHz信号激励下,磁电电流系数相对偏置磁场变化的灵敏度达到5 (nA/Oe)/Oe。     

基于单壁碳纳米管的压阻式柔性传感器

一维纳米材料与微结构结合的纳器件制造过程,实现了微纳加工工艺上的创新升级,有可能突破微米级器件的性能极限。首先利用传统的硅微加工技术,在综合性能优异的聚酰亚胺PI(Polyimide)薄膜上制作金(Au)微电极,形成排列有序的平行电极对;然后通过交流介电电泳的方法在微电极对间实现单壁碳纳米管SWNTs(Single-Walled Carbon Nanotubes)一维定向排布;接着采用区域选择性电沉积技术定域沉积Au压覆SWNTs,改善SWNTs与电极的接触特性。最后,针对基于SWNTs的柔性微纳传感器进行了力电特性测试。结果表明:在环境温度为(23±5)℃,湿度为65±15%RH,0.1 V工作电压下,压阻因子约为443,精度约为5.16%。上述研究结果在柔性微纳器件的制作方面显示了一定的应用前景,为实现超微型化和高功能密度化的柔性器件铺平道路。