多頻電阻抗成像系統(tǒng)設(shè)計(jì)及成像算法優(yōu)化.pdf

1、電阻抗層析成像（Electrical Impedance Tomography，EIT）技術(shù)是近幾十年才出現(xiàn)的新一代無(wú)損檢測(cè)技術(shù)。由于該技術(shù)具有無(wú)輻射、非侵入、響應(yīng)快、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單以及成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，在醫(yī)學(xué)臨床監(jiān)護(hù)和工業(yè)測(cè)量等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
　　EIT圖像重建問(wèn)題是一個(gè)非線性的病態(tài)逆問(wèn)題，且測(cè)量系統(tǒng)往往存在噪聲，使重建圖像中存在偽影，傳統(tǒng)的圖像重建方法對(duì)重建圖像偽影的抑制能力有限。
　　為此，本文提出了一種基于最大期望

2、算法的EIT圖像重建算法。將一種統(tǒng)計(jì)學(xué)方法，即最大期望(Expectation Maximization，EM)算法應(yīng)用于EIT逆問(wèn)題求解。它將EIT的數(shù)學(xué)模型轉(zhuǎn)化為非負(fù)約束極小化問(wèn)題，并通過(guò)梯度投影簡(jiǎn)化牛頓算法(Gradient Projection-reduced Newton iteration method，GPRN)求解該問(wèn)題。同時(shí)還討論了算法的參數(shù)選擇方法。仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，EIT系統(tǒng)可以通過(guò)EM算法獲得高質(zhì)量的重建圖像。

3、與傳統(tǒng)的圖像重建方法相比，EM算法可有效地抑制重建圖像中偽影的產(chǎn)生，提高重建圖像的質(zhì)量。
　　此外，目前大多數(shù)EIT系統(tǒng)都是單頻EIT系統(tǒng)。因?yàn)楸粶y(cè)物場(chǎng)物質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不同物質(zhì)對(duì)頻率響應(yīng)的敏感度不同，因此單一頻率激勵(lì)下EIT系統(tǒng)獲得的信息量有限，無(wú)法真實(shí)的反映出被測(cè)物場(chǎng)中電阻抗的分布。
　　針對(duì)該問(wèn)題，本文設(shè)計(jì)了一種基于FPGA的多頻EIT系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括硬件部分和軟件部分。系統(tǒng)硬件部分以FPGA為控制核心，由干簧管繼電器構(gòu)成