電學層析成像圖像重建算法研究及軟件系統設計.pdf

1、電學層析成像(Electrical Tomography，ET)技術是近年來發(fā)展起來的一種新型檢測技術，由于其具有無輻射、非侵入、響應速度快和價格低廉等優(yōu)勢，在工業(yè)過程成像和醫(yī)學成像等領域都有良好的應用前景。電容層析成像(ElectricalCapacitance Tomography，ECT)和電阻層析成像(Electrical ResistanceTomography，ERT)是基于不同原理的兩種ET技術。
　　 在過去二十

2、多年中，ET技術得到了迅速的發(fā)展，但由于ET反問題的求解具有非線性、欠定性和病態(tài)性等難點，使得重建圖像質量并不理想。同時，軟件系統設計相對滯后，功能不夠完善。針對目前存在的問題，本文研究了常用圖像重建算法的原理，提出了Tikhonov預迭代算法和基于卡爾曼濾波的快速圖像重建算法，并開發(fā)了一套電學層析成像軟件系統，主要工作和結論如下：
　　 1.分析了ET技術的反問題，總結了靈敏度系數算法、Landweber迭代算法、Tikhon

3、ov正則化算法、牛頓-拉夫遜算法及共軛梯度算法等五種常用圖像重建算法的原理。在此基礎上，對Tikhonov迭代算法進行改進，提出了Tikhonov預迭代算法，明顯提高了成像速度。
　　 2.對各種常用圖像重建算法從重建圖像質量和成像速度兩方面進行了仿真和實驗評價。
　　 3.提出了基于卡爾曼濾波的快速圖像重建算法，并通過仿真和實驗驗證其有效性。結果表明，基于卡爾曼濾波的快速圖像重建算法是一種重建圖像質量好，成像速度快，而

4、且對噪聲干擾有很好魯棒性的圖像重建算法。
　　 4.使用Visual C++編程環(huán)境下的MFC和OpenGL開發(fā)了一套可用于在線檢測和離線分析的電學層析成像軟件系統TJU-ET-IV。該軟件系統集成了五種快速圖像重建算法，可用于對雙截面12/16電極ECT/ERT系統進行高速成像，同時實現了USB高速通訊、縱截面顯示、截面含氣率實時顯示、相關速度測量、數據存儲及回放等功能。
　　 5.分析了相關速度測量原理，提出了基于截