電學(xué)層析成像圖像重建算法研究及軟件系統(tǒng)設(shè)計.pdf

1、電學(xué)層析成像(Electrical Tomography，ET)技術(shù)是近年來發(fā)展起來的一種新型檢測技術(shù)，由于其具有無輻射、非侵入、響應(yīng)速度快和價格低廉等優(yōu)勢，在工業(yè)過程成像和醫(yī)學(xué)成像等領(lǐng)域都有良好的應(yīng)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(shù)。
　　 在過去二十

2、多年中，ET技術(shù)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(zhì)量并不理想。同時，軟件系統(tǒng)設(shè)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(yù)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(xué)層析成像軟件系統(tǒng)，主要工作和結(jié)論如下：
　　 1.分析了ET技術(shù)的反問題，總結(jié)了靈敏度系數(shù)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(chǔ)上，對Tikhonov迭代算法進行改進，提出了Tikhonov預(yù)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(zhì)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(jié)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(zhì)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(xué)層析成像軟件系統(tǒng)TJU-ET-IV。該軟件系統(tǒng)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(tǒng)進行高速成像，同時實現(xiàn)了USB高速通訊、縱截面顯示、截面含氣率實時顯示、相關(guān)速度測量、數(shù)據(jù)存儲及回放等功能。
　　 5.分析了相關(guān)速度測量原理，提出了基于截