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

1、電學(xué)層析成像(Electrical Tomography，ET)技術(shù)是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種新型檢測(cè)技術(shù)，由于其具有無(wú)輻射、非侵入、響應(yīng)速度快和價(jià)格低廉等優(yōu)勢(shì)，在工業(yè)過(guò)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(guò)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(wèn)題的求解具有非線(xiàn)性、欠定性和病態(tài)性等難點(diǎn)，使得重建圖像質(zhì)量并不理想。同時(shí)，軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)相對(duì)滯后，功能不夠完善。針對(duì)目前存在的問(wèn)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(kāi)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(wèn)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(duì)Tikhonov迭代算法進(jìn)行改進(jìn)，提出了Tikhonov預(yù)迭代算法，明顯提高了成像速度。
　　 2.對(duì)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(jìn)行了仿真和實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)。
　　 3.提出了基于卡爾曼濾波的快速圖像重建算法，并通過(guò)仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)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(duì)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(kāi)發(fā)了一套可用于在線(xiàn)檢測(cè)和離線(xiàn)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(duì)雙截面12/16電極ECT/ERT系統(tǒng)進(jìn)行高速成像，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了USB高速通訊、縱截面顯示、截面含氣率實(shí)時(shí)顯示、相關(guān)速度測(cè)量、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及回放等功能。
　　 5.分析了相關(guān)速度測(cè)量原理，提出了基于截