[發明專利]電容與超聲層析成像多模態融合的三維變分方法

在審

• 申請號: 201711414577.7
• 申請日: 2017-12-25
• 公開（公告）號: CN108254418A
• 公開（公告）日: 2018-07-06
• 發明（設計）人: 李艷秋;劉石
• 申請（專利權）人: 華北電力大學
• 主分類號: G01N27/22
• 分類號: G01N27/22;G01N29/02;G01N29/44
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 陳波

1.電容與超聲層析成像多模態融合的三維變分方法，其特征在于，包括：

步驟1：針對兩相流體，采用電容層析成像方法，得到計算結果，以所述計算結果作為背景場，結合觀測資料，建立后驗狀態的概率分布函數；

步驟2：假設觀測資料、背景場的概率分布函數都服從高斯分布，計算出高斯分布假定條件下的后驗模式狀態概率分布函數，采用三維變分法，得到與所述后驗狀態的概率分布函數的最大似然估計等價的目標函數，結合背景場誤差和觀測場誤差的不同權重，得到考慮權重的目標函數；

步驟3：采用共軛梯度法，對步驟2所得的考慮權重的目標函數進行求解，得到最優狀態估計值，實現對兩相流截面分布圖像的重建。

2.根據權利要求1所述的電容與超聲層析成像多模態融合的三維變分方法，其特征在于，所述步驟1具體包括：將采用由電容層析成像的快速投影方法得到的結果G作為三維變分方法的背景場F_b，觀測資料為T_O，背景場F_b和觀測資料T_O的概率分布函數分別為P_b(F|F_b)和P_o(T|T_o)，

假定背景場誤差、觀測資料誤差互不相關，則后驗狀態的概率分布函數為它們的聯合密度函數，表達式為：

P(F,T)＝P_b(F|F_b)P_o(T|T_o) (1)

其中，F為超聲成像重建參數，為待求變量；T為超聲成像觀測資料的真值。

3.根據權利要求1所述的電容與超聲層析成像多模態融合的三維變分方法，其特征在于，所述步驟2具體包括：模式空間的后驗狀態由下面的邊緣概率分布函數決定，邊緣概率分布函數為：

P(F)＝∫P(F,T)dT＝P_b(F|F_b⁾∫P_o(T|T_o)dT (2)

得到：

其中，B為背景場誤差協方差矩陣；R為觀測場誤差協方差矩陣；C1為觀測資料T_O概率分布函數的高斯分布系數；C2為背景場F_b概率分布函數的高斯分布系數，

將式(3)、(4)代入式(2)，得到后驗模式狀態概率分布函數為：

與式(5)的最大似然估計等價的三維變分目標函數為：

其中，L是觀測算子，使得J(F)取值最小的狀態量即為最優估計狀態量，

考慮到背景場誤差和觀測場誤差的不同權重，將目標函數擴展為：

J(F)＝(1-ρ)(F-F_b)^TB^-1(F-F_b)+ρ(L(F)-T_o)^TR^-1(L(F)-T_o) (7)

其中，ρ為權重系數，0<ρ<1。

4.根據權利要求1所述的電容與超聲層析成像多模態融合的三維變分方法，其特征在于，所述步驟3具體包括：采用共軛梯度法，對J(F)求一階導數，得到梯度方程為：

其中，為觀測算子L的切線性算子；L^T為觀測算子切線性算子的伴隨算子，上角標T表示矩陣L的轉置；ρ為權重系數；F_b為背景場；T_O為觀測資料；L(F)為超聲正問題計算式；F₀為超聲成像的初值，使得J(F)＝0的F即為最優狀態估計值。

5.根據權利要求3所述的電容與超聲層析成像多模態融合的三維變分方法，其特征在于，所述步驟2具體還包括：0.5<ρ<1。