[發(fā)明專利]一種用于二值化電容層析成像的閉環(huán)圖像重建方法

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• 申請日: 2020-09-11
• 公開（公告）號: CN112147189A
• 公開（公告）日: 2020-12-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 曹章;田雨;徐立軍;胡蝶;高欣
• 申請（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號: G01N27/22
• 分類號: G01N27/22
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明涉及一種用于二值化電容層析成像的閉環(huán)圖像重建方法，可顯著提高圖像重建質(zhì)量。主要包括以下步驟：首先，利用N電極電容層析成像傳感器分別得到空場和待測場各N(N?1)/2個獨立測量值，并建立N×N的電容變化量矩陣；然后，將Calderon算法與平滑算法sigmoid函數(shù)作為被控對象，將兩算法相結(jié)合反演出的相對介電常數(shù)分布帶入正問題求解算法中獲得新的電容變化量矩陣作為負(fù)反饋，利用模糊自適應(yīng)PID控制器來修正電容變化量；最后，若反饋值矩陣與輸入的測量值矩陣之間的誤差小于允許誤差，則結(jié)束迭代并輸出重建結(jié)果，否則繼續(xù)進(jìn)行閉環(huán)迭代。該方法能有效減小圖像偽影，提高圖像分辨率，顯著提高圖像重建質(zhì)量，在兩相流檢測領(lǐng)域具有重要的實用價值和很好的應(yīng)用前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及兩相流檢測領(lǐng)域，尤其涉及一種用于二值化電容層析成像的閉環(huán)圖像重建方法。

背景技術(shù)

過程層析成像技術(shù)自20世紀(jì)80年代發(fā)展至今，因其可實現(xiàn)過程監(jiān)測的可視化而廣泛發(fā)展和應(yīng)用。根據(jù)不同的檢測環(huán)境和要求，有著不同的過程層析成像方法，包括X射線層析成像、伽馬射線層析成像、超聲成像、微波成像以及電學(xué)層析成像等。電學(xué)層析成像(Electrical Tomography，簡稱ET)技術(shù)是20世紀(jì)80年代發(fā)展起來的一種基于電磁場敏感機(jī)理的層析成像技術(shù)，具有無輻射、非侵入性、便攜性、響應(yīng)速度快、價格低廉等優(yōu)勢，在工業(yè)、化學(xué)和醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用前景。電學(xué)層析成像主要包括電阻層析成像(Electrical Resistance Tomography，簡稱ERT)、電磁層析成像(Electrical MagneticTomography，簡稱EMT)以及電容層析成像(Electrical Capacitance Tomography，簡稱ECT)三種。一般來說，ECT系統(tǒng)主要包括三部分：空間敏感電極陣列、多通道電容采集系統(tǒng)以及圖像重建。ECT系統(tǒng)采用特殊設(shè)計的敏感空間陣列電極，以非侵入的方式獲取被測敏感場信息，根據(jù)邊界電容信息，利用特定的圖像重建算法重建被測對象內(nèi)部介電常數(shù)的分布，從而得到物體內(nèi)部的分布情況(王化祥.電學(xué)層析成像技術(shù)[J].自動化儀表,2017,38(5):1-6.)。

圖像重建涉及到非線性偏微分方程的逆問題求解過程，是ECT的關(guān)鍵核心技術(shù)。對于ECT逆問題的求解，難點主要表現(xiàn)在：(1)欠定性。通過測量得到場域的邊界信息，得到的信息量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于所要求解的未知量，所以ECT逆問題的解不唯一。(2)“軟場”特性。場域內(nèi)的電位是介質(zhì)分布的函數(shù)，通過電位的測量值求解場域內(nèi)部介質(zhì)分布是一個非線性問題。(3)病態(tài)性。求解ECT逆問題涉及到嚴(yán)重的病態(tài)性問題，這導(dǎo)致在求解ECT逆問題時，測量邊界電位值的微小變化會導(dǎo)致求解出的場域內(nèi)部介質(zhì)分布有很大的變化，實際測量中存在的噪聲會對圖像重建產(chǎn)生很大的影響。(王化祥等.電學(xué)層析成像[M].科學(xué)出版社,2013.)。目前常見的圖像重建算法主要分為兩大類，一種是基于靈敏度矩陣原理的圖像重建算法，另一種是直接重建算法。