[發明專利]一種用于檢測工業兩相流的圖像重建方法

在審

• 申請號: 202110187879.5
• 申請日: 2021-02-18
• 公開（公告）號: CN113034632A
• 公開（公告）日: 2021-06-25
• 發明（設計）人: 施成成;張波;魏國棟;王蕾;亓震
• 申請（專利權）人: 施成成
• 主分類號: G06T11/00
• 分類號: G06T11/00
• 代理公司: 新鄉市平原智匯知識產權代理事務所(普通合伙) 41139
• 代理人: 吳超

本發明公開了一種用于檢測工業兩相流的圖像重建方法，包含下列步驟：(1)根據被測場域，獲取重建所需的邊界測量電壓U和靈敏度矩陣A。(2)設置初始化參數。(3)確定目標函數，將目標函數極小化處理。(4)開始計算目標函數的求解模型。(5)判斷是否符合迭代終止條件，若是則迭代終止，進行下一步操作；若否，設置k＝k+1并跳回第(4)步，繼續迭代求解。(6)根據最終求解得到的灰度值，進行成像。本發明提出的一種用于檢測工業兩相流的圖像重建方法可使重建圖像質量顯著提高，相比Tikhonov方法在去除偽影現象上具有明顯優勢，而且圖像重建穩定性較好。

技術領域

本發明涉及電阻層析成像圖像重建技術，具體涉及一種用于檢測工業兩相流的圖像重建方法，屬于電阻層析成像技術領域。

背景技術

電阻層析成像是一種新型測量技術，在工業測量和醫學臨床監護等領域具有廣闊的應用前景。電流激勵電壓測量是最常用的工作方式，它是根據物體內部結構的電導率的分布不均勻的特點，在被測對象上按一定規律安放若干個電極，以非接觸或非侵入的方式測取與被測對象內部物質電學特性分布對應的邊界電學信息，然后利用圖像重建算法重建出被測對象內部的電學特性分布，實現對被測對象的可視化測量。由于ERT反問題的求解具有非線性、欠定性和病態性等難點，嚴重影響重建圖像的效果。

圖像重建是一個非線性的不適定逆問題，通過線性化處理可以將此非線性問題轉化為線性問題求解。由于獲取的被測場域的邊界電壓數量遠小于求解場域的像素值，這會導致求解逆問題時的不適定性，針對逆問題求解的不適定性，通常采用正則化方法來找到一個解去逼近真實解。為了提高重建圖像精度，目前廣泛應用的是Landweber方法和Tikhonov方法，Landweber方法屬于快速成像方法，常用于快速檢測的應用中，但是成像質量一般；Tikhonov算法雖然成像質量有所改觀，但Tikhonov正則化方法以L₂范數為正則項，因此當被測介質連續分布時具有良好的性能，當被測介質不連續分布時，在邊界上施加了過度的平滑性，從而降低了重建圖像的分辨率；為了進一步改善圖像質量的問題，針對上述算法在圖像重建過程中產生的偽影現象的問題，本發明提出的一種用于檢測工業兩相流的圖像重建方法，既能有效的圖像重建形狀，又能很好的抑制圖像重建過程的偽影現象。

發明內容

本發明的目的在于提供了一種用于檢測工業兩相流的圖像重建方法，該方法可以有效地降低偽影現象、提升背景清晰度和提高抗噪性能。相比于Landweber方法和Tikhonov方法，本發明提出的圖像重建方法可以有效提高電阻層析成像重建圖像質量。

本發明為實現上述目的采用如下技術方案：一種用于檢測工業兩相流的圖像重建方法，該方法將電阻層析成像作為線性不適定問題Ag＝U。其中，A為靈敏度矩陣，U為相對邊界測量電壓值，g為成像灰度值。通過靈敏度矩陣A和相對邊界測量電壓U可建立最小化的目標函數I為μ是正則化參數，R(g)是正則化函數，然后對目標函數I的最小化處理可得到對應的求解模型為在目標函數I每次求解的基礎上，進一步進行優化：首先定義目標函數II為為待求的成像灰度值，α是優化參數I；最小化目標函數形式為為了解決目標函數II中的最小化問題，引入閾值函數進行限定求解：U是相對邊界測量電壓值，表示閾值范圍內的最小值，其中根據目標函數I的每次迭代更新變量可列出目標函數II的求解迭代形式為：然后通過判斷迭代是否符合迭代終止條件或者是否達到最大的迭代次數100次，從而可以得到最優解，即為可用于成像的最優成像灰度值。

本發明的有益效果是：相比于Landweber方法和Tikhonov方法，本發明提出的一種用于檢測工業兩相流的圖像重建方法可使重建圖像質量顯著提高，相比Tikhonov方法在去除偽影現象上具有明顯優勢，而且圖像重建穩定性較好。

附圖說明

圖1為本發明的一種用于檢測工業兩相流的圖像重建方法的流程框圖。

圖2為本發明的電阻層析成像系統環形單截面被測場域，激勵電流和測量電壓的模式以及電極分布。