[發明專利]一種基于參數優化的電阻抗成像方法

在審

• 申請號: 202310364912.6
• 申請日: 2023-04-07
• 公開（公告）號: CN116433868A
• 公開（公告）日: 2023-07-14
• 發明（設計）人: 戎舟;王蘇煜;袁晶晶
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學
• 主分類號: G06T17/20
• 分類號: G06T17/20;G01N27/04;G06N3/006
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 朱小兵

本發明公開了一種基于參數優化的電阻抗成像方法，該方法包括首先，利用有限元法將區域剖分成離散單元，將電導率離散化處理，進而計算被測區域中不同位置的電導率變化敏感矩陣；然后，將Tikhonov正則化算法和TV正則化算法的兩種正則化罰函數進行組合應用，設置權重系數，并采用粒子群算法進行優化選取，其中將圖像質量指標AL(Artifact?Level)作為粒子群算法的適應度值；最后，利用被測對象區域的邊界電位分布數據，通過牛頓迭代法迭代，進行圖像重建。實測結果表明，本發明既能準確反映圖像的大小和位置，同時又能提高圖像分辨率，使得圖像邊界清晰，減少偽影。

技術領域

本發明屬于電阻抗成像技術領域，具體涉及一種基于參數優化的電阻抗成像方法。

背景技術

電阻抗成像是一種將被測物體內部電導率的變化通過圖像直觀呈現出來的一種檢測技術。EIT技術是被測導電物體內部不同的結構組織對電激勵信號具有不同的電響應特性，通過在被測場域的表面貼附一定數量的電極，然后對于不同的電極對施加電激勵信號，并且依次在其他的電極對上測量得到電響應信號，最后使用相應的逆問題重構算法成像出被測物體內部電導率變化情況，是一種無創的功能成像方法。電阻抗成像技術在醫學方面、地質勘探、流體檢測、建筑物內部無損檢測等方面都有廣泛的應用。

電阻抗成像技術能夠較為準確的反映接觸面的成像效果，但成像的精度和穩定性仍然很難保證，往往存在重構圖像的分辨率不高和還原度差的問題，圖像質量很難令人滿意，產生這種現象也緣于逆問題不適定性、不穩定性等固有特點、電阻抗成像技術本身的局限性等原因。選題的研究目標是通過組合罰函數能夠有效的逼近電阻抗成像逆問題，使得電阻抗的重建圖像又能夠更加準確地反映電場內目標物體的形狀以及位置信息，同時也可以有效的抑制偽影的產生。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于參數優化的電阻抗成像方法，以解決逆問題的不適定性、不穩定性等固有特點。為了得到較為清楚的重建圖像，提出了將兩種傳統算法結合形成組合罰函數，以及對此組合罰函數進行參數優化的成像方法。

本發明為解決上述技術問題采用以下技術方案：

一種基于參數優化的電阻抗成像方法，包括以下步驟：

S1、利用有限元法將被測對象區域剖分成離散單元，將電導率離散化處理，進而計算被測對象區域中不同位置的電導率變化敏感矩陣；

S2、利用被測對象區域的邊界電位分布數據，通過牛頓迭代法迭代求解，進行圖像重建。

進一步地，S1具體為：

根據被測對象區域的阻抗分布數據以及有限元的模型數據獲得每個三角剖分單元的參數矩陣，進而獲得總體參數矩陣；

施加邊界條件，得到有限元方程，求解有限元方程最終獲得邊界電壓值；

其中，所述邊界條件為激勵電流。

進一步地，S2中采用牛頓迭代法迭代求解，迭代公式為：

其中，Δσ_m+1、Δσ_m分別表示第m+1、m次迭代的電導率差，J表示敏感矩陣，ΔU表示電壓差，TR(·)表示Tikhonov正則化算法函數，λ₁、λ₂分別表示Tikhonov正則化參數、TV正則化參數，TV(·)表示TV正則化算法函數，分別表示的一階、二階導數。

進一步地，采用粒子群算法產生Tikhonov正則化參數和TV正則化參數。

進一步地，將圖像質量指標AL作為粒子群算法的適應度值：

其中，N是重建前圖像的像素總數，A′表示像素n處梯度A的轉置。