電阻成像系統(tǒng)成像算法研究.pdf

1、近十幾年來(lái),電阻層析成像(ERT)技術(shù)逐步進(jìn)入到了工業(yè)應(yīng)用研究階段,它根據(jù)物體內(nèi)部介質(zhì)的電阻率(或電導(dǎo)率)的不同,通過(guò)對(duì)物體表面電流、電壓的施加、測(cè)量來(lái)獲知物體內(nèi)部電導(dǎo)率的分布,進(jìn)而重建出反應(yīng)物體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的圖像,和傳統(tǒng)的過(guò)程參數(shù)檢測(cè)技術(shù)相比,具有非侵入,無(wú)輻射,成本低等許多的優(yōu)點(diǎn)。因此它在生產(chǎn)過(guò)程監(jiān)測(cè),環(huán)境監(jiān)測(cè)等諸多的領(lǐng)域存在著巨大的潛力,成為了國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。
　　 電阻層析成像技術(shù)(Electrical Resistanc

2、e Tomography,ERT)是基于電阻傳感機(jī)理的過(guò)程成像技術(shù)。它具有非侵入性、成本低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、實(shí)時(shí)性好等優(yōu)點(diǎn),可獲取過(guò)程參數(shù)的二維/三維圖像信息。研究報(bào)告顯示該項(xiàng)技術(shù)在工業(yè)過(guò)程檢測(cè)與控制中具有廣闊應(yīng)用前景。
　　 本文主要以電阻層析成像技術(shù)在兩相流動(dòng)生產(chǎn)過(guò)程中的可視化監(jiān)測(cè)應(yīng)用和濃度測(cè)量為研究背景,對(duì)ERT圖像重建算法進(jìn)行了較為深入的研究。本文的主要工作總結(jié)如下:
　　 (1)對(duì)ERT系統(tǒng)的基本原理、系統(tǒng)構(gòu)成、基本

3、特點(diǎn)和應(yīng)用范圍進(jìn)行了較為詳盡的分析,對(duì)它的應(yīng)用現(xiàn)狀和發(fā)展前景做了較全面的總結(jié),闡述了ERT技術(shù)獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)和應(yīng)用前景。
　　 (2)編制了ERT仿真軟件包,它支持圓形場(chǎng)域剖分,剖分精度可調(diào),多種流型設(shè)置,有限元方法計(jì)算,靈敏度計(jì)算,支持多種成像算法。
　　 (3)對(duì)國(guó)內(nèi)外目前常用的幾種ERT圖像重建算法進(jìn)行深入研究,包括等位線反投影算法,靈敏度系數(shù)算法,單步基洪諾夫算法(Tikhonov RegularizaTiO2),L

4、andweber算法,牛頓拉弗遜(Newton-Raphson)算法,多元線性回歸算法。比較各種成像算法的特點(diǎn),為改進(jìn)算法打下基礎(chǔ)。
　　 (4)通過(guò)LBP算法和MLRR算法的仿真對(duì)比,提出了一種改進(jìn)的迭代算法,即以線性回歸作為迭代初值的迭代算法。
　　 (5)目前,還沒(méi)有可靠的迭代終止規(guī)則,只能靠固定迭代次數(shù)來(lái)終止迭代過(guò)程。對(duì)五種典型流型按照占空比,空間圖像誤差不同分別進(jìn)行迭代次數(shù)的優(yōu)化研究,減少迭代次數(shù)意味著減少了圖

5、像重建的時(shí)間,為實(shí)時(shí)成像提供了可能。
　　 (6)用經(jīng)典的Landweber迭代算法和Newton-Raphson迭代算法以及MLRR迭代算法分別進(jìn)行圖像重建,用空間圖像誤差作為重建質(zhì)量的評(píng)價(jià)指標(biāo),結(jié)果表明MLRR迭代算法對(duì)流型2、流型3、流型4、流型5重建時(shí),重建圖像質(zhì)量明顯好于Landweber迭代算法和Newton-Raphson迭代算法,為流型辨識(shí)提供了依據(jù)和方便。
　　 (7)當(dāng)測(cè)量數(shù)據(jù)施加噪聲干擾時(shí),仿真結(jié)果