电容层析成像系统重建图像融合方法研究

摘要

电容层析成像技术(ECT)是过程成像技术，它的原理是对置于管道中的物体进行检测，通过电极获得电容值，再对物体的空间分布进行计算。ECT的优点是价格低廉，安全，结构简单，并且检测过程非侵入，有广泛的工业应用潜能，对于多相流检测问题，ECT技术具有极大的优势。ECT技术主要包括正问题和逆问题两方面，它的成功应用主要取决于逆问题，即图像重建，其精度和速度会受到ECT系统非线性和“软场”效应等特性的影响，因此，对于电容层析成像技术来说，探究良好的图像重建算法是一个重要的问题。本文对12电极的ECT系统进行研究，分析比较各类图像重建算法，结合图像融合技术，使最终的图像精度得到改善。本文主要工作包括如下内容：
　　首先，结合本文的研究背景，对课题的研究意义进行了相关探讨，并对国内外的研究现状和未来的发展趋势进行了综合研究。
　　其次，介绍了ECT系统的组成结构，对各个组成部分分别进行了分析，基于电容层析成像系统的数学模型和灵敏度分布函数，分析了ECT系统的基本原理，为逆问题的解决奠定了理论基础。
　　再次，针对各类图像重建算法进行研究，综合分析每种算法的适用范围和优缺点。同时，综合考虑ECT系统及图像重建算法的特点，采用图像融合技术，应用主成分分析(PCA)与小波变换技术相结合对图像进行融合。
　　最后，分析设计整体实验的各个部分，分别采用三种融合方法进行融合实验，即PCA变换、小波变换以及本文所提出的基于PCA与小波变换相结合的融合方法，并用平均加权算子及基于局部能量的融合规则，对分解后得到的低、高频区域分别进行融合处理。经对实验结果分析可知，采用本文所提出的融合方法要优于典型的PCA及小波融合方法。

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第1章 绪论

1.1 课题研究的背景与意义

1.2 电容层析成像技术的国内外研究现状与发展趋势

1.3 课题的来源及研究内容

第2章 电容层析成像系统的组成及工作原理

2.1 电容层析成像系统构成

2.2 电容层析成像系统的基本原理

2.3 ECT系统正问题

2.4 ECT系统逆问题

2.5 本章小结

第3章 电容层析成像图像重建算法研究

3.1 图像重建准则

3.2 非迭代类图像重建算法

3.3 常规迭代类图像重建算法

3.4 智能优化类图像重建算法

3.5 本章小结

第4章 基于PCA与小波变换的图像融合方法

4.1 基于PCA变换的图像融合方法

4.2 小波变换图像融合方法

4.3 基于PCA与小波变换的图像融合

4.4 图像融合的质量评价

4.5 本章小结

第5章 仿真实验设计及结果分析

5.1 图像重建仿真实验

5.2 融合规则的选择

5.3 融合实验及结果分析

5.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间所发表的学术论文

致谢