电容层析成像图像重建质量及稳定性研究

摘要

电容层析成像是近年来飞速发展起来的一种多相流检测技术，该技术是基于测量的电容测量值重建出被测物场的介质分布图。随着工业的发展和科学技术的进步，电容层析成像技术因具有安全、非侵入、廉价等优点被广泛的应用于医疗、石油开采、工业探伤、无损检测等领域。本文主要研究电容层析成像图像重建质量及稳定性分析。
　　本文首先介绍了电容层析成像在工业应用方面的重要意义及国内外在该方向的研究现状，理论上分析了电容层析成像的工作原理、敏感场的数学模型及图像重建的原理等。
　　其次分析了电容层析成像系统的特性，探讨了在图像重建过程中存在的一些难点问题。电容层析成像系统的关键技术有:电容传感器的结构设计，微小电容测量电路和数据采集电路的设计，以及图像重建算法的研究。其中，电容传感器的结构设计主要取决于电极板数目、绝缘管壁厚度、管径等七种结构参数。
　　最后介绍了几类常见的图像重建算法。图像重建是一个不适定的反问题求解过程，是电容层析成像系统研究的关键技术。本文在正则化算法的基础上提出一种改进的正则化Minimax估计算法，给出最优正则因子的选取方法，然后采用稳健估计的思想，深入研究Minimax估计，并对Tikhonov正则化算法进行改进。实验结果显示，本文设计的电容层析成像系统性能良好，新提出的图像重建算法达到了论文研究的目的，提高了重建图像的质量及稳定性。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究背景和意义

1．2 电容层析成像技术国内外研究现状

1．3 电容层析成像技术的发展趋势

1．4 课题的来源及研究内容

1．4．1 课题来源

1．4．2 课题的主要研究内容

第2章 电容层析成像系统

2．1 电容层析成像系统组成

2．1．1 电容传感器

2．1．2 电容数据采集系统

2．1．3 图像重建系统

2．2 电容层析成像系统数学原理

2．3 敏感场分布函数及图像重建原理

2．4 本章小结

第3章 ECT图像重建质量及稳定性研究

3．1 ECT图像重建质量及稳定性分析

3．2 传感器结构设计对图像重建质量的影响

3．3 图像重建稳定性的分析

3．4 本章小结

第4章 电容层析成像图像重建算法分析

4．1 非迭代类图像重建算法

4．1．1 线性反投影算法

4．1．2 标准Tikhonov正则化法

4．2 迭代类图像重建算法

4．2．1 Landweber迭代法

4．2．2 同步迭代法

4．2．3 共轭梯度法

4．3 智能优化类图像重建算法

4．3．1 人工神经网络算法

4．3．2 模拟退火算法

4．3．3 遗传算法

4．4 本章小结

第5章 一种扩展正则化算法的ECT图像重建

5．1 正则因子μ的选取

5．2 正则化Minimax图像重建算法

5．2．1 Minimax估计

5．2．2 正则化Minimax估计算法

5．3 数据仿真实验

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