电容层析成像图像重建数学理论及模型研究

作     者：徐丽媛 

作者单位：哈尔滨理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：陈德运

授予年度：2013年

学科分类：08[工学] 080203[工学-机械设计及理论] 0802[工学-机械工程] 

主      题：电容层析成像 有限元 图像重建 Landweber算法 超分辨率 

摘      要：电容层析成像技术（ECT）是一种基于电容敏感原理的过程层析成像技术。多相流参数的检测过程难度比较大，主要是因为多相流之间的截面效应和相对速度等问题。使多相流参数的检测技术成为当前急需发展的重要研究方向。通过国内外专家多年的研究，从过程层析成像技术的出现到发展，多相流参数的检测难题得到了有效的解决，并在工业应用上具有很大的发展前景。由于低成本、非侵入性、安全性能高、结构简单、适用范围广、多点测量、响应速度快等优点，电容层析成像技术成为当前过程层析成像技术中的主要研究点。但电容层析成像的技术发展的还不成熟，无法达到工业要求的标准，因此电容层析成像技术的研究和发展是现在工业应用的迫切需要。 论文的研究对象是采用12电极的电容层析成像系统，探讨了Landweber迭代算法在电容层析成像系统中的图像重建遇到的问题，提出了基于Landweber迭代的超分辨率算法。主要的研究内容有以下几点： 1．结合课题背景，指出了在工业生产和科研中，电容层析成像技术的重要意义，阐述了该技术在国内外的发展现状，对其前景进行分析;2．阐述了电容层析成像系统的组成部分，工作原理，及其主要特点，以及分析了敏感场的数学模型建立过程和图像重建的数学模型理论;3．阐述了有限元方法的设计思想，详细分析了传感器截面剖分的过程，通过计算得出剖分结果，明确插值函数，建立有限元方程组，以及建立相应的数学模型;4．阐述了电容层析成像技术的图像重建算法基本思想和特点，对LBP算法、最速下降法、Newton算法、Tikhonov正则化算法和Landweber算法分别进行了详细介绍;5．针对图像重建中存在的反问题的病态性和“软场效应，提出了一种基于Landweber的超分辨率算法，通过实验仿真验证了算法的有效性，并对ECT的系统图像重建的质量进行评估。