基于变化灵敏度场进行图像重建方法的研究

作     者：魏代增 

作者单位：辽宁大学 

学位级别：硕士

导师姓名：吴新杰

授予年度：2012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 灵敏度场 线性反投影(LBP) Landweber算法 图像重建 

摘      要：电容层析成像（ECT）技术是过程层析成像技术之一，该方法具有成本低、响应速度快、非侵入、安全性能好、应用广泛等优点，其应用前景十分广阔。两相流过程在许多工业部门中是普遍存在的，两相流参数检测技术对于两相流输送系统的控制、计量、节能、环保和可靠运行是十分重要的。电容层析成像技术是利用安装在被测管道、容器周围的传感器阵列，获取被测非导电物在不同观测角度下的投影数据（电容值），并用适当的图像重建算法，重建出被测物场的介质分布，从而使两相流参数的准确测量成为可能。通过对管道内部进行图像重建，可实时提供封闭管道、容器等过程设备内物场运动状态的二/三维可视化信息，便于对两相流参数的测量，因此对基于电容层析成像系统图像重建算法进行研究具有重要意义。 本文以电容层析成像系统为研究对象，针对电容层析成像系统在进行图像重建过程中，存在的“软场效应问题进行探讨和研究。主要做了以下一些研究工作： 在阅读大量参考文献的基础上，对电容层析成像技术的研究现状和图像重建的主要方法进行了归纳总结。对电容层析成像系统的工作原理、基本组成和电容传感器的结构进行了概括介绍。研究了电磁场的基本理论、电容层析成像的有限元流型、电容值计算、基于电势分布的灵敏度场及其计算方法。 由于电容层析成像系统的“软场效应问题，使得图像重建精度不高，相对误差较大。针对此问题，本文提出一种用变化灵敏度场来代替固定灵敏度场进行图像重建的方法。运用COMSOL软件得到不同流型下的敏感场，并把它们与传统敏感场进行了分析比较。从固定灵敏度场和变化灵敏度场的图形对比可以看出，变化灵敏度场在各对极板之间的灵敏度场与相同位置的固定灵敏度场是不同的。在管道内部存在介质的地方，其灵敏度场也在相应的位置处发生了变化。 为了验证本文所提图像重建方法的正确性，用线性反投影（LBP）和Landweber算法进行了仿真实验，仿真实验结果表明利用变化灵敏度场的各种流型图像重建精度都比使用固定灵敏度场得到的图像重建精度高，这也验证了本文所提方法的有效性，从而为改善电容层析成像系统图像重建质量提供一种新的方法和途径。