下载文档原格式
电容层析成像系统图像重建算法研究及其软件设计的开题报告1. 研究背景与意义电容层析成像技术是一种非侵入式、无辐射的成像技术，适用于多种领域，如医学、工业、食品等。
其基本原理是将被成像物放在两个电极之间，之后在电极间施加交流电压，通过测量物体对电场的扰动来还原物体的内部分布情况。
相对于传统的X 射线成像技术，电容层析成像技术具有成像速度快、成像费用低、对被成像物体无辐射等优点。
目前，电容层析成像技术已经发展成熟，但是成像过程中的数据处理和图像重建算法仍需要不断改进。
图像重建算法是电容层析成像技术中的关键环节，其质量直接影响成像效果。
因此，本论文选取电容层析成像技术的图像重建算法为研究对象，在掌握该技术原理的基础上，设计一种高效、准确的图像重建算法，并编写对应的软件程序，以帮助工程师和研究人员更好地应用该技术。
2. 研究内容和方法（1）电容层析成像技术相关理论的学习。
包括电场的基本概念，电容层析成像仪的结构原理，成像所需数据的采集过程，以及常用的图像重建算法等。
（2）图像重建算法的研究和设计。
主要探讨电容层析成像技术中的重建算法，分析不同算法的优点和不足，并提出一种新的、高效、准确的图像重建算法。
（3）算法程序的实现与调试。
设计并编写一种符合研究成果的图像重建算法程序，验证算法的准确性和效率，同时探讨该程序在不同硬件上的运行效果。
3. 预期结果在本文工作的基础上，预期能够取得以下研究成果：（1）深入理解电容层析成像技术的原理和常用的图像重建算法。
（2）提出一种新的、高效、准确的图像重建算法。
（3）完成对该算法程序的编写和调试，为电容层析成像技术的应用提供便利。
4. 论文结构安排本论文将分为以下几个部分：第一章：绪论，主要介绍本研究的研究背景、目的、内容和方法。
第二章：电容层析成像技术，介绍电容层析成像技术的相关理论、原理和结构，以及成像所需的数据采集过程。
第三章：电容层析成像技术中的图像重建算法研究，分析常用的图像重建算法，提出一种新的算法，详细讨论算法的设计和实现。
电容层析成像三维图像重建研究张立峰;蒋玉虎【摘要】进行了电容层析成像(ECT)三维图像重建的仿真研究.首先利用COMSOL 软件对ECT传感器进行三维建模,基于其高精度的有限元求解,计算ECT的灵敏度矩阵;其次,基于Matlab软件实现了基于线性反投影(LBP)及Landweber迭代算法的ECT图像重建,并利用图像显示程序获得了三维重建图像;最后,对球体及圆柱体模型进行了三维ECT图像重建,获得了较好的重建结果.【期刊名称】《计量学报》【年(卷),期】2019(040)003【总页数】4页(P462-465)【关键词】计量学;电容层析成像;三维图像重建;多相流检测;COMSOL【作者】张立峰;蒋玉虎【作者单位】华北电力大学自动化系,河北保定071003;华北电力大学自动化系,河北保定071003【正文语种】中文【中图分类】TB9371 引言过程层析成像(process tomography,PT)技术是一种两相流参数可视化测量技术,电容层析成像(electrical capacitance tomography,ECT)技术是基于电容敏感原理的PT技术[1]。
ECT系统由传感器子系统、数据采集子系统及计算机图像重建子系统3部分组成。
在被测区域外围设置阵列电容传感器,由数据采集系统采集不同极板对之间的电容数据(投影数据),最后由计算机采用图像重建算法重构出被测区域内部的介电常数分布图像,基于该图像的处理与分析,进一步测量两相流参数。
二维ECT图像重建较为简单,被广泛采用。
二维ECT图像重建系统使用单层电容阵列,测量电容为传感器空间的均值,重建图像呈现为二维断层图像,为传感器空间介电常数分布在轴向方向上的叠加效应,不能很好地反映介质在轴向方向的分布,可视化效果较差[2～4]。
三维ECT图像重建采用多层测量极板,按一定方式排列,通过测量同层及各层之间电容极板间的电容值,直接构建物质分布的三维图像,可更为直观地反映介质分布的空间位置、几何形状等信息。
电容层析成像图像重建算法研究刘传美【摘要】图像重建算法是电容层析成像系统的关键技术之一,是改善重建图像质量的重要因素.在正则化的基础上提出了一种基于QR分解的电容层析成像算法,该方法首先将离散化和线性化处理后的电容层析成像物理模型进行Tikhonov正则化处理,然后将QR分解的思想引入电容层析成像方程中求解出初始图像,然后再对初始图像进行优化修正提高重建图像质量.成像结果表明,图像重建结果与实际相符,图像质量得到了改善.【期刊名称】《微型机与应用》【年(卷),期】2010(029)009【总页数】4页(P32-34,40)【关键词】电容层析成像;图像重建算法;正则化;优化修正;QR分解【作者】刘传美【作者单位】北方工业大学,机电工程学院自动化系,北京,100144【正文语种】中文【中图分类】TP301.6电容层析成像(ECT)技术是基于电容敏感原理的过程层析成像技术，运用传感器阵列形成旋转的空间敏感场，从不同的观测角度获得被测物场的介电常数分布信息，利用图像重建算法，显示被测物场的二维或三维介质分布图像。
典型的ECT系统结构主要由3部分构成：电容阵列传感器、数据采集系统和成像计算机。
其基本原理是：位于管道内具有不同介电常数的两相流在流动时，各相含量和分布不断变化，引起电容传感器不同极板间的电容值改变。
通过均匀安装在绝缘管道外壁的电容传感器检测出各电极间的电容值，送至数据采集系统。
数据采集系统将这些电容值转化为数字量并传送给成像计算机，根据某种图像重建算法重建出流体在截面的分布图像。
1 ECT系统图像重建算法ECT系统图像重建是一个逆问题，即通过有限个电容测量值将成像区域内的介电常数空间分布图重建出来。
由于电容层析成像系统本身固有的“软场”特性，且能得到的独立电容测量值数量非常有限，逆问题不存在解析解，图像重建的难度较大。
针对目前图像重建算法在成像质量和成像速率上存在的问题，本文提出一种基于QR分解的电容层析成像算法。
第一章绪论１．１．２电容层析成像技术电容层析成像技术是ＰＴ技术中研究较早的一种，它是利用多相介质往往具有不同的介电常数，通过阵列电极电容变化，反映管道中多相介质分布，从而构造出管道中二维或三维的各相介质的分布图像。
电容层析成像系统主要包括３个基本部分：（１）由阵列式电极电容敏感系统构成的传感器系统；（２）数据采集与信号处理系统；（３）用于图像重建与分析显示的成像计算机，如图卜ｌ所示。
传感器系统通常由均匀安装在绝缘管道外壁的阵列电极构成，数据采集系统测量任意一对电极间的电容值，获得不同观察角度下的“投影数据”并馈入成像计算机。
对于Ⅳ个极板的传感器，可以得到Ⅳ（Ⅳ一１）／２个独立测量值。
计算机对数据采集过程进行控制，并且根据图像重建算法即可获得敏感场介质分布的二维或三维图像。
图卜１电容层析成像系统构成原理图经过近二十年的研究，ＥＣＴ技术在理论和应用领域取均得了很大的进展：１９８８年，ＵＭＩＳＴ的研究小组研制成功８电极电容层析成像系统【２】【３１。
１９９１年，ＵＭＩＳＴ的研究小组研制成功１２电极电容层析成像系统【４】。
该系统的电容数据采集单元采用电荷转移原理，用Ｔｒａｎｓｐｕｔｅｒ阵列式处理器对数据进行并行处理以提高系统的实时性，计算机采用ＰＣ４８６，并在流体实验装置上对油／气两相流进行了成像实验，将ＥＣＴ技术应用于监视管路中的油／气两相流。
１９９１年，美国能源部摩根城研究中心设计了１６电极电容层析成像系统ｆ５】【６１，用于研究流化床中的空隙率分布。
第二章电容层析成像正问题分析第二章电容层析成像正问题分析２．１ＥＣＴ的正问题和逆问题电磁场分析中存在正问题和逆问题的求解。
正问题是已知物场的分布和敏感场的初始及边界条件，求取电磁场的分布：逆问题则是根据电磁场的分布及边界条件等求取物场分布。
在ＥＣＴ系统中，电容传感器将敏感空间内两相／多相流体的分布转换为各电极对之间的电容值，即正问题求解。
ＥＣＴ技术发展至今，出现了许多不同的传感器结构，以ＵＭＩＳＴ研制的１２电极ＥＣＴ系统【２４］为例，该系统的传感器结构如图２一ｌ所示。
电容层析成像的图像重建算法研究与半物理仿真平台设计电容层析成像的图像重建算法研究与半物理仿真平台设计摘要：电容层析成像（Capacitive Tomography Imaging，简称CTI）作为一种非侵入式的成像技术，在工业、医疗等领域具有广泛应用前景。
本文通过研究电容层析成像的图像重建算法，并设计了一种半物理仿真平台，可以对电容层析成像的成像原理进行仿真验证。
研究结果表明，所设计的算法和平台具有较好的成像效果和实用性，为电容层析成像技术的进一步开发和应用提供了有力的支持。
1. 引言电容层析成像作为一种非侵入式的成像技术，可以通过测量物体内的电容值分布，实现对物体内部结构的成像。
与传统的X射线CT、磁共振成像（MRI）等技术相比，电容层析成像具有成本低、辐射小等优势，因此在工业、医疗等领域具有广泛应用前景。
2. 图像重建算法研究2.1 基于模型的反问题求解图像重建算法是电容层析成像的核心技术，其目标是根据测量得到的电容数据，恢复出物体内部的电导率分布。
反问题求解是图像重建中的关键环节，常用的算法包括基于解析方法和迭代方法。
2.2 基于解析方法的算法基于解析方法的图像重建算法基于物理模型，通过对物体内部电容分布的数学表达式进行推导和求解，得到物体的电导率分布。
常用的方法包括直接反投影法、Filikov算法等。
2.3 基于迭代方法的算法基于迭代方法的图像重建算法采用迭代优化算法，通过不断迭代优化目标函数，最终获得物体的电导率分布。
常用的方法包括梯度下降法、共轭梯度法等。
3. 半物理仿真平台设计为了验证电容层析成像的成像原理和图像重建算法的有效性，本文设计了一种半物理仿真平台。
该平台包括三个主要部分：数据采集模块、数据处理模块和图像显示模块。
3.1 数据采集模块数据采集模块主要用于模拟测量得到的电容数据。
通过电容传感器和信号采集板，可以测量到物体内部的电容值，以供后续处理使用。
3.2 数据处理模块数据处理模块主要用于计算和重建电容层析成像图像。
用于两相流电容层析成像系统中的图像重建算法
吴德林
【期刊名称】《电脑知识与技术》
【年(卷),期】2009(005)031
【摘要】图像重建算法研究和增加投影数据是改善图像重建质量的两个重要方面.由于目前在ECT系统中存在着一种基于奇异值分解(SVD)的图像重建算法,此算法中的奇异值将对应图像重建矩阵中很大的对角线元素,从而导致伪逆很不稳定.因而讨论了改进的基于奇异值分解(MSVD)的图像重建算法,该算法是用改进奇异值分解方法求出图像重建矩阵.仿真及实验结果均表明该算法是一种实时的、重建图像质量优于SVD.
【总页数】3页(P8787-8789)
【作者】吴德林
【作者单位】华南师范大学,增城学院,广东,广州,511363
【正文语种】中文
【中图分类】TP317
【相关文献】
1.油水两相流电容层析成像系统电容测量电路的设计 [J], 陈德运;于晓洋;赵霞;孙立镌
2.基于遗传算法的两相流电容层析成像图像重建算法 [J], 郑贵滨;陈德运;于晓洋
3.一种用于在线测量的电容层析成像图像重建算法 [J], 雷兢;刘石;李志宏;孙猛;刘靖
4.用于两相流电容层析成像系统中的图像重建算法 [J], 吴德林
5.用于电容层析成像的一步稳定图像重建算法 [J], 熊小芸;唐磊;王超
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
、壬3町扶2020年第33卷第11期Electronic Sei.&Tech./Noe.15,2020电容层析成像图像重建算法对比祝光泉1，杨海马1，李筠1，杨萍2(1.上海理工大学光电信息与计算机工程学院，上海200093；2.上海航天设备制造总厂有限公司，上海2002452)摘要图像重建算法在电容层析成像技术的实际应用中起着至关重要的作用％针对图像重建算法的研究，文中将线性反投影法、奇异值分解法、代数重建算法、Lcdweber算法、Tikhonov正贝l］化算法的基本原理进行对比％基于MATLAB仿真对4种多型进行仿真，并从图像误差、系数、计算时间3个方面对比重建图像的效果％分析结果表明，算法的建速度优于算法，建质量劣于算法％关键词电容层析成像；图像重建;相关系数'MATLAB；图像误差；算法对比中图分类号TP391文献标识码A文章编号1007-7820(2020)11-041-05doi：10.16180/j.enki.imnl007-7820.2020.11.008Comparison of Image Reconstrrchon Algorithms of Electrical Capacitance TomographyZHU Guangquan1，YANG Haima1，LI Jun1，YANG Piny2(1.School of Optical-EmctWcgl and Computer Enyineeriny，Univvrsita ofShanghai for Scienca and Technology，Shanghai200093，China；2.Shanghai Aeaspaca EquipmentiManufacturer Co.，Ltd.，Shanghai200245，China)Abstract Image aconstruction31x001:21plays a vital ala in the practical application of elec t rie a l capacitanca tomography.For the research of image meonstmetion algorithm，the LBP，SVD，ART，Landwebar algorithm and Tikhonov rexulamzation algorithm are compared in this study.Four kinds of multiphase Oow pattems are simulated based on MATLAB simulation plaUogn，and the effecti of reconstructed images are compared in three aspects:Fnaga error，correlation coefOcient and calculation time.The analysis asuft show that the image aconstruction speed of the direct algorithm is better than the iterative algorithm，while the image reconstaction qualita is worse than the iterative alyo-othm.Keywords6X01:10x1capacitanca tomography；Fnaga aconstruction；correlation coefficient；MATLAB；image error；31x001:21compaison电容层析成像(Emctwcyi Capacitance Tomography，ECT)是一种非侵入式的过程层析成像技术，其根据测电极对的电容数据重建介质分布的可视化图，结构、成、灵活性高、实时重构；点，在石油管、化学工程、电厂等领的应用，发展阔叫收稿日期：2019-08-30基金项目：上海市自然科学基金(17ZR1443500)'上海航天科技创新基金(SAST2017-062)；宝山区科技创新专项基金(17-C -21)Shanghot Natuai Science Foundation(17ZR1443500)；Shanghot Aerospace Science and Technology Innovation Fund(SAST2017-062)；Baoshan District Science and Technology Innovation Specik Fund(17 -C-21)作者简介:祝光泉(1992-)，男，硕士研究生％研究方向：仪器与测试技术和图像处理与识别等％杨海马(1979-)，男，博士，副教授％研究方向：光电检测设备开发及信号处理算法的应用%电容层析成像技术［2-3］要分为正问题和逆问题%正问题的求解就是在电容传感器结构尺寸和管道内各相介质的分布情况计算出电容传感器各间的电容值，感场分布函数。
多相流的电容层析成像图像重建研究的开题报告
本研究的题目是基于多相流电容层析成像的图像重建研究，旨在探索一种新的多相流成像技术，以解决传统成像技术在测量多相流体系中存在的限制和缺陷。
目前在多相流测量中，成像技术发挥着重要的作用，其中电容层析成像技术被广泛应用。
电容层析成像利用电极将测量区域分解为一系列小区域，随后测量每个区域中的电容值，以此来反映流体的物理性质。
但是，在多相流体系中，由于不同液滴、气泡、固体颗粒等存在于同一测量区域，成像结果往往非常复杂，难以被准确解释。
为了解决这一问题，本研究将探究并优化电容层析成像技术，使其适用于多相流测量。
具体来说，本研究将通过改进电极设计和信号处理算法等方法，优化电容层析成像技术的测量精度和信噪比，从而实现对多相流测量的高精度、高分辨率成像。
该研究的研究对象是电容层析成像技术在多相流测量中的应用，研究方法主要包括实验室实验、数值模拟和数据分析等。
预计的成果包括多相流电容层析成像重建技术的设计、优化和验证，并通过实验验证其成像效果和精度。
本研究的成果将有助于提高多相流测量的精度和可靠性，对于工业生产以及环境保护等领域具有重要的应用价值。
总之，本研究旨在探索一种新的多相流成像技术，以优化电容层析成像技术在多相流测量中的应用，从而实现高精度、高分辨率的图像重建。
该研究具有重要的研究意义和应用价值，可以为多相流测量领域的发展做出一定的贡献。
