基于迭代优化的ECT图像重建算法研究

论文摘要

电容层析成像（Electrical Capacitance Tomography,ECT）是一种广泛应用于两相流及多相流检测的过程成像技术。ECT系统由电容传感器、数据采集和传输系统和用于图像重建的计算机三部分组成,传感器将被测区域的信息转换为电容数据,数据采集和传输系统获取电容数据将其传送到计算机,并通过特定的图像重建算法还原出被测区域的介质分布。本文将以图像重建算法为研究重点,提出了基于改进粒子群（Particle Swarm Optimization,PSO）优化、粒子群与引力搜索（Gravitational Search Algorithm,GSA）混合（PSO-GSA）优化的电容层析成像图像重建算法。对所提出的算法进行仿真实验验证,研究结果表明,相对于经典的图像想重建算法本文提出的新算法无论是在主观效果还是客观数据上都有很好的表现,图像重建结果的质量有了进一步的提升。本文主要研究内容有:（1）对电容层析成像技术的原理进行分析,在此基础上对图像重建过程的正问题和反问题进行讨论,分析灵敏度与电容层析成像图像重建的关系,对图像重建的不适定性问题进行分析。（2）以8电极的电容层析成像系统为研究对象,使用经典算法对四种常见流型进行重建,对比分析各种算法的重建结果及优缺点。（3）基于对经典算法的对比分析,选择Landweber算法为研究方向,使用粒子群优化算法对Landweber算法的结果进行优化。分析粒子群优化算法在应用于图像重建时出现的问题对基础粒子群算法进行改进,提出基于改进粒子群优化算法（EPSO）的图像重建算法,然后进行实验仿真。在改进粒子群优化算法的基础上加入引力搜索算法,使之收敛速度更快且重建结果质量更好。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
•   1.1 研究背景及意义
•     1.1.1 多相流的概述
•     1.1.2 电容层析成像技术的背景
•   1.2 电容层析成像研究的国内外现状
•   1.3 本文的主要研究内容
• 第2章 电容层析成像系统组成及原理
•   2.1 电容层析成像系统的组成
•     2.1.1 电容传感器系统
•     2.1.2 数据采集和传输系统
•     2.1.3 图像重建系统
•   2.2 电容层析成像技术的原理及典型问题分析
•     2.2.1 电容层析成像技术的原理
•     2.2.2 电容层析成像技术的正问题
•     2.2.3 电容层析成像技术的反问题
•     2.2.4 灵敏度分布函数的意义
•     2.2.5 电容层析成像技术中的不适定性
• 第3章 经典电容层析成像图像重建算法
•   3.1 LBP算法
•   3.2 Landweber迭代算法
•   3.3 Tikhonov正则化算法
•   3.4 Newton-Raphson算法
•   3.5 经典图像重建算法的重建结果对比
• 第4章 基于改进粒子群优化的电容层析成像图像重建算法
•   4.1 粒子群优化算法
•   4.2 基于粒子群优化的图像重建算法
•   4.3 改进的图像重建算法
• 第5章 基于粒子群与引力搜索混合优化的电容层析成像图像重建算法
•   5.1 引力搜索算法
•   5.2 基于索混合优化的图像重建算法
• 第6章 总结与展望
• 参考文献
• 攻读学位期间的研究成果
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 陆根源

导师: 严春满

关键词: 电容层析成像,图像重建,迭代算法,粒子群优化算法,引力搜索算法

来源: 西北师范大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 力学,计算机软件及计算机应用

单位: 西北师范大学

分类号: TP391.41;O359

总页数: 45

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