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用于电学层析成像图像质量评估的模型组方法

作　者: 钱旺
导　师: 王超
学　校: 天津大学
专　业: 检测技术与自动化装置
关键词: 电学层析成像技术图像质量评估模型组方法图像配准
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 26次
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内容摘要

电学层析成像(Electrical Tomography,简称ET)技术是上世纪80年代发展起来的一种新型测量技术。该技术具有结构简单、成本低廉、非侵入及无辐射等优点,在工业测量和生物医学工程领域具有广阔的应用前景。经过近三十年的发展,ET技术取得了很大的进步。作为ET技术的结果显示,重建图像质量的优劣体现着ET系统硬件和软件上的进步程度。虽然已经有很多学者在ET重建图像质量评估方法的研究上做了大量的工作,但主要还停留在对二值图像进行单参数评估的阶段。针对目前存在的问题,本课题从ET技术的原理出发,提出了模型组的概念,通过建立不同大小、位置、形状的模型组来模拟ET系统的动态成像过程,并针对不同模型组定义了多参数来评价重建图像的质量,同时简要介绍了基于模型组的重建图像质量评估参数分析方法。主要研究工作如下:1. ET建模及图像重建在对ET技术全面深入理解的基础上,分析归纳了ET重建图像所固有的特点,有针对性地利用COMSOL有限元分析软件建立了ECT仿真模型组,结合MATLAB工具软件导出正问题求解数据,根据不同的成像算法重建图像。2.基于模型组的ET重建图像质量评估模型及参数设计建立了不同大小、位置、形状的模型组来模拟ET系统的动态成像过程,主要针对单物体模型组和两物体模型组,研究了多参数来刻画它们的特征,反映了ET重建算法对敏感场内介质分布变化的灵敏性。同时,还讨论了特殊模型的重建图像质量评估方法,因为它们的特征难以描述,所以主要借鉴了普通数字图像的质量评估方法来评价其质量。运用实验的方法,分析基于模型组的评估参数来评价不同算法的重建图像质量,取得了较好的效果。3.图像配准及ET重建图像质量评估软件设计应用Visual Basic.NET 2005编程环境设计了基于32位Windows平台的ET重建图像质量评估软件,实现了参考图像和重建图像在大小不一致时的图像配准,进而可以运用像素对像素的图像质量评估指标。本软件实现了所有评估参数的计算,并且具有操作界面友好,操作简单的特点,完全可以用于实际应用。

全文目录

中文摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章绪论  8-17
  1.1 ET技术简介  8-11
    1.1.1 ET系统组成及工作原理  9-10
    1.1.2 ET技术的发展与现状  10-11
  1.2 ET重建图像质量的评估  11-15
    1.2.1 图像质量及其评估方法  11-13
    1.2.2 ET重建图像质量评估参数的发展  13-14
    1.2.3 评估ET重建图像质量的意义  14-15
  1.3 本文的组织  15-16
  1.4 本文的创新点  16-17
第二章 ET理论基础与建模仿真研究  17-27
  2.1 ET正问题  17-21
    2.1.1 正问题的理论基础  17-20
    2.1.2 正问题的求解方法  20-21
  2.2 ET反问题及其特点  21-23
    2.2.1 反问题的概念  21
    2.2.2 图像重建算法  21-22
    2.2.3 不同算法重建图像的特点  22-23
  2.3 ET建模仿真研究  23-27
    2.3.1 ECT系统建模  24-25
    2.3.2 COMSOL的*.m文件结构  25
    2.3.3 电容值计算  25-27
第三章基于模型组的ET重建图像质量评估模型及参数设计  27-51
  3.1 ET重建图像的灰度化处理  27-30
    3.1.1 数字图像处理方法  27-28
    3.1.2 图像灰度化的原因  28-29
    3.1.3 图像灰度化策略  29-30
  3.2 重建图像的特点及图像处理  30-34
    3.2.1 重建图像特点及图像处理  30-32
    3.2.2 图像坐标系  32-33
    3.2.3 图像配准  33-34
  3.3 单物体模型组及评估参数设计  34-40
    3.3.1 单物体模型组建模  34-35
    3.3.2 面积参数  35
    3.3.3 位置参数  35-37
    3.3.4 物体特征大小参数  37-39
    3.3.5 形状特征参数  39-40
  3.4 多物体模型组及评估参数设计  40-43
    3.4.1 多物体模型组建模  41
    3.4.2 物体间距  41-42
    3.4.3 物距夹角  42-43
    3.4.4 电特性偏差  43
  3.5 特殊模型及评估参数设计  43-48
    3.5.1 特殊模型  43-45
    3.5.2 特殊模型的重建图像质量评估参数  45-48
  3.6 基于模型组的参数分析方法  48-51
    3.6.1 参数变化曲线  48-49
    3.6.2 拟合直线与线性度  49-51
第四章 ET重建图像质量评估软件设计  51-63
  4.1 软件系统设计概述  51-55
    4.1.1 图像处理软件设计的基础  51-53
    4.1.2 软件功能简介  53-54
    4.1.3 软件评估图像质量的流程  54-55
  4.2 软件系统操作界面的设计  55-58
  4.3 图像灰度化处理  58-61
    4.3.1 基于Matlab色标的灰度化策略  58-59
    4.3.2 图像灰度化的编程实现  59-61
  4.4 软件功能之间连锁关系的设置  61-63
第五章基于模型组的ET重建图像质量评估参数分析  63-83
  5.1 单物体模型组的重建图像质量评估参数分析  63-72
    5.1.1 DR参数分析  65-67
    5.1.2 FSDR参数分析  67-70
    5.1.3 SF参数分析  70-72
    5.1.4 小结  72
  5.2 两物体模型组的重建图像质量评估参数分析  72-81
    5.2.1 OD参数分析  74-76
    5.2.2 AOD参数分析  76-77
    5.2.3 CE参数分析  77-80
    5.2.4 DEC参数分析  80-81
    5.2.5 小结  81
  5.3 特殊模型的重建图像质量评估  81-82
  5.4 总结  82-83
第六章总结与展望  83-85
参考文献  85-89
发表论文和科研情况说明  89-90
致谢  90

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