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基于迭代法的电容层析成像图像重建算法

作　者: 高宝庆
导　师: 陈德运
学　校: 哈尔滨理工大学
专　业: 计算机应用技术
关键词: 电容层析成像图像重建迭代算法奇异值分解共轭梯度算法
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

多相流参数的检测技术是一个迫切需要发展的研究方向。但是由于多相流之间存在着相对速度和界面效应等问题,导致了多相流参数检测的难度系数较大。经过近几年来的研究发现,过程层析成像技术在解决多相流检测的问题上具有很大的潜力和广阔的工业应用前景。而过程层析成像技术中的电容层析成像技术以其成本低廉、多点测量、非侵入性、适用范围广、安全性能好、响应速度快、结构简单等优点,成为过程层析成像技术中的主要研究方向,但是由于电容层析成像技术尚不成熟,还未能达到满足工业应用的标准,因此有待于进一步的研究和探索。论文以12电极电容层析成像系统为研究对象,探讨了迭代法在电容层析成像系统中图像重建的应用问题,提出了加权SVD截断共轭梯度的图像重建算法,主要研究了以下内容:1.结合课题背景,指出了在科研及工业生产中,多相流检测技术的重要意义,对多相流的特点及参数进行了分析,阐述过程层析成像系统的基本原理和发展现状;2.分析了电容层析成像系统的组成,研究其工作原理,分析其技术特点,阐述了电容层析成像技术研究现状;3.阐述了迭代算法的特点与基本思想,然后分别对LBP算法、Landweber迭代算法、最速下降法、Tikhonov正则化算法以及Newton算法分别进行了讨论,并详细介绍了其各自在ECT图像重建中算法的应用;4.针对ECT图像重建中的“软场”效应和反问题的病态性,基于灵敏度矩阵的奇异值分解理论,提出了一种加权SVD截断共轭梯度的ECT图像重建算法,分析算法的收敛性,并通过仿真实验验证算法的有效性。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第1章绪论  10-17
  1.1 课题背景  10-11
  1.2 多相流检测技术  11-14
    1.2.1 多相流的基本概念  11-12
    1.2.2 多相流的相关参数  12-14
  1.3 过程层析成像  14-16
    1.3.1 过程层析成像的数学模型  14-15
    1.3.2 过程层析成像的工作原理  15-16
  1.4 课题来源及主要研究内容  16-17
第2章电容层析成像系统组成与工作原理  17-28
  2.1 电容层析成像ECT 系统的组成  17-22
    2.1.1 电容层析成像的传感器系统  18-20
    2.1.2 电容层析成像的数据采集系统  20-21
    2.1.3 电容层析成像的图像重建系统  21-22
  2.2 电容层析成像系统的技术原理  22-27
  2.3 电容层析成像技术的特点及现状  27
  2.4 本章小结  27-28
第3章图像重建算法研究  28-40
  3.1 LBP 算法  28-30
    3.1.1 LBP 算法理论基础  28-29
    3.1.2 LBP 算法描述  29-30
  3.2 Landweber 迭代算法  30-33
    3.2.1 Landweber 迭代算法  30-31
    3.2.2 Landweber-Fridman 迭代算法  31-33
  3.3 最速下降法  33-36
  3.4 Tikhonov 正则化算法  36-37
  3.5 Newton 算法  37-39
    3.5.1 Newton 算法简述  37-38
    3.5.2 阻尼Newton 迭代算法  38
    3.5.3 Gauss-Newton 的改进迭代算法  38-39
  3.6 本章小结  39-40
第4章加权SVD 截断共轭梯度ECT 图像重建算法  40-48
  4.1 奇异值分解的基本理论  40-41
  4.2 共轭梯度法的基本理论  41-43
  4.3 加权SVD 截断共轭梯度法  43-47
    4.3.1 算法的基本理论  43-46
    4.3.2 算法收敛性分析  46-47
  4.4 本章小结  47-48
第5章图像重建算法的仿真实验  48-54
  5.1 实验环境  48
  5.2 实验原理  48-49
  5.3 仿真实验数据  49-51
  5.4 实验结果与分析  51-53
  5.5 本章小结  53-54
结论  54-55
参考文献  55-59
攻读硕士学位期间发表的学术论文  59-60
致谢  60

基于迭代法的电容层析成像图像重建算法

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