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《哈尔滨理工大学》 2010年
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电容层析成像反问题求解及图像重建算法研究

陈宇  
【摘要】:电容层析成像技术(ECT)是一种新的计算机层析成像技术,它是通过测量物体表面周围电极之间的电容值来计算物体内部介电常数的空间分布,主要用于工业管道内的多相流检测。电容层析成像技术具有适用范围广、非侵入式、安全性能好等优点,因此为解决多相流的测量问题提供了一条较好的途径。ECT技术的成功应用主要取决于反问题求解的精度与速度以及图像重建的质量,本文主要针对电容层析成像反问题求解及图像重建算法等关键问题展开研究,主要研究内容如下: 详细分析了电容层析成像技术的基本原理、正问题的定义、反问题的定义和ECT反问题的不适定性,提出了解决不适定性的有限维逼近方法。 针对Landweber算法求解ECT反问题收敛速度慢的问题,提出了求解ECT反问题的多项式加速算法。同时针对信赖域算法的子问题求解很复杂的问题,采用共轭梯度法对其进行求解,即信赖域-共轭梯度法(TR-CG)。实验结果表明,两种算法都表现出了较好的成像结果,能够克服ECT反问题图像重建的不稳定性,重建图像的失真较小且十分接近原流型,具有很强的抗噪声能力。同时,在混有噪声电容数据的情况下,这两种算法表现出具有很强的抗噪声能力。 针对应用Gauss-Newton法求解ECT反问题收敛慢的问题,提出了加权修正Gauss-Newton算法对其进行求解。同时在分析非线性最小二乘问题残量原理的基础上,提出了一种NL2SOL的拟牛顿电容层析成像算法。实验结果表明,这两种算法都具有较好的反问题的解,成像精度高且误差小。两种算法相比较,对于大残量流型NL2SOL算法有更好的成像结果,而对于小残量流型加权修正Gauss-Newton算法有更好的成像结果。 针对ECT反问题的流型辨识问题,阐述了基于特征提取的BP神经网络ECT流型辨识方法。对影响流型辨识准确度的基本原因进行分析,提出了基于自适应主成分的特征提取的ECT流型辨识算法(PCA-FE),并给出自适应求解ECT电容值主分量的对称子空间网络模型和广义Hebb网络模型。 在分析电容层析成像反问题求解的渐进最优阶理论的基础上,对ECT反问题求解后进行边缘灰度补偿的必要性进行论证,并提出了一种自适应权重粒子群(AWPSO)的电容层析成像边界灰度补偿算法。实验结果表明,该算法是非常有效的,可大大改善图像重建的稳定性和提高图像重建的质量,补偿后的图像质量要远远好于线性反投影算法和共轭梯度算法,从而为ECT图像重建提供了一种新的有效方法。
【学位授予单位】:哈尔滨理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TP391.41

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【引证文献】
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【参考文献】
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【共引文献】
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6 李峻;孙世群;;基于BP网络模型的青弋江水质预测研究[J];安徽工程科技学院学报(自然科学版);2008年02期
7 张艳;张海军;;基于DSP的多通道超声波连续测厚系统的研究[J];安徽工程科技学院学报(自然科学版);2008年03期
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6 杜健;费保俊;刘颖;潘高田;姚国政;;基于神经网络的导航装备维修能力评估研究[A];第二届中国卫星导航学术年会电子文集[C];2011年
7 姜静;孟利东;孙铁;姜琳;;电弧炉三相电极神经网络控制器的研究[A];中国计量协会冶金分会2012年会暨能源计量与节能降耗经验交流会论文集[C];2012年
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10 王廷芳;黄思训;杜华栋;;大气边界层GEM模式参数反演的理论分析及数值试验[A];2008年北京气象学会科技优秀论文集[C];2008年
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1 谭佳琳;粒子群优化算法研究及其在海底地形辅助导航中的应用[D];哈尔滨工程大学;2010年
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8 李方义;区间非概率多目标优化设计方法及其在车身设计中的应用[D];湖南大学;2010年
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10 渠瑜;基于SVM的高不平衡分类技术研究及其在电信业的应用[D];浙江大学;2010年
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1 张小亮;非线性规划的信赖域算法[D];河南理工大学;2010年
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5 韩晓峰;高斯混合模型及在探测网络社区结构中的应用[D];山东科技大学;2010年
6 张海丽;非线性抛物型方程若干类反问题的研究[D];浙江理工大学;2010年
7 易明;地震作用下渡槽结构的动力可靠度分析[D];郑州大学;2010年
8 范不井;某地区电网短期负荷预测研究[D];郑州大学;2010年
9 乔小琴;基于灰理论的土石坝安全监控综合评价模型研究[D];郑州大学;2010年
10 仝伟;一类熵型的内邻近点算法及其应用[D];郑州大学;2010年
【同被引文献】
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1 孙楠;黄民;祁志生;;用于电容层析成像系统的电容测量电路[J];北京机械工业学院学报;2006年02期
2 王雷,王保良,冀海峰,黄志尧,李海青;电容传感器新型微弱电容测量电路[J];传感技术学报;2002年04期
3 陈德运,杨从晶,郑贵滨,于晓洋,孙立镌;电容层析成像系统传感器场域新的剖分方法及图像重建[J];传感技术学报;2003年04期
4 张晓飞;杨定新;胡政;杨拥民;;基于电介质介电常数测量的油液在线监测技术研究[J];传感技术学报;2008年12期
5 李守晓;王化祥;崔自强;薛倩;;基于图像融合的电容成像[J];传感技术学报;2011年10期
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7 董向元;郭淑青;刘石;;基于模糊阈值分割的ECT图像重建方法[J];传感器与微系统;2008年06期
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1 姜延吉;多传感器数据融合关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
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7 董向元;电容成像技术在热物理量测量中的应用研究[D];中国科学院研究生院(工程热物理研究所);2006年
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4 李登付;数据融合技术在隧道监控中的应用与研究[D];武汉理工大学;2011年
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6 张凯;基于聚类的电学层析成像算法及应用[D];天津大学;2010年
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【二级引证文献】
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1 王卫东;任伟;孙军涛;孙远;;浓缩机絮凝沉降检测分析系统设计[J];工矿自动化;2013年08期
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1 卢首廷;CDC技术应用在ECT数据采集的研究[D];电子科技大学;2012年
2 姜洪娜;直接三维ECT图像重建算法的研究[D];沈阳工业大学;2013年
【二级参考文献】
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10 董向元;电容成像技术在热物理量测量中的应用研究[D];中国科学院研究生院(工程热物理研究所);2006年
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1 陈宇;电容层析成像反问题求解及图像重建算法研究[D];哈尔滨理工大学;2010年
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3 闫润生;CFD和电容层析成像技术及其在下行床的应用[D];中国科学院研究生院(工程热物理研究所);2006年
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10 禹治坤;电容层析成像技术在电厂气固两相流检测中的应用[D];华北电力大学;2011年
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