基于时空特性的动态EIT成像方法研究

【摘要】：在过去几十年,电阻抗层析成像(Electrical Impedance Tomography,简称EIT)技术作为一种无创可视化测量技术得到了快速发展。EIT成像技术具有轻便,安全廉价,非侵入性以及测量快速性等优点,在生物医学成像、工业过程成像和地质勘探等领域具有广泛的应用前景。在这些应用领域,往往需要采用EIT技术对物场中介质分布变化的动态过程进行监测,即感兴趣区域的电导率分布随着时间的变化而变化。传统的动态EIT成像算法仅根据单帧测量信息单独成像,在保证成像质量的同时提高成像速度仍然面临诸多挑战。针对上述问题,本文充分利用每帧图像的时间相关性和空间冗余性,提出基于时空特性的动态EIT成像方法。利用物场变化过程中相邻帧测量数据的时间相关性,提出了低秩EIT成像系统框架,建立了基于低秩方法的动态EIT目标函数,并用增广拉格朗日乘子算法进行求解。为了能够充分利用动态图像的空间冗余性,改善重建图像质量,在低秩方法的基础上,进一步提出了基于低秩与稀疏特性相结合的动态EIT成像方法。通过仿真和系统实验对两种方法的有效性进行了验证。与传统的动态EIT成像方法相比,本文提出的图像重建算法能在改善重建图像质量的同时提高重建速度,并增强了对噪声的鲁棒性。其中,低秩方法成像速度最快,更适合于对成像速度要求较高的动态成像场合;低秩与稀疏相结合方法具有最好的成像质量和较快的成像速度,更适合于生物医学成像中同时需要兼顾成像精度和速度的场合。