电磁层析成像逆问题研究及图像重建质量评估

摘要

电磁层析成像(Electromagnetic Tomography，EMT)技术是一种基于电磁感应原理的新型过程层析成像(Process Tomography，PT)技术。实现思路是通过外加激励磁场从不同角度扫描含有导电或导磁物质分布的敏感场空间，通过边界检测线圈测得的感应电势，利用图像重建算法，重建出反映场域内导电或导磁物质的分布信息的可视化图像[1]。
　　本论文在分析电磁层析成像正问题模型的基础上，讨论了其逆问题求解的基本理论。利用同伦法对正则化的牛顿拉夫逊算法进行改进，并应用到电磁层析成像中。同时讨论了正则化参数的选取问题，以提高重建图像的质量。最后利用图像特征参数和不同图像对比参数评估重建图像的质量。具体研究内容如下:
　　1.对电磁层析成像系统及正问题物理模型进行了研究，并选择有限元法求解电磁层析成像的正问题，利用Ansys对正问题进行仿真，得到逆问题求解所需要的先验知识。
　　2.在分析EMT逆问题的不适定性和病态性基础上，研究了逆问题的求解方法，即图像重建算法。并用VC6.0++开发了相应的仿真平台，根据剖分节点灰度值进行插值成像，改进了成像视觉效果。
　　3.根据同伦法的原理，对Newton-Raphson算法进行改进，推导相应的计算公式，并将其应用到电磁层析成像技术中。正则化参数的选取影响着重建图像质量的好坏，引入连续正则化参数的调整公式，能在算法迭代过程中自动调整正则化参数。最后进行相应的仿真实验。
　　4.从EMT图像重建原理出发，通过图像重建算法所计算的最原始的剖分节点的相对电导率值，选择多参数多角度来评估EMT重建图像，其中提出一种位置灰度直方图的评估方法。对不同成像目标不同成像算法所得的重建图像进行评估。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 电磁层析成像技术研究背景及意义

1．2 电磁层析成像技术的发展及现状

1．2．1 电磁层析成像算法发展概况

1．2．2 电磁层析成像应用技术研究现状

1．3 本论文主要研究内容和论文结构

2 电磁层析成像正问题研究

2．1 电磁层析成像系统概述

2．1．1 EMT系统组成

2．1．2 两种典型的EMT系统

2．2 EMT正问题数学模型及求解方法

2．2．1 EMT正问题模型

2．2．2 EMT正问题的求解方法

2．3 有限元仿真求解EMT正问题

3 电磁层析成像逆问题研究

3．1 EMT逆问题模型

3．2 EMT逆问题不适定性和病态性

3．3 图像重建算法

3．3．1 非迭代算法

3．3．2 迭代算法

3．4 EMT逆问题仿真平台

3．5 本章小结

4 利用同伦法求解电磁层析成像逆问题

4．1 同伦法的基本原理

4．2 基于同伦法的Newton—Raphson算法

4．2．1 算法原理

4．2．2 仿真实验

4．3 同伦正则化算法

4．3．1 算法原理

4．3．2 正则化参数的选取

4．3．3 仿真实验

4．4 本章小节

5 电磁层析成像图像重建质量评估

5．1 电磁层析成像重建图像概述

5．1．1 电磁层析成像重建图像的特点

5．1．2 影响图像重建质量的因素

5．2 电磁层析成像图像重建质量评估方法

5．2．1 图像重建质量评估参数

5．2．2 评估重建图像质量的数据

5．3 评估EMT算法仿真图像质量

5．4本章小节

6 论文总结和展望

6．1 论文总结

6．2 工作展望

参考文献

作者简历

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