一種電容層析成像圖像重建優(yōu)化算法

張立峰, 張 明

(華北電力大學(xué) 自動(dòng)化系, 河北 保定 071003)

1 引 言

電容層析成像(electrical capacitance tomography,ECT)是一種基于電容傳感機(jī)制的過(guò)程層析成像技術(shù)[1～3]。ECT技術(shù)利用不同物質(zhì)間相對(duì)介電常數(shù)不同的特點(diǎn),通過(guò)電容傳感器和采集系統(tǒng)收集電極陣列間的電壓信號(hào),聯(lián)合圖像重建算法計(jì)算場(chǎng)域內(nèi)介電常數(shù)分布,進(jìn)而獲取被測(cè)截面內(nèi)多相流介質(zhì)的分布情況,適合于測(cè)量各種絕緣物體組成的混合流體,如油-氣兩相流等。圖像重建即為逆問(wèn)題的求解過(guò)程,是ECT技術(shù)的核心也是關(guān)鍵技術(shù)所在[4～6]。逆問(wèn)題求解具有非線性和病態(tài)性,同時(shí)ECT敏感場(chǎng)具有“軟場(chǎng)“特性。因此,高質(zhì)量的ECT圖像重建仍然是一個(gè)具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)。圖像重建算法主要分為非迭代算法和迭代算法,常用的非迭代算法有線性反投影算法(LBP)和Tikhonov正則化算法,代表性的迭代類(lèi)算法有Landweber迭代算法。其中LBP算法是最簡(jiǎn)單的ECT圖像重建算法,其忽略了介質(zhì)分布狀態(tài)對(duì)敏感場(chǎng)的影響,雖然成像速度較快,但重建圖像的精度較低；Landweber算法[7]是一種典型的迭代算法,以迭代的方式逼近求解過(guò)程,成像精度更高；Tikhonov正則化算法可有效地克服逆問(wèn)題求解的不穩(wěn)定性,但經(jīng)常性地對(duì)圖像邊緣過(guò)平滑化,降低了重建圖像的分辨率。

圖像重建算法的準(zhǔn)確性決定了ECT系統(tǒng)能否成功應(yīng)用,本文構(gòu)建了一種新的ECT圖像重建算法,該算法結(jié)合范數(shù)用于更好的逼近正則化最小化問(wèn)題,可有效增強(qiáng)對(duì)測(cè)量異常值的魯棒性,且具有較快的收斂速度。仿真實(shí)驗(yàn)表明,該算法可獲得更好的圖像重建效果。……