Huang族校正电容层析成像图像重建算法

陈宇　李洪宇

摘要：针对电容层析成像（ECT）技术中的“软场”效应和病态问题，提出了一种Huang族校正的电容层析成像图像重建算法。首先依据ECT系统的基本原理，推导出ECT问题中Huang族校正的校正公式，其次给出校正后用于ECT反问题求解仿真实验的迭代公式。最后，采用数字仿真模拟实验方式，验证提出方法的有效性。实验结果表明，Huang族校正方法对于极低位、低位、核心流而言，图像误差分别降到2439%、2581%和4091%，均低于LBP、Landweber、SD和CG方法；对于极低位、低位及柱状流而言，迭代次数分别为12、12、27次，比Landweber算法和SD法都要低，综合分析，可知Huang族校正方法实验效果良好。

关键词：

电容层析成像； Huang族校正；图像重建

DOI：10.15938/j.jhust.2018.05.014

中图分类号： TN 91173

文献标志码： A

文章编号： 1007-2683（2018）05-0080-06

Abstract：To solve the ‘softfield nature and the illposed problem in electrical capacitance tomography technology， a Huang clan correction image reconstruction algorithm for electrical capacitance tomography is presented Firstly，according to the basic principles of the Electrical Capacitance Tomography system， the formula of Huang clan correction in the problem of capacitance tomography is derived Secondly， the iterative formula for simulation experiment is given after the correctionFinally， the validity of the proposed method is verified by digital simulationThe simulation experiment results show that the error of the image for extremely low layer flow，low layer flow and core flow dropped to 2439%，2581% and 4091% respectively Results were lower than Linear Back Projection method，Landweber method，Steepest Descent method and Conjugate Gradient method In addition，the number of iterations were maintained at 12，12 and 27times，also less than the Landweber method and the Steepest Descent method The results of the analysis show that the effect of the Huang Clan Correction Image Reconstruction Algorithm are good

Keywords：electrical capacitance tomography； Huang clan correction； image reconstruction

0引言

過程层析成像技术简称为（process tomography，PT）技术。其包括电容层析成像技术（electrical capacitance tomography， ECT）、电阻层析成像技术（electrical resistance tomography，ERT）和电磁层析成像技术（electromagnetic tomography，EMT）。他们分别依据测量不同的电学特性，来进行相关信息的重建工作。其中ECT技术就是利用传感器测量得到的电容信号，依照某种算法重建出介质内部的介电常数分布情况。

ECT技术作为PT技术的一种，相比其他PT技术而言， 拥有诸多优点。如成本低、可靠性高、简单易实现等[1-2]。另外ECT的非侵入性、高安全性和高速度性使其在解决连续相非导电物质的两相流、多相流成像问题中产生很好的效果。ECT技术的适用范围广泛，现已在化工、石油和医药等众多两相流和多相流检测领域有相应的应用[3]。

自从ECT技术出现以后，大量的图像重建算法被国内外的众学者所提出。Isaksen O在1996年就对ECT的各种图像重建算法进行过一次综合表述[4]。……