一种基于电力线分布的Radon逆变换电容层析成像方法技术

技术编号：22657807 阅读：24 留言：0更新日期：2019-11-28 02:55

本发明专利技术涉及一种基于电力线分布的Radon逆变换电容层析成像方法，主要包括以下步骤：对于N电极电容层析成像系统，首先循环激励测量得到传统激励模式下空场和有物体条件下的N(N‑1)/2个独立边界测量值，并等效计算得到多电极激励模式下边界测量值，进而得到N×(N‑k)的电容比值矩阵；然后计算场域内电力线曲线方程及不同电力线交点坐标，并建立其与平行线交点的映射；利用Radon逆变换重建得到不同激励电极数目的等间距网格划分场域的重建值，累加不同激励模式重建值，将其映射到对应电力线交点，输出重建结果。该方法将硬场经典重建方法与多电极激励策略相结合，用于电学成像领域物质分布重建，能有效重建出被测区域中介质分布，在电学成像领域具有重要应用价值。

A method of radon inversion electrical capacitance tomography based on power line distribution

The invention relates to a radon inverse transformation electrical capacitance tomography method based on power line distribution, which mainly includes the following steps: for n-electrode electrical capacitance tomography system, firstly, the measurement values of n (n \u2011 1) / 2 independent boundaries under the condition of empty field and object under the traditional excitation mode are obtained by cyclic excitation measurement, then the boundary measurement values under the multi electrode excitation mode are obtained by equivalent calculation, and then n \u00d7 The capacitance ratio matrix of (n \u2011 K); then calculate the power line curve equation and the coordinates of different power line intersections in the field, and establish the mapping between them and the parallel line intersections; use radon inverse transformation reconstruction to get the reconstruction values of different number of excitation electrodes in equal spacing grid division field, accumulate the reconstruction values of different excitation modes, map them to the corresponding power line intersections, and output the reconstruction results. This method combines the classical reconstruction method of hard field with the multi electrode excitation strategy to reconstruct the material distribution in the field of electrical imaging, which can effectively reconstruct the distribution of the medium in the measured area, and has important application value in the field of electrical imaging.

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【技术实现步骤摘要】
一种基于电力线分布的Radon逆变换电容层析成像方法
本专利技术涉及一种基于电力线分布的Radon逆变换电容层析成像方法，属于电学成像领域。将硬场重建经典算法Radon逆变换应用于软场重建，并与多电极激励策略相结合，增加了测量数据量，实现了感兴趣区域内介电常数分布重建。
技术介绍
于20世纪80年代发展起来的电容层析成像(electricalcapacitancetomography，ECT)技术以其快速、安全、非接触测量等优点广泛应用于等石油、化工、电力、冶金、建材等工业过程中的参数检测和过程监测。通过扫描空间敏感阵列获取被测物场在激励下的电信号，调制解调后的数据采用图像重建算法反演出被测场域内物质分布信息。电容层析成像系统由三部分构成：(1)信息获取单元，即空间敏感阵列，根据物场实际分布得到边界测量值；(2)信息处理单元：将得到的电信号进行调制解调和滤波；(3)信息恢复单元：通过对逆问题求解反演被测区域物质的空间分布(赵玉磊等.电容层析成像技术的研究进展与分析[J].仪器仪表学报,2012,33(8).)。ECT重建是一个典型的欠定、非线性、病态性的逆问题求解过程，主要表现在：(1)空间敏感阵列测得的信息量远小于待求解的未知量，故该问题的解不唯一；(2)传感器内部被测区域的敏感场分布受介质分布的变化而变化，具有典型的“软场”特性；(3)反问题的求解本质上是微商求解问题，故边界测量值的微小数据波动会使求解出的物质分布有很大误差。故逆问题的求解具有严重的不适定性(王化祥等.电学层析成像[M].2013.)。常...

【技术保护点】
1.一种基于电力线分布的Radon逆变换电容层析成像方法，其特征在于将电容层析成像传感器的独立测量值转化得到不同激励模式下的测量值，利用Radon逆变换对不同激励模式下测量值进行被测区域内介电常数分布重建，实现感兴趣区域内介电常数分布重建。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于电力线分布的Radon逆变换电容层析成像方法，其特征在于将电容层析成像传感器的独立测量值转化得到不同激励模式下的测量值，利用Radon逆变换对不同激励模式下测量值进行被测区域内介电常数分布重建，实现感兴趣区域内介电常数分布重建。

2.根据权利要求1所述的一种基于电力线分布的Radon逆变换电容层析成像方法，其特征在于：对于N个电极均匀分布排列的圆形电容层析成像传感器，按照顺时针顺序分别将N个电极标号为r(1≤r≤N)，采用传统激励测量模式循环改变激励电极，其具体实施方案为：(1)在电极1上施加激励，其余N-1个电极接地或与地同电位，可分别测量得到电极1与电极2到电极N共N-1个电容值；(2)在电极2上施加激励，其余N-1个电极接地或与地同电位，可分别测量得到电极2与电极3到电极N共N-2个电容值；(3)在电极3上施加激励，其余N-1个电极接地或与地同电位，可分别测量得到电极3与电极4到电极N共N-3个电容值；(N)以此类推，在电极N-1上施加激励，其余N-1个电极接地或与地同电位，测量得到电极N-1与电极N共1个电容值，通过传统激励测量模式测量得到N(N-1)/2个独立测量值，可表示成如式(1)所示的电容矩阵：

其中：Cs,t为电极s和t之间的电容(s≠t)；Cs,s为第s个电极上的自电容，其值为该电极与其他电极之间的电容总和，即：

采用多电极激励模式(2≤k≤N/2)，即在k个相邻的电极上施加激励，其余N-k个电极接地或与地同电位。其中，k电极激励模式的具体实现方法为：(1)电极1到电极k共k个电极同步施加激励，其余N-k个电极接地或与地同电位；(2)电极2到电极k+1共k个电极同步施加激励，其余N-k个电极接地或与地同电位；(3)电极3到电极k+2共k个电极同步施加激励，其余N-k个电极接地或与地同电位，以此类推；(N)电极N到电极k-1共k个电极同步施加激励，其余N-k个电极接地或与地同电位。该种激励模式共能得到N(N-k)/2个独立测量值，循环激励测量得到多电极激励模式下的电容矩阵式中，列向量为k个激励模式下第s个电极作为激励电极对起始电极所测得电容值，多电极激励模式的电容矩阵可由传统激励模式的电容矩阵通过变换等效得到，计算公式如下：

式中：为0、1分布的电压激励向量；为k个电极激励模式下第s个电极激励状态，若第s个电极上施加激励，则否则，

3.根据权利要求1所述的一种基于电力线分布的Radon逆变换电容层析成像方法，其特征在于：计算电力线交点并与平行束交点之间建立映射，对于N电极的圆形ECT(electricalcapacitancetomography)系统，对于不同激励模式，电力线均从激励电极对发出终止于测量电极，...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹章，徐立军，高欣，田雨，解恒，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京;11

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