基于双灵敏场的非接触式电阻抗成像技术图像重建方法技术

本发明专利技术公开了一种基于双灵敏场的非接触式电阻抗成像技术图像重建方法，该方法同时引入满场灵敏度矩阵和空场灵敏度矩阵，利用线性反投影(LBP)算法与同步迭代重建技术(SIRT)算法，对非接触式电阻抗成像传感器所获取的电阻抗实部和虚部信息开展图像重建，获得满场下的实部重建图像和空场下的虚部重建图像。此外，本发明专利技术采用一种结合算术平均融合、减法融合与逻辑滤波算法的混合型图像融合策略，对实部重建图像和虚部重建图像开展图像融合，获得基于双灵敏场的最终重建图像。相比于传统基于单一灵敏场的电学层析成像技术图像重建方法，本发明专利技术对电阻抗信息的挖掘和利用更加充分有效，可以获得更高质量的重建图像。以获得更高质量的重建图像。以获得更高质量的重建图像。

【技术实现步骤摘要】
基于双灵敏场的非接触式电阻抗成像技术图像重建方法


[0001]本专利技术涉及电学层析成像技术图像重建方法，尤其涉及基于双灵敏场的非接触式电阻抗成像技术图像重建方法。

技术介绍

[0002]电学层析成像技术(Electrical Tomography,ET)是一种非侵入式的可视化技术，具有结构简单、成本低、响应快、安全性好和便于工业应用等优点，是目前工业过程中多相流检测的主流技术之一，在多相流流态监测以及参数测量中展现出了较大的发展潜力和应用前景。然而，ET技术是一种正在发展中的技术，仍不能满足日益增长的实际工业应用需求。
[0003]现有的ET技术大多基于单一灵敏场开展图像重建，普遍采用的灵敏场主要包括满场和空场两种。其中，满场以电阻层析成像(Electrical Resistance Tomography,ERT)技术为典型代表，主要用于挖掘电阻抗的实部或电阻信息，通常采用阵列式电阻传感器获得导电材料的相分布。空场以电容层析成像(Electrical Capacitance Tomography,ECT)技术为典型代表，主要用于挖掘电阻抗的虚部或电容信息，一般通过阵列式电容传感器重建不导电材料的相分布。研究表明，实际的多相流体既具有电阻特性(实部)又具有电容特性(虚部)，因此应视为一个电阻抗。这意味着现有的基于单一灵敏场的ET技术，采用ERT或ECT对所获取的电阻信息或电容信息开展图像重建，不能实现对流体电阻抗信息的充分利用，进而限制了其实际成像性能。若能结合满场、空场的场域特性对流体电阻抗的电阻特性、电容特性进行挖掘和融合利用，有望为提高ET技术的成像性能提供一条有效的新途径。然而，目前对于基于双灵敏场的ET技术及图像重建方法仍鲜有报道，相关的知识和经验仍较为匮乏，亟需开展更多的研究。

技术实现思路

[0004]为解决技术问题，本专利技术提供了一种基于双灵敏场的非接触式电阻抗成像(Contactless Impedance Tomography,CIT)技术图像重建方法。该方法引入双灵敏场，结合图像重建和图像融合，对电阻抗的实部和虚部信息进行充分利用，获得更高质量的重建图像。对于图像重建，本专利技术结合线性反投影(Linear Back Projection,LBP)算法与同步迭代重建技术(Simultaneous Iterative Reconstruction Technique,SIRT)算法，分别基于满场灵敏度矩阵和空场灵敏度矩阵，重建获得满场下的实部重建图像和空场下的虚部重建图像；对于图像融合，本专利技术提供结合算术平均融合、减法融合与逻辑滤波算法的混合型图像融合策略，先分别获得实部和虚部重建图像的算术平均融合图像和减法融合图像，然后通过逻辑滤波算法充分挖掘并利用实部和虚部重建图像的共性和差异信息，获得基于双灵敏场的最终重建图像。相比传统的基于单一灵敏场的电学层析成像技术图像重建方法，本专利技术引入双灵敏场能充分挖掘利用电阻抗的实部信息和虚部信息，并通过图像融合进一步实现对电阻抗实部和虚部信息的融合利用，获得的重建图像具有更好的图像质量。
[0005]本专利技术的技术方案如下：
[0006]本专利技术提供了基于双灵敏场的非接触式电阻抗成像技术图像重建方法，其包括如下步骤：
[0007]1)分别建立非接触式电阻抗成像传感器的满场场域模型和空场场域模型，通过有限元方法分别计算得到满场灵敏度矩阵和空场灵敏度矩阵；
[0008]2)基于满场灵敏度矩阵和实际非接触式电阻抗成像传感器所获取的电阻抗实部测量值，计算实部投影向量，采用LBP算法和SIRT算法重建获得满场下的实部重建图像；
[0009]3)基于空场灵敏度矩阵和实际非接触式电阻抗成像传感器所获取的电阻抗虚部测量值，计算虚部投影向量，采用LBP算法和SIRT算法重建获得空场下的虚部重建图像；
[0010]4)对满场下获得的实部重建图像和空场下获得的虚部重建图像进行融合，获得基于双灵敏场的最终重建图像。
[0011]本专利技术与现有技术相比具有的有益效果：
[0012]1)本专利技术引入双灵敏场，在满场和空场下分别实现了对多相流电阻抗实部和虚部信息的挖掘利用，充分发挥了满场和空场的优势，相较于传统的基于单一灵敏场的ET技术图像重建方法，对电阻抗信息的利用更加充分有效。
[0013]2)本专利技术引入图像融合技术，提供一种混合型图像融合策略对双灵敏场下的实部重建图像和虚部重建图像进行融合，进一步优化了对电阻抗信息的挖掘利用，实现了对多相流电阻特性和电容特性的融合利用，相较于现有技术，可以获得更高质量的重建图像。
[0014]3)本专利技术将待测多相流体视为电阻抗，以非接触的方式同时获取其完整的电阻抗实部、虚部信息以及相应的实部、虚部重建图像，可以避免传统ERT技术接触式测量所带来的电极极化、电化学腐蚀、电极污染等问题，具有更好的工业应用前景。
附图说明
[0015]图1是基于双灵敏场的非接触式电阻抗成像技术图像重建方法的流程示意图；
[0016]图2是12电极非接触式电阻抗成像传感器的结构示意图；
[0017]图3是12电极非接触式电阻抗成像传感器激励
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检测电极对的等效电路模型；
[0018]图4是12电极非接触式电阻抗成像传感器的满场场域模型；
[0019]图5是12电极非接触式电阻抗成像传感器的空场场域模型；
[0020]图6是基于本专利技术方法的双灵敏场图像重建结果。
具体实施方式
[0021]下面结合具体实施方式对本专利技术做进一步阐述和说明。所述实施例仅是本公开内容的示范且不圈定限制范围。本专利技术中各个实施方式的技术特征在没有相互冲突的前提下，均可进行相应组合。
[0022]如图1所示，为本专利技术的技术路线，首先通过LBP算法与SIRT算法，分别基于事先在满场场域模型下计算获得的满场灵敏度矩阵和空场场域模型下计算获得的空场灵敏度矩阵，对由传感器所获取的电阻抗测量值(实部测量值和虚部测量值)计算得到的实部投影向量和虚部投影向量开展图像重建，获得实部重建图像和虚部重建图像，然后采用结合算术平均融合，减法融合和逻辑滤波算法的混合型图像融合策略对实部重建图像和虚部重建图
像进行融合，获得最终重建图像。
[0023]如图2所示，为本专利技术建立的12电极CIT传感器模型，传感器由绝缘管道和12个电极组成，其中12个电极依次被标记为e1，e2，
…
，e12。该传感器采用1电极激励和1电极检测模式，即每次选择一对激励
‑
检测电极对进行电阻抗测量，其中一个电极作为激励电极，一个电极作为检测电极，测量过程中激励
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检测电极对以外的电极保持在悬浮状态。激励检测顺序如下：首先选择e1电极为激励电极，e2，...，e12依次为检测电极；然后选择e2电极为激励电极，e3，...，e12依次为检测电极；继续依次改变激励电极和相应的检测电极，直到选择e11为激励电极，e12为检测电极。因此，对于本专利技术所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于双灵敏场的非接触式电阻抗成像技术图像重建方法，其特征在于，包括如下步骤：1)基于非接触式电阻抗成像传感器，分别建立非接触式电阻抗成像传感器的满场场域模型和空场场域模型；通过有限元方法分别计算得到满场灵敏度矩阵和空场灵敏度矩阵；2)基于满场灵敏度矩阵和实际非接触式电阻抗成像传感器所获取的电阻抗实部测量值，计算实部投影向量，采用LBP算法和SIRT算法重建获得满场下的实部重建图像；3)基于空场灵敏度矩阵和实际非接触式电阻抗成像传感器所获取的电阻抗虚部测量值，计算虚部投影向量，采用LBP算法和SIRT算法重建获得空场下的虚部重建图像；4)对满场下获得的实部重建图像和空场下获得的虚部重建图像进行融合，获得基于双灵敏场的最终重建图像。2.根据权利要求1所述的基于双灵敏场的非接触式电阻抗成像技术图像重建方法，其特征在于，所述的步骤1)中，所述满场场域模型以液相介质为连续相，气相介质为离散相；空场场域模型以气相介质为连续相，液相介质为离散相。3.根据权利要求1所述的基于双灵敏场的非接触式电阻抗成像技术图像重建方法，其特征在于，步骤1)中，所述的通过有限元方法分别计算得到满场灵敏度矩阵和空场灵敏度矩阵，具体为：对于非接触式电阻抗成像传感器的每一对激励
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检测电极对，在激励电极上施加交流电压U，在满场下和空场下分别从检测电极上测得满场复电流和空场复电流，并计算得到满场下的电阻抗测量值和空场下的电阻抗测量值；将场域划分为若干个像素，每个像素可以填充液相介质或气相介质；对于满场灵敏度矩阵，将所有像素填充为液相背景，获得实部背景测量值，依次将像素从背景介质改为气相介质，每次有且仅有一个像素改为气相介质，并依次计算获得每个像素介质改变后的电阻抗实部测量值，继而构建满场灵敏度矩阵；对于空场灵敏度矩阵，将所有像素填充为气相背景，获得虚部背景测量值，依次将像素从背景介质改为液相介质，每次有且仅有一个像素改为液相介质，并依次计算获得每个像素介质改变后的电阻抗虚部测量值，继而构建空场灵敏度矩阵。4.根据权利要求1所述的基于双灵敏场的非接触式电阻抗成像技术图像重建方法，其特征在于，所述的步骤2)为：针对非接触式电阻抗成像传感器所获取的电阻抗实部测量值，计算实部投影向量，基于满场灵敏度矩阵和实部投影向量，采用LBP算法重建出实部初始图像，然后以初始图像...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜燕丹，吴逸敏，黄志尧，冀海峰，王保良，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：