一种基于动态图像融合的三维电学成像方法技术

本发明专利技术涉及一种基于动态图像融合的三维电学成像方法，第一步，原始数据采集：使用电学测量系统采集三维电学传感器成像区域中动态过程所对应的边界电容或电阻，获取电容或电阻时间序列；第二步，初始图像重建：直接重建初始介电常数或电导率分布图像序列；第三步，初始图像配准：(1)将初始图像序列内的图像向轴向投影；(2)对相邻图像的轴向投影进行互相关计算，获取图像间的位移；第四步，图像融合与输出:(1)对配准后的图像滤除低灵敏度区域并轴向分块；(2)计算各图像块的空间频率；(3)根据融合、校正规则进行图像融合、校正，输出最终图像；本发明专利技术具有减轻初始图像畸变、伪影，提升轴向分辨率的优点，为电学三维成像的实现提供了新的技术途径。新的技术途径。新的技术途径。

【技术实现步骤摘要】
一种基于动态图像融合的三维电学成像方法


[0001]本专利技术涉及传感器
，特别涉及电学层析成像(ET)中的一种基于动态图像融合的三维电学成像方法。

技术介绍

[0002]作为过程层析成像技术的一种实现方式，电学层析成像技术(ET)是以两相流或者多相流为检测对象，主要通过电学测量的方法来研究过程参数分布的实时检测技术。该技术通过测量安装在未知容器或管道表面的电极间的电容/电阻抗值，重建出容器或者管道的内部介电常数/电导率分布，从而快速、无损地获得未知容器内部的介质分布情况。相较于其他成像方法，电学层析成像具有无辐射、非侵入、响应快、实时性强、结构简单、成本较低等优点。因而，电学层析成像被广泛应用于过程监测，尤其是工业过程检测。
[0003]传统电学层析成像中，通常在被测场域外布置单层电极阵列来测量电极对之间的电容/电阻抗值，再通过图像重建算法反演待测区域内的介电常数/电导率分布。由于电极具有一定的厚度，重建的介电常数/电阻抗值分布通常是待测区域内介电常数/电导率的轴向平均值。近年来，电学成像技术逐渐向三维成像的方向发展，除了径向二本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于动态图像融合的三维电学成像方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S10，原始数据采集，使用电学成像测量系统采集三维电学传感器成像区域中动态过程所对应的边界电容或电阻信息，获取电容或电阻时间序列；步骤S20，初始图像重建，利用所获取的边界电容或电阻序列进行三维电学图像重建，获取表征成像区域内部介电常数分布或者电导率分布的初始图像序列；步骤S30，初始图像配准，对于初始图像序列内的三维图像进行轴向投影，再对轴向介电常数或电导率分布投影值进行互相关计算，寻找相邻帧图像间的位移并进行配准；步骤S40，图像融合与输出，先将配准后的图像滤除灵敏度较低的部分，即最上层电极的上半区和最底层电极的下半区，进行轴向分块，计算各图像块的空间频率，再根据空间频率及融合规则进行图像融合，融合后根据校正规则进行校正，输出最终的融合图像。2.根据权利要求1所述的一种基于动态图像融合的三维电学成像方法，其特征在于，步骤S20包括：步骤S21，构建卡尔曼滤波器，使用该滤波器将测量所得电容或电阻信息转化为初始三维电学图像，如公式(1)
‑
(5)：P
k+1|k
＝P
k
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)K
k+1
＝P
k+1|k
S
T
[SP
k+1|k
S
T
+R]
‑1ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)P
k+1
＝[I
‑
K
k+1
S]P
k+1|k
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)其中，k是迭代次数，λ
k
是归一化实测电容或电阻变化量，S是归一化灵敏度矩阵，可通过有限元仿真获得，K
k+1
是滤波器增益，I为单位阵，和P
k
分别是电学图像估计值及其估计误差均方差阵，R是量测噪声协方差阵；步骤S22，初始化滤波器参数，初始估计值可使用零向量或者滤波反投影(LBP)算法重建结果估计，估计误差协方差阵P0和噪声协方差阵R可分别由单位阵αI、βI表示，α、β为正常数，其中α可以任取，如0.1，β则需要根据重建分布调整，其取值区间通常为[0.001,1000]；步骤S23，构建Takagi
‑
Sugeno(T
‑
S)型模糊控制器，使用该模糊控制器评估卡尔曼滤波器输出图像质量、调整滤波器参数β，该控制器具有两个输入，电容误差e、电容误差变化量Δe，一个输出，滤波器参数调整步长u，如公式(6)
‑
(8):Δe
k
＝e
k
‑
e
k
‑1ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)log
10
β
k+1
＝log
10
β
k
+u
k
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙世杰，王颖，徐立军，孙江涛，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：