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Image Reconstruction Using a Genetic Algorithm for Electrical Capacitance Tomography 被引量:5
1
作者 牟昌华 彭黎辉 +1 位作者 姚丹亚 萧德云 《Tsinghua Science and Technology》 SCIE EI CAS 2005年第5期587-592,共6页
Electrical capacitance tomography (ECT) has been used for more than a decade for imaging dielectric processes. However, because of its ill-posedness and non-linearity, ECT image reconstruction has always been a chal... Electrical capacitance tomography (ECT) has been used for more than a decade for imaging dielectric processes. However, because of its ill-posedness and non-linearity, ECT image reconstruction has always been a challenge. A new genetic algorithm (GA) developed for ECT image reconstruction uses initial results from a linear back-projection, which is widely used for ECT image reconstruction to optimize the threshold and the maximum and minimum gray values for the image. The procedure avoids optimizing the gray values pixel by pixel and significantly reduces the search space dimension. Both simulations and static experimental results show that the method is efficient and capable of reconstructing high quality images. Evaluation criteria show that the GA-based method has smaller image error and greater correlation coefficients. In addition, the GA-based method converges quickly with a small number of iterations. 展开更多
关键词 electrical capacitance tomography image reconstruction genetic algorithm
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基于FCM及快速迭代收缩阈值算法的平面ECT图像重建
2
作者 张立峰 唐志浩 《计量学报》 CSCD 北大核心 2024年第6期899-906,共8页
为提高平面阵列电容成像系统的成像精度,提出一种基于模糊C均值聚类(FCM)进行数据优化的快速迭代收缩阈值算法(FISTA)。根据平面阵列电容数据的特点,首先利用FCM算法对测量电容值进行分类,保留有效电容值,实现电容向量降维;然后利用离... 为提高平面阵列电容成像系统的成像精度,提出一种基于模糊C均值聚类(FCM)进行数据优化的快速迭代收缩阈值算法(FISTA)。根据平面阵列电容数据的特点,首先利用FCM算法对测量电容值进行分类,保留有效电容值,实现电容向量降维;然后利用离散小波基(DWT)对灰度值进行稀疏表示,并建立L1正则化模型,采用FISTA进行求解,以实现图像重建;最后将FCM处理后的电容值分别用于Landweber算法、Tikhonov算法进行重建对比。仿真与实验结果表明,该算法重建图像的平均相对误差约为0.0527,平均相关系数约为0.9422,均优于其它算法,且重建图像伪影较少,更接近真实情况;因此,所提算法具有更好的重建效果。。 展开更多
关键词 电容层析成像 平面阵列电容 图像重建 模糊C均值聚类 快速迭代收缩阈值算法 缺陷检测
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嵌入式电容层析成像系统的成像加速方法研究
3
作者 陆程程 胡红利 +3 位作者 唐凯豪 单宇杰 黄敬轩 董海健 《西安交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第3期183-192,共10页
为了提高嵌入式系统设计中电容层析成像(ECT)的图像重构速度,研究了一种针对进阶精简指令集机器加上现场可编程门阵列(ARM+FPGA)硬件架构的图像重构算法加速技术。针对广泛应用且鲁棒的Landweber迭代算法(ILA),首先分析算法结构,然后基... 为了提高嵌入式系统设计中电容层析成像(ECT)的图像重构速度,研究了一种针对进阶精简指令集机器加上现场可编程门阵列(ARM+FPGA)硬件架构的图像重构算法加速技术。针对广泛应用且鲁棒的Landweber迭代算法(ILA),首先分析算法结构,然后基于FPGA的流水线特点,改进ILA涉及的循环结构,从而达到加速的效果。同时,针对ARM+FPGA架构的特点,讨论了ARM核与FPGA核各自的任务分配方式,进一步优化了算法速度。为了验证算法的有效性,分别在使用MATLAB编程和使用提出的加速方法搭建的ZYNQ平台进行了图像重构实验,从图像重构耗时、图像相对误差和图像相关系数3个指标论证提出方法的有效性。实验结果显示,使用搭建的ZYNQ平台进行Landweber算法成像时,每个图像的运行时间比使用MATLAB编程的运行时间减少了30%~40%。该研究在保持重构精度的同时有效提升了迭代算法的速度,对于ECT系统的硬件加速具有一定适用性。 展开更多
关键词 电容层析成像 图像重构算法 硬件加速 嵌入式系统
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基于二阶混联灵敏度矩阵的ECT图像重建
4
作者 陈达 张立峰 樊振萍 《计量学报》 CSCD 北大核心 2024年第8期1147-1154,共8页
电容层析成像技术求解图像重建问题属于非线性问题。在灵敏度矩阵的推导过程中,通常只保留灵敏度系数的线性部分,但是被忽略的非线性部分同样包含重要的成像信息。为了提高图像重建精度,基于二阶灵敏度系数的数学定义,结合模糊C-均值聚... 电容层析成像技术求解图像重建问题属于非线性问题。在灵敏度矩阵的推导过程中,通常只保留灵敏度系数的线性部分,但是被忽略的非线性部分同样包含重要的成像信息。为了提高图像重建精度,基于二阶灵敏度系数的数学定义,结合模糊C-均值聚类算法和电场中心线理论,建立了二阶混联灵敏度矩阵,并将矩阵引入到Landweber算法中,提出了二阶Landweber算法;最后,进行仿真和静态实验,并与传统的Tikhonov算法和一阶Landweber算法进行对比,结果表明,二阶混联灵敏度矩阵可以提高图像重建精度。 展开更多
关键词 电容层析成像 图像重建 电场中心线 模糊C-均值聚类算法 二阶混联灵敏度矩阵
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基于模拟退火粒子群优化算法的ECT图像重建方法研究
5
作者 王耀萱 崔丽琴 +2 位作者 田鹏 秦龙 曾祥麟 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第3期484-491,共8页
电容层析成像系统中,其反问题的“病态性”特点,导致传统图像重建算法的重建结果伪影现象严重。粒子群算法(Particles Swarm Optimization,PSO)作为智能算法的一种,具有易实现,收敛快等显著优点,缺点也很明显,即粒子易收敛于局部最优解... 电容层析成像系统中,其反问题的“病态性”特点,导致传统图像重建算法的重建结果伪影现象严重。粒子群算法(Particles Swarm Optimization,PSO)作为智能算法的一种,具有易实现,收敛快等显著优点,缺点也很明显,即粒子易收敛于局部最优解。将模拟退火算法与粒子群搜索算法相结合,利用模拟退火算法中的概率突变能力,能够有一定概率跳出算法的局部最优解。设计了五种不同的典型流型并进行了仿真实验,利用所提算法与LBP算法、Tikhonov算法、Landweber迭代算法以及标准PSO算法分别对其进行了图像重建。仿真实验所得到的主观结果和客观数据均表明,所提算法可以有效减少重建图像中的伪影,明确图像形状,提高重建图像质量,使得图像重建结果更加接近原始流型。 展开更多
关键词 电容层析成像 图像重建 粒子群算法 模拟退火算法
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基于改进Forword-Backword Spliting算法的ECT图像重建算法
6
作者 马敏 刘萌 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第4期639-644,共6页
针对电容层析成像技术图像重建问题的不适定性和实时性要求,提出了一种基于改进前后向分裂(Forword-Backword Spliting, FBS)算法的ECT图像重建算法。首先,建立基于FBS算法的ECT逆问题求解模型,提升ECT图像重建的速度;其次将GMC惩罚项代... 针对电容层析成像技术图像重建问题的不适定性和实时性要求,提出了一种基于改进前后向分裂(Forword-Backword Spliting, FBS)算法的ECT图像重建算法。首先,建立基于FBS算法的ECT逆问题求解模型,提升ECT图像重建的速度;其次将GMC惩罚项代替L1范数应用于ECT图像重建中,提高重建解的稀疏度以获得更准确的特征信号;最后建立基于GMC惩罚项的FBS图像重建模型并求解。采用COMSOL5.3和MATLAB2014软件搭建联合仿真平台,仿真结果显示,改进的算法最高将核心流模型成像相关系数提升至0.934 5,成像时间最快达到0.094 5 s,相较于Tikhonov正则化算法和Landweber算法,在成像速度和质量两方面均有明显提高。并通过实际实验验证了改进算法具有更好的可靠性和实时性。 展开更多
关键词 电容层析成像 图像重建 改进FBS算法 非凸惩罚函数
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基于填充式ECT传感器的图像重建 被引量:1
7
作者 颜华 梁丽卓 王艳 《沈阳工业大学学报》 CAS 北大核心 2023年第5期552-558,共7页
为提高电容层析成像(ECT)系统对于非规则截面管道的成像质量,提出了一种基于填充式ECT传感器的图像重建方法.建立了完整的填充式ECT传感器模型,计算了考虑管壁和填充材料存在的灵敏度分布,针对重建区域标定了空场和满场.利用已知的填充... 为提高电容层析成像(ECT)系统对于非规则截面管道的成像质量,提出了一种基于填充式ECT传感器的图像重建方法.建立了完整的填充式ECT传感器模型,计算了考虑管壁和填充材料存在的灵敏度分布,针对重建区域标定了空场和满场.利用已知的填充区的介电常数以及对灵敏度矩阵的拆分处理,建立了降维的ECT正问题模型.利用Landweber迭代法求解了相应的逆问题.对所提方法进行了仿真数据验证和实测数据验证.重建结果表明:填充材料的介电常数与重建区的低介电常数一致时所提方法可显著改善重建质量. 展开更多
关键词 电容层析成像 图像重建 非规则管道 降维 矩阵拆分 空满场标定 有限元分析 Landweber算法
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基于改进白骨顶鸡优化算法的ECT图像重建 被引量:1
8
作者 张立峰 陈达 《计量学报》 CSCD 北大核心 2023年第11期1692-1698,共7页
电容层析成像(ECT)技术求解图像重建问题存在严重的不适定性。为提高图像重建精度,提出了一种改进白骨顶鸡优化算法的ECT图像重建算法。针对标准白骨顶鸡优化算法(COA)中初始种群随机生成而导致的算法稳定性差和容易陷入局部最优的问题... 电容层析成像(ECT)技术求解图像重建问题存在严重的不适定性。为提高图像重建精度,提出了一种改进白骨顶鸡优化算法的ECT图像重建算法。针对标准白骨顶鸡优化算法(COA)中初始种群随机生成而导致的算法稳定性差和容易陷入局部最优的问题,引入了佳点集和正余弦优化方法,并融合了ART重建算法,根据ECT成像特点改进了目标函数。最后,进行仿真和静态实验,并与线性反投影(LBP)算法、Landweber算法、ART算法进行对比。结果表明,该方法可有效提高图像重建精度。 展开更多
关键词 计量学 电容层析成像 图像重建 改进白骨顶鸡优化算法 佳点集 正余弦优化
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基于卷积稀疏编码的电容层析成像图像重建 被引量:1
9
作者 张立峰 卢栋臣 《计量学报》 CSCD 北大核心 2023年第7期1075-1079,共5页
针对电容层析成像(ECT)病态性逆问题,提出了一种将卷积稀疏编码模型作为惩罚项嵌入到ECT最小二乘问题的方法,通过预先训练好的滤波器并结合交替方向乘子算法(ADMM)对此模型进行求解,从而完成ECT图像重建。对提出的方法进行了仿真及实验... 针对电容层析成像(ECT)病态性逆问题,提出了一种将卷积稀疏编码模型作为惩罚项嵌入到ECT最小二乘问题的方法,通过预先训练好的滤波器并结合交替方向乘子算法(ADMM)对此模型进行求解,从而完成ECT图像重建。对提出的方法进行了仿真及实验测试,并与LBP、Tikhonov正则化及Landweber迭代算法进行比较。结果表明,提出的方法其重建图像平均相对误差和相关系数分别为0.4389及0.8968,均优于其他3种方法,中心物体及多物体分布的重建质量得到显著提升。 展开更多
关键词 计量学 电容层析成像 图像重建 卷积稀疏编码 交替方向乘子算法 多相流检测
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基于压缩感知算法的平面电容成像图像重建
10
作者 张立峰 张博雄 华回春 《计量学报》 CSCD 北大核心 2023年第8期1222-1228,共7页
提出了一种用于平面电容成像的压缩感知图像重建算法。根据平面阵列电极电容值与电极间距离的关系,对独立测量值数量进行了删减。针对图像重建的病态性及缺陷模型介电常数分布稀疏性,将基于压缩感知理论的梯度投影(GPSR-BB)算法应用于... 提出了一种用于平面电容成像的压缩感知图像重建算法。根据平面阵列电极电容值与电极间距离的关系,对独立测量值数量进行了删减。针对图像重建的病态性及缺陷模型介电常数分布稀疏性,将基于压缩感知理论的梯度投影(GPSR-BB)算法应用于平面电容成像图像重建,进行了复合材料缺陷检测的仿真及实测实验,并与LBP、Tikhonov正则化及Landweber迭代算法进行比较,结果表明,提出的GPSR-BB算法重建图像质量得到明显提高。 展开更多
关键词 计量学 平面电容成像 图像重建 压缩感知 多相流分布
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基于电阻抗成像的立木无损检测系统
11
作者 左瑞雪 韩仲鑫 《现代电子技术》 2023年第24期61-66,共6页
为及时监测树木内部结构状态,提出一种基于电阻抗成像理论的活立木无损检测方法,设计一种16电极的数据采集系统。该系统以LabVIEW程序控制数据采集卡为核心,使用NI公司的USB-6361数据采集卡产生正弦交流电压信号,再将其输入压控电流源... 为及时监测树木内部结构状态,提出一种基于电阻抗成像理论的活立木无损检测方法,设计一种16电极的数据采集系统。该系统以LabVIEW程序控制数据采集卡为核心,使用NI公司的USB-6361数据采集卡产生正弦交流电压信号,再将其输入压控电流源电路转换为电流激励信号。激励信号循环注入到立木表面的16个电极中,按照相邻激励-相邻测量的方式采集立木边界电压。然后,利用仪器仪表放大电路、可编程增益二级放大电路、高通滤波电路对采集的信号进行处理,以达到放大和滤波的目的。最后,通过数据采集卡模数转换后将数据上传到计算机端,采用敏感矩阵算法实现图像重建。实验结果表明,所设计系统在激励频率为1~20 kHz时,可以有效地识别立木中空洞的位置,并反映出空洞的相对尺寸和大致轮廓,能够实现基于电阻抗成像的立木无损检测。 展开更多
关键词 电阻抗成像 活立木 无损检测 LabVIEW 信号处理 差分图像重建 敏感矩阵算法
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基于快速投影LANDWEBER法的电容层析成像图像重建算法研究 被引量:29
12
作者 董向元 陈琪 +4 位作者 李惊涛 蔡斌 阎润生 王海刚 刘石 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2005年第14期89-92,共4页
提出一种新的基于快速投影Landweber法的ECT图像重建算法。算法采用两部分迭代,初期采用预置矩阵加速迭代,该矩阵通过优化步长广义逆预迭代得到;后期采用常规投影Landweber法稳定迭代。探讨了ECT应用该算法的收敛条件,该算法易满足收敛... 提出一种新的基于快速投影Landweber法的ECT图像重建算法。算法采用两部分迭代,初期采用预置矩阵加速迭代,该矩阵通过优化步长广义逆预迭代得到;后期采用常规投影Landweber法稳定迭代。探讨了ECT应用该算法的收敛条件,该算法易满足收敛条件且预置矩阵参数选取简单。仿真和实验结果表明,与LBP、OIOR、投影Landweber算法相比,该算法兼备收敛稳定性好及收敛速度快等优点。 展开更多
关键词 热能动力工程 图像重建 投影Landweber法 电容层析成像 迭代算法 广义逆
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基于改进Gauss-Newton的电容层析成像图像重建算法 被引量:32
13
作者 陈德运 陈宇 +1 位作者 王莉莉 于晓洋 《电子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第4期739-743,共5页
针对电容层析成像技术中的"软场"效应和病态问题,在分析Gauss-Newton算法基本原理的基础上,提出了一种基于Gauss-Newton新的电容层析成像算法,采用奇异值分解定理对算法的稳定性进行了证明.在此基础上探讨了ECT应用该算法的... 针对电容层析成像技术中的"软场"效应和病态问题,在分析Gauss-Newton算法基本原理的基础上,提出了一种基于Gauss-Newton新的电容层析成像算法,采用奇异值分解定理对算法的稳定性进行了证明.在此基础上探讨了ECT应用该算法的可行性,算法满足收敛条件且重建图像误差小.仿真和实验结果表明,该算法和LBP、Landweber和共轭梯度算法相比,算法兼备成像质量高、稳定性好等优点,为ECT图像重建算法的研究提供了一个新的思路. 展开更多
关键词 电容层析成像 图像重建 迭代算法 Gauss-Newton
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正则化优化修正的电容层析成像图像重建算法 被引量:15
14
作者 赵进创 傅文利 +1 位作者 张锦雄 李陶深 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2004年第1期1-4,38,共5页
提出一种基于正则化优化修正的电容层析成像图像重建算法。首先利用 Tikhonov正则化法求解系统的逆问题 ,解决逆问题解的不适定性 ;然后利用优化修正法对初始图像进行修正 ,以提高重建图像的质量。实验结果表明 ,该法在重建图像质量和... 提出一种基于正则化优化修正的电容层析成像图像重建算法。首先利用 Tikhonov正则化法求解系统的逆问题 ,解决逆问题解的不适定性 ;然后利用优化修正法对初始图像进行修正 ,以提高重建图像的质量。实验结果表明 ,该法在重建图像质量和图像重建速率两方面均具有优势。 展开更多
关键词 电容层析成像 图像重建算法 正则化 优化修正 计算机 电容敏感机理
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电容层析成像图像重建的新算法 被引量:20
15
作者 赵进创 傅文利 +1 位作者 李陶深 梁家荣 《计算机工程》 CAS CSCD 北大核心 2004年第8期54-56,82,共4页
对采用RBF神经网络的8电极电容层析成像系统的图像重建的方法进行了探讨。该神经网络采用遗传算法结合传统的最近邻聚类方法进行学习。仿真实验结果表明,该方法的成像精度及成像实时性较好。
关键词 电容层析成像 RBF 遗传算法 神经网络 图像重建
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基于改进信赖域的电容层析成像图像重建算法 被引量:20
16
作者 王莉莉 陈宇 +1 位作者 陈德运 于晓洋 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第5期1076-1081,共6页
针对电容层析成像技术中的"软场"效应和病态问题,提出了一种改进信赖域的新电容层析成像算法。在分析电容层析成像基本原理的基础上,推导出了求解ECT反问题的信赖域算法的计算步骤,同时利用BFGS公式对迭代过程中产生的Hesse... 针对电容层析成像技术中的"软场"效应和病态问题,提出了一种改进信赖域的新电容层析成像算法。在分析电容层析成像基本原理的基础上,推导出了求解ECT反问题的信赖域算法的计算步骤,同时利用BFGS公式对迭代过程中产生的Hesse矩阵进行校正。在此基础上对信赖域算法的收敛性进行了分析和证明,算法满足收敛条件且重建图像误差小。仿真和实验结果表明,和LBP、Landweber和共轭梯度算法相比,对于简单流型该算法兼备成像质量高、边界均匀稳定等优点,为ECT图像重建算法的研究提供了一个新的方法。 展开更多
关键词 电容层析成像 图像重建 正则化 信赖域
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一种基于电势分布的电容成像敏感分布计算方法 被引量:18
17
作者 牟昌华 彭黎辉 +2 位作者 姚丹亚 张宝芬 萧德云 《计算物理》 CSCD 北大核心 2006年第1期87-92,共6页
系统分析了电容成像(Electrical capacitance tomography,简称ECT)系统敏感分布和电势分布的关系,统一了计算公式,该方法简单且计算量小.仿真表明,采用该方法计算的ECT敏感分布,与采用定义计算的结果吻合.
关键词 电容成像 图像重建 敏感分布 高斯定理
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基于加权奇异值分解截断共轭梯度的电容层析图像重建 被引量:17
18
作者 陈宇 高宝庆 +2 位作者 张立新 陈德运 于晓洋 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第3期701-707,共7页
针对电容层析成像技术(ECT)中的"软场"效应和病态问题,提出了一种基于加权奇异值分解(SVD)截断共轭梯度的电容层析(ECT)图像重建算法。阐述了电容层析成像工作原理,提出了12电极ECT系统的测量方法。在分析灵敏度矩阵的奇异值... 针对电容层析成像技术(ECT)中的"软场"效应和病态问题,提出了一种基于加权奇异值分解(SVD)截断共轭梯度的电容层析(ECT)图像重建算法。阐述了电容层析成像工作原理,提出了12电极ECT系统的测量方法。在分析灵敏度矩阵的奇异值分解理论的基础上,推导出了加权SVD截断共轭梯度的数学模型,并利用Tikhonov方法进行正则化加权处理。最后,分析了算法的收敛性,并将其应用于电容层析成像系统的图像重建中。实验结果表明,对于层流,截断共轭梯度算法的平均误差能达到27.54%,全部流型平均迭代步数达到13步,与LBP、Landweber和CG算法比较,该算法具有成像效果好,成像速度快,易于实现等特点。 展开更多
关键词 电容层析成像 图像重建 奇异值分解 共轭梯度算法
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电容层析成像传感器场域剖分及图像重建算法 被引量:6
19
作者 陈德运 杨从晶 +2 位作者 郑贵滨 于晓洋 孙立镌 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2005年第3期229-234,共6页
电容层析成像传感器的敏感场受多相流介质分布的影响,软场特性给图像重建带来很大困难,为了提高重建图像质 量,对敏感场分布进行分析是非常必要的。采用有限元法,通过对敏感机理的分析,提出一种利用不等间距的场域剖分方法, 对敏感场分... 电容层析成像传感器的敏感场受多相流介质分布的影响,软场特性给图像重建带来很大困难,为了提高重建图像质 量,对敏感场分布进行分析是非常必要的。采用有限元法,通过对敏感机理的分析,提出一种利用不等间距的场域剖分方法, 对敏感场分布进行计算机仿真,依据敏感场计算的数据及测量结果,提出了基于遗传算法的图像重建算法。实验证明有限元 模型是正确的,说明利用不等间距的剖分形式可以得到较好的仿真结果,重建的图像具有较高的精度。 展开更多
关键词 敏感场 电容层析成像 图像重建算法 传感器 仿真结果 重建图像 剖分 实验证明 场分布 正确
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基于多项式加速的电容层析成像图像重建算法 被引量:12
20
作者 陈宇 陈德运 +1 位作者 王莉莉 于晓洋 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第12期2538-2542,共5页
针对普通迭代方法收敛速度慢的问题,提出一种多项式加速的正则化迭代电容层析成像算法来加快其收敛速度。在介绍12电极电容层析成像系统基本原理的基础上,给出了该算法的数学模型,并利用谱分析对该算法的收敛性进行了证明。探讨了ECT应... 针对普通迭代方法收敛速度慢的问题,提出一种多项式加速的正则化迭代电容层析成像算法来加快其收敛速度。在介绍12电极电容层析成像系统基本原理的基础上,给出了该算法的数学模型,并利用谱分析对该算法的收敛性进行了证明。探讨了ECT应用该算法的可行性,该算法易满足收敛条件且重建图像误差小。仿真和实验结果表明,和LBP、Landweber算法相比,该算法兼备成像质量高及收敛速度快等优点,为ECT图像重建算法的研究提供了一个新的思路。 展开更多
关键词 电容层析成像 图像重建 迭代算法 多项式加速
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