电磁层析成像传感器特性分析及图像重建算法研究

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电磁层析成像(Electromagnetic Tomography, EMT)技术是基于电磁感应原理基础上的一种新型的过程层析成像(Process Tomography, PT)技术。电磁层析成像的基本原理是当激励磁场从多个角度对含有导电或者导磁物质的空间进行激励时,物场中的导电物质会生成电涡流、导磁物质会产生感应磁场,原有物场的电磁特性分布就会因此改变,然后把检测线圈从不同方向采集得到的数据,送进数据处理和图像重建单元以此重建出物场中导电、导磁物质的在空间中的分布图像。  本论文通过学习和研究电磁层析成像理论,分析了EMT正问题与逆问题的模型,并利用仿真软件Ansys仿真了不同传感器特性下的重建图像效果;同时通过对图像重建算法中正则化技术原理进行的探索,应用了一种正则化约束水平随位置变化的非均匀正则化算法,并对重建图像效果进行了仿真与比较。  本文具体内容如下:  1.结合电磁层析成像的国内外研究现状,根据电磁层析成像基础理论知识,研究了电磁层析成像正问题和逆问题的原理和数学模型。选择有限元法求解电磁层析成像的正问题,利用仿真软件Ansys对正问题进行仿真,得到逆问题求解所需要的先验知识。  2.研究了电磁层析成像技术中传感器模型的特点和参数,详细地介绍了传感器线圈阵列结构的设计,并通过详细的对比仿真实验对传感器阵列结构中线圈的数量、内外径和纵向长度对图像重建效果的影响进行了分析与研究,为今后实际应用中传感器的设计提供了参考。  3.通过对正则化算法原理的研究,对常用的标准Tikhonov正则化算法进行改进,采用了一种正则化约束水平随成像区域位置变化的非均匀正则化算法。结合之前有限元求解正问题所获得的先验信息和传感器特性分析的结论,将改进后的算法应用于逆问题求解中,完成相应的仿真实验,将重建结果与用标准Tikhonov正则化算法重建的结果进行比较与分析,达到了改善图像重建效果的目的。
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