电磁层析成像系统设计及基于改进算法的图像重建

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电磁层析成像(EMT)是一种基于电磁感应原理的新型过程层析成像技术,它可以同时获得被测物场空间的导电率和导磁率的分布信息,并可以利用图像重建算法,进行二维或三维的图像重建。EMT技术具有菲介入、非接触、无危害等检测优点,在工业过程检测中有着广泛的应用领域和巨大的工程潜力,是国际应用电磁技术的前沿性研究课题。   文章结合国内外的研究现状,介绍了EMT的关键技术,针对电磁层析成像系统,设计了一套基于NI平台的EMT系统。并且以PXI-5401信号函数发生器和PXI-6251数据采集卡为核心,结合传感器阵列的研究,利用Labview编程软件,设计了传感器控制电路。同时针对信号调理单元,设计了包含正交解调电路、增益及滤波、模数转换等在内的外部辅助电路。从软硬件方面,为信号发生和数据采集提供了有力的保障,为后续的研究提供了良好的实验环境。   本文还对图像重建算法进行了深入的研究,在介绍了求解非线性逆问题的两大类重建算法基础上,针对当前应用较广的,利用线性投影算法得到精度较低的敏感场灰度矩阵,作为初始参考收敛矩阵的landweber迭代算法,文章提出了一种直接将测量电压向量矩阵,作为收敛矩阵的改进型算法。新算法摆脱了对于灰度矩阵的过度依赖,减少了每次迭代中重新计算参考矩阵的时间,提高了算法效率。并通过数学计算,验证了新算法在收敛速度上,明显优于传统的迭代算法。   文章具体分析了求解灵敏度系数矩阵的有限元法,对图像重建过程进行了研究。设计了图像重建程序,并将传统landweber算法和改进算法在重建图像精度上,进行了多种情况下的比较。事实进一步证明,新算法保证了迭代算法所具有的高精度特点。最后利用具体的实物模型进行了成像实验,对结果进行了分析。   通过一系列实验验证可以得出,本文所设计的电磁层析成像系统可靠性高,控制效果好,数据采集精确、完整,具有很好的实时性。而且经过改进后的算法,迭代收敛速度快,重建图像的精度较高。文章作者以具体的工程实验为背景,其研究成果对类似的工程设计具有一定的参考和借鉴价值。
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