ECT图像重建算法的研究及其硬件实现

来源 :哈尔滨理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:shaofenglanzi
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电容层析成像(Electrical Capacitance Tomography,简称ECT)技术具有结构简单、成本低、非侵入、响应速度快、安全性能好很多优点。受到很多学者的研究,但是其本身的“软场”特性,还有需解决问题的非线性缺点,使得ECT技术应用到实际工业中还有一段难以跨过的距离。还需要更多的深入研究。支持向量机(Support Vector Machines,SVM)目前为机器学习的热点,它具有可靠性,原理简单,推广能力强,还有在多层次前馈神经网络领域表现的良好性能。为ECT图像重建提供优异的方法,但是SVM算法现在对大规模样本问题的处理还存在很多问题。  本文针对SVM在图像重建中的大规模样本问题中训练时间长,精度低的问题,提出了选择分块的SVM算法应用到电容层析成像。如果样本数小到一定数据矩阵行的阈值,直接用SVM分类器,如果样本数超过数据矩阵行的阈值,就用CSSVM算法,针对一小块,从大样本中选择最适合这一小块的小样本组合,训练得到最佳模型。算法将大样本问题转变成小样本分类问题,降低了问题难度,使预测时间短、精度高。实验结果表明CSSVM算法比单独使用SVM算法在重建图像时,具有更高的分类准确率和更短的成像时间。  分析FPGA开发流程与设计方法,深入了解调试、综合以及仿真过程。将SVM算法在ECT图像重建应用中用FPGA硬件实现,加快图像重建速度。完成SVM算法硬件实现总体架构的设计,和主要功能模块的电路设计,并在ISE8.2上对训练模块和预测模块进行仿真,选取管道的不同剖分单元的模型进行实验验证,实验表明将SVM算法硬化对图像重建的速度有很高的加快,精度也较高。
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