声学层析成像温度场重建算法研究
发布时间：2021-10-07 02:31
声学层析成像温度场重建技术利用围绕被测区域布置的多个声波收发器,形成若干条有效穿越被测区域的声波路径。通过测量声波在各路径上的飞行时间,获取相应方向上的声速分布的投影数据。再采用适当的重建算法,由投影数据重建出被测区域的声速分布。利用声速与温度的关系,得到温度分布。该技术由于非接触所以不会对被测温场形成干扰,且具有测温范围广、环境适应能力强、适合大范围空间等优点,在工农业及环境监测等领域中有很好的应用前景。在声学层析成像温度场重建中,重建算法起着至关重要的作用。最小二乘法（LSM）、代数迭代算法（ART）、和同步迭代算法（SIRT）、算法都是常用的重建算法。这些算法要求被测区域划分的网格数要少于声波路径数,因此当温度分布较复杂时,重建结果与实际分布偏差较大,甚至无法正确地重建出温度场特征。SIRT算法因其良好的抗噪能力和稳定性常用于声学CT温度场重建,但当重建区域划分的网格数多于声波路径数时,重建温度场中通常会出现很多噪点。针对此问题,本文提出一种改进SIRT算法（MSIRT）,将平滑滤波器融入SIRT算法,通过专门设计的内、外平滑滤波器,抑制重建温度场中的噪点。为验证所提方法的有效性...
【文章来源】：沈阳工业大学辽宁省
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
生物质温度测量系统的实验装置
沈阳工业大学硕士学位论文12图2.1声波收发装置示意图Fig.2.1Acousticwavetransceiverdeviceschematic2.2声学层析成像温度场重建方法声学层析成像温度场重建属于逆问题求解过程，求解逆问题需要两个步骤，一是建立正问题模型，二是在建立正问题模型后，进行逆问题求解。声学层析成像技术的正问题是已知被测区域的温度（声速）分布和声波收发器的位置，求声波在各收发器间的传播时间[23]。在被测区域的周围放置数个声波收发器，传声器会接收扬声器发出的声波，来产生多条有效声波路径，确定像素划分数目，并假设每个像素内的温度是均匀的，就可以构建出声学层析成像温度场重建的系数矩阵（重建矩阵），被测区域像素划分数目12×12如图2.2所示。声学层析成像技术逆问题是已知声波飞行时间和正问题构建的系数矩阵，采取重建算法重建出被测区域内的声速分布，由式（2.1）得出被测区域内的温度分布情况。当前，声学层析成像可以实现二维温度场和三维温度场的重建，本文主要研究声学层析成像二维温度场重建。目前对于二维温度场的研究中，传感器可以分为8对传感器和16对传感器，一般情况下，在被测区域周围布置越多的声波收发器，生成的有效声波路径数就越多，声波投影数据量就越大，问题病态相对不太严重，声学层析成像温度场重建的准确性也相应提高，重建出的图像质量也就越好。但在被测区域布置太多的收发器，就会增加实验的成本，大量的声波投影数据不仅导致声波时间测量的时间更长，同时造成温度场重建实时性较差。图2.3为16传感器布局形成96条有效声波路径示意图。图2.2二维平面像素划分分布图Fig.2.22-Dplanepixelpartitiondistributiondt
沈阳工业大学硕士学位论文12图2.1声波收发装置示意图Fig.2.1Acousticwavetransceiverdeviceschematic2.2声学层析成像温度场重建方法声学层析成像温度场重建属于逆问题求解过程，求解逆问题需要两个步骤，一是建立正问题模型，二是在建立正问题模型后，进行逆问题求解。声学层析成像技术的正问题是已知被测区域的温度（声速）分布和声波收发器的位置，求声波在各收发器间的传播时间[23]。在被测区域的周围放置数个声波收发器，传声器会接收扬声器发出的声波，来产生多条有效声波路径，确定像素划分数目，并假设每个像素内的温度是均匀的，就可以构建出声学层析成像温度场重建的系数矩阵（重建矩阵），被测区域像素划分数目12×12如图2.2所示。声学层析成像技术逆问题是已知声波飞行时间和正问题构建的系数矩阵，采取重建算法重建出被测区域内的声速分布，由式（2.1）得出被测区域内的温度分布情况。当前，声学层析成像可以实现二维温度场和三维温度场的重建，本文主要研究声学层析成像二维温度场重建。目前对于二维温度场的研究中，传感器可以分为8对传感器和16对传感器，一般情况下，在被测区域周围布置越多的声波收发器，生成的有效声波路径数就越多，声波投影数据量就越大，问题病态相对不太严重，声学层析成像温度场重建的准确性也相应提高，重建出的图像质量也就越好。但在被测区域布置太多的收发器，就会增加实验的成本，大量的声波投影数据不仅导致声波时间测量的时间更长，同时造成温度场重建实时性较差。图2.3为16传感器布局形成96条有效声波路径示意图。图2.2二维平面像素划分分布图Fig.2.22-Dplanepixelpartitiondistributiondt
本文编号：3421195
【文章来源】：沈阳工业大学辽宁省
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
生物质温度测量系统的实验装置
沈阳工业大学硕士学位论文12图2.1声波收发装置示意图Fig.2.1Acousticwavetransceiverdeviceschematic2.2声学层析成像温度场重建方法声学层析成像温度场重建属于逆问题求解过程，求解逆问题需要两个步骤，一是建立正问题模型，二是在建立正问题模型后，进行逆问题求解。声学层析成像技术的正问题是已知被测区域的温度（声速）分布和声波收发器的位置，求声波在各收发器间的传播时间[23]。在被测区域的周围放置数个声波收发器，传声器会接收扬声器发出的声波，来产生多条有效声波路径，确定像素划分数目，并假设每个像素内的温度是均匀的，就可以构建出声学层析成像温度场重建的系数矩阵（重建矩阵），被测区域像素划分数目12×12如图2.2所示。声学层析成像技术逆问题是已知声波飞行时间和正问题构建的系数矩阵，采取重建算法重建出被测区域内的声速分布，由式（2.1）得出被测区域内的温度分布情况。当前，声学层析成像可以实现二维温度场和三维温度场的重建，本文主要研究声学层析成像二维温度场重建。目前对于二维温度场的研究中，传感器可以分为8对传感器和16对传感器，一般情况下，在被测区域周围布置越多的声波收发器，生成的有效声波路径数就越多，声波投影数据量就越大，问题病态相对不太严重，声学层析成像温度场重建的准确性也相应提高，重建出的图像质量也就越好。但在被测区域布置太多的收发器，就会增加实验的成本，大量的声波投影数据不仅导致声波时间测量的时间更长，同时造成温度场重建实时性较差。图2.3为16传感器布局形成96条有效声波路径示意图。图2.2二维平面像素划分分布图Fig.2.22-Dplanepixelpartitiondistributiondt
沈阳工业大学硕士学位论文12图2.1声波收发装置示意图Fig.2.1Acousticwavetransceiverdeviceschematic2.2声学层析成像温度场重建方法声学层析成像温度场重建属于逆问题求解过程，求解逆问题需要两个步骤，一是建立正问题模型，二是在建立正问题模型后，进行逆问题求解。声学层析成像技术的正问题是已知被测区域的温度（声速）分布和声波收发器的位置，求声波在各收发器间的传播时间[23]。在被测区域的周围放置数个声波收发器，传声器会接收扬声器发出的声波，来产生多条有效声波路径，确定像素划分数目，并假设每个像素内的温度是均匀的，就可以构建出声学层析成像温度场重建的系数矩阵（重建矩阵），被测区域像素划分数目12×12如图2.2所示。声学层析成像技术逆问题是已知声波飞行时间和正问题构建的系数矩阵，采取重建算法重建出被测区域内的声速分布，由式（2.1）得出被测区域内的温度分布情况。当前，声学层析成像可以实现二维温度场和三维温度场的重建，本文主要研究声学层析成像二维温度场重建。目前对于二维温度场的研究中，传感器可以分为8对传感器和16对传感器，一般情况下，在被测区域周围布置越多的声波收发器，生成的有效声波路径数就越多，声波投影数据量就越大，问题病态相对不太严重，声学层析成像温度场重建的准确性也相应提高，重建出的图像质量也就越好。但在被测区域布置太多的收发器，就会增加实验的成本，大量的声波投影数据不仅导致声波时间测量的时间更长，同时造成温度场重建实时性较差。图2.3为16传感器布局形成96条有效声波路径示意图。图2.2二维平面像素划分分布图Fig.2.22-Dplanepixelpartitiondistributiondt
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