基于非线性映射的电阻层析成像技术研究
发布时间：2022-01-03 03:38
电阻层析成像技术（Electrical Resistance Tomography,ERT）是一种新兴的可视化过程检测技术,具有非侵入、安全、简单便携、造价低等特点,有着广阔的应用前景。然而,由于ERT的“软场”效应,重建过程具有高度的非线性、不适定性和病态性,导致重建图像退化严重、准确度不高,限制了其应用与发展。降低ERT重建图像退化程度,提高成像精度,一直是国内外ERT研究的重点和热点问题。本文针对ERT的图像退化问题,重点开展了基于非线性映射的ERT重建研究。针对ERT图像退化问题,从ERT图像重建原理和数学模型入手,分析了场域分布与边界测量电压的映射关系。指出了在ERT敏感场中,对边界电压与电导率分布间的映射关系进行线性化近似是导致重建图像退化的主要原因,也是导致场域内灵敏度系数严重的非一致性引起图像退化畸变的重要因素。针对ERT线性化求解对重建图像退化的影响,在分析采用均匀场灵敏度矩阵重建误差影响的基础上,提出了一种对重建图像与灵敏度矩阵关联的交替修正的迭代动态更新重建算法,构建了具有非线性特征的映射关系。该算法根据边界电压的变化与初始灵敏度矩阵引入误差之间的相关性,获得具有...
【文章来源】：中北大学山西省
【文章页数】：114 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.1.1 电阻层析成像的概念及技术优势
1.1.2 电阻层析成像的应用及研究前景
1.2 电阻层析成像技术的研究进展
1.2.1 电学层析成像重建算法的研究进展
1.2.2 深度学习在电学成像中的应用发展
1.2.3 阻抗激励测量模式的研究进展
1.3 本文的主要研究内容及组织结构
1.3.1 现有研究工作的挑战
1.3.2 本文的主要研究工作
1.3.3 论文组织结构
第二章 ERT图像退化分析
2.1 引言
2.2 ERT技术基本原理
2.2.1 ERT的测量原理
2.2.2 ERT的数学模型
2.2.3 基于有限元法的ERT重建
2.3 ERT图像退化分析
2.3.1 ERT图像退化现象及评价标准
2.3.2 有限元剖分对正问题计算的影响
2.3.3 敏感场特性对反演重建的影响
2.4 本章小结
第三章 基于灵敏度误差估计的ERT修正算法
3.1 引言
3.2 基于灵敏度误差估计的ERT图像修正算法
3.2.1 均匀场灵敏度矩阵引起的重建误差估计
3.2.2 基于误差惩罚的图像修正算法
3.2.3 重建图像及灵敏度矩阵交替修正算法流程
3.3 图像重建实验及分析
3.3.1 仿真实验结果及分析
3.3.2 实测实验结果及分析
3.4 本章小结
第四章 基于条件式生成对抗网络的ERT重建
4.1 引言
4.2 ERT数据集的产生
4.2.1 电导率分布图像集合的产生
4.2.2 边界电压集合的产生
4.3 基于条件式生成对抗网络的ERT重建
4.3.1 训练目标函数
4.3.2 ERT条件式生成对抗网络设计
4.3.3 基于自适应判别网络的训练流程
4.4 基于CGAN的 ERT重建实验及分析
4.4.1 CGAN网络参数设定
4.4.2 仿真实验结果及分析
4.4.3 实测实验结果及分析
4.5 基于CGAN的重建图像复原及实验分析
4.5.1 基于CGAN的重建图像复原网络结构
4.5.2 实验及分析
4.6 本章小结
第五章 带有中心电极的ERT图像重建
5.1 引言
5.2 带有中心电极的ERT传感器设计
5.2.1 传感器结构设计
5.2.2 混合激励测量模式分析
5.3 带有中心电极的ERT图像融合算法研究
5.3.1 场域敏感性分析
5.3.2 中心激励模式的电导率分布重建
5.3.3 融合重建算法研究
5.4 图像重建实验及分析
5.4.1 实验设置
5.4.2 仿真实验结果及分析
5.5 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 本文总结
6.2 展望
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文及所取得的研究成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于印刷传感层电阻抗成像的复合材料结构损伤识别[J]. 郑一飞,严刚,郭树祥. 航空科学技术. 2020(04)
[2]沉积物中天然气水合物生成过程的二维电阻层析成像观测[J]. 李彦龙,孙海亮,孟庆国,刘昌岭,陈强,邢兰昌. 天然气工业. 2019(10)
[3]GA-SVM在木材缺陷识别中的应用[J]. 徐梓敬,贾培,吴楠,徐凯宏. 传感器与微系统. 2019(09)
[4]基于电阻抗层析成像的CFRP结构损伤检测[J]. 范文茹,王勃,李靓瑶,周琛. 北京航空航天大学学报. 2019(11)
[5]基于先验信息的人体肺癌电阻抗层析成像[J]. 李佳,岳士弘,王亚茹. 传感器与微系统. 2018(10)
[6]加压气液鼓泡塔的CFD数值模拟与ERT实验验证[J]. 张博,秦玉建,靳海波,杨索和,何广湘,罗国华,徐新,郭晓燕. 化学反应工程与工艺. 2017(04)
[7]电阻层析成像技术最优激励与测量模式的研究[J]. 李坤,张煜林,邵云峰,李勤,关炜,韩焱. 测试技术学报. 2017(03)
[8]电学层析成像技术[J]. 王化祥. 自动化仪表. 2017(05)
[9]基于电阻层析成像技术的气升式内循环鼓泡反应器流体力学研究[J]. 靳海波,连以诚,刘鑫,林金芝,杨索和,何广湘. 中南大学学报(自然科学版). 2016(11)
[10]电阻层析成像系统阵列电极宽度优化[J]. 肖理庆,王化祥,聂文艳. 天津大学学报(自然科学与工程技术版). 2018(01)
博士论文
[1]基于电阻成像技术的水平管气液两相流研究[D]. 许燕斌.天津大学 2009
[2]电阻层析成像技术应用研究[D]. 余金华.浙江大学 2005
硕士论文
[1]植物块茎电阻层析成像仿真研究[D]. 黎光宇.北京交通大学 2011
本文编号：3565487
【文章来源】：中北大学山西省
【文章页数】：114 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.1.1 电阻层析成像的概念及技术优势
1.1.2 电阻层析成像的应用及研究前景
1.2 电阻层析成像技术的研究进展
1.2.1 电学层析成像重建算法的研究进展
1.2.2 深度学习在电学成像中的应用发展
1.2.3 阻抗激励测量模式的研究进展
1.3 本文的主要研究内容及组织结构
1.3.1 现有研究工作的挑战
1.3.2 本文的主要研究工作
1.3.3 论文组织结构
第二章 ERT图像退化分析
2.1 引言
2.2 ERT技术基本原理
2.2.1 ERT的测量原理
2.2.2 ERT的数学模型
2.2.3 基于有限元法的ERT重建
2.3 ERT图像退化分析
2.3.1 ERT图像退化现象及评价标准
2.3.2 有限元剖分对正问题计算的影响
2.3.3 敏感场特性对反演重建的影响
2.4 本章小结
第三章 基于灵敏度误差估计的ERT修正算法
3.1 引言
3.2 基于灵敏度误差估计的ERT图像修正算法
3.2.1 均匀场灵敏度矩阵引起的重建误差估计
3.2.2 基于误差惩罚的图像修正算法
3.2.3 重建图像及灵敏度矩阵交替修正算法流程
3.3 图像重建实验及分析
3.3.1 仿真实验结果及分析
3.3.2 实测实验结果及分析
3.4 本章小结
第四章 基于条件式生成对抗网络的ERT重建
4.1 引言
4.2 ERT数据集的产生
4.2.1 电导率分布图像集合的产生
4.2.2 边界电压集合的产生
4.3 基于条件式生成对抗网络的ERT重建
4.3.1 训练目标函数
4.3.2 ERT条件式生成对抗网络设计
4.3.3 基于自适应判别网络的训练流程
4.4 基于CGAN的 ERT重建实验及分析
4.4.1 CGAN网络参数设定
4.4.2 仿真实验结果及分析
4.4.3 实测实验结果及分析
4.5 基于CGAN的重建图像复原及实验分析
4.5.1 基于CGAN的重建图像复原网络结构
4.5.2 实验及分析
4.6 本章小结
第五章 带有中心电极的ERT图像重建
5.1 引言
5.2 带有中心电极的ERT传感器设计
5.2.1 传感器结构设计
5.2.2 混合激励测量模式分析
5.3 带有中心电极的ERT图像融合算法研究
5.3.1 场域敏感性分析
5.3.2 中心激励模式的电导率分布重建
5.3.3 融合重建算法研究
5.4 图像重建实验及分析
5.4.1 实验设置
5.4.2 仿真实验结果及分析
5.5 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 本文总结
6.2 展望
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文及所取得的研究成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于印刷传感层电阻抗成像的复合材料结构损伤识别[J]. 郑一飞,严刚,郭树祥. 航空科学技术. 2020(04)
[2]沉积物中天然气水合物生成过程的二维电阻层析成像观测[J]. 李彦龙,孙海亮,孟庆国,刘昌岭,陈强,邢兰昌. 天然气工业. 2019(10)
[3]GA-SVM在木材缺陷识别中的应用[J]. 徐梓敬,贾培,吴楠,徐凯宏. 传感器与微系统. 2019(09)
[4]基于电阻抗层析成像的CFRP结构损伤检测[J]. 范文茹,王勃,李靓瑶,周琛. 北京航空航天大学学报. 2019(11)
[5]基于先验信息的人体肺癌电阻抗层析成像[J]. 李佳,岳士弘,王亚茹. 传感器与微系统. 2018(10)
[6]加压气液鼓泡塔的CFD数值模拟与ERT实验验证[J]. 张博,秦玉建,靳海波,杨索和,何广湘,罗国华,徐新,郭晓燕. 化学反应工程与工艺. 2017(04)
[7]电阻层析成像技术最优激励与测量模式的研究[J]. 李坤,张煜林,邵云峰,李勤,关炜,韩焱. 测试技术学报. 2017(03)
[8]电学层析成像技术[J]. 王化祥. 自动化仪表. 2017(05)
[9]基于电阻层析成像技术的气升式内循环鼓泡反应器流体力学研究[J]. 靳海波,连以诚,刘鑫,林金芝,杨索和,何广湘. 中南大学学报(自然科学版). 2016(11)
[10]电阻层析成像系统阵列电极宽度优化[J]. 肖理庆,王化祥,聂文艳. 天津大学学报(自然科学与工程技术版). 2018(01)
博士论文
[1]基于电阻成像技术的水平管气液两相流研究[D]. 许燕斌.天津大学 2009
[2]电阻层析成像技术应用研究[D]. 余金华.浙江大学 2005
硕士论文
[1]植物块茎电阻层析成像仿真研究[D]. 黎光宇.北京交通大学 2011
本文编号：3565487
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