发布时间 : 星期二 文章燕山大学毕业设计：EIT图像重建技术研究更新完毕开始阅读23a9f5d7d4d8d15abf234e07
第1章 绪论
当前EIT技术的研究主要集中在以下几个方面：
(1) 对传感器电极阵列的优化设计，主要是克服EIT技术的“软场”问题，尽可能提高敏感场灵敏度分布的均匀性。
(2) 提高数据采集系统硬件电路的性能，主要是提高系统的稳定性、实时性和数据精度。
(3) 图像重建算法的改进，要求开发出质量高、速度快的成像算法，改进非线性算法的收敛性。
(4) 工业领域的应用开发，拓展技术的应用领域，使EIT技术更好地应用于各个领域[11]。
随着电子技术的飞快发展，计算机性能的不断提高，极大的促进了EIT系统性能的提升，基于各种新技术的EIT硬件系统层出不穷，其中基于嵌入式技术的便携式EIT系统是近期研究的热点。目前，EIT系统的硬件平台引入了更多新的数字化技术，大大提升了系统的性能，成像的实时性及成像质量也得到不断提高[12]。
1.2.2 EIT技术国内外研究成果
目前该领域较为先进的是英国的UMIST大学，其主要成果主要有：相继在搅拌器[13]和旋流器[14]等实验装置上进行了实验研究；开发出应用于金属容器的EIT系统，拓宽了EIT技术的使用范围[15]；目前又开发出一套16电极EIT数据采集系统[16]，据报道，该系统数据采集速度可达1000幅/秒。英国Leeds大学的R.A.Williams教授以及Dr.M.Wang等人联合开发出ITS．1000型系统样机，数据采集速度为25幅/秒(38.4kHz电流激励、104点/幅、数字解调)，如果采用模拟解调，其采样速率为7幅/秒[17]。最新开发出一套称为“FIC”的两相流在线数据采集和测量处理双截面EIT系统，采用DSP芯片、IEEE通讯接口等技术，数据采集速度达1164帧/秒，大大提高了系统的性能[18]。
在我国，最早进行EIT技术研究的是80年代后期徐苓安教授带领的天津大学PT研究小组，现已开发出TERT-1、2、3、4型系统样机。浙江大学也曾开发出16电极EIT系统，电路实现简单，但实时性有待提高[19]。清华
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大学、东北大学、中国科学院、北京航空航天大学、浙江工学院也开展了EIT技术的研究[20]。
1.3 课题研究内容及论文安排
在综述了国内外相关文献及资料的基础上，本论文旨在研究电阻抗层析成像(Electrical Impedance Tomography，简称EIT)技术在多相流检测中的应用。本文进行了有限元分析，实现空间管道的三维建模，并应用STM算法、landweber算法、正则化算法等实现图像重建。
针对上述工作，具体内容如下： (1) 了解电阻层析成像的基本原理。
(2) 熟悉正问题中有限元法(FEM)，并利用有限元法实现对传输管道的建模，模拟出几种模型，为图像重建做准备。
(3) 了解现有的图像重建算法，并比较不同算法的优势与不足。 (4) 基于MATLAB平台进行图像重建，并且比较各种算法的成像结果。
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第2章 电阻抗层析成像技术综述
第2章 电阻抗层析成像技术综述
2.1 引言
传统的CT成像技术已经十分成熟，但是CT技术主要采用射线、核素等进行成像，这些对人体有一定的伤害。而过程层析成像技术为我们提供了很多其他的选择。其中，EIT技术便是电学过程层析成像技术的一种。
EIT技术通过在体表电极阵列施加电流来提取组织或器官的电特性信息，加之不使用核素或射线、对人体无害、成本低廉、携带方便以及不要求特殊工作环境等特点，它是一种理想的、具有诱人应用前景的无损伤医学成像技术，尤其对发展中的人口大国具有很大的开发价值。
2.2 过程层析成像技术简介
层析成像(Tomography)技术也称计算机层析(断层)成像技术或计算机辅助层析成像(Computer Tomography，简记为CT)技术，是在20世纪70年代初首先在医学上已经成功应用并蓬勃发展起来的一项科学技术[21]。
在图像处理学中，层析成像称为图像重建，它与传统的从图像到图像的处理方法不同，它是一种从测量的多个投影数据重建出目标图像的特殊图像处理方法，即通过物理对象某一截面(断层)得到的一组投影数据，采用合适的图像重建方式及算法，经计算机处理，获得被测对象在该界面的图像。这种图像就被称为重建图像，可以直观地反映出界面内局部区域的相关信息
[22]
。
自20世纪80年代以来，工程技术人员就开始积极探索，试图将医学中的
层析成像技术应用于多相流检测当中。过程层析成像技术(Process Tomography, PT)作为一种新型成像技术，可以实现多相流监测系统所要求具备的以下特性：
(1) 非侵入性，以避免腐蚀传感器和阻碍流动；
(2) 测量的实时性，以瞬时获取过程控制单元所需的反馈； (3) 可靠性，以延长维护周期，降低维护费用； (4) 在线使用；
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(5) 标定简便。
过程层析成像技术可定义为：用层析成像的方法处理来自检测传感器测得的数据以获得不可到达区域内的精确定量(或定性)信息[23]。它是医学工程当中的CT技术为满足工业要求而与之相结合的产物。PT技术的目的是确定多相流在截面内的分相介质分布。
根据不同的敏感场原理，PT技术可分为：核(X射线，γ射线和中子射线等)，核磁共振，光学，电学(电容、电阻、电磁、电荷感应等)，微波，超声等类型。其中，电阻抗层析成像(Electrical Impedance Tomography, EIT)技术是PT技术中目前的研究热点之一。
运用PT技术，可以获得被测多相流体的分相介质分布的二维或者三维的实时信息。这样的信息能够直观的反映出多相流的流型，并可通过选择一定的图像重建算法，重建图像以获取相位分布。通过对重建图像中的像素进行相关分析(需要两个或以上根据相应的相关延时而分置的层析成像装置)，可以获得多相流中各分相的流速及流量。
医学诊断上采用的计算机层析成像技术即CT技术是指一种数字图像重建技术。它根据被成像物体在不同角度下的投影数据，采用基于不同假设所构成的算法重建出该物体的一个横断面图像。要将医学CT技术应用到两相流成像系统中，技术上必须解决如下两个与两相流系统特点有关的问题，也就是成像速度的问题和成像对象特性问题。
PT技术是将医学诊断上已成功实现的断面成像技术应用到两相或多相流系统中来，以得到流体管道横截面上个相位分布的图像。
与医学CT技术相比，PT技术的主要特点如下[24]：
(1) PT技术中的被测物场往往处于高速运动的状态，这一特点使得PT系统不仅要有比医学CT技术高的多的数据采集速度，还要有快速的数据处理能力；
(2) 被测物场往往具有较强的非均匀性，并且这种非均匀性往往处于变化中，难以校正，除此之外许多PT系统的灵敏场为“软场”，造成图像重建困难；
(3) PT系统中所能获得的投影数据是有限的，这增加了图像重建的难
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