文档介绍：国家自然科学基金项目
(50337020,60532020,60472077,60301008)
国家科技支撑计划项目(2006BAI03A00)
天津大学博士学位论文
电学成像系统图像重建算法研究
及可视化软件设计
Research on Image Reconstruction
Algorithms and Design of Visualization
Software for Electrical Tomography
一级学科:控制科学与工程
学科专业:检测技术与自动化装置
研究生:唐磊
指导教师:王化祥教授
天津大学电气与自动化工程学院
二零零八年八月
独创性声明
本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的
研究成果,除了文中特别加以标注和致谢之处外,论文中不包含其他人已经发表
或撰写过的研究成果,也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证
书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中
作了明确的说明并表示了谢意。
学位论文作者签名: 签字日期: 年月日
学位论文版权使用授权书
本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。
特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检
索,并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校
向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。
(保密的学位论文在解密后适用本授权说明)
学位论文作者签名: 导师签名:
签字日期: 年月日签字日期: 年月日
中文摘要
电学层析成像技术(Electrical Tomography,ET)是近年来发展起来的新型测量
技术,由于该技术具有无辐射、非侵入、响应快、结构简单以及成本低廉等优点,
在医学临床监护和工业测量等领域具有广阔的应用前景。
近二十年来,ET 技术虽然取得很大进展,但由于逆问题求解存在严重的不
适定性,使得图像重建质量并不理想,图像分辨能力较差。同时可视化软件设计
相对滞后,成像软件功能单一,显示效果较差,成像速度较慢。本课题主要从
ET 图像重建算法及可视化软件设计方面进行深入研究,主要工作和结论如下:
一、ET 图像重建算法研究
总结非线性逆问题求解常用算法并将其推广到电学成像的图像重建。在
Landweber 迭代算法基础上提出一步稳定图像重建算法,该算法具有较好的重建
稳定性和较高的实时性。针对 ET 逆问题解的不适定性及重建图像分辨率较低的
问题,提出一种基于自适应网格细分的总变差正则化图像重建算法,在保证稳定
性的同时可提高对介质非连续分布区域成像的分辨能力。实验结果表明,一步稳
定算法可以保证重建图像的实时性和鲁棒性。而基于自适应网格细分的 TV 正则
化算法在成像质量方面具有明显优势,实时性也能满足目前应用的需要。
二、医学电阻抗成像可视化软件系统 TJU_MEIT_II 的设计
为改善电阻抗层析成像(EIT)技术在呼吸监护中的应用,设计一套基于肺部
模型的电阻抗实时成像软件系统 TJU_MEIT_II,该系统通过引入胸腔阻抗分布先
验知识,有效提高重建图像的精度,同时可实现串口或 USB 通讯、多种算法应
用、实时 2D/3D 图形显示、呼吸信息提取、数据存储及回放等功能。实验结果
表明,该软件系统在提高成像质量的同时具有很好的实时性和易用性。
三、双模态(ECT/ERT)电学成像可视化软件系统 TJU_ET_III 的设计
基于电学成像在多相流检测中的应用,设计一套双模态电学成像软件系统
TJU_ET_III,该系统可对双截面双模态(ECT/ERT)电学成像系统同时进行高速成
像。同时该系统可实现 USB 高速通讯、多种算法应用、流型实时观测、相关速
度测量、摄像头视频采集、数据存储回放等功能。实验结果表明,该系统具有较
高的实时性,并便于实现在线流速测量和流型监测。
关键词: 电学层析成像图像重建算法医学电阻抗成像电容/电阻双模态成
像可视化软件
I
ABSTRACT
Electrical Tomography (ET) is a new measurement technique developed in recent
years. Due to the advantages of being non-radiant and non-intrusive,