改进牛顿–拉夫逊电阻层析成像图像重建算法

为了满足电阻层析成像图像重建算法应用于两相流领域的精度与实时性要求,提出一种改进牛顿–拉夫逊算法。针对牛顿–拉夫逊算法局部收敛的特点,将线性反投影算法成像结果作为新算法初始电阻率分布估计值,并利用基于改进粒子群算法的平衡法对海森矩阵进行预处理,降低条件数。同时在新算法迭代过程中,当振荡次数超过设定值时,采取自动更新灵敏度矩阵的策略。仿真与实验结果表明,与线性反投影算法、兰德韦伯算法及简化牛顿–拉夫逊算法相比,新算法降低了图像重建误差,有效提高了图像重建质量;而与标准牛顿–拉夫逊算法相比,新算法在满足成像精度前提下,避免了每次迭代均需更新灵敏度矩阵的缺点,提高了算法收敛速度。     

EMT用于金属结构裂纹图像重建的仿真研究

针对港口企业对港机探伤可视化的需求,进行了电磁层析成像(EMT)技术用于港机金属结构裂纹成像的仿真研究。Landweber迭代算法是一种常用的经典图像重建算法,但用于EMT金属结构探伤成像中则多有不足。为了提高图像重建质量,首先对经典Landweber算法进行了改进,根据传感结构的特点定义了图像重建的"感兴趣区域",通过裂纹定位、移位等过程使其位于"感兴趣区域",然后再进行Landweber图像重建;这种改进后的Landweber图像重建效果较好,但缺点是不能一次成像。然后,基于金属结构裂纹稀疏分布的特性,采用一种稀疏重建方法,即子空间追踪(SP)算法对裂纹进行图像重建,仿真结果表明,SP算法在图像重建质量、算法鲁棒性等方面明显优于经典Landweber算法,且重建过程耗时短,可以一次成像。     

动态电阻抗成像时空相关性重建方法研究

电阻抗成像(electrical impedance tomography,EIT)常用于监测物场中介质分布的动态变化。对于动态EIT系统,传统成像算法以牺牲图像质量为代价,提高成像速度。利用测量数据序列的时间、空间特性,改善重建图像质量,建立了基于时间-空间相关性的动态EIT成像数学模型,将动态阻抗图像序列的低秩特性引入到目标函数中。采用增广拉格朗日乘子(augmented Lagrange multiplier,ALM)法对模型进行求解。仿真和实验结果证明新方法能够在改善重建图像质量的同时提高成像速度,从而表明新方法的有效性。     

基于小波多分辨分析和LSQR的快速EIT图像重建算法

针对LSQR(least square QR-factorization)算法在求解电阻抗层析成像(electrical impedance tomography,EIT)逆问题时,由于矩阵维数高、计算量大而导致重建速度较慢的问题,提出基于小波多分辨分析的LSQR算法(wavelet multi-resolution based least square QR-factorization,WALSQR)。该方法将EIT的图像重建过程投影到低维的尺度空间进行,通过提取有效信息减少数据计算量,明显提高了图像重建速度。同时由于去除了噪声和冗余信息,保证了成像质量。本文将SALSQR方法分别应用于二维、三维EIT成像实验,证明其有效性,并为三维动态EIT图像重建算法的研究奠定了基础。     

阵列式电容传感器优化设计及灵敏特性分析

平面电容传感器基于边缘效应工作,敏感场具有明显的软场特性,导致其检测能力易受外部因素影响而降低。为了改善敏感场分布特性,提升传感器的检测精度,提出了一种新型12电极平面阵列电容传感器,对其进行特性分析。首先,采用数值模拟方法建立三维敏感场模型,同时选取灵敏度值三维成像的方法分析子灵敏度和整体灵敏度分布特性。其次,利用评价指标P量化评判新型12电极传感器和矩形阵列传感器的敏感场分布均匀性。建立3种不同物场模型并结合Tikhonov正则化算法进行图像重建。最终结果表明新型传感器的P值减小3.6%,重建图像的平均相关系数增加7.2%。综合验证了新型12电极传感器有效改善了敏感场均匀性,提升了传感器的检测能力。     

改进Landweber预迭代ERT图像重建算法

由于电阻层析成像问题本身严重病态,导致重建图像分辨率较低。为了提高重建图像精度,提出一种改进Landweber预迭代图像重建算法。首先,利用改进粒子群算法离线优化灵敏度矩阵,改善其病态程度,同时缩小满足算法收敛条件的增益因子取值范围;再设置4种典型流型,计算算法重建图像与其相关系数的平均值,并将平均值作为适应度函数,利用改进粒子群算法离线选择Landweber预迭代算法增益因子,并将改进算法应用于两相流典型流型与复合流型图像重建。实验结果表明,相同实验条件下,与在线预迭代(offline iteration online reconstruction,OIOR)算法、经验选择增益因子Landweber预迭代算法相比,新算法有效提高了图像重建质量,而与修正牛顿-拉夫逊算法相比,在不影响成像精度的前提下,提高了算法实时性。     

基于TV正则化算法的电容层析成像自适应剖分方法

针对电容层析成像逆问题解的不适定性及重建图像分辨率较低的问题,提出一种基于总变差(totalvariation,TV)正则化的图像重建算法,并由该算法提出一种自适应剖分方法。同常见的Tikhonov正则化算法相比,这种新算法不仅保证了逆问题求解的稳定性,而且提高了对介质非连续分布区域成像的分辨能力,具有良好的保边缘性。基于该算法的自适应剖分方法能够根据介质分布自动对剖分网格进行局部细分。相比全区域细分方法,这种剖分方法在保证图像分辨率的同时减少了计算量,提高了图像重建速度。实验结果表明,该算法在重建图像质量和实时性两方面均具有优势。     

电磁层析成像技术在刹车盘缺陷检测中的应用

针对列车刹车盘缺陷检测的实际需求,提出采用电磁层析成像技术(electromagnetic tomography,EMT)对刹车盘进行缺陷检测,检测得到的数据经过图像重建后对缺陷的位置、形状和大小等分布信息进行显示。根据列车刹车盘的结构特点,设计平板型传感器线圈阵列,通过电磁场仿真软件对不同缺陷的刹车盘模型进行仿真,并使用不同算法进行缺陷成像。通过评价指标对比了不同算法的图像重建质量,仿真结果验证了电磁层析成像技术用于列车刹车盘缺陷检测的可行性;搭建了刹车盘缺陷检测的EMT实验系统,对刹车盘缺陷进行数据采集与成像实验。实验结果表明,电磁层析成像技术在高速列车刹车盘缺陷检测中具有很好的应用前景。     

被测物场空间分布对电磁测量系统相位检测的影响分析

电磁层析成像技术在过程检测中因其低成本与非侵入性而具有广泛的潜在应用价值。研究显示,相位测量的精确度与成像质量具有密切联系。为了深入了解与相位测量相关的制约因素,进而优化测量系统,提高系统敏感性和测量精度,提高成像质量,利用有限元仿真软件(COMSOL Multiphysics)对电磁层析成像系统的空间分布相位测量影响进行仿真分析,包括改变物场内电性参数分布以及改变物体自身空间位置,且对仿真结果进行实验验证,对电磁层析成像测量系统工作状态下场的分布情况及状态给予估计,为图像重建的优化使用提供参考。     

肺部电阻抗成像电极阵列优化方法研究

肺部电阻抗层析成像(EIT)电极阵列的设计是影响系统性能与成像效果的关键因素之一,目前多在规则形状物场、等 间距分布的前提条件下对电极阵列进行优化,却并不适用于肺部不规则边界的情况。 本文提出基于深度学习的肺部电阻抗层 析成像电极阵列优化方法,以电极位置为优化目标,以重建图像相对误差、图像相关系数、敏感场分布的均匀性以及敏感场 Hessian 矩阵的条件数为网络输入,以阵列电极位置为网络输出,基于 DNN 网络构建优化模型。 实验结果表明,在呼气末和吸 气末两种状态下,与传统的电极阵列均匀分布方法相比,基于深度学习的肺部 EIT 电极阵列优化方法将重建图像相关系数 (image correlation coefficient,ICC) 分别提高了 33. 17%、33. 86%,结构相似度( structural similarity,SSIM) 分别提高了 14. 5%、 14. 39%,峰值信噪比(peak signal-to-noise ratio,PSNR)分别提高了 26. 3%、28. 27%。 因此可以得出结论,与传统方法相比基于深 度学习的 EIT 电极阵列优化方法更适用于肺部 EIT 成像。     

基于瞬变电磁法的传感器设计及仿真研究

针对瞬变电磁检测技术探头开展研究。首先介绍了瞬变电磁技术原理,分析目前几种聚焦探头的优缺点,然后根据设计要求提出一种新型瞬变电磁聚焦探头结构,解决瞬变电磁探头不聚焦,能量小及设备笨重等缺点,最后通过有限元仿真验证新型聚焦探头的聚焦效果,并与传统线圈仿真结果进行对比。结果表明,新型聚焦探头使磁场的主要能量聚焦在半径小于0.3 m,比传统线圈磁场分布缩小了40%,磁感应强度B=1.499 8×10-5,比传统线圈感应强度提高了19.3%,且聚焦探头比传统线圈的磁感应强度分布梯度较大。为瞬变电磁技术探头优化设计及精确测量金属管道腐蚀量提供了有效的参考价值,也为该技术在压力管道和热力管道的扩展应用提供了依据。     

基于响应面法的瞬变电磁法聚焦线圈优化设计

针对瞬变电磁法激励线圈参数开展研究,根据磁感应强度矢量叠加原理,设计几种结构简单具有聚焦特性的激励线圈结构,通过比较聚焦效果、互感大小及制做难度等综合考虑择优选出（矩形面阵列）,通过响应面法对具有磁聚焦特性的线圈进行参数优化,然后利用电磁仿真软件进行模拟仿真,与传统单线圈进行对比,该激励线圈使磁场的主要能量聚焦在半径小于0．3m,且该目标区域内磁感应强度增强了33％,为下一步实际应用奠定基础,改变矩形阵列的重合面积实现不同埋深的磁聚焦,良好的聚焦效果提高瞬变电磁法的局部缺陷检出率,实现并行和重叠埋地金属管道剩余壁厚的精确检测。     

基于百度飞桨的面向黑暗环境人员行为检测与身份识别

针对传统可见光在黑暗环境中难以实现人员行为检测与身份识别的问题,本文结合红外热成像技术基于百度飞桨深度 学习框架研究了一种面向黑暗环境的人员行为检测与身份识别算法。 首先经过实地采集,自主构建红外热成像人员行为数据 集总计 10 900 张 9 种行为类别以及双光人脸数据集总计 3 000 张 30 位人员。 针对行为检测方面,基于轻量化网络 PP-LCNet 改进 YOLOv5 骨干网络进行人员行为检测,大幅度减少模型参数并提高检测精度与推理速度。 针对人脸识别方面,引入 CycleGAN 算法改进 InsightFace 实现将红外人脸转化为可见光人脸进行身份识别,提高在黑暗环境下人脸识别准确率。 最后实 现红外人员行为检测网络与人脸识别网络的级联工作,在黑暗环境下可以实时行为检测与身份识别,具有很好的应用效果。 实 验结果表明,基于 PPLCNet 轻量化改进的 YOLOv5 相对于原网络模型参数减少 56. 4%,平均精度 mAP 由 89. 1%提高至 94. 7%, 推理速度由 68 提高至 101 fps;基于 CycleGAN 算法改进 InsightFace 相对于原网络黑暗环境下识别准确率由 84%提高至 99%。     

一种优化的图像配准算法

为了降低传统尺度不变特征变换(SIFT)算法的特征点检测与匹配的时间复杂度,提出一种优化的图像配准算法,即采用Trajkovic算法检测特征点,并采用SIFT算法的分配描述符方法分配特征点描述符参数,再用稀疏降维原理对特征点描述符参数进行降维处理,最后,采用基于双向匹配的相似性度量算法进行特征点匹配。模拟实验选择检测图像的特征点数、匹配对数、正确匹配对数、匹配正确率、配准时间与配准时间下降率6个指标作为评估标准,结果表明,优化算法在特征点配准正确率方面与传统SIFT算法相当,但在特征点配准速度方面有明显提升。     

融合目标检测的交互式电网设备图像分割算法

图像处理技术在电网中有着十分重要的应用,图像分割是图像处理技术的重要组成部分.本文提出了一种融合目标检测的交互式电网设备图像分割算法,在传统的图像抓取(GrabCut)交互式分割算法的基础上,使用目标检测得到的检测标定框代替用户选择的初始化框,在目标检测算法上采用目前已知开源最快的最轻量的你只看一次(YOLO-Fast...     

磁粉离合器自调整模糊PID励磁控制技术

针对磁粉离合器应用环境复杂,采用传统的控制算法很难满足系统非线性、变参数的要求等问题,在研究了模糊控制和传统PID控制算法的基础上,提出了一种自调整模糊PID控制算法。该算法兼有模糊控制和PID控制算法的优点,实现了对过程参数的无稳态误差控制,同时具有很好的自适应特性,并且能够克服非线性因素带来的影响,具有较强的鲁棒性。将该算法应用于双轴水冷式磁粉离合器,能够实现在线PID参数的自整定。通过对该控制算法的仿真,并与常规PID控制算法的实验比较,该控制算法响应速度快,负载侧电流稳定时间短、电流超调量小,且控制系统具有很好的自调整能力。     

胶囊内窥镜新型外磁场驱动系统模型与仿真

为了克服传统推进式和被动式内窥镜在医用检查时存在的不足,提出了一种由三个同轴圆线圈和两对平行鞍线圈组成的胶囊内窥镜新型外磁场驱动模型。胶囊内窥镜内部嵌入NdFeB永磁体,通过控制外部线圈的电流来驱动永磁体,带动内窥镜在体内运动。在实验过程中,运用ANSOFT电磁场仿真软件分别对三个同轴圆线圈和鞍线圈的磁场分布进行了分析,结果表明,该模块能够产生三维匀强磁场,符合驱动无线胶囊内窥镜在体内运动的要求,并且结构简单紧凑,可控性高,有利于提高检测效率。     

小波变换在图像检测中的应用

提出了一种基于小波变换的图像边缘检测算法,该算法具有计算复杂度小,运算速度快等特点,仿真结果表明该算法在信／噪比和边缘检测定位精度方面优于传统的边缘检测方法,获取了较满意的图像边缘检测效果。     

脉冲磁场发生器中用Braunbeck线圈的分析

研制一台用于肿瘤治疗的脉冲磁场发生器的关键单元是磁场线圈的设计和研制。为设计一种均匀区域更大、均匀度更高、工作更稳定的磁场线圈,在总结课题组前期工作的基础上,提出用一种4线圈系统的Braunbeck线圈替代传统的Helmholtz线圈。并对Braunbeck线圈的几何参数和中心磁场进行了理论计算、用COMSOL Multiphysics有限元软件进行内部磁场分布仿真以及研制出实物并对其性能进行了实测,结果显示该Braunbeck线圈工作性能稳定,磁场均匀度>95%的区域达到了在线圈径向-0.18～0.18m、轴向-0.17～0.17m之间,较课题组前期设计的Helmholtz线圈有了较大改进,为后续医学实验奠定了基础。     

高分辨率瓷砖图像实时拼接算法

为了解决不同纹理瓷砖图像的快速拼接问题，研究了图像拼接算法。首先，分析了图像拼接中速度和精度的关系，通过构建高斯金字塔尺度空间以减少程序的运算时间。然后，采用相位相关法配准瓷砖图像。在这个过程中，结合亚像素细化补偿分辨率下降引起的配准误差，并提出一种基于拉普拉斯算子的高频特征凸显策略以增强相位相关法鲁棒性。在多种颜色和纹理的瓷砖图像拼接实验表明，所提出的算法相比于基于SIFT和ORB算法，拼接成功率提升了60%和65%;相比于SURF、H-SURF和FFT算法，SSIM提升了9.04%、7.58%和4.02%。在运行速度上，所提出的方法相比于SIFT、SURF和H-SURF算法提升了4倍、3倍和2倍，仅为传统基于傅里叶变换的相位相关法的52%。该算法实现了快速和高质量的图像拼接，满足了工业应用中对高分辨率瓷砖的成像要求。