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基于自适应模拟退火及LM联合反演算法的ECT图像重建 被引量:8

Image reconstruction for electrical capacitance tomography based on adaptive simulated annealing and LM joint inversion algorithm
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摘要 为解决电容层析成像技术(ECT)中图像重建的非线性和病态性问题,提出了一种自适应模拟退火-Levenberg Marquardt(ASA-LM)联合反演算法。改进了标准模拟退火(SA)算法的新解生成策略、能量函数的定义及退火策略,并结合LM的直接局部搜索方法联合反演ECT图像重建问题。同时,利用Savitzky-Golay(SG)滤波对ECT图像重建所需电容数据进行平滑处理以提高其信噪比。最后,进行仿真及静态实验,并与线性反投影(LBP)、Landweber迭代及标准SA算法进行了比较。结果表明,与其他3种算法相比,ASA-LM算法收敛速度快、图像重建质量明显提高,边缘信息保真度高,重建图像的平均相对误差为0.3311,平均相关系数为0.9331。 To solve the nonlinear and ill-conditioned problem of image reconstruction in the electrical capacitance tomography(ECT),an adaptive simulated annealing-Levenberg Marquardt(ASA-LM)joint inversion algorithm is proposed.The new solution generation strategy,energy function definition and annealing strategy of the standard simulated annealing(SA)algorithm are improved.The direct local search method of LM is combined to jointly invert the ECT image reconstruction problem.Meanwhile,the Savitzky-Golay(SG)filter is used to smooth the capacitance data required for ECT image reconstruction to enhance its signal-to-noise ratio.Finally,simulation and static experiments are carried out and compared with linear back projection(LBP),Landweber iteration and standard SA algorithms.Comparison experiment results show that the ASA-LM algorithm has advantages of high reconstruction image accuracy and fast convergence speed.The image reconstruction quality is significantly improved,and the edge information fidelity is high.The average relative error of the reconstructed image is 0.3311,and the average correlation coefficient is 0.9331.
作者 张立峰 张梦涵 Zhang Lifeng;Zhang Menghan(Department of Automation,North China Electric Power University,Baoding 071003,China)
出处 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第12期228-235,共8页 Chinese Journal of Scientific Instrument
基金 国家自然科学基金(61973115)项目资助。
关键词 电容层析成像 图像重建 ASA-LM联合反演算法 Savitzky-Golay滤波 electrical capacitance tomography image reconstruction ASA-LM joint inversion algorithm Savitzky-Golay filter
作者简介 通信作者:张立峰,2001年于华北电力大学获得学士学位,分别于2004年和2010年于天津大学获得硕士及博士学位,现为华北电力大学副教授,主要研究方向为多相流参数检测及电学层析成像技术。E-mail:lifeng.zhang@ncepu.edu.cn;张梦涵,2019年于湖北师范大学获得学士学位,现为华北电力大学硕士研究生,主要研究方向为多相流检测。E-mail:2192216112@ncepu.edu.cn。
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