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基于改进正问题模型和模因算法的ECT图像重建
1
作者 颜华 徐利娟 +1 位作者 王伊凡 周英钢 《沈阳工业大学学报》 CAS 北大核心 2024年第6期813-818,共6页
为提高电容层析成像的图像重建质量,提出了一种基于改进正问题模型和模因算法的图像重建算法,即Im-MA算法。通过对灵敏度矩阵进行平滑滤波和降维处理,改进正问题模型。使用L_(2)范数作为数据拟合的测度,并将全变差作为正则项,构建目标函... 为提高电容层析成像的图像重建质量,提出了一种基于改进正问题模型和模因算法的图像重建算法,即Im-MA算法。通过对灵敏度矩阵进行平滑滤波和降维处理,改进正问题模型。使用L_(2)范数作为数据拟合的测度,并将全变差作为正则项,构建目标函数,将图像重建问题转化为最优化问题。采用麻雀搜索算法和天牛须搜索算法相结合的模因(memetic algorithm,MA)算法求解目标函数。仿真与实验结果表明:与常用的Landweber算法相比,Im-MA算法的重建误差更小,且重建图像与真实分布更加接近。Im-MA算法为解决ECT逆问题提供了一种有效的新方法。 展开更多
关键词 电容层析成像 图像重建 正问题模型 模因算法 灵敏度矩阵 降维 平滑滤波 全变差
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基于FCM及快速迭代收缩阈值算法的平面ECT图像重建
2
作者 张立峰 唐志浩 《计量学报》 CSCD 北大核心 2024年第6期899-906,共8页
为提高平面阵列电容成像系统的成像精度,提出一种基于模糊C均值聚类(FCM)进行数据优化的快速迭代收缩阈值算法(FISTA)。根据平面阵列电容数据的特点,首先利用FCM算法对测量电容值进行分类,保留有效电容值,实现电容向量降维;然后利用离... 为提高平面阵列电容成像系统的成像精度,提出一种基于模糊C均值聚类(FCM)进行数据优化的快速迭代收缩阈值算法(FISTA)。根据平面阵列电容数据的特点,首先利用FCM算法对测量电容值进行分类,保留有效电容值,实现电容向量降维;然后利用离散小波基(DWT)对灰度值进行稀疏表示,并建立L1正则化模型,采用FISTA进行求解,以实现图像重建;最后将FCM处理后的电容值分别用于Landweber算法、Tikhonov算法进行重建对比。仿真与实验结果表明,该算法重建图像的平均相对误差约为0.0527,平均相关系数约为0.9422,均优于其它算法,且重建图像伪影较少,更接近真实情况;因此,所提算法具有更好的重建效果。。 展开更多
关键词 电容层析成像 平面阵列电容 图像重建 模糊C均值聚类 快速迭代收缩阈值算法 缺陷检测
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基于二阶混联灵敏度矩阵的ECT图像重建 被引量：1
3
作者 陈达 张立峰 樊振萍 《计量学报》 CSCD 北大核心 2024年第8期1147-1154,共8页
电容层析成像技术求解图像重建问题属于非线性问题。在灵敏度矩阵的推导过程中,通常只保留灵敏度系数的线性部分,但是被忽略的非线性部分同样包含重要的成像信息。为了提高图像重建精度,基于二阶灵敏度系数的数学定义,结合模糊C-均值聚... 电容层析成像技术求解图像重建问题属于非线性问题。在灵敏度矩阵的推导过程中,通常只保留灵敏度系数的线性部分,但是被忽略的非线性部分同样包含重要的成像信息。为了提高图像重建精度,基于二阶灵敏度系数的数学定义,结合模糊C-均值聚类算法和电场中心线理论,建立了二阶混联灵敏度矩阵,并将矩阵引入到Landweber算法中,提出了二阶Landweber算法;最后,进行仿真和静态实验,并与传统的Tikhonov算法和一阶Landweber算法进行对比,结果表明,二阶混联灵敏度矩阵可以提高图像重建精度。 展开更多
关键词 电容层析成像 图像重建 电场中心线 模糊C-均值聚类算法 二阶混联灵敏度矩阵
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基于模拟退火粒子群优化算法的ECT图像重建方法研究 被引量：2
4
作者 王耀萱 崔丽琴 +2 位作者 田鹏 秦龙 曾祥麟 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第3期484-491,共8页
电容层析成像系统中,其反问题的“病态性”特点,导致传统图像重建算法的重建结果伪影现象严重。粒子群算法(Particles Swarm Optimization,PSO)作为智能算法的一种,具有易实现,收敛快等显著优点,缺点也很明显,即粒子易收敛于局部最优解... 电容层析成像系统中,其反问题的“病态性”特点,导致传统图像重建算法的重建结果伪影现象严重。粒子群算法(Particles Swarm Optimization,PSO)作为智能算法的一种,具有易实现,收敛快等显著优点,缺点也很明显,即粒子易收敛于局部最优解。将模拟退火算法与粒子群搜索算法相结合,利用模拟退火算法中的概率突变能力,能够有一定概率跳出算法的局部最优解。设计了五种不同的典型流型并进行了仿真实验,利用所提算法与LBP算法、Tikhonov算法、Landweber迭代算法以及标准PSO算法分别对其进行了图像重建。仿真实验所得到的主观结果和客观数据均表明,所提算法可以有效减少重建图像中的伪影,明确图像形状,提高重建图像质量,使得图像重建结果更加接近原始流型。 展开更多
关键词 电容层析成像 图像重建 粒子群算法 模拟退火算法
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嵌入式电容层析成像系统的成像加速方法研究
5
作者 陆程程 胡红利 +3 位作者 唐凯豪 单宇杰 黄敬轩 董海健 《西安交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第3期183-192,共10页
为了提高嵌入式系统设计中电容层析成像(ECT)的图像重构速度,研究了一种针对进阶精简指令集机器加上现场可编程门阵列(ARM+FPGA)硬件架构的图像重构算法加速技术。针对广泛应用且鲁棒的Landweber迭代算法(ILA),首先分析算法结构,然后基... 为了提高嵌入式系统设计中电容层析成像(ECT)的图像重构速度,研究了一种针对进阶精简指令集机器加上现场可编程门阵列(ARM+FPGA)硬件架构的图像重构算法加速技术。针对广泛应用且鲁棒的Landweber迭代算法(ILA),首先分析算法结构,然后基于FPGA的流水线特点,改进ILA涉及的循环结构,从而达到加速的效果。同时,针对ARM+FPGA架构的特点,讨论了ARM核与FPGA核各自的任务分配方式,进一步优化了算法速度。为了验证算法的有效性,分别在使用MATLAB编程和使用提出的加速方法搭建的ZYNQ平台进行了图像重构实验,从图像重构耗时、图像相对误差和图像相关系数3个指标论证提出方法的有效性。实验结果显示,使用搭建的ZYNQ平台进行Landweber算法成像时,每个图像的运行时间比使用MATLAB编程的运行时间减少了30%~40%。该研究在保持重构精度的同时有效提升了迭代算法的速度,对于ECT系统的硬件加速具有一定适用性。 展开更多
关键词 电容层析成像 图像重构算法 硬件加速 嵌入式系统
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基于1-bit压缩感知非凸算法的平面ECT图像重建
6
作者 唐志浩 张立峰 《计量学报》 CSCD 北大核心 2024年第12期1797-1803,共7页
为提高平面电容成像系统的成像质量并提高重建速度,提出了一种基于1-bit压缩感知(1-bit CS)非凸算法的平面ECT图像重建方法。首先,利用离散余弦基(DCT)对灰度值进行稀疏表示;其次,引入极大极小凹惩罚(MCP)作为正则化项,并建立1-bit CS ... 为提高平面电容成像系统的成像质量并提高重建速度,提出了一种基于1-bit压缩感知(1-bit CS)非凸算法的平面ECT图像重建方法。首先,利用离散余弦基(DCT)对灰度值进行稀疏表示;其次,引入极大极小凹惩罚(MCP)作为正则化项,并建立1-bit CS MCP正则化模型;然后,通过MCP非凸算法迭代更新对偶解的近端算子,以求取最优对偶解;最后,根据对偶解求出重建灰度值并进行图像重建。仿真与实验结果表明,相比于Tikhonov算法、Landweber算法及传统压缩感知算法,所提方法得到的重建图像平均相对误差和相关系数分别为0.0496和0.9435,平均重建时间约为0.1723 s,均优于其他3种算法,缺陷还原度及重建速度有明显提升。 展开更多
关键词 材料缺陷检测 平面电容成像 ECT图像重建 1-bit压缩感知 极大极小凹惩罚 非凸算法
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基于改进Forword-Backword Spliting算法的ECT图像重建算法
7
作者 马敏 刘萌 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第4期639-644,共6页
针对电容层析成像技术图像重建问题的不适定性和实时性要求,提出了一种基于改进前后向分裂(Forword-Backword Spliting, FBS)算法的ECT图像重建算法。首先,建立基于FBS算法的ECT逆问题求解模型,提升ECT图像重建的速度;其次将GMC惩罚项代... 针对电容层析成像技术图像重建问题的不适定性和实时性要求,提出了一种基于改进前后向分裂(Forword-Backword Spliting, FBS)算法的ECT图像重建算法。首先,建立基于FBS算法的ECT逆问题求解模型,提升ECT图像重建的速度;其次将GMC惩罚项代替L1范数应用于ECT图像重建中,提高重建解的稀疏度以获得更准确的特征信号;最后建立基于GMC惩罚项的FBS图像重建模型并求解。采用COMSOL5.3和MATLAB2014软件搭建联合仿真平台,仿真结果显示,改进的算法最高将核心流模型成像相关系数提升至0.934 5,成像时间最快达到0.094 5 s,相较于Tikhonov正则化算法和Landweber算法,在成像速度和质量两方面均有明显提高。并通过实际实验验证了改进算法具有更好的可靠性和实时性。 展开更多
关键词 电容层析成像 图像重建 改进FBS算法 非凸惩罚函数
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基于快速投影LANDWEBER法的电容层析成像图像重建算法研究 被引量：30
8
作者 董向元 陈琪 +4 位作者 李惊涛 蔡斌 阎润生 王海刚 刘石 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2005年第14期89-92,共4页
提出一种新的基于快速投影Landweber法的ECT图像重建算法。算法采用两部分迭代,初期采用预置矩阵加速迭代,该矩阵通过优化步长广义逆预迭代得到;后期采用常规投影Landweber法稳定迭代。探讨了ECT应用该算法的收敛条件,该算法易满足收敛... 提出一种新的基于快速投影Landweber法的ECT图像重建算法。算法采用两部分迭代,初期采用预置矩阵加速迭代,该矩阵通过优化步长广义逆预迭代得到;后期采用常规投影Landweber法稳定迭代。探讨了ECT应用该算法的收敛条件,该算法易满足收敛条件且预置矩阵参数选取简单。仿真和实验结果表明,与LBP、OIOR、投影Landweber算法相比,该算法兼备收敛稳定性好及收敛速度快等优点。 展开更多
关键词 热能动力工程 图像重建 投影Landweber法 电容层析成像 迭代算法 广义逆
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基于改进Gauss-Newton的电容层析成像图像重建算法 被引量：33
9
作者 陈德运 陈宇 +1 位作者 王莉莉 于晓洋 《电子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第4期739-743,共5页
针对电容层析成像技术中的"软场"效应和病态问题,在分析Gauss-Newton算法基本原理的基础上,提出了一种基于Gauss-Newton新的电容层析成像算法,采用奇异值分解定理对算法的稳定性进行了证明.在此基础上探讨了ECT应用该算法的... 针对电容层析成像技术中的"软场"效应和病态问题,在分析Gauss-Newton算法基本原理的基础上,提出了一种基于Gauss-Newton新的电容层析成像算法,采用奇异值分解定理对算法的稳定性进行了证明.在此基础上探讨了ECT应用该算法的可行性,算法满足收敛条件且重建图像误差小.仿真和实验结果表明,该算法和LBP、Landweber和共轭梯度算法相比,算法兼备成像质量高、稳定性好等优点,为ECT图像重建算法的研究提供了一个新的思路. 展开更多
关键词 电容层析成像 图像重建 迭代算法 Gauss-Newton
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正则化优化修正的电容层析成像图像重建算法 被引量：15
10
作者 赵进创 傅文利 +1 位作者 张锦雄 李陶深 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2004年第1期1-4,38,共5页
提出一种基于正则化优化修正的电容层析成像图像重建算法。首先利用 Tikhonov正则化法求解系统的逆问题 ,解决逆问题解的不适定性 ;然后利用优化修正法对初始图像进行修正 ,以提高重建图像的质量。实验结果表明 ,该法在重建图像质量和... 提出一种基于正则化优化修正的电容层析成像图像重建算法。首先利用 Tikhonov正则化法求解系统的逆问题 ,解决逆问题解的不适定性 ;然后利用优化修正法对初始图像进行修正 ,以提高重建图像的质量。实验结果表明 ,该法在重建图像质量和图像重建速率两方面均具有优势。 展开更多
关键词 电容层析成像 图像重建算法 正则化 优化修正 计算机 电容敏感机理
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电容层析成像图像重建的新算法 被引量：21
11
作者 赵进创 傅文利 +1 位作者 李陶深 梁家荣 《计算机工程》 CAS CSCD 北大核心 2004年第8期54-56,82,共4页
对采用RBF神经网络的8电极电容层析成像系统的图像重建的方法进行了探讨。该神经网络采用遗传算法结合传统的最近邻聚类方法进行学习。仿真实验结果表明，该方法的成像精度及成像实时性较好。
关键词 电容层析成像 RBF 遗传算法 神经网络 图像重建
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基于改进信赖域的电容层析成像图像重建算法 被引量：20
12
作者 王莉莉 陈宇 +1 位作者 陈德运 于晓洋 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第5期1076-1081,共6页
针对电容层析成像技术中的"软场"效应和病态问题,提出了一种改进信赖域的新电容层析成像算法。在分析电容层析成像基本原理的基础上,推导出了求解ECT反问题的信赖域算法的计算步骤,同时利用BFGS公式对迭代过程中产生的Hesse... 针对电容层析成像技术中的"软场"效应和病态问题,提出了一种改进信赖域的新电容层析成像算法。在分析电容层析成像基本原理的基础上,推导出了求解ECT反问题的信赖域算法的计算步骤,同时利用BFGS公式对迭代过程中产生的Hesse矩阵进行校正。在此基础上对信赖域算法的收敛性进行了分析和证明,算法满足收敛条件且重建图像误差小。仿真和实验结果表明,和LBP、Landweber和共轭梯度算法相比,对于简单流型该算法兼备成像质量高、边界均匀稳定等优点,为ECT图像重建算法的研究提供了一个新的方法。 展开更多
关键词 电容层析成像 图像重建 正则化 信赖域
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基于加权奇异值分解截断共轭梯度的电容层析图像重建 被引量：17
13
作者 陈宇 高宝庆 +2 位作者 张立新 陈德运 于晓洋 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第3期701-707,共7页
针对电容层析成像技术(ECT)中的"软场"效应和病态问题,提出了一种基于加权奇异值分解(SVD)截断共轭梯度的电容层析(ECT)图像重建算法。阐述了电容层析成像工作原理,提出了12电极ECT系统的测量方法。在分析灵敏度矩阵的奇异值... 针对电容层析成像技术(ECT)中的"软场"效应和病态问题,提出了一种基于加权奇异值分解(SVD)截断共轭梯度的电容层析(ECT)图像重建算法。阐述了电容层析成像工作原理,提出了12电极ECT系统的测量方法。在分析灵敏度矩阵的奇异值分解理论的基础上,推导出了加权SVD截断共轭梯度的数学模型,并利用Tikhonov方法进行正则化加权处理。最后,分析了算法的收敛性,并将其应用于电容层析成像系统的图像重建中。实验结果表明,对于层流,截断共轭梯度算法的平均误差能达到27.54%,全部流型平均迭代步数达到13步,与LBP、Landweber和CG算法比较,该算法具有成像效果好,成像速度快,易于实现等特点。 展开更多
关键词 电容层析成像 图像重建 奇异值分解 共轭梯度算法
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基于多项式加速的电容层析成像图像重建算法 被引量：12
14
作者 陈宇 陈德运 +1 位作者 王莉莉 于晓洋 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第12期2538-2542,共5页
针对普通迭代方法收敛速度慢的问题,提出一种多项式加速的正则化迭代电容层析成像算法来加快其收敛速度。在介绍12电极电容层析成像系统基本原理的基础上,给出了该算法的数学模型,并利用谱分析对该算法的收敛性进行了证明。探讨了ECT应... 针对普通迭代方法收敛速度慢的问题,提出一种多项式加速的正则化迭代电容层析成像算法来加快其收敛速度。在介绍12电极电容层析成像系统基本原理的基础上,给出了该算法的数学模型,并利用谱分析对该算法的收敛性进行了证明。探讨了ECT应用该算法的可行性,该算法易满足收敛条件且重建图像误差小。仿真和实验结果表明,和LBP、Landweber算法相比,该算法兼备成像质量高及收敛速度快等优点,为ECT图像重建算法的研究提供了一个新的思路。 展开更多
关键词 电容层析成像 图像重建 迭代算法 多项式加速
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电容层析成像图像重建的总变差正则化算法 被引量：29
15
作者 王化祥 唐磊 闫勇 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第11期2014-2018,共5页
针对电容层析成像(ECT)逆问题解的不适定性,本文提出一种基于总变差(total variation,TV)正则化的图像重建算法。同传统的2范数Tikhonov正则化方法相比,该算法(基于1范数正则化)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... 针对电容层析成像(ECT)逆问题解的不适定性,本文提出一种基于总变差(total variation,TV)正则化的图像重建算法。同传统的2范数Tikhonov正则化方法相比,该算法(基于1范数正则化)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的区域成像的分辨能力,具有良好的保边缘性。仿真及实验结果表明,该算法在重建图像质量和重建速度两方面均具有优势。 展开更多
关键词 电容层析成像 图像重建算法 TIKHONOV正则化 总变差 保边缘性
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改进敏感场的电容层析成像图像重建算法 被引量：8
16
作者 赵进创 刘金花 +2 位作者 黎志刚 傅文利 李贤宇 《计算机工程与应用》 CSCD 2012年第4期167-169,共3页
针对电容层析成像系统中敏感场的"软场"特性,提出了一种基于成像敏感场灵敏度均值滤波的Landweber图像重建算法。该算法是通过模板卷积的方式对敏感场灵敏度进行邻域平均,降低靠近极板区域的灵敏度,提高管道中心区域的灵敏度... 针对电容层析成像系统中敏感场的"软场"特性,提出了一种基于成像敏感场灵敏度均值滤波的Landweber图像重建算法。该算法是通过模板卷积的方式对敏感场灵敏度进行邻域平均,降低靠近极板区域的灵敏度,提高管道中心区域的灵敏度,部分消除了因敏感场不均匀对图像重建质量的影响,提高图像重建精度。仿真结果表明,该算法在图像重建精度和收敛速度上均优于传统的Landweber图像重建算法。 展开更多
关键词 电容层析成像 Landweber图像重建算法 灵敏度 均值滤波
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多相流测量用动态电容层析成像图像重建算法 被引量：12
17
作者 刘靖 王雪瑶 刘石 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第10期2355-2362,共8页
提出了融合ECT测量信息和被测对象动态演化信息的新型图像重建模型;基于Tikhonov正则化方法,建立一个同时考虑了ECT测量信息、被测对象动态演化信息、时间与空间约束的新型图像重建目标泛涵,将图像重建问题转化为最优化问题;提出了集成... 提出了融合ECT测量信息和被测对象动态演化信息的新型图像重建模型;基于Tikhonov正则化方法,建立一个同时考虑了ECT测量信息、被测对象动态演化信息、时间与空间约束的新型图像重建目标泛涵,将图像重建问题转化为最优化问题;提出了集成分裂Bregman迭代法优势的新型算法求解该目标泛涵。数值仿真结果表明,所提出的图像重建算法其图像重建质量均优于OIOR算法、STR算法及PLI算法;同时由于所提出的图像重建算法同时考虑了测量数据和重建模型的不精确性,其抵抗测量噪声的能力得以提高。 展开更多
关键词 多相流 电容层析成像 图像重建算法 动态重建
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广义矢量模式匹配法在电容层析成像技术上的应用 被引量：14
18
作者 王翠苹 李定凯 +1 位作者 董国亚 吕子安 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2004年第8期219-223,共5页
电容层析成像技术(ECT)具有结构简单,非侵入测量,可在线成像等优点。文中介绍了其测量原理和一些重构图象的算法,并引入广义矢量模式匹配法(GVSPM)和改进的伪逆法求解ECT逆问题。通过对比LBP、改进的伪逆法和GVSPM在静态的套管试验及动... 电容层析成像技术(ECT)具有结构简单,非侵入测量,可在线成像等优点。文中介绍了其测量原理和一些重构图象的算法,并引入广义矢量模式匹配法(GVSPM)和改进的伪逆法求解ECT逆问题。通过对比LBP、改进的伪逆法和GVSPM在静态的套管试验及动态的气固流动测量中重构出的图像,表明GVSPM方法提高了空间分辨率,对流动区域中心介电常数的变化成像清晰,减少了线性反投影算法因为软场效应造成的成像中气固分界上的“绒毛”现象。 展开更多
关键词 电容层析成像技术 广义矢量模式匹配法 空间分辨率 伪逆法
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基于贝叶斯理论的电容层析成像图像重建迭代算法 被引量：7
19
作者 江鹏 彭黎辉 +1 位作者 陆耿 萧德云 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2008年第11期65-71,共7页
提出了一种基于贝叶斯理论的电容层析成像(electrical capacitance tomography,ECT)图像重建算法。与现有的ECT图像代数重建算法不同,该算法将介质分布的先验信息和噪声信息等统计信息引入到ECT图像重建中。文中针对5种典型介质分布进... 提出了一种基于贝叶斯理论的电容层析成像(electrical capacitance tomography,ECT)图像重建算法。与现有的ECT图像代数重建算法不同,该算法将介质分布的先验信息和噪声信息等统计信息引入到ECT图像重建中。文中针对5种典型介质分布进行了数值仿真实验,结果表明该算法对于两相流中不同的介质分布均具有良好的适应性。迭代步数和先验概率的协方差取值对图像重建结果有较大影响。在迭代过程中,该算法所需的增益矩阵的更新不依赖于输入,因而可以离线预先计算,从而减小图像重建的计算压力,提高该算法重建速度。 展开更多
关键词 电容层析成像 图像重建 贝叶斯理论 高斯分布 迭代算法
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改进的共轭梯度算法的图像重建算法 被引量：10
20
作者 马敏 张彩霞 +1 位作者 姬晶晶 王化祥 《计量学报》 CSCD 北大核心 2013年第1期27-30,共4页
针对电容层析成像图像重建问题的病态性，在Tikhonov正则化的基础上，以正则化解决方案的规模和给定数据的质量为理论依据，引入一个数学变换，提出了一种新的正则化方法，该方法克服了常规正则化方法扰乱原系统的缺陷。同时，将ECT物... 针对电容层析成像图像重建问题的病态性，在Tikhonov正则化的基础上，以正则化解决方案的规模和给定数据的质量为理论依据，引入一个数学变换，提出了一种新的正则化方法，该方法克服了常规正则化方法扰乱原系统的缺陷。同时，将ECT物理模型进行规范化，并对共轭梯度算法进行改进。仿真实验表明，改进的共轭梯度算法的成像质量高于LBP算法、Tikhonov正则化算法和共轭梯度算法，并利用相关系数进行了验证。 展开更多
关键词 计量学 电容层析成像 敏感阵列电极 图像重建 共轭梯度算法 相关系数
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