ert图像重建算法与三维图像显示分析

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1、第一章绪论电阻层析成像系统主要由以下三个部分构成(如图1．1所示)：①获取被测物场信息的空间敏感阵列。它在交流电流激励下，形成一个可从不同观测角度扫掠被测物场的空间敏感场，物场内部组份分布或结构的运动变化对敏感场产生调制作用，使敏感阵列输出相应的信号。②数据采集与处理单元。它的任务是快速实时地采集空间敏感阵列输出的反映被测物场二维／--维分布状态的大量瞬时信号，并完成相应的解调、滤波处理，以获得直接反映物场变化的信息(包括实部、虚部、模以及相位等等)。③图像重建与物场参数提取单元。它的任务是运用图像重建算法，根据处理后的数据，获得被测

2、物场的二维或三维图像及其变化的时间历程，使人们能够直接看到过程设备或装置内部某个截面上组份的分布，同时又可运用相应的基于知识工程的软件库，提取出被测物场的特征信息，如流型、相速度、相含率、相尺寸等等【”。可以说ERT技术是新一代过程参数在线检测技术，也是一种多学科交叉的高新技术。与传统的过程参数检测技术相比具有诸多突出优点：(1)能提供在线连续的二维／--维可视化信息：(2)可提取大量被测对象的特征参数，如流速，截面相含率，流型识别等；(3)多点、界面分布式、非侵入、无放射性测量，不破坏、干扰物场；(4)结构简单，成本低。1．2ERT

3、技术发展概况ERT技术的起源，可追溯到上个世纪20年代地球物理学研究者所使用的电阻率成像(ResistivityImaging)技术。当时的系统是利用插入地下的电极阵列，测量非激励电极上的电位变化来获得地层电阻率分布，从而描绘出地层中油岩等的分布，这一技术目前仍被广泛应用【3】。然而由于当时无法满足层析成像技术所需要解决的庞大计算量，该技术并不是真正的ERT技术。20世纪70年代，随着电子技术和计算机技术的发展，生物医学研究者提出了圆形电极阵列的断层电阻率测量技术(TomographieResistivityMe舢ememTechni

4、que)。80年代初，在临床和生物医学领域，电阻抗层析成像技术得到了极高的重视，世界各地尤其是欧美对此领域进行了深入研究，医学ERT不断地得到改进，并得到了临床应用，如利用多频率谱方法(Multi．frequencySpectroscopy)来检测病变组织等。但是同医学x射线和磁共振成像(MagneticResonanceImaging，MRI)相比，医学ERT的空间分辨率比较低，因此并没有得到广泛认可，不过作为医学诊断的辅助工具，人们并没有停止对医学ERT第一章绪论的研究，目前医学ERT的研究已经可以获得三维图像14J睁j。20世纪

5、80年代中后期，医学ERT技术被移植于工业领域，成为过程层析成像(ProcessTomography，PT)技术的一种[61。尽管过程ERT技术同医学ERT技术之间有很多相似之处，但由于测量对象、测量目的以及运行环境条件的不同，使得它们之间无论是在信息的获取方式、处理方法上，还是在结果的解释、应用上都有着显著的不同；尤其是医学ERT有丰富的先验知识可以利用，而过程ERT的检测对象通常是时变的，这使得过程ERT的研究过程存在着相当大的困难。直至20世纪90年代初，电阻层析成像方法在PT领域中的研究才开始有文献报道。为了促进欧洲电学成像技

6、术的发展，1990年欧盟科技委员会拨款开展了一项为期四年的ECAPT(EuropeanConcertedActiononProcessTomography)计划；大大促进了欧洲地区ERT技术的发展，较为突出的是：慕尼黑大学研究的定量图像算法，在在线辨识气／液两相流流型实验中，其组份浓度的测量精度可达士2％；英国UMIST大学地电机工程系的KDickin完成了MK．1b系统，数据采集速度可达20,哥／秒以上【7】【8】。随后，1995年“Frontiersinindustrialprocesstomography”的国际性学术会议在美国

7、加利福尼亚举行，第二次会议于1997年在荷兰Delft召开；1999年第一届世界工业层析成像技术大会在英I虱Derbyshire召开，会议涉及系统应用、图像重建算法、硬件系统开发和相关新技术四个主题，2001年第二届大会在德国汉诺威举行，2003年第三届会议在加拿大班夫成功举行，2005年第四次会议在日本召开。国际交流与合作促进了PT技术的发展，也带动TERT技术的发展。英国UMIST大学在该技术领域首先做了大量研究，其研究成果主要表现在：①1994年开发出适用于金属容器的ERT系统，拓宽了ERT技术的适用范围【9】，②继MK．1b，

8、1998年开发出的Mk．2b系统，数据采集速率可达100幅，秒，数据传输速率大于1Mb／s[1o】；③2001年开发出利用双极性脉冲电流源作为激励源的电阻层析成像硬件系统，这一技术克服了常规直流激励源带来的介质电极化效应