试析多相流ct系统成像算法研究及软件设计

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1、国家自然科学基金重大国际合作项目：（批准号：60820106002）国家自然科学基金项目：（批准号：60532020，60672170）国家科技支撑计划：（批准号：2006BAIO3A00）多相流CT系统成像算法研究及软件设计ResearchonImageReconstructionAlgorithmsandDesignofSoftwareforMultiphaseFlowCTSystem学科专业：检测技术与自动化装置研究生：薛倩指导教师：王化祥教授天津大学电气与自动化工程学院二零一零年六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

2、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：年月日摘

3、要多相流广泛存在于石油、化工、生物技术、污染控制等领域，高精度、实时多相流测量对于生产过程的控制与管理具有重要意义。射线层析成像技术（ComputedTomography，CT）由于具有非侵入、可视化、高精度等特点，在医学诊断和多相流检测领域均获得广泛应用。近年来，工业CT技术取得了很大进展。但与医学CT相比，工业CT测量的投影数受限，逆问题的严重不适定性使得重建质量并不理想。此外，由于研究人员将更多精力用于硬件设计和算法研究，系统软件设计相对滞后，成像速度较慢，显示效果较差。针对上述问题，本课题主要从CT图像重建算法及系统软件设计两方面进行深入研究。主要工作和结论如下：1.CT图像重建算法研

4、究研究由投影重建图像的常用算法并将其应用于多相流γ-CT系统的图像重建。针对投影数据少导致空间分辨率较低的问题，提出两种扩充投影矩阵算法，以此为基础采用多种重建算法进行图像重建。针对方格剖分对边缘的描述精度差和不能实现多尺度剖分的问题，提出基于Delaunay三角剖分（DT）技术的多尺度场域剖分方法，并根据三角形重心在探测阵列上的投影到其最近探测阵列元的归一化距离，确定各剖分单元的投影系数。针对成像精度低的问题，利用图像处理技术、水平集方法等改进成像算法，显著提高了成像质量和重建速度。仿真实验结果表明，本文提出的方法可由少量投影数据重建出满意的多相流管道截面图像，成像结果可用于工业多相流检测中

5、的流型识别或特征参数提取。2.CT系统软件设计应用VisualC++编程环境设计了一套基于32位Windows平台的CT成像软件系统TJU_CT_III。主要功能模块包括：USB通讯模块；算法实现模块；图形显示模块；数据存储和回放模块。主要实现的功能有：基于USB通讯的实时数据采集；集成了多种图像重建算法；利用OpenGL改善了图像显示效果；对实验数据进行存储和回放。关键词：计算机层析成像图像重建算法投影矩阵USB通讯OpenGLABSTRACTMultiphaseflowisprevalentinpetroleumrefining,chemicalindustry,biotechnology

6、andpollutioncontrol.High-precision,real-timemultiphaseflowmeasurementisofgreatsignificancetothecontrolandmanagementofindustrialproduction.Owningtotheadvantagesofnon-invasiveness,visualizationandhigh-precision,computedtomography(CT)techniqueiswidelyappliedtoclinicalmonitoringandmultiphaseflowmeasurem

7、ent.Inrecentyears,positiveevolutionshavebeenmadeinindustrialCTtechnique.WhilecomparedwithmedicalCT,theCTappliedinprocessengineeringisofthelimitationinthenumberofprojectionsmeasured,andconsequentlyinth