Kalman滤波在 ERT图像重建中的仿真研究.pdf

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1、Kalman滤波在ERT图像重建中的仿真研究电子质量(2014第08期)Kalman滤波在ERT图像重建中的仿真研究ResearchontheSimulationofKalmanFilterAlgorithmtoImageReconstructionofERT许超，吴新杰，陈星年【辽宁大学物理学院，辽宁沈阳110036)XuChao，WuXin-jie，ChenXing-nian(CollegeofPhysics，LiaoningUniversity，LiaoningShenyang110036)摘要：ERT是以电导敏感场机理为原理的过程层析成像技术。通过COMS

2、OL有限元软件实现对被测场域的二维建模和敏感场快速求解的仿真研究，提出一种利用Kalman滤波进行ERT图像重建的方法。针对三种典型电导率分布进行仿真实验，经与LBP算法、Landweber算法的比较，得出Kalman滤波算法成像的图像误差最小、相关系数最佳，也证明了Kalman滤波是一种精度高、噪声干扰有较好鲁棒性的图像重建算法。关键词：敏感场；Kalman滤波；COMSOL；图像重建中图分类号：TP181文献标识码：A文章编号：1003—0107(2014)08—0015—04Adbstract：ERTisoneofProcessTomographytechn

3、iquesbasedoRthesensitivityfieldprincipleofconduc-tance．ThecalculationmethodofthesensitivitycoeficientfieldofERTbasedonCOMSOLispresentedinthispaper．ThenthispaperproposesafastimagereconstructionalgorithmwithK~lmanfilter．Thispapersetssimulationexperimentsforthreekindsoftypicalconductivit

4、ydistribution．ComparisonofLBPalgorithmandLandweberalgorithm．theexperimentsprovethatusingtheKalmanfilteralgorithmhasbettercorrelationco-eficient．smalererror．andtheclearestimageTheresultsshowthattheproposedalgorithmonKalmanfilterhasthecharacteristicofbeterprecisionofimagereconstruction．

5、andbetterrobustnesstonoise．K,eywords：sensitivityfield；Kalmanfiiter；COMSOL；ImageReconstructionCLCnumber：TP181Documentcode：AArticleID：1003—0107(2014)08—0015-040前言本文对ERT的仿真研究是通过COMSOL物理场耦合软件来实现的网。具体实现步骤如下：建立场域的仿真电阻层析成像(ElectricalResistanceTomography，简几何模型，设置场域的物理参数，对被测场域进行二维称为ERT)技术最早来源于

6、医学x射线一cT技术。它是剖分，在COMSOL软件的稳态求解器下能够立刻得到基于传感器电导率机理，且具备结构简单、成本低廉和所求正问题的仿真结果，包括求解所得的电势分布表面较强的安全性能等优点，目前已经在病理监护、多相流图、电场图、等势线图和电流密度流线图等。其中，最重检测等领域广泛应用，是过程层析成像领域中发展和研究的热点之一I”。研究ERT的目的是可以给过程控制提要的求解结果为电阻值的计算——通过坝0量电极对问的电势差来表示。需要说明的是，通常设计ERT系统模供更多的数据支持，可以获取更准确的重建图像。因此，本文研究的重点是ERT系统中敏感场的求取和Kalma

7、n型时要求确定电极形状和位置，本文从空间敏感度角度考虑仅选用l2点电极组成的敏感电极阵列作为研究对滤波重建算法研究。象；而其场域激励一测量模式选用相邻电流激励一电压测量模式，这种方式对于敏感场来说，无论是在场域中1基于C0MSOL的ERT正问题仿真研究心还是在场域边界都是一种较好的激励一测量模式。以实现ERT的物理基础是其被测场域内存在着变化离散介质模型中某一电极对电流激励为例，其12点电的电导率分布。当场域内分布不同被测对象时，因其具极场域模型仿真如图1所示。备不同的电导率，所以求解出场域内电导率分布情况时，即可判断出场域的介质分布，从而达到被测场域的无扰动可视

8、化检测目的