燕山大学毕业设计：EIT图像重建技术研究

本科毕业设计(论文)EIT图像重建技术研究燕山大学2014年6月本科毕业设计(论文)EIT图像重建技术研究学院：专业：学生姓名：学号：燕山大学毕业设计(论文)任务书学院：电气工程学院系级教学单位：仪器科学与工程系学号学生姓名专业班级题目题目名称EIT图像重建技术研究题目性质1.理工类：工程设计()；工程技术实验研究型()；理论研究型()；计算机软件型()；综合型()。2.文管类()；3.外语类()；4.艺术类()。题目类型1.毕业设计()2.论文()题目来源科研课题()生产实际()自选题目()主要内容1.传输管道的空间三维建模；2.图像重建软件算法设计；3.仿真结果论证。基本要求1．按电气工程学院本科生学位论文撰写规范的要求完成设计说明书一份(不少于2.4万字)，A0图纸。说明书及插图一律打印，要求条理清晰、文笔流畅、图形及文字符号符合国家现行标准。2．掌握ElectricalImpedanceTomography的基本原理。3．掌握图像重建基本算法原理及软件实现。参考资料1．相关学术期刊2．3．周次1—4周5—8周9—11周12—15周16—18周应完成的内容查阅相关文献资料分析确定设计方案，进行系统结构设计系统软件系统设计系统软件调试与实验修改论文，准备答辩指导教师：刘永红职称：讲师2013年11月7日系级教学单位审批：年月日摘要I摘要多相流广泛存在于动力、石油、化工、核能、食品和医学等多个领域。与单相流动相比，多相流动相间存在着界面效应和相间速度，其流动特性更加复杂多变，因此要建立可靠的多相流动力学模型，并对多相流动过程进行预测、设计及控制。电阻抗成像(ElectricalImpedanceTomography,EIT)技术是电学层析成像技术的一种，可以通过非接触的方式，将物体的内部结构特性通过电特性反应出来。本文旨在对于电阻抗层析成像技术的主要原理、图像重建算法进行研究，为电阻抗层析成像技术在多相流检测中的应用提供理论基础。EIT技术的研究主要分为两方面，即正问题的研究与逆问题的研究。EIT正问题(ForwardProblem)采用有限元方法(FEM)求解，基于变分原理，建立有限元方程。EIT逆问题(Inverseproblem)是非线性问题，主要工作是对图像重建的研究，EIT技术有多种图像重建算法，本次毕业设计主要通过Matlab仿真软件对Landweber算法、正则化算法、STM算法等进行图像重建。通过图像重建结果，比较不同算法的优缺点。关键词:EIT技术；正问题；逆问题；有限元法；图像重建燕山大学本科生毕业设计(论文)IIAbstractMultiphaseflowwidelyexistsinmanyfields,suchaspower,petroleum,chemical,nuclearenergy,foodandmedicineetc.Comparedwiththesinglephase,multiphaseflowhaveinterfaceeffectandtheexistenceofphasevelocity,theflowcharacteristicsismorecomplex.Therefore,it’simportanttoestablishareliablemultiphaseflowdynamicsmodel,sodothemultiphaseflowprocessprediction,designandcontrol.Electricalimpedancetomographytechnology(EIT)isakindofelectricaltomographytechnology,whichcanreacttheinternalstructurecharacteristicsofobjectthroughelectricalcharctersticsbynoncontactmode.ThispaperaimstostudythemainprincipleofEITandelectricalimpedancetomographyimagereconstructionalgorithmwhatprovideatheoreticalbasisforEITtechnologyinmultiphaseflowdetectionapplication.ThestudyofEITtechnologyismainlydividedintotwoaspects,namelytheforwardproblemandinverseproblem.TheforwardproblemofEITwassolvedbyusingthefiniteelementmethod(FEM)solution,whichbasedonthevariationalprinciple,andestablishedthefiniteelementequations.TheinverseproblemofEITisanonlinearproblem,themainworkisthestudyofimagereconstruction.EITtechnologyhasavarietyofimagereconstructionalgorithm.ThisgraduationdesignmainlystudyLandweberalgorithm,STMalgorithm,regularizationalgorithmthroughMatlabsimulation.Throughimagereconstructionresults,comparingtheadvantagesanddisadvantagesofdifferentalgorithms.Keywords:ElectricalImpedanceTomography;ForwardProblem;InverseProblem;FiniteElementMethod;ImageReconstructionIII目录摘要.......................................................................................................................IAbstract................................................................................................................II第1章绪论........................................................................................................11.1课题背景知识.......................................................................................11.2EIT图像重建技术研究现状.................................................................11.2.1EIT技术国内外研究现状..............................................................21.2.2EIT技术国内外研究成果..............................................................21.3课题研究内容及论文安排...................................................................4第2章电阻抗层析成像技术综述....................................................................52.1引言.......................................................................................................52.2过程层析成像技术简介.......................................................................52.3EIT技术理论基础.................................................................................82.3.1EIT技术生物学基础......................................................................92.3.2EIT技术基本原理........................................................................102.3.3EIT技术相关参数介绍.................................................................112.4EIT系统简介.......................................................................................142.5本章小结.............................................................................................15第3章EIT技术数学模型及有限元建模.......................................................163.1引言.....................................................................................................163.2传输管道三维建模的EIT技术数学模型.........................................163.2.1EIT技术数学模型理论基础........................................................163.2.2用于传输管道三维建模的EIT数学模型..................................173.3用于传输管道多相流检测的EIT求解路线.....................................183.4有限元法求解EIT正问题.................................................................193.4.1EIT正问题....................................................................................193.4.2有限元法基本原理......................................................................21IV3.4.3有限元模型..................................................................................223.4.4使用EIDORS3.4进行ERT正问题求解..................................243.5本章小