[发明专利]一种基于闭环控制原理的电容层析成像图像重建方法

说明书

本发明涉及一种基于闭环控制原理的电容层析成像图像重建方法，主要包括以下步骤：首先，利用电容层析成像系统通过测量分别得到空场条件下的N(N‑1)/2个独立测量值和有物体条件下的N(N‑1)/2个独立测量值，利用两者的差建立N×N的电容变化量矩阵；然后，将Calderon算法作为被控对象，利用该算法反演出的介电常数分布求解新的电容变化量矩阵作为负反馈，通过调整PID控制器的参数来修正电容变化量的偏差量，使整个闭环收敛；最后，若迭代次数达到预设迭代次数，则结束迭代并输出重建结果，否则继续进行迭代。该方法首次将闭环控制原理与Calderon算法相结合，能有效减小图像重建误差，显著提高图像重建质量，在电学成像领域具有重要的实用价值和很好的应用前景。

技术领域

本发明涉及电学成像领域，尤其涉及一种基于闭环控制原理的电容层析成像图像重建方法。

背景技术

电容层析成像(Electrical Capacitance Tomography，简称ECT)技术是20世纪80年代发展起来的一种基于电磁场敏感机理的层析成像技术，具有无辐射、非侵入性、便携性、响应速度快、价格低廉等优势，在工业、化学和医学等领域具有重要的应用前景。电容层析成像系统采用特殊设计的敏感空间阵列电极，以非侵入的方式获取被测敏感场信息，根据边界电容信息，利用特定的图像重建算法重建被测对象内部介电常数的分布，从而得到物体内部的分布情况(王化祥.电学层析成像技术[J].自动化仪表,2017,38(5):1-6.)。ECT系统主要包括三部分：空间敏感电极阵列、多通道电容采集系统以及图像重建。

图像重建是涉及到非线性偏微分方程的逆问题求解过程，是ECT的关键核心技术。对于ECT逆问题的求解，难点主要表现在：(1)欠定性。通过测量得到场域的边界信息，得到的信息量远远小于所要求解的未知量，所以ECT逆问题的解不唯一。(2)“软场”特性。场域内的电位是介质分布的函数，通过电位的测量值求解场域内部介质分布是一个非线性问题。(3)病态性。求解ECT逆问题涉及到严重的病态性问题，这导致在求解ECT逆问题时，测量边界电位值的微小变化会导致求解出的场域内部介质分布有很大的变化，实际测量中存在的噪声会对图像重建产生很大的影响。(王化祥等.电学层析成像[M].科学出版社,2013.)。