[发明专利]基于电学/超声双模态融合的层状界面重建方法

摘要

本发明涉及一种基于电学/超声双模态融合的层状界面重建方法，步骤为：定义管道水平中心平面为参考平面，在目标界面上选取一组前向控制点，记前向控制点到参考平面的距离为前向距离；超声获得的中心处前向距离d_c作为电学成像目标函数的约束条件，建立约束最小二乘问题；利用形状重建算法来求解具有先验约束的电学成像目标函数，获得形状参量的最优解；利用形状函数将所得到的形状参量转化成相应的目标界面，并绘制目标界面的几何廓形。本发明具有重建精度高的优点。

主权项

1.一种基于电学/超声双模态融合的层状界面重建方法，适用于管道中层状流层析成像，在管道周围均匀安置n个电极，采用电流激励电压测量且激励电极不测量的模式，通过电学层析成像测量系统获取相应的边界电压测量值，一对超声探头安置于管道的正上方与正下方，利用超声测量系统发射与接收超声脉冲波，通过超声渡越时间和介质中声波的传播速度来获得层状界面中心处到发射探头的距离，采用超声测试原理，获取待重建层状界面即目标界面在特定点处的位置信息，并将该信息作为先验信息，约束电学成像问题的求解过程，其特征在于，步骤为：1)定义管道水平中心平面为参考平面，在目标界面上选取一组前向控制点，记前向控制点到参考平面的距离为前向距离，并用di，i＝1,…,m，表示，m为控制点个数，那么目标界面的几何轮廓用一组形状参量d＝[d1,d2,…,dm]来表征；2)目标界面中心处的前向距离dc＝hc‑R，其中，hc表示目标界面中心到超声发射探头的距离，R表示参考平面到超声发射探头的距离，hc通过超声透射或超声反射的超声测试方法获得；3)超声获得的目标界面中心处的前向距离dc作为电学成像目标函数的约束条件，得到如下约束最小二乘问题：min{||Vmeas‑V(d)||2+αdTd},s.t.dc＝hc‑R其中，Vmeas表示测量得到的电学边界电压数据，V(d)是计算得到的电学边界电压数据，α为阻尼因子；4)利用形状重建算法来求解具有先验约束的电学成像目标函数，获得形状参量d的最优解，包含如下步骤：设所述的约束最小二乘问题的迭代解如下：dk+1＝dk+δkΔdk这里，dk为第k步迭代所得到的形状参量，Δdk为第k步迭代的搜索方向，δk为搜索步长，通常为1，搜索方向通过求解如下近似线性化方程来确定：其中，H为线性约束的增广矩阵，JV和JH分别为V和H关于形状参量d的雅可比矩阵，JV通过有限差分法求解，JH通过解析法得到；通过拉格朗日乘数法求解上述带约束的线性方程，并令拉格朗日函数关于Δd和拉格朗日乘数λ的导数为零，唯一确定[Δd λ]，再由迭代解逐步逼近真实界面的形状参量；5)利用形状函数将所得到的形状参量转化成相应的目标界面，并绘制目标界面的几何廓形。