电容层析成像图像重建的新型在线迭代法
第２１卷第２期石油化工高等学校学报Ｖ０１．２１Ｎｏ．２２００８年６月ＪＯＵＲＮＡＩ，ＯＦＰＥＴＲｏＣＨＥＭＩＣＡＬＵＮＩＶＥＲＳＩＴＩＥＳＪｕｎ．２００８
文章编号：１００６—３９６Ｘ（２００８）０２－－００９３－－０４
电容层析成像图像重建的新型在线迭代法
董向元１，郭淑青１，刘石２
（１．中原工学院能源与环境学院，河南郑州４５０００７；
２．华北电力大学电站设备状态监测与控制教育部重点实验室，北京１０２２０６）
摘要：快速有效的图像重建算法是电容层析成像技术（ＥｃＴ）的关键。基于Ｌａｎｄｗｅｂｅｒ迭代法，导出一种快速ＥＣＴ图像重建迭代格式，分析了该迭代格式的收敛条件，并运用有限元仿真进行验证。结果表明，该迭代格式与常用的Ｌａｎｄｗｅｂｅｒ算法相比，成像质量相同，但迭代速度快，受像素个数影响不大，有望应用于在线成像。
关键词：电容层析成像；图像重建；迭代Ｌａｎｄｗｅｂｅｒ法；收敛速度
中图分类号：ＴＰ３文献标识码：Ａ
ＮｏｖｅｌＯｎｌｉｎｅＩｔｅｒａｔｉｖｅＲｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎＴｅｃｈｎｉｑｕｅ
ｆｏｒＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＣａｐａｃｉｔａｎｃｅＴｏｍｏｇｒａｐｈｙ
ＤＯＮＧＸｉａｎｇ—ｙｕａｎｌ，ＧＵＯＳｈｕ—ｑｉｎ９１，ＬＩＵＳｈｉ２
（１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｎｅｒｇｙ＆Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，ＺｈｏｎｇｙｕａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＺｈｅｎｇｚｈｏｕＨｅｎａｎ４５０００７，Ｐ．Ｒ．Ｃｈｉｎａ；
２．ＭｉｎｉｓｔｒｙｏｆＥｄｕｃａｔｉｏｎＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＣｏｎｄｉｔｉｏｎＭｏｎｉｔｏｒｉｎｇｆｏｒＰｏｗｅｒＰｌａｎｔＥｑｕｉｐｍｅｎｔ，ＮｏｒｔｈＣｈｉｎａ
ＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０２２０６，Ｐ．Ｒ．Ｃｈｉｎａ）
Ｒｅｃｅｉｖｅｄ２４Ｄｅｃｅｍｂｅｒ２００７；ｒｅｖｉｓｅｄ１０Ｍａｒｃｈ
２００８；ａｃｃｅｐｔｅｄ２０Ａｐｒｉｌ２００８
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｆａｓｔａｌｇｏｒｉｔｈｍｗｉｔｈｈｉｇｈｓｐａｔｉａｌｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎｗａｓｔｈｅｋｅｙｔｏｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｃａｐａｃｉｔａｎｃｅｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ（ＥＣＴ）．ＡｆａｓｔｉｔｅｒａｔｉｖｅｓｃｈｅｍｅｆｏｒｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｃａｐａｃｉｔａｎｃｅｔｏｍｏｇｒａｐｈｙｗａｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄｂａｓｅｄｏｎｔｈｅＬａｎｄｗｅｂｅｒｉｔｅｒａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄ．Ｔｈｅｃｏｎｖｅｒｇｅｎｃｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎｆｏｒｔｈｅｎｅｗｍｅｔｈｏｄｗａｓａｌｓｏｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ｓｉｍｕｌａｔｅｄｄａｔａｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄｔｏｅｖａｌｕａｔｅｔｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｔｈｅｍｅｔｈｏｄ．ＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｉｎｄｉｃａｔｅｔｈａｔｉｔｃａｎｐｒｏｄｕｃｅｓｉｍｉｌａｒｑｕａｌｉｔｙｉｍａｇｅｓｗｉｔｈｌｅｓｓｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｔｉｍｅｗｈｅｎｃｏｍｐａｒｅｄｔＯｔｈｅＬａｎｄｗｅｂｅｒｉｔｅｒａｔｉｏｎａｌｇｏｒｉｔｈｍ．Ｔｈｅｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｔｉｍｅｄｏｅｓｎｏｔｄｅｐｅｎｄｈｅａｖｉｌｙｏｎｔｈｅｎｕｍｂｅｒｏｆｐｉｘｅｌｓ．Ｉｔｓｈｏｗｓｇｏｏｄｐｏｔｅｎｔｉａｌｆｏｒｏｎｌｉｎｅｉｍａｇｅｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｃａｐａｃｉｔａｎｃｅｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ；Ｉｍａｇｅｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ；ＩｔｅｒａｔｉｖｅＬａｎｄｗｅｂｅｒｍｅｔｈｏｄ；Ｃｏｎｖｅｒｇｅｎｃｅｒａｔｅ
Ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇａｕｔｈｏｒ．Ｔｅｌ．：＋８６—３７１—６２５０６０５０；ｆａｘ：＋８６—３７１—６２５０６０５０；ｅ－－ｍａｉｌ：ｄｏｎｇＸｉａｎｇｙｕａｎ＠１６３．ｃｏｍ
电容层析成像技术（ＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＣａｐａｃｉｔａｎｃｅＴｏｍｏｇｒａｐｈｙ，ＥＣＴ）是近年来兴起的一种新型检测技术，其原理是利用多相介质具有不同的介电常数，通过电容传感器获得电容分布从而获得介质分布的图像。由于其具有不干扰流场、快速、廉价、无放射性等优点，因此广泛应用于能源、石油、化工等领域Ｄ－４３。
一个典型的ＥＣＴ系统如图１所示。该系统包
收稿日期：２００７—１２—２４
作者简介：董向元（１９７４一），男，吉林长春市，讲师，博士。
基金项目：国家自然科学基金资助项目（６０６７２１５１；
５０７３６００２）；河南省教育厅自然科学研究指导计
划项目（２００８１３４７０００６）。括电容传感器阵列、测量数据采集装置、成像计算机三部分。电容层析成像系统通过传感器阵列获取被测物场分布状况的投影信息，测量及数据采集装置收集传感器所获得物场信息并传给计算机，进行图像重建及显示，从而实现对被测物场的监测和控制。
Ｆｉｇ．１ＬａｙｏｕｔｏｆＥＣＴｓｙｓｔｅｍ
图１
电容层析成像系统
万方数据