电容层析成像系统三维数据场可视化及计算机仿真

论文摘要

电容层析成像技术是一种多相流参数检测新技术,三维数据场可视化是运用计算机图形学和图像处理技术,将科学计算过程及计算结果转换为图形及图像在屏幕上显示出来并进行交互处理的理论、方法和技术。本文针对石油工业广泛应用的油水液液两相流系统,利用电容传感器检测到的时间离散的一维投影数据,以电容传感器空间内不同点(x,y)处的灵敏度分布函数为先验数据,采用Marching Cubes算法,将液液两相流系统的流动、变化过程再现在屏幕上。 本文首先分析了电容层析成像系统传感器原理、系统工作原理及以有限元模型为基础的场域剖分、敏感场分析与计算。在此基础上,利用三维数据场可视化原理,采用三维空间数据场构造等值面方法,将MC算法中的体元用灰度值矩阵中的一个元素替代;各体元之间等值面图像用一系列相互连接的三角面片替代,运用最大体积法,将相邻两横断面的轮廓线连接起来;利用人眼视网膜停留时间原理,实现电容层析成像系统三维数据场的可视化。 本文将以上方法用于圆形管道内油水两相流的实例分析。完成了油水两相流系统的灰度图显示、三维空间数据显示以及三维空间动态显示设计。通过仿真试验,达到了满意效果。通过对工业现场的油水两相流的可视化仿真,将测量数据通过可视化变成图像,从而将工业现场的“黑箱”系统变成透明系统。从海量数据中,找到其中隐藏的规律,为工业测量和控制决策提供有效、直观的数据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 多相流检测技术现状与发展趋势
• 1.3 流动层析成像技术
• 1.3.1 简述
• 1.3.2 国内外相关领域研究状况
• 1.4 三维数据场可视化概述
• 1.4.1 引言
• 1.4.2 三维数据场可视化技术的特点
• 1.4.3 三维数据场可视化现状与发展趋势
• 1.5 课题来源及研究的主要内容
• 第2章 电容层析成像系统的组成及原理
• 2.1 电容层析成像系统的组成
• 2.1.1 电容传感器
• 2.1.2 数据采集及信号处理
• 2.1.3 图像重构
• 2.2 电容层析成像系统的工作原理
• 2.3 本章小结
• 第3章 敏感场的分析与计算
• 3.1 引言
• 3.2 敏感场的分析
• 3.2.1 敏感场的场域剖分
• 3.2.2 敏感场的分布
• 3.3 敏感场的计算
• 3.3.1 确定ECT有限元模型
• 3.3.2 计算传感器上各微元分布电容
• 3.3.3 计算传感器结构上各微元灵敏度分布函数
• 3.4 本章小结
• 第4章 三维数据场可视化原理
• 4.1 三维数据场可视化基础
• 4.1.1 三维数据场数据类型
• 4.1.2 数据分布与连接关系的类型
• 4.1.3 三维数据场可视化的基本流程
• 4.2 三维空间数据场可视化方法
• 4.2.1 构造三维空间数据场中的等值面
• 4.2.2 三维空间数据场直接体绘制
• 4.3 三维空间数据场数据的变换
• 4.3.1 凸轮廓线和非凸轮廓线转换
• 4.3.2 几何运算中的空间变换
• 4.4 电容层析成像系统三维数据场可视化算法
• 4.4.1 基本原理
• 4.4.2 构造三维空间数据场中的等值面方法
• 4.4.3 多轮廓线之间的重构
• 4.4.4 电容层析成像系统三维数据场可视化算法流程图
• 4.5 本章小结
• 第5章 三维数据场可视化及计算机仿真
• 5.1 将采样数据转换成图像像素点的灰度值
• 5.1.1 转换原理
• 5.1.2 实现过程
• 5.1.3 仿真实验效果图
• 5.2 构造二维图像轮廓线
• 5.2.1 所使用的数据结构与一些假设
• 5.2.2 二维图像轮廓线扫描算法
• 5.3 构造三维空间数据场的等值面
• 5.3.1 所使用的数据结构与一些假设
• 5.3.2 求弧的权值
• 5.3.3 主流程图
• 5.3.4 仿真实验效果图
• 5.4 三维空间数据场数据的动态显示
• 5.4.1 三维空间数据场数据的动态显示原理
• 5.4.2 所使用的数据结构与一些假设
• 5.4.3 实现过程流程图
• 5.4.4 仿真实验效果图
• 5.5 实验结果分析
• 5.6 本章小结
• 结论
• 致谢
• 在攻读硕士学位期间发表的论文
• 参考文献
• 简历