ECT三维数据可视化的研究与设计

论文摘要

电容层析成像(ECT)技术是近年来发展起来的一种基于电容敏感机理的过程层析成像(PT)技术,可实时提供封闭管道、容器等过程设备内部场运动状态的二/三维可视化信息,具有非侵入、响应速度快、结构简单、安全性能好、成本低等优点,是一种在石油、化工等领域很有发展前景的PT技术。本文在ECT系统三维数据可视化方法研究的基础上,针对ECT三维数据可视化存在的问题,提出了改进方案,并用Matlab以及OpenGL分别实现了算法。在ECT三维重建过程中,由于传感器侦测数据的局限,以及断层序列图像的层间的分辨率远低于层内的分辨率,因此所获取的二维断层图像比较稀疏,图像质量并不高,而且,实际二维图像在重建时会有单一像素点出现,导致不可能被轮廓化,这样就导致有一些流型不能被正确的反映。本文首先从图像插值的角度,针对ECT二维图像进行像素补充,同时针对断层序列使用基于距离变换图像插值方法来提高层间的分辨率;其次,应用B样条曲线,对ECT二维图像中提取的轮廓进行拟合插值,使得被追踪的轮廓线达到自然,顺畅的效果;最后针对三维重建图像中的三角网格,进行网格细分,以达到平滑三维表面的作用。本文将以上方法用于圆形管道内油水两相流的实例分析。完成了系统的二维插值图像显示、轮廓拟合效果显示以及三维图像的网格细分模拟。仿真实验结果表明,以上方法明显地改善了ECT三维图像的可视化效果,为工业测量和控制决策提供有效、直观、准确的数据。

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 ECT 三维数据可视化方法
• 3.1 三维图像重建基本原理
• 3.1.1 三维重建的常用方法
• 3.1.2 由断层图像重建的三维图像的原理
• 3.2 ECT 系统中三维重建原理与方法
• 3.2.1 获取断层二维图像序列
• 3.2.2 图像序列处理
• 3.2.3 重构三维表面图像
• 3.3 本章小结
• 第4章 ECT 二维图像插值与轮廓拟合
• 4.1 引言
• 4.2 ECT 二维图像插值
• 4.2.1 二维图像插值算法
• 4.2.2 ECT 二维图像线性插值
• 4.2.3 基于形状的二维图像插值
• 4.2.4 仿真结果对比与讨论
• 4.3 基于B 样条的轮廓拟合
• 4.3.1 传统轮廓跟踪方法的问题
• 4.3.2 B 样条曲线
• 4.3.3 基于B 样条轮廓拟合的实现
• 4.3.4 仿真效果对比与讨论
• 4.4 本章小结
• 第5章 三维断层间插值与表面平滑
• 5.1 引言
• 5.2 三维断层间插值
• 5.2.1 ECT 三维断层插值方法
• 5.2.2 基于距离变换的目标图像插值
• 5.2.3 插值效果对比
• 5.3 三维表面平滑
• 5.3.1 Loop 细分
• 5.3.2 构建三角网格
• 5.3.3 三维曲面光滑设计
• 5.3.4 仿真效果对比
• 5.4 三维仿真效果对比与讨论
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢