ECT流型特征提取及复杂轮廓匹配方法研究

论文摘要

目前,基于电场敏感原理的ECT二维图像重建只能反映某一时刻管截面的介质分布情况,不能反映两相流流型的变化趋势,因此在功能使用上受到诸多限制。为改变目前这一状况,本文提出对两相流进行三维图像重建。流型特征提取及轮廓匹配是三维图像面绘制方法中两个重要的环节,其算法优劣直接影响到重建后图像的精度。目前的流型特征提取主要面向形状特征,只能处理简单的单分支问题,为适应复杂的多分支问题本文提出了基于轮廓形状特征与空间关系特征的特征提取;同时,针对传统轮廓匹配准确度较低的问题,提出了基于轮廓间平均距离为权值的模糊模式识别方法。为了从整体上提高面绘制方法的执行效率,本文分析了各环节的时空并发性,提出了基于流水线思想的图像并行处理方法。最后,为综合比较面绘制方法与体绘制方法的性能,本文对基于电场敏感原理的三维体绘制方法进行了研究,并对输出结果进行了评估。本文的主要研究内容和成果列举如下:1.对二维图像预处理过程进行了优化,在某些环节实现了并行处理;2.提出了基于电场敏感原理的模拟退火算法模型;3.提出了基于形状特征与空间关系特征相结合的特征提取方法;4.提出了轮廓匹配的模糊集方法;5.分别在MATLAB与ANSYS中实现了三维管道的有限元划分。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 多相流检测技术介绍
• 1.2 过程层析成像技术与发展
• 1.2.1 PT 技术的发展
• 1.2.2 ECT 技术的研究背景
• 1.2.3 ECT 三维可视化技术的研究现状
• 1.2.4 面绘制的关键技术
• 1.3 课题来源及研究内容
• 第2章 ECT 图像重建的一般方法
• 2.1 引言
• 2.2 ECT 系统的组成
• 2.2.1 传感器系统
• 2.2.2 数据采集与控制系统
• 2.2.3 图像重建、显示用计算机
• 2.3 ECT 图像二维重建原理
• 2.3.1 二维重建的一般过程
• 2.3.2 LBP 算法
• 2.3.3 Landweber 迭代算法
• 2.3.4 模拟退火算法
• 2.4 二维图像预处理
• 2.4.1 灰度变换
• 2.4.2 噪声消除
• 2.4.3 灰度图像二值化
• 2.4.4 边缘提取
• 2.4.5 二维图像的并行处理
• 2.4.6 预处理线程的实现
• 2.5 ECT 三维图像重建
• 2.5.1 轮廓序列的匹配
• 2.5.2 轮廓序列的插值
• 2.5.3 轮廓间三角面片的拼接
• 2.5.4 曲面拟合
• 2.6 本章小结
• 第3章 流型特征提取方法
• 3.1 引言
• 3.2 形状特征提取方法介绍
• 3.2.1 Hough 变换
• 3.2.2 傅立叶形状描述符法
• 3.2.3 几何参数法
• 3.2.4 形状不变矩法
• 3.3 空间关系特征提取介绍
• 3.4 基于弹性形变的特征提取
• 3.4.1 轮廓形状特征提取
• 3.4.2 物理模型参数的确定
• 3.5 使用小波变换的特征提取方法
• 3.5.1 ECT 测量数据的预处理
• 3.5.2 小波变换的基本原理
• 3.5.3 离散二进小波变换
• 3.5.4 Mallat 算法
• 3.6 本章小结
• 第4章 ECT 复杂轮廓匹配方法
• 4.1 引言
• 4.2 单分支轮廓匹配的数值近似法
• 4.3 多分支轮廓匹配的遗传算法
• 4.3.1 问题提出
• 4.3.2 遗传算法模型
• 4.3.3 基于模糊聚类算法模型的轮廓匹配
• 4.4 本章小结
• 第5章 ECT 图像重建的三维体绘制方法
• 5.1 引言
• 5.2 有限元分析简介
• 5.3 正问题及变分问题
• 5.4 三维管道剖分
• 5.5 有限元方程的获得及求解
• 5.6 三维敏感场特性分析
• 5.7 三维图像重建算法（LBP）
• 5.7.1 重建算法概要
• 5.7.2 重建效果
• 5.8 本章小结
• 第6章 轮廓匹配实验
• 6.1 匹配实验
• 6.2 结果分析
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢