[发明专利]一种电容层析成像的图像二值化方法和设备

说明书

本发明公开了一种电容层析成像的图像二值化方法，包括以下步骤：S1、输入敏感场矩阵和电容值，建立ECT的线性化模型；S2、利用全局或半全局的迭代算法获得介质分布的一个初值，以提供原始的图像数据；S3、在ECT的线性化模型引入L2范数和L0范数，将求解介电常数分布g的问题转化为凸优化问题进行求解；S4、输出介质分布的终值。本发明能够较好地保留原图像的特征，并具备较强的鲁棒性。

技术领域

本发明涉及电容层析成像技术，特别是涉及一种电容层析成像的图像二值化方法和设备。

背景技术

在多相流检测领域中，电容层析成像(Electrical Capacitance Tomography,ECT)是一种能对管道空间中介质分布进行可视化的新型监测技术。ECT的基本原理是在工业管道周围安置电容传感器，从而测量电容传感器两两电极之间的电容值。根据所测电容值和相应的算法，ECT系统可重建出传感器监测区域的介质分布，从而得到管道内的多相流信息。ECT技术具有无辐射、非侵入、成本低和速度快等优点，因此广泛应用于石油、化工、电力和冶金等工业领域。

虽然，ECT重建算法的优劣对其成像结果的好坏有着较大的影响。但在实际成像过程中，大部分的重建算法都或多或少存在同样一个缺点：即重建的图像往往不是均匀的，时常伴有模糊失真的现象。这种现象会对多相流的流型识别带来困难，有时甚至会造成误判。现有的做法一般是在算法的末尾增加一个单步的阈值操作，实现图像的二值化。然而，这种做法有时会破坏原图像的特征。进一步的，并不能为每一张图像都确定一个合适的阈值，使得这种方法的鲁棒性较差。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术的不足，提供电容层析成像的图像二值化方法和设备，更好地保留原图像的特征，并具备更强的鲁棒性。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种电容层析成像的图像二值化方法，包括以下步骤：

S1、输入敏感场矩阵和电容值，建立ECT的线性化模型；

S2、利用全局或半全局的迭代算法获得介质分布的一个初值，以提供原始的图像数据；

S3、在ECT的线性化模型引入L2范数和L0范数，将求解介电常数分布g的问题转化为凸优化问题进行求解；

S4、输出介质分布的终值。

进一步地：

在S1中，输入敏感场矩阵和电容值根据式(1)建立ECT的线性化模型：

λ＝Sg (1)

式中：λ为m×1的归一化电容矢量，S为m×n的归一化敏感场矩阵，g为n×1的归一化介电常数矢量，m根据电容传感器的电极数目a确定，m＝a*(a-1)/2，n为敏感场的网格划分数量。

步骤S3包括以下步骤：

S31、参数初始化；

S32、针对介电常数进行外插操作以及阈值操作。

步骤S31包括以下步骤：

在式(1)中分别引入L2范数和L0范数，则式(1)中求解介电常数分布g的问题转化为求解如下凸优化问题：

式中：r为非负的稀疏权重系数，||·||₂表示L2范数，||·||₀表示L0范数。

令g_-1＝g₀＝g_初始，同时设置迭代当前值k和迭代的最大次数k_max；

步骤S32中，定义2个函数H(g)和G(g)，