[发明专利]基于改进粒子群优化的电容层析成像法

说明书

一种基于改进粒子群优化的电容层析成像法，施加电压后被测场内静电场满足拉普拉斯方程，对电极间的电容值与相对介电常数关系式进行泰勒展开，忽略高阶项并进行归一化处理，得归一化电容向量；电容层析成像图像重建优化目标，根据向量范函数定义，得Landweber算法的目标函数，根据最速下降原理，电容层析成像重建迭代公式，引入粒子群优化的适应度函数提升重建质量，采用指数衰减权值机制，得修正后的粒子速度更新公式，优化数据。该成像法在原有算法的基础上使用惯性权值指数衰减的粒子群优化算法对Landweber算法的重建结果进行优化，改进Landweber成像过程中存在的问题，减小“软场”问题对图像重建造成的影响。

技术领域

本发明属于电容层析成像技术领域，涉及一种基于改进粒子群优化的电容层析成像法。

背景技术

电容层析成像（ECT）是一种用于多相流检测的过程成像技术，具有非侵入、响应快、成本低等优点。ECT 系统由电容传感器、数据采集系统和用于图像重建的计算机三部分组成。传感器系统测得的数据被采集系统获得传送到计算机通过重建算法重建出被测物场的物质分布。其中电容测量的物理过程就是基于电场与介电常数的关系。电容层析成像技术就是根据被测物质各相具有不同的介电常数，当各相组分分布或浓度分布发生变化时，将引起混合流体等价介电常数发生变化，从而使测量电极对间的电容值发生变化，在此基础上，利用相应的图像重建算法重建被测物场的介电分布图。ECT技术已被应用于气液两相流空隙率测量及流型识别、流化床气固两相浓度分布可视化、气力输送、火焰可视化、冻土水分迁移过程的可视化等多个领域。

电容层析成像技术中常用的图像重建算法有线性反投影算法（LBP）、Tikhonov正则化算法、Landweber算法、Newton-Raphson算法；但这些传统算法的成像效果不是很理想，在这几种算法中Landweber算法测成像效果相对较好，但是在CET的图像重建中存在“软场”及病态问题所带来的成像质量差的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于改进粒子群优化的电容层析成像法，以解决在CET的图像重建中存在“软场”及病态问题所带来的成像质量差的问题。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种基于改进粒子群优化的电容层析成像法，其特征在于，该成像法具体按以下步骤进行：

1）对被测物场施加电压后，被测场内静电场满足拉普拉斯方程：

式中，ε为相对介电常数；φ为电位；（1）式的边界条件为：

式中，U 为边界激励电压；Γ_i为电极 i 所在的空间位置；Γ_s为屏蔽层的位置；Γ_g为保护电极的位置；

电极间的电容值C与相对介电常数ε的关系为：

对式（3）进行泰勒展开，忽略高阶项并进行归一化处理，得：

λ=SG (4)