[发明专利]一种基于参数优化的电阻抗成像方法

说明书

本发明公开了一种基于参数优化的电阻抗成像方法，该方法包括首先，利用有限元法将区域剖分成离散单元，将电导率离散化处理，进而计算被测区域中不同位置的电导率变化敏感矩阵；然后，将Tikhonov正则化算法和TV正则化算法的两种正则化罚函数进行组合应用，设置权重系数，并采用粒子群算法进行优化选取，其中将图像质量指标AL(Artifact Level)作为粒子群算法的适应度值；最后，利用被测对象区域的边界电位分布数据，通过牛顿迭代法迭代，进行图像重建。实测结果表明，本发明既能准确反映图像的大小和位置，同时又能提高图像分辨率，使得图像边界清晰，减少伪影。

技术领域

本发明属于电阻抗成像技术领域，具体涉及一种基于参数优化的电阻抗成像方法。

背景技术

电阻抗成像是一种将被测物体内部电导率的变化通过图像直观呈现出来的一种检测技术。EIT技术是被测导电物体内部不同的结构组织对电激励信号具有不同的电响应特性，通过在被测场域的表面贴附一定数量的电极，然后对于不同的电极对施加电激励信号，并且依次在其他的电极对上测量得到电响应信号，最后使用相应的逆问题重构算法成像出被测物体内部电导率变化情况，是一种无创的功能成像方法。电阻抗成像技术在医学方面、地质勘探、流体检测、建筑物内部无损检测等方面都有广泛的应用。

电阻抗成像技术能够较为准确的反映接触面的成像效果，但成像的精度和稳定性仍然很难保证，往往存在重构图像的分辨率不高和还原度差的问题，图像质量很难令人满意，产生这种现象也缘于逆问题不适定性、不稳定性等固有特点、电阻抗成像技术本身的局限性等原因。选题的研究目标是通过组合罚函数能够有效的逼近电阻抗成像逆问题，使得电阻抗的重建图像又能够更加准确地反映电场内目标物体的形状以及位置信息，同时也可以有效的抑制伪影的产生。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于参数优化的电阻抗成像方法，以解决逆问题的不适定性、不稳定性等固有特点。为了得到较为清楚的重建图像，提出了将两种传统算法结合形成组合罚函数，以及对此组合罚函数进行参数优化的成像方法。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种基于参数优化的电阻抗成像方法，包括以下步骤：

S1、利用有限元法将被测对象区域剖分成离散单元，将电导率离散化处理，进而计算被测对象区域中不同位置的电导率变化敏感矩阵；

S2、利用被测对象区域的边界电位分布数据，通过牛顿迭代法迭代求解，进行图像重建。

进一步地，S1具体为：

根据被测对象区域的阻抗分布数据以及有限元的模型数据获得每个三角剖分单元的参数矩阵，进而获得总体参数矩阵；

施加边界条件，得到有限元方程，求解有限元方程最终获得边界电压值；

其中，所述边界条件为激励电流。

进一步地，S2中采用牛顿迭代法迭代求解，迭代公式为：

其中，Δσ_m+1、Δσ_m分别表示第m+1、m次迭代的电导率差，J表示敏感矩阵，ΔU表示电压差，TR(·)表示Tikhonov正则化算法函数，λ₁、λ₂分别表示Tikhonov正则化参数、TV正则化参数，TV(·)表示TV正则化算法函数，分别表示的一阶、二阶导数。

进一步地，采用粒子群算法产生Tikhonov正则化参数和TV正则化参数。

进一步地，将图像质量指标AL作为粒子群算法的适应度值：

其中，N是重建前图像的像素总数，A′表示像素n处梯度A的转置。