聲學(xué)層析成像溫度場重建技術(shù)利用圍繞被測區(qū)域布置的多個聲波收發(fā)器,形成若干條有效穿越被測區(qū)域的聲波路徑。通過測量聲波在各路徑上的飛行時間,獲取相應(yīng)方向上的聲速分布的投影數(shù)據(jù)。再采用適當(dāng)?shù)闹亟ㄋ惴?由投影數(shù)據(jù)重建出被測區(qū)域的聲速分布。利用聲速與溫度的關(guān)系,得到溫度分布。該技術(shù)由于非接觸所以不會對被測溫場形成干擾,且具有測溫范圍廣、環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)、適合大范圍空間等優(yōu)點(diǎn),在工農(nóng)業(yè)及環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域中有很好的應(yīng)用前景。在聲學(xué)層析成像溫度場重建中,重建算法起著至關(guān)重要的作用。最小二乘法（LSM）、代數(shù)迭代算法（ART）、和同步迭代算法（SIRT）、算法都是常用的重建算法。這些算法要求被測區(qū)域劃分的網(wǎng)格數(shù)要少于聲波路徑數(shù),因此當(dāng)溫度分布較復(fù)雜時,重建結(jié)果與實(shí)際分布偏差較大,甚至無法正確地重建出溫度場特征。SIRT算法因其良好的抗噪能力和穩(wěn)定性常用于聲學(xué)CT溫度場重建,但當(dāng)重建區(qū)域劃分的網(wǎng)格數(shù)多于聲波路徑數(shù)時,重建溫度場中通常會出現(xiàn)很多噪點(diǎn)。針對此問題,本文提出一種改進(jìn)SIRT算法（MSIRT）,將平滑濾波器融入SIRT算法,通過專門設(shè)計的內(nèi)、外平滑濾波器,抑制重建溫度場中的噪點(diǎn)。為驗證所提方法的有效性... 

【文章來源】：沈陽工業(yè)大學(xué)遼寧省

【文章頁數(shù)】：71 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

生物質(zhì)溫度測量系統(tǒng)的實(shí)驗裝置

沈陽工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文12圖2.1聲波收發(fā)裝置示意圖Fig.2.1Acousticwavetransceiverdeviceschematic2.2聲學(xué)層析成像溫度場重建方法聲學(xué)層析成像溫度場重建屬于逆問題求解過程，求解逆問題需要兩個步驟，一是建立正問題模型，二是在建立正問題模型后，進(jìn)行逆問題求解。聲學(xué)層析成像技術(shù)的正問題是已知被測區(qū)域的溫度（聲速）分布和聲波收發(fā)器的位置，求聲波在各收發(fā)器間的傳播時間[23]。在被測區(qū)域的周圍放置數(shù)個聲波收發(fā)器，傳聲器會接收揚(yáng)聲器發(fā)出的聲波，來產(chǎn)生多條有效聲波路徑，確定像素劃分?jǐn)?shù)目，并假設(shè)每個像素內(nèi)的溫度是均勻的，就可以構(gòu)建出聲學(xué)層析成像溫度場重建的系數(shù)矩陣（重建矩陣），被測區(qū)域像素劃分?jǐn)?shù)目12×12如圖2.2所示。聲學(xué)層析成像技術(shù)逆問題是已知聲波飛行時間和正問題構(gòu)建的系數(shù)矩陣，采取重建算法重建出被測區(qū)域內(nèi)的聲速分布，由式（2.1）得出被測區(qū)域內(nèi)的溫度分布情況。當(dāng)前，聲學(xué)層析成像可以實(shí)現(xiàn)二維溫度場和三維溫度場的重建，本文主要研究聲學(xué)層析成像二維溫度場重建。目前對于二維溫度場的研究中，傳感器可以分為8對傳感器和16對傳感器，一般情況下，在被測區(qū)域周圍布置越多的聲波收發(fā)器，生成的有效聲波路徑數(shù)就越多，聲波投影數(shù)據(jù)量就越大，問題病態(tài)相對不太嚴(yán)重，聲學(xué)層析成像溫度場重建的準(zhǔn)確性也相應(yīng)提高，重建出的圖像質(zhì)量也就越好。但在被測區(qū)域布置太多的收發(fā)器，就會增加實(shí)驗的成本，大量的聲波投影數(shù)據(jù)不僅導(dǎo)致聲波時間測量的時間更長，同時造成溫度場重建實(shí)時性較差。圖2.3為16傳感器布局形成96條有效聲波路徑示意圖。圖2.2二維平面像素劃分分布圖Fig.2.22-Dplanepixelpartitiondistributiondt

沈陽工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文12圖2.1聲波收發(fā)裝置示意圖Fig.2.1Acousticwavetransceiverdeviceschematic2.2聲學(xué)層析成像溫度場重建方法聲學(xué)層析成像溫度場重建屬于逆問題求解過程，求解逆問題需要兩個步驟，一是建立正問題模型，二是在建立正問題模型后，進(jìn)行逆問題求解。聲學(xué)層析成像技術(shù)的正問題是已知被測區(qū)域的溫度（聲速）分布和聲波收發(fā)器的位置，求聲波在各收發(fā)器間的傳播時間[23]。在被測區(qū)域的周圍放置數(shù)個聲波收發(fā)器，傳聲器會接收揚(yáng)聲器發(fā)出的聲波，來產(chǎn)生多條有效聲波路徑，確定像素劃分?jǐn)?shù)目，并假設(shè)每個像素內(nèi)的溫度是均勻的，就可以構(gòu)建出聲學(xué)層析成像溫度場重建的系數(shù)矩陣（重建矩陣），被測區(qū)域像素劃分?jǐn)?shù)目12×12如圖2.2所示。聲學(xué)層析成像技術(shù)逆問題是已知聲波飛行時間和正問題構(gòu)建的系數(shù)矩陣，采取重建算法重建出被測區(qū)域內(nèi)的聲速分布，由式（2.1）得出被測區(qū)域內(nèi)的溫度分布情況。當(dāng)前，聲學(xué)層析成像可以實(shí)現(xiàn)二維溫度場和三維溫度場的重建，本文主要研究聲學(xué)層析成像二維溫度場重建。目前對于二維溫度場的研究中，傳感器可以分為8對傳感器和16對傳感器，一般情況下，在被測區(qū)域周圍布置越多的聲波收發(fā)器，生成的有效聲波路徑數(shù)就越多，聲波投影數(shù)據(jù)量就越大，問題病態(tài)相對不太嚴(yán)重，聲學(xué)層析成像溫度場重建的準(zhǔn)確性也相應(yīng)提高，重建出的圖像質(zhì)量也就越好。但在被測區(qū)域布置太多的收發(fā)器，就會增加實(shí)驗的成本，大量的聲波投影數(shù)據(jù)不僅導(dǎo)致聲波時間測量的時間更長，同時造成溫度場重建實(shí)時性較差。圖2.3為16傳感器布局形成96條有效聲波路徑示意圖。圖2.2二維平面像素劃分分布圖Fig.2.22-Dplanepixelpartitiondistributiondt


本文編號：3421195