【摘要】：氣液兩相反應(yīng)體系廣泛存在于過程工程的諸多領(lǐng)域,是一典型的復(fù)雜系統(tǒng),其中氣泡聚并、破碎動態(tài)演化行為,對反應(yīng)器的傳質(zhì)傳熱效率有著重要影響,進(jìn)而影響整個反應(yīng)器的性能,因此,通過無干擾測量闡明氣泡群這一重要介尺度結(jié)構(gòu)的動態(tài)演化機(jī)理是深入理解氣液兩相復(fù)雜體系的關(guān)鍵。基于X射線的雙視角成像對于實時測量氣泡的動態(tài)行為有著具大的潛力。然而,由于只有兩個投影角度,CT成像傳統(tǒng)的FBP(Filtered Back Projection,濾波反投影)算法的重建精度過低�；贑S(Compressed Sensing,壓縮感知)的重建算法已經(jīng)被廣泛應(yīng)用扇形束、錐形束及其他掃描形式的CT系統(tǒng),展示了其從稀疏視角下的投影數(shù)據(jù)高精度重建圖像的能力。用基于CS的CT算法有望提高雙視角下的氣泡CT圖像的重建精度。本文以TV(Total Variation,總變差)最小這一經(jīng)典的基于CS的重建方法為最優(yōu)化模型,以SD-POCS(Steepest Desent-Projection onto Convex Sets,最速下降-投影到凸集上)算法來解TV模型,從而實現(xiàn)雙視角下的氣泡圖像的高精度重建。具體來說,做了如下幾個工作:(1)用計算機(jī)仿真方法仿真出了氣液兩相流系統(tǒng)和基于面陣探測器的雙視角下的CT系統(tǒng),得到了投影數(shù)據(jù)。(2)基于D2D(Discrete to Discrete,離散到離散)模型,將CT成像的正過程建模成了一個線性方程組。為解此欠定線性方程組,設(shè)計了基于TV最小的最優(yōu)化模型。為求解TV最小化問題,設(shè)計了改進(jìn)的SD-POCS算法�；诖怂惴�,設(shè)計并實現(xiàn)了圖像重建程序,并使用仿真出的投影數(shù)據(jù)重建出了仿真系統(tǒng)中的氣泡圖像。(3)設(shè)計并實現(xiàn)了氣泡CT圖像的后處理及識別,達(dá)到了氣泡檢測的指標(biāo)要求。仿真實驗表明,本文提出的最優(yōu)化模型、設(shè)計和改進(jìn)的成像算法能有效用于雙視角下的氣泡圖像重建,提高了重建精度,為下一步研發(fā)基于X射線雙視角成像的氣泡無干擾測量系統(tǒng)提供了算法準(zhǔn)備。
[Abstract]:The gas-liquid two-phase reaction system widely exists in many fields of process engineering and is a typical complex system in which the dynamic evolution behavior of bubble accumulation and fragmentation has an important effect on the efficiency of mass transfer and heat transfer of the reactor. Therefore, the dynamic evolution mechanism of bubble group, an important mesoscale structure, is the key to further understanding the gas-liquid two-phase complex system. Dual-view imaging based on X-ray has great potential for real-time measurement of bubble dynamic behavior. However, because of only two projection angles, the reconstruction accuracy of the traditional FBP (Filtered Back Projection, filtering backprojection algorithm for CT imaging is too low. The reconstruction algorithm based on CS (Compressed Sensing, compression sensing) has been widely used in sector beam, conical beam and other scanning CT systems, showing its ability to reconstruct images with high accuracy from the projection data in sparse view. The CT algorithm based on CS is expected to improve the reconstruction accuracy of bubble CT images in two angles. In this paper, the classical TV (Total Variation, reconstruction method based on CS is taken as the optimization model, and the TV model is solved by the SD-POCS (Steepest Desent-Projection onto Convex Sets, steepest descent projection on convex set) algorithm, so as to realize the high accuracy reconstruction of the bubble image with two angles of view. The main works are as follows: (1) the gas-liquid two-phase flow system and the CT system based on plane array detector are simulated by computer simulation, and the projection data are obtained. (2) based on D2D (Discrete to Discrete, discrete to discrete model, The positive process of CT imaging is modeled as a linear system of equations. In order to solve this system of underdetermined linear equations, an optimization model based on TV minimization is designed. In order to solve the TV minimization problem, an improved SD-POCS algorithm is designed. Based on this algorithm, the image reconstruction program is designed and implemented, and the bubble image in the simulation system is reconstructed using the simulated projection data. (3) the post processing and recognition of bubble CT image is designed and realized, which meets the requirements of bubble detection. The simulation results show that the proposed optimization model, design and improved imaging algorithm can be effectively used in bubble image reconstruction with two angles of view, and the reconstruction accuracy is improved. It provides the algorithm preparation for the next research and development of bubble non-interference measurement system based on X-ray dual-angle imaging.
【學(xué)位授予單位】：中北大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TP391.41;O359

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4 林

本文編號：2275275