基于L1和L2范数的EIT静态成像算法的对比研究

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电阻抗层析成像(Electrical Impedance Tomography,EIT)是最近些年发展起来的一种新型的电学测量技术,具有可视化、无辐射、非侵入、响应快、结构简单以及成本低廉等优点。在EIT技术中,根据成像目标的不同,可以分为动态成像和静态成像两类。静态成像是以电导率的绝对值分布作为成像目标,重建的是电导率的绝对值分布,能反映电导率分布的实际情况,与动态成像相比,所包含的信息较大,对理论和临床诊断具有重要的意义,因此静态成像算法成为当前EIT技术研究的重点。图像重建算法的目标函数为电压测量值与电压计算值之间残差的范数与罚函数两项之和,这两项分别可以采用L1范数或L2范数,本文研究了它们分别采用L1范数或L2范数时算法的成像能力以及抗噪能力。Newton-Raphson类静态成像算法两项都采用L2范数,对于采用L1范数的情况采用原始-对偶内点法求解。本文的主要研究内容如下:1.使用仿真软件Eidors-v3.7.1设计评价系统,评价系统包括评价模型和评价参数。建立9个评价模型,可以用于评估算法对于目标的位置、形状、尺寸、数目和电导率的重建能力。评价参数包括图像相关系数、图像误差和运行时间,可以用于定量的评估算法的成像能力。2.对Newton-Raphson类四种静态成像算法的原理及特点进行描述和总结,并编写MATLAB程序,在此基础上,使用评价系统分别对四种算法进行成像,然后以对成像结果进行分析研究,从而对比不同算法的重建能力。3.使用原始-对偶内点法(primal-dual interior-point,PDIP)对电压残差项和罚函数分别选择L1范数或者L2范数等四种情况进行求解,并使用评价系统分别对四种算法进行成像,研究图像重建中电压测量值与电压计算值之间残差项和罚函数项分别采用L1范数或者L2范数对重建效果和抗噪性能的影响。
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