用于軟場重構的系統(tǒng)和方法技術方案

提供一種用于軟場重構的系統(tǒng)和方法。一種方法包括對于被激勵對象使用多個換能器來獲得施加的輸入和測得的輸出信息，并基于施加的輸入和測得的輸出信息形成導納矩陣。該方法還包括使用導納矩陣來確定多個矩，以及使用多個矩計算被激勵對象的特性分布。

【技術實現(xiàn)步驟摘要】

本文中公開的主題一般涉及數據重構系統(tǒng)和方法，更具體地涉及特別是在多材料對象的軟場重構中估計感興趣區(qū)域的特性的系統(tǒng)和方法。
技術介紹
軟場層析成像，諸如電阻抗層析成像(EIT)、擴散光層析成像、彈性圖成像以及相關的方式，可以被用來測量對象的內部特性，例如包括對象內部結構的材料的電特性。例如，在EIT系統(tǒng)中，對內部結構的電導率的分布作出估計。這樣的EIT系統(tǒng)基于在區(qū)域或體積表面或附近得到的施加的激勵(例如電流)和測得的響應(例如電壓)來重構區(qū)域或體積內的材料的電導率和/或電容率。然后可以形成估計值的可視分布。在軟場層析成像中，傳統(tǒng)的重構算法能夠求出對象內的阻抗分布而無需使用任何·先前的信息。可是，這類重構過程由于收斂到某個解所需的迭代而在計算上是密集的。因而，用于這些傳統(tǒng)算法的重構過程可能非常費時并且需要高速電子裝置和處理器。因此，如果需要快速測量，例如對于多材料對象(比如通過管道的氣體流)的實時可視化，傳統(tǒng)重構算法表現(xiàn)不令人滿意。再者，傳統(tǒng)重構算法不能適應對象的真實阻抗分布中的高反差。
技術實現(xiàn)思路
根據一個實施方式，提供一種用于軟場層析成像重構的方法。該方法包括對被激勵對象使用多個換能器來獲得施加的輸入和測得的輸出信息；以及基于施加的輸入和測得的輸出信息形成導納矩陣。該方法還包括使用導納矩陣確定多個矩，并且使用多個矩計算被激勵對象的特性分布。根據另一個實施方式，提供一種用于軟場層析成像重構的方法。該方法包括對被激勵對象使用多個換能器來獲得施加的輸入和測得的輸出信息；以及使用施加的輸入和測得的輸出信息來進行對稱分量變換(SCT)迭代重構。該方法還包括基于SCT迭代重構來確定被激勵對象的特性分布。根據又一個實施方式，提供一種軟場層析成像系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括配置成用于安置在對象表面附近的多個換能器；以及耦合到多個換能器的一個或多個激勵驅動器，激勵驅動器配置成為多個換能器產生激勵信號。軟場層析成像系統(tǒng)還包括耦合到多個換能器的一個或多個響應檢測器，響應檢測器配置成測量對象在多個換能器上對激勵的響應，該激勵是多個換能器基于激勵信號來施加的。軟場層析成像系統(tǒng)還包括軟場重構模塊，軟場重構模塊配置成采用從導納矩陣重構過程中確定的多個矩，基于激勵信號和測得的響應來重構對象的特性分布。附圖說明參考附圖閱讀下面的非限制性實施方式的描述，將更好地理解目前公開的主題，其中以下圖I為說明根據各種實施方式形成的軟場層析成像系統(tǒng)的簡化框圖。圖2為根據一個實施方式的換能器配置的透視圖。圖3為說明特性分布的重構的簡圖。圖4為說明根據各種實施方式的軟場層析成像信息流程的框圖。圖5為說明根據各種實施方式的導納確定流程的框圖。圖6為根據各種實施方式采用對稱分量進行軟場重構的方法的流程圖。圖7為示出根據各種實施方式計算的慣性矩的值的表格。圖8為根據其它各種實施方式采用對稱分量進行軟場重構的方法的流程圖。·圖9為根據各種實施方式用于極坐標求逆過程的網格(grid)的圖示。圖10為說明根據各種實施方式的極坐標網格求逆過程的示意圖。圖11為根據各種實施方式用于執(zhí)行對稱分量變換(SCT)迭代重構的方法的流程圖。具體實施例方式上述概要以及下面的某些實施方式的詳細描述，在結合附圖解讀時能夠獲得更好的理解。在附圖說明各種實施方式的功能塊的圖示的程度上，功能塊不一定指示硬件電路之間的分割。因而，例如，一個或多個功能塊(例如處理器，控制器，電路或存儲器)可以在單片硬件或多片硬件中實現(xiàn)。應當理解，各種實施方式并不局限于圖中所示的安排、組件/元件互連和手段。如本文所用的，以單數記載并且以單詞“一(a) ”或“一個(an) ”修飾的模塊或步驟應理解為不排除多個所述元件或步驟，除非明確指出排除這種情況。此外，提及“一個實施方式”不應被解釋為排除了也結合所記載特征的附加實施方式的存在。此外，除非明確指出相反的情況，“包括”或“含有”具有特定特性的模塊或多個模塊的實施方式可以包括不具有該特性的附加的這種模塊。各種實施方式提供了用于特別是多材料對象的軟場層析成像的系統(tǒng)和方法，其中使用對稱分量來估計多材料對象的特性，例如流動氣體的特性。各種實施方式提供了在確定的矩上迭代(而不是在測得的電流上迭代)的方法。各種實施方式的至少一個技術效果是提高了準確性和多材料對象的特性的可視化速度。例如，在工業(yè)應用中，通過實踐至少一個實施方式，可迅速地(例如當氣體流動時實時地)提供管道內流動的氣體分布的重構可視表示。應當指出，本文所用的“軟場層析成像”通常指的是并非“硬場層析成像”的層析成像方法的任何斷層或多維擴展。軟場層析成像系統(tǒng)20的一個實施方式如圖I所示。例如，軟場層析成像系統(tǒng)20可以是電阻抗層析成像(EIT)系統(tǒng)，用于確定對象22、特別是多材料對象(如圖2中所示)內的材料的電特性。在一個實施方式中，可確定對象22或其它區(qū)域或體積內部的電導率(σ)和/或電容率(ε)的空間分布。例如，軟場層析成像系統(tǒng)20提供EIT以用于對象22內的多相流測量，例如管道內流動的石油中的氣體或油的特性或體積流速的可視化。在圖示的實施方式中，系統(tǒng)20包括多個換能器24 (例如電極)，它們被設置在對象內，例如環(huán)繞管道42的內周間隔排列，并且如圖2所示與流動介質接觸。在一個實施方式中，換能器24的多個環(huán)40沿著內部長度安放，例如軸向間隔開管道42的距離D (例如一米)。例如，換能器24(例如電極，熱源，超聲換能器)可以被安放在管道42的內周的表面上，臨近表面或者從管道42外側穿透表面至管道42內部(例如針式電極)。因此，換能器24可以采取不同形式，諸如表面接觸式電極、對峙電極、電容耦合電極和傳導線圈(比如天線)等。根據各種實施方式，間隔開的環(huán)40可形成多相流量計，以便例如(基于管道42中的氣體和油的可視化)確定在管道42中有多少氣體，以及基于(在管道42中的兩個位置的)環(huán)40之間的差分測量來確定流速，例如通過執(zhí)行互相關來進行。因而，根據各種實施方式，在每個環(huán)40上執(zhí)行重構。因此，可提供管道42中的氣體特性分布或氣流確定的體積可視化，以便確定流過的氣體和油的量。應當指出，軟場層析成像系統(tǒng)20可以是其它類型的系統(tǒng)。例如，軟場層析成像系統(tǒng)20可以是擴散光層析成像(DOT)系統(tǒng)，近紅外光譜學(NIRS)系統(tǒng)，熱像圖成像系統(tǒng)，彈性圖成像系統(tǒng)或微波層析成像系統(tǒng)等。 激勵驅動器26和響應檢測器28與換能器24耦合，它們均連接到軟場重構模塊30。軟場重構模塊30可以是任何類型的處理器或計算裝置，其至少部分基于從換能器24收到的響應進行軟場重構，如本文更詳細描述的那樣。例如，軟場重構模塊30可以是硬件、軟件或其組合。在一個實施方式中，激勵驅動器26和響應檢測器28為物理上分離的裝置。在其它實施方式中，激勵驅動器26和相應檢測器28被物理上集成為一個單元。控制器33也被提供并且發(fā)送指令到激勵驅動器26，激勵驅動器26基于指令來驅動換能器24。應當指出，可以與所有換能器24或換能器24的子集相關地提供激勵驅動器26。還應當指出，可使用不同類型的激勵以獲取用于各種實施方式的重構過程中的特性分布數據。例如，電、磁、光、熱或超聲激勵等可以與各種實施方式結合使用。在這些不同的實施方式中，換能器24可以與對象22以不同方式耦合，并且不必直接接觸本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于軟場層析成像重構的方法，所述方法包括：對于被激勵對象使用多個換能器來獲得施加的輸入和測得的輸出信息；基于所述施加的輸入和測得的輸出信息來形成導納矩陣；使用所述導納矩陣來確定多個矩；以及使用所述多個矩來計算所述被激勵對象的特性分布。

【技術特征摘要】
...

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：R·V·V·L·蘭戈朱，W·巴蘇，M·庫馬科伊蒂塔米塔爾，S·馬哈林加姆，
申請(專利權)人：通用電氣公司，
類型：發(fā)明
國別省市：