1.一种基于深度学习的磁感应断层成像优化方法,其特征在于,所述方法包括以下步骤:
S1:获取数据,通过实验装置设备采集牛顿‑拉夫逊MIT电导率分布图;
S2:数据处理,根据物场内导体所处的位置和形状得出真实电导率图;
S3:构建Deep‑MIT生成对抗式网络,使用样本数据集训练网络,得到输入图与真实电导率分布图之间的非线性映射关系;
所述步骤S3包括以下步骤:
S3‑1:构建Deep‑MIT生成对抗网络的生成网络,借鉴U‑Net的结构,生成网络包含一个用于捕捉上下文语义信息的收缩路径(contracting path)和一个用于精准定位的扩展路径(expanding path),是一个端到端的网络,将源域图像xi作为网络的输入,经过生成网络,生成器生成出近似目标域y的图像G(xi),使得G(xi)≈yi;
S3‑2:构建Deep‑MIT生成对抗网络的判别网络,判别网络的任务与传统的生成对抗网络不同,不仅需要对由生成网络生成的图片和真实电导率图判断真假,还需判断该图片是否与输入的牛顿‑拉夫逊MIT电导率分布图为对应图,因此将输入的电导率图与生成图像、真实的电导率图分别在第3通道进行拼接,然后一起作为输入判别器,其损失函数如下:LGAN(G,D)=Ex,y[logD(x,y)]+Ex[log(1‑D(x,G(x)))]
其中x表示源域图像,y表示真实图片像,G(x)为生成图像,D(x,y)表示判别网络判断真实图片是否真实的概率,而D(x,G(x))是判别网络判断生成网络生成的图片是否真实的概率;
另外加入了L1损失用来保证输入图像与输出图像之间的相似度,选择L1距离,是因为相比于L2,L1距离产生的模糊更小,L1损失函数如下:S3‑3:Deep‑MIT网络的生成网络和判别网络交替训练,使用Adam优化器,整个Deep‑MIT网络的目标函数如下:整个式子由两项构成,生成器G的目标是最小化LGAN(G,D),判别器D目标是最大化LGAN(G,D);λ为L1损失函数的权重;
S4:将测试集中的数据通过训练过的网络生成对应的深度电导率分布图。
2.如权利要求1所述的一种基于深度学习的磁感应断层成像优化方法,其特征在于,所述步骤S1中,实验装置采用16通道的复用线圈MIT数据采集系统,实验装置为圆形物场,在此圆形区域内划分749个坐标,将以两个不同直径的实心橡胶棒的圆心为中心,分别放置于各个坐标点上,共有1498种电导率分布模型,通过实验装置的图像重构模块得到牛顿‑拉夫逊电导率分布图,保存为PNG格式,考虑到实验装置中噪声对成像的影响,每个坐标采集20帧数据图片,并只选取第15帧的数据作为有效数据,共采集6个周期,即每种电导率分布模型有6个不同数据。
3.如权利要求1或2所述的一种基于深度学习的磁感应断层成像优化方法,其特征在于,所述步骤S2中,根据物场区域内目标物所处的位置和形状,得到每种电导率分布模型对应的真实电导率分布图,作为对应牛顿‑拉夫逊电导率分布图的条件标签,将所有的数据图片进行预处理,转换成256*256的尺寸,这样有利于加快卷积神经网络的训练,有利于提高模型的精度,按照9:1的比例将数据集划分为训练集和测试集,训练集{xi,yi}i,xi表示第i对数据中由牛顿‑拉夫逊算法得出的MIT电导率分布图,yi表示第i对数据中的真实电导率分布图。
4.如权利要求1所述的一种基于深度学习的磁感应断层成像优化方法,其特征在于,所述步骤S3‑1中,生成网络将源域图像xi作为网络的输入,首先经过卷积核尺寸为5*5的无填充卷积,每次卷积后都经过ReLU函数作用,以及尺寸为2*2,步长为2的max pooling来进行降采样,每次降采样,feature map变为原来的一半,channels变为原来的2倍,重复该步骤4次;而后进入扩展路径,经过5*5的反卷积,反卷积的output channels为原先的一半,feature map的长和宽加倍,再进行跳跃连接层方法,即将i层直接与第n‑i层通过通道串接,n为总的层数,合并层会导致平移不变性,这对于减少重建过程中的位置偏差非常重要,最后经过两个尺寸为5*5的卷积及经过ReLU作用,重复该扩展网络步骤4次,生成器生成出近似目标域y的图像G(xi),使得G(xi)≈yi。
5.如权利要求1所述的一种基于深度学习的磁感应断层成像优化方法,其特征在于,所述步骤S3‑3中,使用Adam优化器,不但存储了过去梯度的平方vt的指数衰减平均值,也保持了过去梯度mt的指数衰减平均值:mt=β1mt‑1+(1‑β1)gt
如果mt和vt被初始化为0向量,那它们就会向0偏置,所以做了偏差校正,通过计算偏差校正后的mt和vt来抵消这些偏差:梯度更新规则:
超参数设定值,β1=0.9,β2=0.999,∈=10e‑8。
6.如权利要求1或2所述的一种基于深度学习的磁感应断层成像优化方法,其特征在于,所述步骤S4中,将测试集中的牛顿‑拉夫逊电导率图输入训练模型中,生成出对应的深度电导率分布图。