1.一种多指数特征提取的ECT图像重建方法,其特征在于,所述方法包括以下步骤:步骤一,初始化数据,获取并归一化数据,ECT图像重构的问题是通过测量电容向量C求解灰度向量g的过程,估计管道内的介电常数分布;
步骤二,补零重组,构建稀疏化的稀疏观测方程,通过零向量扩展的方式增加虚拟电极,以获取更多的测量电容值,构建一个稀疏化的稀疏观测方程,ECT系统的数学模型写为:λ0=S0g (4)其中,λ0是通过补零重组的方法扩展后的电容向量;S0是通过补零重组的方法扩展后的灵敏度矩阵;
步骤三,有限新息率FRI信号建模,把Tikhonov正则化算法所得到的灰度向量gv建模为狄拉克脉冲序列信号g(x):T ‑1 T
gv=(S·S+α·I) ·SC (5)其中,gv为大小为n×1灰度值向量,α是正则化参数;
其中,x=1,2…,N是像素的位置,L是g(x)非零灰度值的个数,al∈[0,1]是像素xl的灰度值,xl∈{1,2,....,N}是非零灰度值的像素位置;
步骤四,有限新息率FRI采样,首先使用指数再生采样核 对狄拉克脉冲序列信号g(x)滤波,再对其均匀采样,可以得到K个样本值yk(k=1,2,...,K);
均匀采样后得到K个样本yk:
其中,y(x)=g(x)*h(x)是FRI信号g(x)滤波后的结果,<·,·>表示内积,yk是滤波后均匀采样的样本值,T是采样间隔,K是采样值的数量;
步骤五,从FRI采样样本中获取测量值,构建FRI观测方程,用样条系数Cm,k对FRI的采样值yk进行加权后求和,可以计算出M个复指数 个测量值可以由K个样本yk计算得到:
公式(8)写成矩阵形式:
因为像素位置xl属于集合{1,2,...,N},al∈[0,1]是像素xl的灰度值;所以公式(8)写成:U=Ag (11)T M×1 T
其中,U=[τ0,τ1,...,τM‑1]∈R 是FRI测量向量,g=[g1,g2,...,gN]是ECT系统中大小为N×1的灰度向量,A是由集合 构成M×N的FRI测量矩阵;
步骤六,构建综合观测方程,步骤如下:
步骤6.1:稀疏观测矩阵结合FRI观测矩阵,由于公式(4)和(10)都是对g的一个多维观测,所以两个观测方程可以结合,得到一个新的综合观测方程,结合公式(4)和(11)得到新的综合观测方程:步骤6.2:以相同规则随机重组综合观测向量和综合观测矩阵的行向量,因此ECT系统的数学模型重写为:λnew=Snewg (13)其中,λnew是综合观测向量;Snew是综合观测矩阵;
步骤七,求综合观测方程的稀疏解,步骤如下:
步骤7.1:稀疏变换,将输入信号转化为稀疏信号,正交变换由以下公式表示:g=ψs (14)其中,大小为N×N的矩阵ψ为稀疏基,原始信号g投影到稀疏基上得到大小为N×1的稀疏向量s;
步骤7.2:求稀疏解,电容层析图像重构问题转化为L0范数优化问题,由于信号s是稀疏的,获得稀疏解 最直接的方法就是求解L0范数优化问题,用OMP算法:其中,L0范数||s||0表示向量s中非零系数的数目,通过正交匹配追踪算法OMP来求解,大小为N×N的矩阵ψ为稀疏基;
步骤八,图像重建,原始图像信号被估计为:
2.如权利要求1所述的一种多指数特征提取的ECT图像重建方法,其特征在于,所述步骤四中,用指数再生采样核 对狄拉克脉冲序列信号g(x)滤波后均匀采样,得到样本yk(k=1,2,...,K);
M‑1阶指数再生采样核的公式如下:
其中,M‑1=3是再生采样核的阶数,M‑1阶再生采样核可以再生出M个指数 Cm,k由下式得出:其中 是 的对偶函数,属于准正交函数。
3.如权利要求1或2所述的一种多指数特征提取的ECT图像重建方法,其特征在于,所述步骤五中,从FRI采样样本中计算测量值,构建FRI观测方程,指数再生采样核的阶数和FRI信号的关系为M‑1=2L‑1,L为狄拉克脉冲个数,M‑1阶指数再生采样核可以再生出M个复指数 其中,αm=a0+jmλ,a0为自由设定的复指数,λ为自由设定的实数。
4.如权利要求1或2所述的一种多指数特征提取的ECT图像重建方法,其特征在于,所述步骤7.2中,为了保证ECT系统的原始信号能够重构,需要对原始信号进行正交变换,使输入信号变得稀疏化,稀疏基为离散余弦变换基。