在ECT圖像重建中有效使用圖像融合技術(shù)

【摘要】電容層析成像技術(shù)中圖像重建的算法眾多，這些算法各有其優(yōu)勢及不足如LBP算法簡單、速度快，但成像質(zhì)量較差；正則法較為多的加入了人為的因素；投影Landweber迭代法穩(wěn)定性好，但需要大量迭代應(yīng)用性不強(qiáng)。本文在吸取幾種算法的優(yōu)勢采用小波變換融合的方法基于圖像的局部能量，在圖像重建中恰當(dāng)?shù)氖褂萌诤弦?guī)則，提高成像質(zhì)量和效率。

【關(guān)鍵詞】圖像融合圖像重建小波變換

電容層析成像技術(shù)是近年來飛速發(fā)展起來的圖像重建技術(shù)，該技術(shù)具有不會對流場產(chǎn)生干擾，不受固體濃度、加速度、透明度的限制，是一種非侵入式、非輻射、結(jié)構(gòu)簡單、響應(yīng)速度快等特點(diǎn)在解決多相流檢測上有廣闊的工業(yè)應(yīng)用前景。圖像重建算法一直是電容層析成像技術(shù)實用化及進(jìn)一步發(fā)展的主要難點(diǎn)，探索良好的圖像重建算法十分重要。

目前用于ECT圖像重建較常用的方法主要有線性反投影算法、正則法、Landweber迭代法、投影Land-weber迭代法以及共軛梯度法等。這些算法各有自己的特性，對于生成的圖像精度和反映圖像的特征有所不同，對多源圖像進(jìn)行融合要比設(shè)計一個能夠生成具有融合圖像性質(zhì)的傳感器要更加方便和經(jīng)濟(jì)。對它們進(jìn)行融合，利用圖像的互補(bǔ)特性，得到準(zhǔn)確度更高的成像結(jié)果。

一、電容層析成像的原理

典型的ECT系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，主要由電容陣列傳感器、數(shù)據(jù)采集和圖像重建計算機(jī)三部分構(gòu)成。涉及兩個重要的計算過程：正問題和逆問題。正問題由已知的介電常數(shù)求解電極對間的電容值，此問題為非線性問題；逆問題由已知的電容數(shù)據(jù)估計被測區(qū)域的介電常數(shù)分布。即圖像重建技術(shù)，是從多個電極對得到的測量值反演出多相流截面的介電常數(shù)分布，并用不同的灰度值表示出來。通用的做法是將介電常數(shù)大的相對應(yīng)高灰度值項，利用這些灰度值重建出一幅多相流截面圖。

二、圖像融合的定義及常用方法

圖像融合（Image Fusion）是指將多源信道所采集到的關(guān)于同一目標(biāo)的圖像數(shù)據(jù)經(jīng)過圖像處理和計算機(jī)技術(shù)等，最大限度的提取各自信道中的有利信息，融合成高質(zhì)量的圖像。圖像融合方法可從兩個角度分析，分別為空間域融合法和變換域融合法。空間域圖像融合法主要有邏輯濾波器法、加權(quán)平均法、數(shù)學(xué)形態(tài)法；常用的變換域融合法有金字塔圖像融合法、小波變換圖像融合法等。為 LBP算法對層狀流重建圖像進(jìn)行小波分解。

三、融合規(guī)則

將圖像分成圖像區(qū)。如果必要，則對圖像中的一部分進(jìn)行濾波。通過卷積核為每個圖像生成對比映象，并使得對比映象中的每個圖像區(qū)都具有對比值。比較對比值，并且根據(jù)諸如選出較大或最大對比值的選擇標(biāo)準(zhǔn)或過程，選擇圖像區(qū)。用所選出的圖像區(qū)形成融合圖像。如果必要，調(diào)整融合圖像中一個或更多部分的亮度。選取一個傳感器作為參考傳感器，并確定參考傳感器圖像中每個區(qū)的平均亮度。通過將確定的平均亮度值和最終圖像的強(qiáng)度值進(jìn)行組合，調(diào)整最終圖像中一個或更多區(qū)的亮度。

一種好的融合算法生成的融合圖像應(yīng)具有連續(xù)性，即融合圖像的多分辨率表示中不應(yīng)存在這樣的系數(shù)，它來自源圖像y，而其鄰域內(nèi)的大部分系數(shù)卻來自圖像x。先對原始圖像進(jìn)行小波分解，得到各頻帶上的分解圖，然后針對其低頻和高頻采用加權(quán)平均的方法進(jìn)行融合。

四、圖像融合結(jié)果分析

融合后的圖像除了能較好地體現(xiàn)各種算法重建圖像的主要能量外，同時也能夠通過多幅圖像的綜合比較消除一部分干擾，提高最終的成像精度。通過小波分解出的圖像，再經(jīng)過融合后得到的圖像更加接近原型，去除了其中冗余的信息量，包含更多的準(zhǔn)確信息，誤差相對融合前的圖像減小，提高了準(zhǔn)確度和信息量。

五、結(jié)束語

將圖像融合技術(shù)應(yīng)用到電容層析成像圖像重建中雖取得了一定成果，但由于在圖像直接融合過程中，源圖像信息容易丟失，融合出的結(jié)果并不理想，利用小波變換對圖像進(jìn)行融合的過程是先對源圖像進(jìn)行分解，接著對分解系數(shù)進(jìn)行融合，再對融合后的信號進(jìn)行圖像重構(gòu)，獲得精度和信息量更高、更多的重建圖像。這樣基本不損失源圖像信息，所以融合結(jié)果較好，有較強(qiáng)的抗干擾能力，還原精度比不經(jīng)過融合算法直接得到的圖像要高。

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