电阻抗成像技术的原理及其发展

介绍了一种新的图像重建技术--电阻抗成像(EIT)技术.它根据物体内部不同物质的导电参数(如电阻率、电容率)的不同,通过对物体表面电流、电压的施加及测量来获知物体内部导电参数的分布,进而重建出反映物体内部结构的图像.作为一个数学物理反问题,EIT技术具有其本身的特点和难点,因而目前还处于探索性研究阶段.本文在EIT数学物理模型基础上对整个EIT技术作了较为全面的介绍,包括理论原理、技术上的难点、系统分析、以及目前国际国内的研究现况和研究方向.通过对ACT3的介绍,对EIT系统的具体实现也做了简要分析.     

基于图像特征分析的物体轮廓提取

对物体的轮廓进行分析提取,是计算机视觉方向的基础问题之一,对其进行研究对于复杂场景的分析理解至关重要。本文对室内场景图像进行研究,基于图像特征进行图像分割,提取物体轮廓。在彩色场景图像全局轮廓后验边界概率（gPb）提取算法的基础上,加入深度图像信息,对室内场景的彩色、深度（RGB-D）图像中的物体轮廓进行分析。通过多尺度信息融合,计算得到多尺度轮廓后验概率（mPb）和谱后验概率（sPb）,两后验概率加权综合得到gPb。而后结合超度量轮廓图与分水岭算法,对基于方向特征变化的gPb图像融合处理,最终得到清晰的物体轮廓。本文所提方法在通用的RGB-D数据库基础上进行实验。实验结果表明,本文所提出的方法能提取出清晰的室内物体轮廓图。      

基于电阻抗层析成像的CFRP结构损伤检测

电阻抗层析成像（EIT）是一种新兴的碳纤维增强复合材料（CFRP）结构状态评估方法。通过将EIT技术应用于一种商用各向异性CFRP层合板,初步研究了EIT的结构损伤检测能力。利用COMSOL软件建立CFRP多种损伤模型,有限元分析获取三维场空间电势分布信息。为改进EIT技术对各向异性CFRP结构损伤的图像重构效果,采用嵌入式电极有效采集材料内部电信号;同时,提出一种改进的基于L1稀疏正则化的图像重建算法。另外建立一套基于数字万用表的嵌入式16电极的EIT硬件系统,利用EIT系统检测平台对简单CFRP损伤进行检测,结果显示损伤材料图像重建效果良好,证明EIT方法在CFRP结构损伤检测中的可行性。      

电容成像双共轭梯度图像重建改进算法

针对电容层析成像技术（ECT）逆问题中软场效应的影响,以及重建图像时使用的传统迭代类算法迭代次数多、成像速度慢等问题,将双共轭梯度（BICG）应用到电容层析成像技术中,为了得到更好的重建效果,提出了双共轭梯度与正则化思想相结合来求解逆问题的最佳解。通过COMSOL5.3软件进行建模,使用MATLAB 2014a进行图像重建与图像评估,分别使用Tikhonov、Landweber、共轭梯度（CG）、BICG、所提改进算法进行图像重建。实验表明:所提改进算法的成像效果不仅优于其他迭代类算法,而且大大缩短了图像重建需要的时间;尤其对一些复杂流型成像效果更佳,图像错误率低至约0.2,相关系数高达约0.88,成像时间缩短至2.77 s,迭代次数减少至20次。      

LD-CELP语音编码算法研究及微机模拟

国际电报电话咨询委员会（ＣＣＩＴＴ）１６ｋｂｉｔ／Ｓ低延迟码激励线性预测编码算法（ＬＤ-ＣＥＬＰ算法,Ｇ．７２８建议）是一种低时延、高效率的算法,该算法和传统的激励线性预测编码算法（ＣＥＬＰ）相比,编码时延从２ｍｓ缩短到０．６２５ｍｓ,计算复杂度也有所降低。文章从语音线性预测编码和语音的矢量量化两个方面阐述了该算法的基本原理,并在微机上对其浮点算法进行了模拟,获得了较好的语音恢复质量。     

基于原始对偶内点法的EST图像重建

静电层析成像（EST）被动感应电荷的机理决定了其独立测量值数等于电极数目,远小于电容层析成像（ECT）等相对成熟的电学成像（ET）技术的测量值数,导致逆问题的欠定性更加严重。为此,对基于压缩感知理论的EST图像重建算法进行了研究。利用奇异值分解（SVD）处理灵敏度矩阵使其满足有限等距性质（RIP）,采用l₁范数正则化模型和原始对偶内点法（PDIPA）实现图像重建,并在迭代过程中针对荷电磨粒稀疏分布的特点,对图像向量中非零元素个数施加约束。仿真实验表明:该算法相对于基于"Circle of Appolonius"的反投影（BP）算法和Landweber迭代算法,明显改进了成像质量,对不同位置的单个电荷可准确重建;2个电荷距离不小于1 mm时可正确分辨电荷数目与位置;对10组随机分布的3个电荷模型进行测试,荷电磨粒数目监测的准确率约为80%。      

利用Toeplitz特性改善来波方向估计性能

提出一种利用协方差矩阵的Ｔｏｅｐｌｉｔｚ特性,使估计的协方差矩阵成为Ｔｏｅｐｌｉｔｚ矩阵的方法,在低信噪比短数据流情况下,改善来波方向（ＤＯＡ）估计的性能,且不需增加乘法运算量．对ＭＵＳＩＣ算法和ＰＲＯＥＳＰＲＩＴ算法进行了分析并作了计算机仿真,仿真结果表明：利用Ｔｏｅｐｌｉｔｚ特性后,ＭＵＳＩＣ算法谱峰幅度增大,波谷相对波峰的深度增加,这将有利于目标的分辨;并可减小低信噪比情况下ＭＵＳＩＣ算法和ＰＲＯＥＳＰＲＩＴ算法ＤＯＡ估计的方差．     

深度学习机制与小波融合的超分辨率重建算法

深度学习技术在超分辨率重建领域中发展迅速。为了进一步提升重建图像的质量和视觉效果,针对基于生成对抗网络（GAN）的超分辨率重建算法重建图像的纹理放大后不自然的问题,提出了一种结合小波变换和生成对抗网络的超分辨率重建算法。所提算法在生成对抗网络中将小波分解的每个分量在各自独立的子网中进行训练,实现网络对小波系数的预测,有效地重建出具有丰富的全局信息和局部纹理细节信息的高分辨率图像。实验结果表明,对比基于生成对抗网络的算法,所提算法重建图像的客观评价指标峰值信噪比（PSNR）和结构相似性分别能提高至少0.99 dB和0.031。      

一种二维来波方向估计的快速ESPRIT算法

提出了一种快速ＥＳＰＲＩＴ算法,使用该算法和两平行均匀线阵可实现二维来波方向的快速估计,快速ＥＳＰＲＩＴ算法复协方差矩阵中不受噪声影响的子块来估计来波方向,避免估计整个协方差矩阵和噪声功率,减少了特征分解的次数,大幅度地降低了运算量,而参数的估计性能接近ＰＲＯ－ＥＳＰＲＩＴ算法,最后给出了计算机仿真结果,表明了该算法的有效性。     

利用图像相关法精确测量3D-CT成像系统焦距

对于实际的3D-CT成像系统,射线源焦点和物体旋转轴中心的位置不能直接测量,如何采取简单易行的方法精确测量二者之间的距离(即系统焦距)成为一项工程技术难点.通过双圆目标体二次成像获得射线数字成像(DR,Digital Radiography)图像,对各DR图像进行自相关处理,获得双圆投影中心距,再通过解析方法求解出系统焦距值.实验结果表明,测量精度达到了实际扫描系统的重建要求.该方法实现简单, 具有较强的抗噪能力,可实现自动测量.      

基于加权全变差最小化的中子外部CT重建算法

针对中子外部CT检测需求，提出了基于加权方向全变差（WDTV）最小化的中子外部CT重建算法。首先，利用平行束数据对称性原理将正弦图中旋转中心另一侧缺失的投影数据进行补充；其次，采用传统FBP算法进行了外部CT扫描模式下的CT重建。为了抑制传统FBP、SART算法重建图像中径向边缘伪影，采用WDTV算法计算沿径向和周向方向的局部方向差分并作加权和。另外，在重建模型的WDTV项中引入2个权重参数以控制径向边缘和切向边缘的不同响应强度。最后，采用所提算法研究了重建图像质量与投影数据量的关系。计算机仿真和真实冷中子实验表明:基于WDTV最小化的中子外部CT重建算法能够有效抑制径向边缘伪影，获得高质量重建图像。      

基于波动光学的显微光场成像点扩散函数

光场Micro-PIV通过Lucy-Richardson（L-R）算法对光场图片进行反卷积重建,从而获得示踪粒子的三维坐标信息,准确的点扩散函数（PSF）是L-R算法完成重建的前提,而现有PSF模型不适用于光场Micro-PIV系统。为此,建立了基于波动光学的显微光场成像PSF模型,进行了数值仿真,获得了模拟PSF图像,并通过结构相似性算法计算了模拟PSF图像与实际PSF图像的相似度,进一步利用L-R算法结合PSF对单个粒子和不同浓度下示踪粒子的流场进行了三维重建。结果表明:模拟PSF图像与实际PSF图像相似度大于0.94,表明PSF模型具有较高的准确性;单个粒子的三维坐标误差在一个像素以内,并可准确地获得不同浓度下示踪粒子的三维坐标信息,进一步验证了模型的准确性,为光场Micro-PIV实现瞬时三维速度场测量奠定了基础。      

利用地球观测系统卫星监测火山

地球观测系统多学科科学研究计划（ＥＯＳ－ＩＤＳ）火山研究组由１７名火山专家组成，其任务是利用ＮＡＳＡ地球观测系统（ＥＯＳ）的遥感技术，从全球系统的角度来研究世界上的火山。ＥＯＳ－ＩＤＳ火山研究组副组长、ＮＡＳＡ喷气推进实验室研究科学家Ｊ．Ｃｒｉｓｐ说，利用卫星新技术来研究火山，可使我们对火山的监视变得容易，并可较快地获得有关火山爆发的数据。目前，该研究组正在利用现有的各种卫星所取得的遥感数据和图像，来绘制火山的数字地图和建立火山的数据库。现有的这些卫星包括美国的“陆地卫星”、法国的ＳＰＯＴ卫星、…     

自研激光雷达三维点云配准技术

为了实现激光雷达点云与图像重建点云的三维空间配准,基于自研三维扫描激光雷达系统,提出了新型的快速多尺度因子（FMSR）点云配准算法,研究了空间点云配准技术。该算法主要包括初始配准和精确配准2个步骤:初始配准使用基于尺度自适应关键点质量（ASKQ）的点云特征提取算法,提取关键点的特征匹配对,求解点云配准初始参数;精确配准利用K-邻近（KNN）算法全局搜索,提升计算效率,多次迭代得到2组点云之间的最优旋转矩阵、最优平移向量和最优尺度因子。仿真和实验结果表明,所提出的算法对空间目标（尺寸为20.30 m×7.85 m×26.56 m）实现空间点云配准,配准精度达到0.194 m,运行时间为16.207 s;与多尺度迭代最近点（S-ICP）算法相比,配准精度提高了0.131 m,运行时间提高了30%。所提出的空间点云配准技术可为场景重建和纹理匹配提供算法基础。      

基于条件生成对抗网络的HDR图像生成方法

高动态范围（HDR）图像相比低动态范围（LDR）图像有更宽的色域和更高的亮度范围,更符合人眼视觉效果,但由于目前的图像采集设备大都是LDR设备,导致HDR图像资源匮乏,解决该问题的一种有效途径是通过逆色调映射将LDR图像映射为HDR图像。提出了一种基于条件生成对抗网络（CGAN）的逆色调映射算法,以重建HDR图像。为此,设计了基于多分支的生成对抗网络与基于鉴别块的鉴别网络,并利用CGAN的数据生成能力和特征提取能力,将单张LDR图像从BT.709色域映射到对应的BT.2020色域。实验结果表明:与现有方法相比,所提出的网络能够获得更高的客观与主观质量,特别是针对低色域中的模糊区域,所提方法能够重建出更清晰的纹理与细节。      

极稀疏投影数据的CT图像重建

从稀疏投影数据足够精确地重建断层图像,从而能够在显著降低计算机断层成像（CT）检查X-射线辐射剂量的前提下,提供充分适宜影像学临床诊断需求的重建图像。针对圆周扫描扇束投影的二维CT图像重建,提出了投影驱动的系统模型,并将CT迭代图像重建与压缩感知（CS）理论相结合,设计了一种CT迭代图像重建算法,且将算法扩展到圆周扫描锥束投影的三维CT图像重建。仿真实验结果表明:在极稀疏投影数据的条件下（[0,2π）范围内扇束/锥束扫描不超过20个投影角度）,算法数值精度高,计算复杂度低,内存开销少,有很强的工程实用性。      

基于可变阶变分模型的医用低剂量CT图像去噪

为了降低患者的辐射风险,低剂量CT（LDCT）广泛用于临床诊断,但辐射剂量的减少在重建的LDCT图像中引入了斑点噪声和条纹伪影。为了提高LDCT图像的质量,提出了一种基于可变阶变分模型的后处理技术。所提出的变分模型使用边缘指示器控制变分阶数,根据图像的特征在一阶全变分（TV）正则项和二阶有界Hessian（BH）正则项之间交替变换。采用基于快速傅里叶变换（FFT）的分裂Bregman算法求解所提出的变分模型。该模型在保留高剂量CT（HDCT）图像相应结构的同时,有效抑制了斑点噪声和条纹伪影。重建的图像和实验数据表明,所提出的变分模型比现有的先进模型具有更好的质量。      

基于CCD和超声的物体位姿检测方法及精度分析

介绍了用单个CCD摄像机和超声传感器相结合检测物体位姿的方法.首先由CCD摄像机采集一幅图像,获取物体上目标点在图像坐标系中的理想坐标,并由此确定该点投影矢量(连接物体点和对应图像点的直线)的方向;然后控制机器人运动,使超声传感器的z轴与求得的投影矢量重合;最后用超声传感器测出投影矢量的长度,确定目标点在摄像机坐标系中的坐标.分析了影响检测精度的主要因素,具体研究了超声传感器的安装参数对检测精度的影响规律,进行了仿真分析.该方法可以有效地降低图像处理所带来的巨大数据量,避开双目视觉中的图像匹配问题,快捷、精确检测物体的位姿.     

卫星间光通信开发动向

从轨道上向地面自由地发送、接收宽频带图像信号的光通信系统已十分引人注目。而卫星间光通信（ＯＩＳＬ）将是人类在大气层外或在卫星轨道上支持多种活动的基础。美国、欧洲、日本都在长期进行ＯＩＳＬ技术的开发，现将研究状况及未来动向概述如下：１．美国以航宇局（ＮＡＳＡ）、马萨诸塞工业大学（ＭＩＴ）等为中心进行ＯＩＳＬ的研究。喷气推进实验室（ＪＰＬ）主要目标是从事深空通信应用方面的研究。①ＮＡＳＡＮＡＳＡ的哥达德空间飞行中心（ＧＳＦＣ）正进行有关强度调制／直接检波（ＩＭ／ＤＤ）方式为主体的ＯＩＳＬ研究。按照传…     

三大国际卫星通信组织面临剧烈竞争

三大国际卫星通信组织面临剧烈竞争世界三大卫星通信组织─—国际通信卫星组织（ＩＮＴＥＬＳＡＴ）、欧洲通信卫星组织．（ＥＵＴＥＬＳＡＴ）和国际海事卫星组织（ＩＮＭＡＲＳＡＴ）─—目前正面临全球性的市场压力。私营卫星通信公司的纷纷崛起，动摇了三大组织在通信...