搜索

x

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

一种金属腔体中微波断层成像的最优分层非均一背景

丁亮 刘培国 何建国 Joe LoVetri

引用本文:
Citation:

一种金属腔体中微波断层成像的最优分层非均一背景

丁亮, 刘培国, 何建国, Joe LoVetri

An optimal layered inhomogeneous background used in microwave tomography system in metallic chamber

Ding Liang, Liu Pei-Guo, He Jian-Guo, Joe LoVetri
PDF
导出引用
  • 针对基于金属腔体的微波断层成像系统,提出了一种最优分层非均一背景的设计方法. 该方法使用一种新的微波断层成像积分算子评价方法和模拟退火法等最优化方法. 首先,介绍了一种基于有限元法的微波断层成像积分算子计算方法. 然后,提出一种新的微波断层成像积分算子度量,该度量可以综合评价整个积分算子奇异值谱,并通过一组仿真研究证明该度量与反演结果的误差具有相关性;该度量用一个数值综合评价一个积分算子,可以方便地应用于最优化算法中;利用模拟退火法选择圆形金属腔体中分层非均一背景的每一层介质的相对介电常数,从而获得一个最优分层非均一背景. 最后,对尺寸小于半波长的圆柱目标和“凹”字形复杂目标进行仿真研究,仿真结果证明该最优分层非均一背景可以提高微波断层成像算法的收敛速度,提高反演结果的准确性.
    An optimal layered inhomogeneous background which can be used in an embedded microwave tomography system is proposed. The method is based on a new evaluation method of integral radiation operator with respect to an configuration and optimal methods such as simulated annealing method. First, the integral radiation operator is calculated using the finite element method. Then, a kind of metric which can be used to evaluate the operator is proposed. The metric contains information about the whole singular value spectrum of a integral radiation operator. A set of synthetic researches is performed to show the correlation between the metric and inversion error. The method can evaluate an integral radiation operator using a number, and it can be used in optimal process easily as the cost function. Simulated annealing method is employed to obtain the permittivity of each layer in the optimal layered inhomogeneous background. Finally, synthetic researches are employed both on simple target and complex target to test the optimal layered inhomogeneous background. The results show that the optimal layered inhomogeneous background can expedite the convergence process and more accurate inversion results can be obtained.
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号:61372029)和高等学校博士学科点专项科研基金(批准号:20114307110022)资助的课题.
    • Funds: Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 61372029), and Research Fund for the Doctoral Program of Higher Education of China (Grant No. 20114307110022).
    [1]

    Meaneya P M, Fanninga M W, Raynoldsa T, Foxa C J, Fang Q, Kogelb C A, Poplackb S P, Paulsena K D 2007 Acad. Radiol. 14 207

    [2]

    Zakaria A, Baran A, LoVetri J 2012 IEEE Antennas. Wirel. Propag. Lett. 11 1606

    [3]

    Song L P, Yu C, Liu Q H 2005 IEEE Trans. Geosci. Remote Sens. 43 2793

    [4]

    Abubakar A, Habashy T M, Druskin V L, Knizhnerman L, Alumbaugh D 2008 Geophysics 73 F165

    [5]

    Zhu H Y, Shen J Q, Li J 2004 Acta Phys. Sin. 53 947(in Chinese)[朱红毅, 沈建其, 李军 2004 物理学报 53 947]

    [6]

    Zhang P, Zhang X J 2013 Acta Phys. Sin. 62 164201(in Chinese)[张鹏, 张晓娟 2013 物理学报 62 164201]

    [7]

    Sheen D M, McMakin D L, Hall T E 2001 IEEE Trans. Microw. Theory Tech. 49 1581

    [8]

    Wang F F, Zhang Y R 2012 Chin. Phys. B 21 050204

    [9]

    Xiao X, Xu L, Li Q W 2013 Chin. Phys. B 22 094101

    [10]

    Crocco L, Litman A 2009 Inverse Probl. 25 065001

    [11]

    Gilmore C, LoVetri J 2008 Inverse Probl. 24 035008

    [12]

    Williams T C, Sill J M, Fear E C 2008 IEEE Trans. Biomed Eng. 55 1678

    [13]

    Williams T C, Bourqui J, Cameron T R, Okoniewski M, Fear E C 2011 IEEE Trans. Biomed Eng. 58 1193

    [14]

    Ding L, Liu P G, He J G, Zakaria A, LoVetri J 2014 Acta Phys. Sin. 63 044102(in Chinese)[丁亮, 刘培国, 何建国, Amer Zakaria, Joe LoVetri 2014 物理学报 63 044102]

    [15]

    Zakaria A, Gilmore C, LoVetri J 2010 Inverse Probl. 26 115010

    [16]

    Xie Z B, Feng J C 2011 Chin. Phys. B 20 050504

    [17]

    Mojabi P, LoVetri J 2009 IEEE Antennas. Wirel. Propag. Lett. 8 645

    [18]

    Zakaria A, LoVetri J 2011 IEEE Trans. Antennas Propag. 59 3495

  • [1]

    Meaneya P M, Fanninga M W, Raynoldsa T, Foxa C J, Fang Q, Kogelb C A, Poplackb S P, Paulsena K D 2007 Acad. Radiol. 14 207

    [2]

    Zakaria A, Baran A, LoVetri J 2012 IEEE Antennas. Wirel. Propag. Lett. 11 1606

    [3]

    Song L P, Yu C, Liu Q H 2005 IEEE Trans. Geosci. Remote Sens. 43 2793

    [4]

    Abubakar A, Habashy T M, Druskin V L, Knizhnerman L, Alumbaugh D 2008 Geophysics 73 F165

    [5]

    Zhu H Y, Shen J Q, Li J 2004 Acta Phys. Sin. 53 947(in Chinese)[朱红毅, 沈建其, 李军 2004 物理学报 53 947]

    [6]

    Zhang P, Zhang X J 2013 Acta Phys. Sin. 62 164201(in Chinese)[张鹏, 张晓娟 2013 物理学报 62 164201]

    [7]

    Sheen D M, McMakin D L, Hall T E 2001 IEEE Trans. Microw. Theory Tech. 49 1581

    [8]

    Wang F F, Zhang Y R 2012 Chin. Phys. B 21 050204

    [9]

    Xiao X, Xu L, Li Q W 2013 Chin. Phys. B 22 094101

    [10]

    Crocco L, Litman A 2009 Inverse Probl. 25 065001

    [11]

    Gilmore C, LoVetri J 2008 Inverse Probl. 24 035008

    [12]

    Williams T C, Sill J M, Fear E C 2008 IEEE Trans. Biomed Eng. 55 1678

    [13]

    Williams T C, Bourqui J, Cameron T R, Okoniewski M, Fear E C 2011 IEEE Trans. Biomed Eng. 58 1193

    [14]

    Ding L, Liu P G, He J G, Zakaria A, LoVetri J 2014 Acta Phys. Sin. 63 044102(in Chinese)[丁亮, 刘培国, 何建国, Amer Zakaria, Joe LoVetri 2014 物理学报 63 044102]

    [15]

    Zakaria A, Gilmore C, LoVetri J 2010 Inverse Probl. 26 115010

    [16]

    Xie Z B, Feng J C 2011 Chin. Phys. B 20 050504

    [17]

    Mojabi P, LoVetri J 2009 IEEE Antennas. Wirel. Propag. Lett. 8 645

    [18]

    Zakaria A, LoVetri J 2011 IEEE Trans. Antennas Propag. 59 3495

  • [1] 钟鸣宇, 奚亮, 司福祺, 周海金, 王煜. 基于稀疏优化的烟羽断层重建方法. 物理学报, 2019, 68(16): 164205. doi: 10.7498/aps.68.20190268
    [2] 周天益. 基于随机场照射的最优微波成像. 物理学报, 2019, 68(5): 055201. doi: 10.7498/aps.68.20182122
    [3] 吴彤, 孙帅帅, 王绪晖, 王吉明, 赫崇君, 顾晓蓉, 刘友文. 基于最优化线性波数光谱仪的谱域光学相干层析成像系统. 物理学报, 2018, 67(10): 104208. doi: 10.7498/aps.67.20172606
    [4] 乔志伟. 总变差约束的数据分离最小图像重建模型及其Chambolle-Pock求解算法. 物理学报, 2018, 67(19): 198701. doi: 10.7498/aps.67.20180839
    [5] 范启蒙, 尹成友. 高对比度目标的电磁逆散射超分辨成像. 物理学报, 2018, 67(14): 144101. doi: 10.7498/aps.67.20180266
    [6] 王湘林, 吴德伟, 李响, 朱浩男, 陈坤, 方冠. 一种生成质量最优路径纠缠微波信号的压缩参量选择方法. 物理学报, 2017, 66(23): 230302. doi: 10.7498/aps.66.230302
    [7] 陈碧云, 张业荣, 王磊, 王芳芳. 基于交替隐式有限差分法的快速早期乳腺癌时域微波断层成像. 物理学报, 2016, 65(14): 144101. doi: 10.7498/aps.65.144101
    [8] 杨华斌, 仝丽, 朱逸伦. 先进微波成像诊断技术中高通滤波板的优化设计. 物理学报, 2015, 64(16): 165202. doi: 10.7498/aps.64.165202
    [9] 张茜, 刘光斌, 余志勇, 郭金库. 一种面向中继协作频谱感知系统的自适应全局最优化算法. 物理学报, 2015, 64(1): 018404. doi: 10.7498/aps.64.018404
    [10] 曹小群, 皇群博, 刘柏年, 朱孟斌, 余意. 基于对偶数理论的资料同化新方法. 物理学报, 2015, 64(13): 130502. doi: 10.7498/aps.64.130502
    [11] 段晓亮, 王一博, 杨慧珠. 基于逆散射理论的地震波速度正则化反演. 物理学报, 2015, 64(7): 078901. doi: 10.7498/aps.64.078901
    [12] 王林元, 刘宏奎, 李磊, 闫镔, 张瀚铭, 蔡爱龙, 陈建林, 胡国恩. 基于稀疏优化的计算机断层成像图像不完全角度重建综述. 物理学报, 2014, 63(20): 208702. doi: 10.7498/aps.63.208702
    [13] 丁亮, 刘培国, 何建国, Amer Zakaria, Joe LoVetri. 金属圆柱腔体中使用非均一背景增强微波断层成像. 物理学报, 2014, 63(4): 044102. doi: 10.7498/aps.63.044102
    [14] 张宇, 张晓娟, 方广有. 大尺度分层介质电特性参数的反演方法研究. 物理学报, 2013, 62(4): 044204. doi: 10.7498/aps.62.044204
    [15] 王芳芳, 张业荣. 基于支持向量机的电磁逆散射方法. 物理学报, 2012, 61(8): 084101. doi: 10.7498/aps.61.084101
    [16] 刘广东, 张业荣. 二维有耗色散介质的时域逆散射方法. 物理学报, 2010, 59(10): 6969-6979. doi: 10.7498/aps.59.6969
    [17] 高飞, 山田亮子, 渡边光男, 刘华锋. 应用蒙特卡罗模拟进行正电子发射断层成像仪散射特性分析. 物理学报, 2009, 58(5): 3584-3591. doi: 10.7498/aps.58.3584
    [18] 刘华锋. 利用作用深度信息提高正电子断层成像仪分辨率一致性. 物理学报, 2006, 55(10): 5186-5190. doi: 10.7498/aps.55.5186
    [19] 梁子长, 金亚秋. 一层非球形粒子散射的标量辐射传输迭代解的求逆. 物理学报, 2002, 51(10): 2239-2244. doi: 10.7498/aps.51.2239
    [20] 李树有, 都志辉, 吴梦月, 朱静, 李三立. 模拟退火算法的并行实现及其应用. 物理学报, 2001, 50(7): 1260-1263. doi: 10.7498/aps.50.1260
计量
  • 文章访问数:  5006
  • PDF下载量:  397
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2014-02-28
  • 修回日期:  2014-04-12
  • 刊出日期:  2014-09-05

/

返回文章
返回