Real-Time Reconstruction for Low Contrast Ultrasonic Tomography Using Continuous-Wave Excitation

超声波传感器 滤波器(信号处理) 迭代重建 投影(关系代数) 声学 计算机科学 奇异值分解 算法 计算机视觉 物理
作者
Hao Líu,Chao Tan,Shangjie Ren
出处
期刊:IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:69 (4): 1632-1642 被引量:13
标识
DOI:10.1109/tim.2019.2917736
摘要

Two-phase flow widely exists in the process industry, where ultrasonic tomography provides reliable visualization with benefits of noninvasion, nonradiation, and low-cost. To provide real-time reconstruction of low acoustic impedance contrast medium distribution existed in two-phase flow, a novel approach using continuous-wave excitation is proposed. With the basic measurement model introduced, a subspace filtered reconstruction algorithm is introduced with improvements on both accuracy and speed. Through nonuniform shape constrained range filter, the relative image error (RE) is reduced by 32.94% and 33.03% compared to simultaneous algebraic reconstruction technique (SART) and filter back projection (FBP) methods. Through derivation of offline iteration/online reconstruction (OIOR) method and truncated singular value decomposition (TSVD), the computing speed increases to 122 frame/s, which fits the requirement of online monitoring. A prototype of the measurement system is introduced with improved design of bipolar high-voltage excitation module and fan-beam angle piezoelectric transducers. Qualitative and quantitative results show that the proposed method has better image accuracy compared to conventional methods.
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