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基于非光滑多参数正则化的EIT图像重构算法研究

批准号:
12101204
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
王静
依托单位:
学科分类:
反问题建模与计算
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
王静

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
EIT图像重构问题数学上可归结为求解一类具有严重不适定性的二阶椭圆型偏微分方程参数识别反问题。随着稀疏约束和全变差约束等非光滑约束的引入,多参数正则化及其涉及的迭代法研究得以蓬勃开展。本项目将改进和发展近来流行的非光滑正则化,以多参数非光滑约束为出发点,探索反演参数的有效自适应稀疏表示,结合同伦摄动技术和加速技巧,开展多参数约束下的EIT图像重构的数值研究。主要内容包括:1)构造基于非凸多参数约束的Tikhonov型正则化,借助光滑化函数的凸化逼近思想,设计快速有效的迭代算法,并给出整体优化算法的收敛性分析;2)构造基于非光滑多参数约束的加速同伦摄动型迭代法,考虑到反演问题的规模,通过对测量数据进行分组处理,结合Kaczmarz思想研究快速算法;3)探讨应用启发式参数选取准则确定权重因子,实现不依赖噪音水平的多参数选取。本项目成果将进一步丰富和发展EIT图像重构的非光滑正则化算法研究。
英文摘要
The image reconstruction of electrical impedance tomography (EIT) mathematically can be regarded as solving a class of the parameter identification problem inverse problems for the second order elliptic partial differential equations with serious ill-posedness. With the introduction of nonsmooth constraints such as sparsity constraint and total variation constraint, the studies on the multi-parameters regularization methods and the iterative regularization methods have been developed vigorously. This project will improve and develop the recently popular nonsmooth regularization method. Starting from the multi-parameter non-smooth constraint, this project first explores the effective adaptive sparse representation for inversion parameters, and then combines the homotopy perturbation technique and acceleration technique, to carry out the numerical studies of EIT image reconstruction under multi-parameter constraint. This project mainly contains the following aspects: 1)We will construct Tikhonov-type regularization with the nonconvex and nonsmooth multi-parameter constraints. With the aid of smoothing function to realize the convexification approximation, the fast and effective iterative algorithms will be established, and the convergence analysis for the whole optimization algorithm will be given. 2) We will develop the accelerated homotopy perturbation iteration regularization method based on the nonsmooth multi-parameter constraints. Considering the scale of the inversion problem, Kaczmarz method by grouping the measurement data will be introduced for the research of the fast approaches. 3) Aiming at the problem of multiple regularization parameter selection caused by multi-parameter constraints, the heuristic parameter choice rules is applied and discussed to determine the weight factor to realize the choice of multi-parameters with unknown noise level. The results of this project will further enrich and develop the research on nonsmooth regularization algorithm of EIT image reconstruction, and have a certain role in promoting the application of EIT.
电阻抗成像技术(EIT)是一种新兴的无损功能成像技术。近年来,该技术由于具有设备轻便、成本低廉、无损伤检测等特点而广受人们关注,但同时该项技术还是存在很多技术难点,如严重不适定性,成像分辨率低等。图像重构是EIT的核心技术,直接影响着成像的空间分辨率和实时性。因此,提高EIT图像重构的成像分辨率、鲁棒性及实时性具有非常大的实际应用意义。本项目以多参数非光滑约束为出发点,探索反演参数的自适应稀疏表示,结合同伦摄动技术和加速技巧,开展非光滑多参数约束下的EIT图像重构的数值研究,提出了计算速度快、精度高的重构方法。针对EIT图像重构问题,完成了非光滑多参数约束的两步Landweber型加速迭代正则化的研究,完成了基于非平稳Tikhonov迭代的具有非光滑多参数约束的一步近端稀疏重构的研究,完成了非精确Newton迭代正则化以及加速算法的研究。数值模拟结果表明,所提方法对数据噪声具有鲁棒性,能够有效改进重构图像的成像速度,实现了高效快速重构。本项目执行期间,共计发表期刊论文5篇,其中SCI论文3篇,中文核心论文2篇,在投修改论文3篇;出版学术专著(独著)1部;培养硕士研究生4人;参加国内会议5次。
基于混合约束正则化的电阻抗成像反演研究
  • 批准号:
    11626092
  • 项目类别:
    数学天元基金项目
  • 资助金额:
    3.0万元
  • 批准年份:
    2016
  • 负责人:
    王静
  • 依托单位:
国内基金
海外基金