摘要：在工业生产和科学研究中，过程层析成像技术越来越受到人们的重视。过程层析成像技术对于评估非接触式实时监测的安全可靠性和理解两相流的原理具有十分重要的意义。该技术不但能保证生产过程的安全高效进行，还能提高产品质量。而透射式超声层析成像更是因为其快速安全和高精度成像的特点成为近年来的一个研究热点。

本论文主要针对气液两相流中超声层析成像技术的应用，其内容涉及了COMSOL仿真、二值逻辑反投影算法和MATLAB软件进行图像重建三部分，并基于此进行了探讨。

首先，基于气液两相流在声阻抗分布上的高对比度，认为气液两相流是一种强非均匀介质，分析了透射式超声层析成像对实时监测液体中气泡分布情况的应用以及存在的问题，并建立了透射式超声技术的阵列结构。接着，通过COMSOL软件进行探测区域的声场仿真获得声压分布，并提取和处理声压级数据，得到信号矩阵。然后，介绍了二值逻辑反投影图像重建算法，并针对其应用于超声成像系统时存在一定的局限性和成像误差，分析了一种改进的二值逻辑反投影图像重建算法，以便在快速成像的同时能获得更好的图像精度。最后，将信号矩阵数据导入MATLAB软件，结合改进的二值逻辑反投影算法进行图像重建，获得了较好的重建图像，验证了算法的可行性。为了方便，设计了一个GUI 面板。

关键词：气液两相流  超声层析成像  仿真  二值反投影算法  图像重建 

目录

摘要

Abstract

1. 绪论-1

1.1本课题的研究背景及其意义-1

1.2目前国内外研究现状-2

1.3本文的主要工作和组织结构-3

1.3.1本文的主要工作-3

1.3.2本文的组织结构-4

2. 超声技术的层析成像测量理论-5

2.1超声及其特征量介绍-5

2.1.1声压-5

2.1.2声强-5

2.1.3声衰减-6

2.1.4声压级与声强级-6

2.2透射模式超声层析成像技术介绍-6

2.3透射式超声技术的阵列结构-7

3. 利用COMSOL软件的气泡声场模拟-10

3.1软件COMSOL Multiphysics 简介-10

3.2运用COMSOL中的声学模块对圆柱体超声波声场的模拟-11

3.2.1 模型定义-11

3.2.2 网格划分-12

3.2.3 求解过程-12

3.2.4 不同气泡分布下的声场仿真结果-13

3.3探测区域边界的声压级提取-17

3.3.1声压级提取-17

3.3.2数据处理-18

3.3.3信号矩阵-22

4. 二值逻辑反投影图像重建算法-25

4.1二值逻辑反投影图像重建算法-25

4.2改进二值逻辑反投影图像重建算法-26

4.3三角形判断法则-28

5. 利用MATLAB软件进行图像重建-31

5.1GUI功能面板的设计-31

5.2不同气泡分布下重建结果-31

5.3误差与算法性能分析-32

6. 结论和展望-34

6.1结论-34

6.2展望-34

6.3对环境及社会可持续发展的影响-34

参考文献-36

附录-38

附录1：UPT重建主程序相关功能代码-38

致谢-42