优化电阻抗成像技术在食品异物检测中的仿真研究

本文主要探讨了基于电阻抗成像（Electrical Impedance Tomography, EIT）在食品中异物检测领域的仿真研究。作者熊秀芳、杨光、张炜和李星恕分别来自西北农林科技大学机械与电子工程学院和中南大学信息科学与工程学院，他们合作的研究旨在深入理解电阻抗成像系统参数如何影响食品内部异物的成像质量，并验证有限元仿真方法在模拟实际硬件系统获取成像数据方面的有效性。 研究的核心内容包括使用16电极电阻抗成像系统，通过相邻激励测量模式获取实测和仿真电压成像数据。作者运用牛顿-拉夫逊算法进行图像重建，这是一种迭代优化算法，可以逐步逼近最优解，从而实现异物的精确定位。通过图像质量函数D和结构相似度函数SSIM进行定量评估，这两种指标分别是图像清晰度和视觉一致性的重要衡量标准。 研究结果显示，有限元仿真方法成功地模拟了电阻抗成像硬件系统的工作过程，使得研究人员能够优化成像条件，显著提高研究效率。在迭代次数上，发现随着迭代次数的增加，图像的锐度在初始阶段有所提升，但当达到一定程度后，进一步增加迭代次数对成像质量的改善作用减弱。对于电极宽度，研究者发现7.5mm的电极宽度在直径为100mm的圆形区域中提供了最佳的成像效果。 此外，文章还强调了正则化系数在电阻抗成像系统中的重要作用，它作为一种约束条件，帮助避免了图像过度拟合的问题，确保了重建图像的稳定性和合理性。因此，文中提出了一个与系统条件相匹配的最优正则化系数，这对于实际应用中的参数选择具有指导意义。 这篇首发论文通过对电阻抗成像技术在食品异物检测中的应用进行了深入仿真分析，不仅提供了理论依据，也为实际的食品工业检测设备设计和优化提供了有价值的参考。通过这种方法，研究人员可以更精确地控制和优化成像过程，提高食品安全检测的准确性和效率。