Electrical resistivity tomography (ERT) is a technique to reconstruct the internal resistivity distribution using the measured voltages on the surface electrodes. ERT inverse problem suffers from ill-posedness nature, so regularization methods are used to mitigate ill-posedness. The reconstruction performance varies depending on the type of regularization method. In this paper, an interacting dual-mode regularization method is proposed with two different regularization methods, L1-norm regularization and total variation (TV) regularization, to achieve robust reconstruction performance. The interacting dual-mode regularization method selects the suitable regularization method and combines the regularization methods based on computed mode probabilities depending on the actual conditions. The proposed method is tested with numerical simulations and the results demonstrate an improved reconstruction performance.
The question of wave source identification in a wave maker problem is the primary objective of the this paper. With the observed wave elevation, the existence of the wave maker velocity is discussed with the help of the mathematical theory of inverse problems. Utilizing the property of the Strum-Liouville system and compactness, the uniqueness and the ill-posedness(in the sense of stability) for the identification are proved.
A spectral inverse technique, which was developed by applying the pulse basis moment method procedure on the direct scattering problem in the reverse sequence for the reconstruction of complex permittivity profiles inside inhomogeneous dielectric objects, is modified to be applicable to the moment method with series-expanded basis. By performing numerical simulations for various type of dielectric objects, it is demonstrated that this inverse technique provides close reconstruction of permittivity profiles. Futhermore, compared to the previous scheme of the pulse basis, the presented method is shown to reduce the computation cost, relative error of reconstructed permittivity profiles by averaging in each cell, and the ill-posedness inherent to this inverse scattering problem.
Electrical resistance tomography (ERT) has high temporal resolution characteristics therefore it is used as an alternative technique to visualize two-phase flows. The image reconstruction in ERT is highly non-linear and ill-posed hence it suffers from poor spatial resolution. In this paper, the inverse problem is solved with homogeneous data used as a prior information to reduce the condition number of the inverse algorithm and improve the spatial resolution. Numerical experiments have been carried out to illustrate the performance of the proposed method.
Impedance imaging for binary mixture is a kind of nonlinear inverse problem, which is usually solved iteratively by the Newton-Raphson method. Then, the ill-posedness of Hessian matrix often requires the use of a regularization method to stabilize the solution. In this study, the Levenberg-Marquredt regularization method is introduced for the binary-mixture system with various resistivity contrasts (1:2∼1:1000). Several mixture distribution are tested and the results show that the Newton-Raphson iteration combined with the Levenberg-Marquardt regularization can reconstruct reasonably good images.
In electrical impedance tomography (EIT), modified Newton Raphson (mNR) method is widely used inverse algorithm for static image reconstruction due to its convergence speed and estimation accuracy. The unknown conductivity distribution is estimated iteratively by minimizing a cost functional such that the residual error namely the difference in measured and calculated voltages is reduced. Although, mNR method has good estimation performance, EIT inverse problem still suffers from ill-conditioned and ill-posedness nature. To mitigate the ill-posedness, generally, regularization methods are adopted. The inverse solution is highly dependent on the choice of regularization parameter. In most cases, the regularization parameter has a constant value and is chosen based on experience or trail and error approach. In situations, when the internal distribution changes or with high measurement noise, the solution does not get converged with the use of constant regularization parameter. Therefore, in this paper, in order to improve the image reconstruction performance, we propose a new scheme to determine the regularization parameter. The regularization parameter is computed based on residual error and updated every iteration. The proposed scheme is tested with numerical simulations and laboratory phantom experiments. The results show an improved reconstruction performance when using the proposed regularization scheme as compared to constant regularization scheme.
In order to enhance dexterity in execution of robot tasks, a redundant number of degrees-of-freedom (DOF) is adopted for design of robotic mechanisms like robot arms and multi-fingered robot hands. Associated with such redundancy in the number of DOFs relative to the number of physical variables necessary and sufficient for description of a given task, an extra performance index is introduced for controlling such a redundant robot in order to avoid arising of an ill-posed problem of inverse kinematics from the task space to the joint space. This paper shows that such an ill-posedness of DOF redundancy can be resolved in a natural way by using a novel concept named “stability on a manifold”. To show this, two illustrative robot tasks 1) robotic handwriting and 2) control of an object posture via rolling contact by a multi-DOF finger are analyzed in details.
Inverse problem in electrical impedance tomography (EIT) is highly ill-posed therefore prior information is used to mitigate the ill-posedness. Regularization methods are often adopted in solving EIT inverse problem to have satisfactory reconstruction performance. In solving the EIT inverse problem, iterative Gauss-Newton method is generally used due to its accuracy and fast convergence. However, its performance is still suboptimal and mainly depends on the selection of regularization parameter. Although, there are few methods available to determine the regularization parameter such as L-curve method they are sometimes not applicable for all cases. Moreover, regularization parameter is a scalar and it is fixed during iteration process. Therefore, in this paper, a novel method is used to determine the regularization parameter to improve reconstruction performance. Conductivity norm is calculated at each iteration step and it used to obtain the regularization parameter which is a diagonal matrix in this case. The proposed method is applied to human thorax imaging and the reconstruction performance is compared with traditional methods. From numerical results, improved performance of proposed method is seen as compared to conventional methods.
Electrical resistance tomography (ERT) is an imaging technique where the internal resistivity distribution inside an object is reconstructed. The ERT image reconstruction is a highly nonlinear ill-posed problem, so regularization methods are used to achieve desired image. The reconstruction outcome is dependent on the type of regularization method employed such as l2-norm, l1-norm, and total variation regularization method. That is, use of an appropriate regularization method considering the flow characteristics is necessary to attain good reconstruction performance. Therefore, in this paper, regularization methods are tested through numerical simulations with different flow conditions and the performance is compared.
In this paper, a new modified conjugate gradient (MCG) method is presented which is based on a new gradient regularizer, and this method is used to identify the dynamic load on airfoil structure without and with considering random structure parameters. First of all, the newly proposed algorithm is proved to be efficient and convergent through the rigorous mathematics theory and the numerical results of determinate dynamic load identification. Secondly, using the perturbation method, we transform uncertain inverse problem about force reconstruction into determinate load identification problem. Lastly, the statistical characteristics of identified load are evaluated by statistical methods. Especially, this newly proposed approach has successfully solved determinate and uncertain inverse problems about dynamic load identification. Numerical simulations validate that the newly developed method in this paper is feasible and stable in solving load identification problems without and with considering random structure parameters. Additionally, it also shows that most of the observation error of the proposed algorithm in solving dynamic load identification of deterministic and random structure is respectively within 11.13%, 20%.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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