초록 ▼

연구의 목적 및 내용
○ 유동 공정의 공간 및 순간 해상도를 높이고 효율적으로 유동 혼합을 가시화할 수 있는 전기 임피던스 영상 기법을 이용한 동적 상 경계면 추정 기법을 개발
- 하이브리드 푸리에 급수와 수정된 프런트 포인트 방법을 이용한 개경계면 정문제 해법 개발 및 신뢰성 있는 역문제 해법 개발
- 폐경계면 추정문제를 위한 상태 천이 모델을 개발 및 모델의 불확실성을 줄이기 위한 새로운 동적 경계면 추정 알고리즘 개발
- 3차원 가시화를 위한 3차원 경계면 추정문제를 다루고 이에 동적 추정 알

연구의 목적 및 내용
○ 유동 공정의 공간 및 순간 해상도를 높이고 효율적으로 유동 혼합을 가시화할 수 있는 전기 임피던스 영상 기법을 이용한 동적 상 경계면 추정 기법을 개발
- 하이브리드 푸리에 급수와 수정된 프런트 포인트 방법을 이용한 개경계면 정문제 해법 개발 및 신뢰성 있는 역문제 해법 개발
- 폐경계면 추정문제를 위한 상태 천이 모델을 개발 및 모델의 불확실성을 줄이기 위한 새로운 동적 경계면 추정 알고리즘 개발
- 3차원 가시화를 위한 3차원 경계면 추정문제를 다루고 이에 동적 추정 알고리즘을 적용 및 비교분석
연구결과
- 두 유체 사이의 개경계면을 효율적으로 표현하기 위하여 하이브리드 푸리에 급수 방법을 제안, 주기성 및 비주기성에 모두 적용 가능한 정문제 해법을 개발.
- 개경계면을 표현하기 위한 또 다른 접근 방법인 수정된 프런트 포인트 방법을 이용한 정문제 해법을 개발.
- 두 유체의 도전율 값을 알고 있을 때, chain rule을 적용한 효율적인 자코비안 행렬 계산을 통하여 신뢰성 있는 역문제 해법을 개발.
- 유동장 내의 기포나 공동(void)의 폐경계면 추정을 위한 새로운 동적 알고리즘인 칼만 타입의 EM알고리즘을 개발하였고, 모델 불확실성을 줄여 동적 추정 성능을 개선.
- 빠른 유동 공정에서의 유체 사이의 개경계면을 추정하기 위하여 프런트 포인트 정문제 해법을 도입하고 수정된 EM 알고리즘을 적용하여 강건하고 새로운 동적 개경계면 추정 알고리즘 개발.
- 이상 유동장 내에서의 기포나 공동 또는 유체사이의 계면을 효과적으로 풀기 위한 상태 천이 모델을 개발하였고, 이를 동적 경계면 추정 알고리즘과 연계하여 추정 성능을 개선.
- 폐경계면의 모양, 크기 및 위치 추정을 위한 새로운 역문제 해법인 OBBO알고리즘을 개발하여 다상이 존재하는 인체 내부의 흉부를 모니터링 하는 분야에 적용하였음.
- 다상 유동장 내의 다른 전기전도도를 갖는 기포의 위치 정보나 모양 정보를 추정함에 있어 새로운 영상복원 알고리즘인 level-set 방법을 개발하였고, 공간해상도를 높이기 위해 adaptive mesh grouping 기법을 개발하였음. 또한 복원된 영상의 정확도를 개선하기 위하여 adaptive multi-threshold 기법을 개발하였음.
- 효과적인 초기치 설정을 통한 상 경계 추정기법을 개발하였으며, 모델링 오차와 측정 전압 잡음 오차 등의 외란이 있는 경우에 있어서의 영상복원 능력을 개선하고자 관심 영역을 이용한 mNR방법을 개발하였음.
- 3차원 폐경계면 추정을 위한 정문제 해법을 개발하였고, suboptimal fading 확장 칼만 필터와 적응 확장 칼만 필터 등의 동적 경계면 추정 알고리즘을 개발하였으며, 3차원 가시화를 위하여 adaptive multi-threshold 기법을 적용하여 공간 해상도 개선 가능성을 확인하였음. 또한 동적 경계면 추정문제를 3차원 침전 모니터링 문제에 적용시켜 동적 알고리즘의 확장성을 테스트 하고 있음.
연구결과의 활용계획
- 실제 공정에 적용하여 이상 혹은 다상 유동장의 상태 변화가 급변하는 다양한 공정의 실시간 동적 모니터링에 활용
- 순간해상도가 뛰어남으로 인체의 호흡과 소화 및 혈액 순환 등의 모니터링에 활용
- 여러 단층촬영기법과 결합하여 hybrid 형태의 새로운 단층 촬영기법 개발

Abstract ▼

Purpose&contents
○ To develop dynamic techniques for time-varying phase boundary estimation using electrical impedance imaging and upgrade spatial and temporal resolutions of flow process
-Development of forward solver for open boundary using hybrid Fourier series and modified front point m

Purpose&contents
○ To develop dynamic techniques for time-varying phase boundary estimation using electrical impedance imaging and upgrade spatial and temporal resolutions of flow process
-Development of forward solver for open boundary using hybrid Fourier series and modified front point method, and development of robust inverse solver
-Development of state transition model for closed boundary estimation problem, and development of new dynamic boundary estimation algorithm to reduce the modeling uncertainty
-Consideration of 3D boundary estimation problem for 3D visualization, and application to dynamic estimation algorithm
Result
- Proposal of hybrid-type Fourier series method to express open boundaries, and development of forward solver to apply to periodic and non-periodic cases.
- Development of modified front point method for an open boundary problem.
- Development of robust inverse solver using efficient Jacobian matrix based on the chain rule.
- Development of Kalman-type EM algorithm to estimate bubbles and voids, and improvement of dynamic estimation performance by alleviated modeling uncertainties.
- Development of modified EM algorithm to estimate moving interfacial boundary in stratified flow of two immiscible liquids.
- Introduction of state transition model and enhancement of estimation performance using dynamic boundary estimation algorithms in conjunction with the model to estimate fast changes of bubbles or interfacial boundary.
- Development of an OBBO-based optimization method for monitoring the shape, size, and location of organ boundaries in human thorax.
- Development of level-set method for estimating anomalies with multiphase.
- Development of adaptive mesh grouping method for enhancement of spatial resolution.
- Development of adaptive multi-threshold method for improvement of reconstruction accuracy.
- Development of a method for setting initial guess effectively.
- Development of mNR method based on a region of interest method that can be applicable to situations with measurement noise errors and modeling errors.
- Development of 3D forward solver for 3D closed boundary estimation problem, and development of 3D dynamic boundary estimation algorithm using the suboptimal fading extended Kalman filter and the adaptive extended Kalman filter.
- Application of adaptive multi-threshold method to improve spatial resolution for 3D visualization, and application of dynamic boundary algorithm to 3D sedimentation problem.
Expected Contribution
- Application to real flow process to monitor fast state transition of two-phase and multiphase flows on-line.
- Application to monitor respiration, digestion, and blood circulation because of excellent temporal resolution
- Application to develop a novel hybrid-type EIT method combined with other tomography technique.

목차 Contents

• 중견연구자지원사업(핵심연구) 최종보고서 ... 1
• 목 차 ... 3
• 연구계획 요약문 ... 4
• 연구결과 요약문 ... 5
• 한글요약문 ... 5
• SUMMARY ... 6
• 연구내용 및 결과 ... 7
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 7
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 8
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 10
• 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 94
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 95
• 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 96
• 7. 주관연구책임자 대표적 연구실적 ... 97
• 8. 참고문헌 ... 98
• 9. 연구성과 ... 101
• 10. 기타사항 ... 105
• [별첨1] 대 표 연 구 성 과 ... 106