电磁层析成像（EMT）技术是基于电磁感应原理的过程层析成像技术,相比于只对单一电学参数敏感的ECT、ERT等层析成像技术,EMT技术具有同时对电导率和磁导率参数敏感的双模态特性,具有广阔的工业应用前景。但是,现有EMT系统的存在测量精度低、投影数据少、结构不完善等问题,严重制约了EMT技术的应用和推广。深入研究上述问题,实现EMT系统的高质量可视化检测,才能充分发挥EMT系统在工业过程可视化监测的优势。本文以EMT技术为研究背景,结合COMSOL有限元分析软件,采用数值仿真及物理实验验证的研究方法,对EMT系统的高质量可视化方法进行研究。在分析EMT的理论模型和仿真实验的基础上,研究了 EMT系统的敏感场和成像特点。针对EMT系统传感器敏感场较弱且分布不均匀所导致的成像精度低的问题,研究了一种新型双线圈激励模式。针对EMT系统投影数据少影响重建图像质量的问题,提出了一种传感器位置重组补偿的方法,在不增加传感器数量的条件下使测量的投影数据增加了 1倍。在此基础上,研究了图像融合算法,以提高重建图像的成像精度。本文主要完成的工作如下:（1）研究了 EMT三维传感器系统模型,基于多物理场有限元仿真软件COMSOL和MATLAB脚本文件建立了 EMT系统三维仿真模型,在对正问题的边界测量值、灵敏度系数矩阵计算的基础上,分析了介质分布及激励信号对敏感场的影响。（2）针对EMT系统传感器结构不完善所导致的成像精度差的问题,确定以空间分辨率、成像相关系数和图像重建误差作为评价指标。在分析单一结构参数对灵敏场和各指标影响的基础上,提出基于响应面法的多目标优化设计方法,实现对传感器结构综合优化设计,结果表明优化后的传感器结构使图像重建的相关系数提高14%以上。（3）针对EMT技术测量信号及敏感场强度弱所导致的电压动态范围较大、成像精度差的问题,提出了一种双线圈相邻激励测量模式。仿真实验结果表明,采用本文提出的激励模式,能够增强单层8线圈EMT系统的测量信号的同时,减小系统动态电压范围40%,降低了信号采集电路的设计难度,有效提高系统对于中心区域物体形状的重建精度。（4）针对EMT系统投影数据较少及图像重建算法重建质量低的问题,提出一种基于传感器位置重组的补偿算法,通过旋转传感器线圈的方式以获得更多的反映物场内介质分布情况的投影数据;基于此,结合PCA（主成分分析）数据融合方法,完成图像重建。仿真实验结果表明,该方法能够提升系统对多导体分布的重建精度,在三导体分布的实验中,成像相关系数提高近20%。（5）结合EMT技术二维图像重建方法,研究EMT三维图像重建算法。分别设计了 2×6线圈和2×6交叉线圈结构的三维EMT传感器模型,分析了传感器系统的边界电压值及灵敏度,实现了 LBP（线性反投影）算法在三维EMT系统的图像重建。（6）在实验室条件下搭建实验平台,采用根据优化结果所制作的传感器,通过仿真分析与物理实验的方法进行实验验证。通过实验,验证了传感器结构优化及本文提出方法在EMT系统应用的有效性。