同面电容成像是一种基于电容感应机理的无损检测技术,其传感器不仅具有结构简单、反应灵敏、安全性高和适应性强等特点,而且同面式的结构设计具有开放式的检测空间。因此同面电容成像技术在多层结构缺陷检测和大面积对象检测等领域具有值得期待的发展前景。由于同面电容成像技术是利用敏感场区域投影的方式来重建检测域的介质分布图像,而电容传感器的敏感场是软场,在重建时会存在严重的不适定性。另外,电场能量的分布不均匀,导致传感器存在检测盲区。上述问题会导致同面电容重建得到的介质分布图像中存在特征模糊和漏检等情况,为改善重建图像的质量和稳定性,展开了同面电容传感器敏感场优化及扫描技术研究。首先,针对重建过程存在严重不适定性的问题,提出了一种基于最大熵的敏感场自适应降维方法,它是以特征电容数据作为敏感场的降维依据,通过降维敏感场来减少不适定方程数。另外,还提出了基于平方化的敏感场增敏方法,通过提高特征数据与非特征数据的对比度来增强重建图像中目标对象的特征。最后借助同面3×4阵列电容成像系统,设计了多组目标检测实验来验证上述方法的可靠性,结果发现采用优化后的敏感场重建得到的图像具有更高的图像质量和稳定性。然后,针对传感器存在检测盲区问题,提出了一种同面电容传感器旋转扫描的工作模式,并建立了旋转条件下的敏感场模型。通过旋转传感器,从多个角度对目标对象进行检测,采集更多的有效数据;再利用小波变换的图像融合方法,将检测域中介质分布的全部有效信息集中在一幅图像上;最后还探究了中心对称结构传感器的旋转检测性能,并设计了多组实验进行验证。结果发现旋转成像方法可以改善重建图像中的漏检情景,而且中心对称传感器具有更好的检测稳定性。最后,针对同面电容成像过程存在的严重病态条件,从规避逆问题求解的角度,研究了电容数据和检测对象之间的直接关联模型,提出采用BP神经网络回归预测模型和多元线性回归模型的目标定量分析方法。依据定点检测模型的数据,分析了电容数据与目标尺寸信息的依赖关系,并结合一对同面电极扫描检测实验,验证了所提模型的正确性,实现了对测量场中目标尺寸信息的表征。