复杂密度场测量中的莫尔层析重建技术

将一种新的莫尔层析重建算法应用于复杂流场测量.该算法由莫尔偏折原理和网格重建技术推导得出,直接使用光线偏折角进行修正迭代,适用于有限角采样和包含遮挡物等非完全数据条件下的层析重建.应用该算法,对火箭燃气射流场和高超音速流场的莫尔偏折图进行了处理和计算,重建出流场截面的密度分布,并对重建结果进行了分析.     

基于相位展开和一种新的迭代重建算法的流场莫尔层析术

使用莫尔层析方法测量温度场。设计了一种旋转莫尔偏折仪,该装置可以获取180°范围内的莫尔条纹图。采用傅里叶变换相位展开技术处理莫尔条纹,提取轴向任意截面的投影信息,使用一种新的莫尔层析迭代算法重建温度分布,该迭代算法与已有的代数重建算法不同,它由莫尔偏折基本公式和网格重建技术推导得出,直接使用光线偏折角进行迭代,可以直接实现对非完全投影数据的层析重建。实验中使用8个方向的莫尔条纹图对双峰结构温度场进行重建,得到了截面的温度分布,峰值的重建误差低于5%。测量结果证明这是一种准确、适用性广的层析重建方法。     

光偏折层析重建流场中的两阶段降噪技术

光学层析技术中,包含在投影信息中的噪声会严重影响重建精度。针对偏折层析的关键环节,提出分两阶段对噪声进行抑制的方法。其一是在数据提取阶段使用小波分析技术对偏移量进行降噪,其二是重建时使用偏折角平均修正算法抑制噪声对迭代计算的影响。模拟实验中使用莫尔层析重建技术对三峰温度场进行了重建,结果显示降噪处理能够明显改善噪声对重建造成的不良影响,对误差曲线的分析表明,该处理使得100次迭代后误差的降幅高达45%。结合8邻域求导算法和降噪处理技术,对小型防风喷焰进行实际测量,证实了莫尔偏折层析技术在流场测量领域的实用价值。     

极少方向投影光偏折CT的偏折角压缩传感修正重建

将压缩传感理论与偏折角修正迭代技术相结合解决光偏折层析极少方向的投影重建,提出了一种新的偏折角压缩传感修正重建算法。该算法以待测场梯度的l1范数为稀疏性先验模型,结合最速下降法进行全变差调整,并引入压缩传感权重因子对迭代过程进行优化。在极少方向投影条件下对双峰温度场进行模拟重建,并在相同条件下与已有算法进行比较。结果表明,在6方向投影数据条件下,新算法在峰值构建和重建平滑度方面均表现出显著的优越性,新算法的峰值误差和标准距离误差分别比现有算法降低了18.32%和46.67%。通过对喷焰温度分布的实验测量证明了该算法的有效性。     

Moiré层析迭代算法改进

应用自开发的Moiré层析算法重建轴对称流场,以检验层析算法的有效性.根据Moiré偏折的光学原理,以及层析的数学、物理意义,研究开发了Moiré偏折层析程序.采用基本代数迭代算法(Algebraic Reconstruction Technique:ART)及自研发的简单自相关代数迭代重建算法(Simple Self-correlative Algebraic Reconstruction Technique:SSART),应用Moiré偏折层析程序模拟重建了轴对称流场.结果发现,本工作开发的Moiré层析程序,采用SSART迭代算法能够较精确地重建正、负向轴对称流场,较采用ART迭代技术有较大的改进.     

应用非线性自适应迭代重建算法层析热流场

为了提高光学计算层析技术(OCT)对热流场的诊断能力,采用非线性自适应迭代重建算法(NAIRT)重建热流场的截面温度分布。应用准直激光束扫描待测热流场,应用双光栅衍射获得莫尔条纹。为了获得层析投影数据,对莫尔条纹进行了包括傅立叶变换、数字滤波、逆傅立叶变换、相位分析和截面提取,最终获得扫描光线偏折角信息,即层析投影。应用NAIRT对偏折角迭代重建热流场的折射率分布,应用G_D变换进一步转换为温度分布,从而获得热流场的截面温度层析信息。结果表明,NAIRT不仅能精确重建实验热流场的截面温度分布,还可以层析热流场的任意截面。所以,NAIRT能够有效诊断热流场。     

包含遮挡物的三维流场莫尔层析重建

为了研究复杂流场环境下的包含遮挡物的非完全数据层析重建问题,从莫尔层析的基本理论出发,提出了一种将包含先验知识的属性矩阵融入迭代过程的全新的基于级数展开类的莫尔层析迭代算法。在此基础上,通过数值模拟,重建了包含遮挡物的三峰高斯分布的温度场,取得了理想的重建结果,并在相同条件下与层析变换类算法中滤波反投影算法进行了对比。结果表明,将先验知识以属性矩阵的形式融入迭代过程后,新算法与滤波反投影算法相比,能有效地处理包含遮挡物的非完全数据重建问题,为莫尔层析应用于实际测量奠定基础。     

预混燃烧火焰的光偏折层析三维动态可视化

使用光偏折层析(CT)方法研究了非稳态预混燃烧流 场的参数测量及火焰结构表征。建立了适用于瞬态流场层 析的叠栅光偏折投影条纹图有序阵列采样系统,实现了单光栅副、单CCD、多方向、同时和 同光路条件的动 态采样。构建适用于少数投影光偏折计算层析的混合正则化重建算法。实验测量中,对C 4H10/空气预混燃烧 流场进行6视角动态采样,使用混合正则化算法对燃烧流场进行截面二维温度分布重建,使 用Sobel梯度 算子进行火焰内外区域温度分布的阈值分割。对4个不同时刻共计150 条莫尔条纹进行信息提取并重建出 20个截面的温度分布,使用移动立方体面绘制算法和光线投射体绘制 算法对三维体数据进行 显示,实现了燃烧流场参量分布及火焰结构的三维动态可视化。     

放大同轴全息图压缩传感层析重建

文中对放大方式下同轴全息图压缩传感重建开展了实验研究,目的是实现分层物体放大方式下的同轴全息图的层析重建。首先,对同轴全息图压缩传感重建进行了理论介绍,并给出了实现步骤,包括全息图频域减采样模式、两步迭代算法流程等;其次,建立了点源放大同轴全息图记录实验系统和显微物镜放大同轴全息图记录实验系统,以双层样本为例开展了实验工作,所记录的同轴全息图基于压缩传感理论进行了层析重建,同时基于传统的卷积算法也进行了反衍射重建。实验结果表明:两种放大方式下获得的全息图,通过压缩传感层析重建技术能够实现物体的层析重建,并且比传统卷积反衍射重建具有更好的结果,显示了压缩传感层析重建的能力和优势。     

瞬态三维温度场的莫尔偏折层析

本文讨论了莫尔偏折法层析三维温度场的原理;提出了一种多通道(多方向)莫尔偏折的方法来获得多方向光线经过温度场后偏折的数据,然后利用计算机层析再现三维温度扬的方法;并分析了最佳通道采样角间隔的选取问题,得到了角间隔与角频率之间的关系。采用YAG脉冲激光光源,测量了非对称火焰的三维空间温度分布,并与干涉法测量的结果比较,得到一致的结果。     

荫罩式彩显管电子束斑测量技术的研究

本文提出了实时地,真实地再现荫罩式彩显管电子束斑的原理和方法;描述了系统的硬件组成;微偏转系统的要求和设计原则;     

Formulation of time-domain algorithm for fiber Bragg grating simulation and reconstruction

A time-domain algorithm for fiber Bragg grating simulation is formulated. It provides a time-domain equivalent to the well-known spectral-domain transfer matrix algorithm for fiber Bragg grating simulation, and allows much more accurate impulse response to be simulated directly from a known fiber Bragg grating. Two different time-domain grating reconstruction algorithms are formulated, which are much more accurate and efficient than their spectral-domain equivalents due to their intrinsic infinite spectral representation and truly one-dimensional nature. Error studies are also conducted for the time-domain grating reconstruction algorithms. The high accuracy and efficiency of the new time-domain algorithms are well demonstrated with several simulation, reconstruction, and design examples.     

信号压缩重构的正交匹配追踪类算法综述

压缩感知(Compressed sensing, CS)技术是近几年出现的一种新兴的信号采样和压缩技术,基于该理论所获得的原始信号采样值,不仅数量大大低于基于传统的Nyquist准则的采样值,而且CS技术还具有对未知信号边感知边压缩的特性。重构算法的设计是CS技术的核心,成为学者研究的重点。本文在对国内外已经出现的重构算法进行系统地研究后,在深入地研究了贪婪追踪算法和其重构模型的基础上,给出了正交匹配追踪(Orthogonal Matching Pursuit, OMP)类算法的基本原理、优缺点及针对各种算法的缺点的改进方案。此外,为了读者更好地定位OMP类算法,本文还简要介绍了其他几种经典的重构算法。最后,把各种算法应用于图像重构,通过仿真实验分析了各种算法的重构性能、鲁棒性和复杂度,并进一步验证了各种算法的优缺点。      

Nondestructive measurement for arbitrary RIP distribution of optical fiber preforms

A nondestructive method is presented to determine simultaneously the refractive index profile and the cross section geometry of optical fiber preforms. An improved formula for calculating the optical path length from the deflection function is derived. The preform is rotated through 180/spl deg/ and the deflection angle data collected, then the back projection technique and linear interpolation algorithm are used in the computed tomographic two-dimensional (2-D) profile reconstruction for preforms of nonuniform cross section. To minimize the computing time, the spatial Nyquist frequency is analytically used to estimate the angle sampling number of views and the numbers of points per scan in advance. Numerical simulations and experimental results show that using 180/spl deg/ angle of view deflection data, accurate preform index distribution reconstructions are obtained.     

基于FBG传感技术的管道曲率监测试验研究

在地下盐穴储气库的建设过程中,建腔管柱容易 因为恶劣的工作环境而弯折。利用若 干特定排布在管道外壁上的光纤布喇格光栅(FBG)可以测量管道的弯曲形状,但管道直径会 影响弯曲重建的精度。为了找到重建精度与管道直径的关系,本文利用粘贴在管壁的同一素 线上的FBG对管道弯曲重建进行了有限元模拟和检测试验,将有限元结果和试验结果进行了 对比,并进行了误差分析。试验结果表明,FBG可以实现对弯曲管道的形状重建,在同样壁 厚的管道中,随着管道直径的增加,管道挠度的相对误差随着直径的增大由负向正增大。直 径为32 mm的管道在弯曲时的挠度相对误差靠近0点,在测试的4种不 同直径的管道中,弯曲重建效果最好。     

Reconstruction of Complex Sparse Signals in Compressed Sensing with Real Sensing Matrices

The existing greedy algorithms for the reconstruction in compressed sensing were designed no matter which type the original sparse signals and sensing matrices have, real or complex. The reconstruction algorithms definitely apply to real sensing matrices and complex sparse signals, but they are not customized to this situation so that we could improve those algorithms further. In this paper, we elaborate on the compressed sensing with real sensing matrices when the original sparse signals are complex. We propose two reconstruction algorithms by modifying the orthogonal matching pursuit to include some procedures specialized to this setting. It is shown via analysis and simulation that the proposed algorithms have better reconstruction success probability than conventional reconstruction algorithms.

     

水平集方法中符号距离函数快速重构

符号距离函数重构是水平集方法中必不可少、且相当费时的步骤。本文分类比较了符号距离函数的构造方法;对两类快速算法:基于程差方程的显式方法和基于偏微分方程的隐式方法,进行不同程度的改进;通过对比实验验证算法有效性,从实验结果分析了各方法的优缺点。最后介绍两类方法在水平集方法图像分割中的具体应用。     

基于Radon逆变换分解的超短扫描锥束重建

在3-D Radon逆变换的分解的基础上,推导出一种属于后偏导类型的锥束重建算法.与原类型算法相比,该算法由于引进了关于锥向变量偏导数的相关运算,而获得了与前偏导类型算法相近的重建结果.利用转角纠正因子对重建公式进行修正,从而进一步扩大了锥向重建范围.采用3-D Shapp-Logan头模型进行了计算机模拟,实验结果验证了算法的有效性.