光电子技术

TNZ 2004020099多光谱辐射层析重建三维火焰温度场/万雄,(2}高益庆,(21何兴道(南京航空航天大学)11光学学报一2003,23(9).一1099一1104提出一种基于多光谱辐射测温理论及光学层析技术的三维温度场重建方法.建立了基于参考温度的多光谱测温法数学模型,提出了一种基于模拟退火理论的变松弛因子的光学层析技术新算法,通过计算机数值模拟,详细考察了该算法对非对称温度场分布的重建效果并一与传统的代数迭代重建算法及滤波反投影算法进行比较.计算结果表明,变弛豫因子重建算法重建精度最高.作为一个应用实例,用多光谱辐射变弛豫因子重建层析方…     

最优松弛因子下有序迭代最大熵重建算法的计算机模拟研究

提出了应用于三维非对称温度场全息层析测量的一种最优松弛因子下有序迭代计算的最大熵重建算法。通过计算机模拟，考察了重建精度与投影方向数及迭代次数的关系。结果表明该算法具有计算效率高，收敛快，尤其适合于少投影数的重建问题。     

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。     

基于哈特曼波前探测层析重建三维温度场

基于哈特曼波前探测的流场层析测量技术结合了光学波前探测技术和计算机层析重建技术。系统由哈特曼传感器探测平行光束穿过流场后的投影波前，提取流场在多方向上的投影数据，采用计算机层析技术重建流场物理量的空间分布。为了验证系统的可行性和标定系统重建精度，首先对静态圆对称折射率场进行层析重建，折射率重建误差为10^-3。任静仑标定的基础上．对实际火焰温度场进行了层析重建，获得了火焰温度场的三维温度分布，取得了较好的实验结果。     

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。     

基于数字全息层析的温度场三维检测方法

提出一种结合数字全息干涉测量原理和计算层析迭代原理的温度场三维检测方法。首先,基于光纤传导的离轴数字全息光路,通过旋转记录多角度的数字全息图。然后,对全息图进行数值重构,获得多角度上的定量相位分布,以此作为计算层析迭代的投影数据,并采用层析迭代算法重建三维折射率场分布。最后,基于折射率与温度之间的关系,反演得到三维温度场分布。基于上述方法搭建了实验系统并开展实验验证,实验测量结果与温度场预测分布基本一致,证明了该方法在对温度场三维检测的可行性。     

少数投影最大熵图像重建的数值模拟

提出了一种新的少数投影层析图像重建算法,通过数值模拟,考察了该算法对不同场分布函数的重建效果以及抗噪声性能,结果表明,该算法具有较高的重建精度和良好的抗噪场性能。     

二相流场光学层析成像的研究

本文对气固二相流场进行光学层析投影，得出了固相质量浓度与它的消光率之间的线性关系，并利用这一关系和反向投影算法重建了气固二相流场的截面分布。为进一步研究二相流场的光学层析成像提供了基础。     

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.     

基于光学相干层析成像的投影折射率计算机层析成像系统研制

报道了基于光纤型光学相干层析成像(OCT)的投影折射率计算机层析成像(PICT)系统,并利用研制的系统对外径为1.3 mm,内径为0.9 mm的充水玻璃管样品进行了测量。样品以1°的步进角旋转,共采集180个方向上的投影值,然后利用卷积反投影算法进行了折射率分布图像的重建。实验结果表明,系统具有较高的空间分辨率,能够正确区分空气、玻璃和水三种不同折射率的物质,且其边界清晰可辨;由于利用了折射率信息,投影折射率计算机层析图像消除了常规光学相干层析图像中的几何畸变。     

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。     

基于耦合梯度神经网络的光学层析图像重建

为克服光学层析图像重建的病态性,通常在重建过程中加入先验信息.本文采用含有二值线过程的Gibbs分布作为图像的先验模型,该模型具有保留清晰边缘的全局平滑特性.由于重建目标函数是连续变量和二值离散变量的混合体,常规的优化算法无法实现.为此,提出了一种基于耦合梯度神经网络的优化方法.优化过程中,能量函数关于光学参数的梯度计算是关键,本文提出一种基于梯度树的梯度求解方法.对吸收系数和散射系数的重建结果表明:该方法可高效地重建光学层析图像;线过程的引入可以改善重建的病态特性,提高图像的重建质量.     

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。     

基于神经网络优化的少数投影最大熵层析图像重建算法

本文提出了一种基于连续型Hopfield神经网络（简称HNN）优化的少数投影最大熵层析图像重建算法。通过数值模拟，考察了该算法的可靠性和对场分布的效果以及抗噪声性能。结果表明，该算法具有较高的重建精度和良好的抗噪声性能。     

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。     

基于偏折角修正迭代的层析重建算法族研究

研究非完全数据光偏折层析重建技术,提出了基于偏折角修正迭代的重建算法族,并结合抑制噪声、减弱重建模糊性和边缘效应、优化松弛系数等发展出多种重建迭代形式,使重建精度得到有效提高。在有限角投影、随机噪声数据和无平滑处理等重建条件下,应用该族算法对复杂温度分布进行数值重建,对不同算法的重建效能和重建误差进行对比,分析了各算法与相关的改进代数重建技术在重建性能上的明显差异,并得出最优的偏折层析重建算法。     

面向乳腺肿瘤诊断的时域扩散荧光―光学层析成像系统

为了解决传统乳腺扩散光学层析成像可靠性低的问题,设计了一套基于多通道时间相关单光子计数的时域扩散荧光—光学层析成像系统.该系统采用32根同轴光纤均匀分布于组织体表面,作类似X射线层析工作方式的同层扫描,由此获得多角度下的时间分辨投影.通过测量不同仿体,应用相应的迭代图像重建算法,获得了可靠的重建结果.研究表明,该系统工作可靠,是进行乳腺肿瘤早期诊断研究的理想模式之一.     

基于TDLAS的二维温度场重建算法

可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)技术结合层析成像(CT)算法能实现流场温度、浓度等信息的二维重建测量。为研究层析成像算法对温度场二维重建质量的影响,实现了两种典型重建算法:代数迭代重建算法(ART)和模拟退火(SA)算法。在不同的射线分布和吸收谱线数目情况下,使用两种算法对给定单峰温度场和双峰温度场分别进行重建仿真,比较分析了两种算法的重建结果。仿真结果表明,影响代数迭代重建算法重建质量的主要因素是射线分布,而模拟退火算法则对吸收谱线数较为敏感;对于单峰温度场,代数迭代重建算法重建结果的最大偏差为5.6%,略好于使用6条吸收谱线时模拟退火算法重建结果的6.2%;对于双峰温度场,模拟退火算法重建结果的最大偏差为5.5%,而代数迭代重建算法的最大偏差则高达22%。     

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.