信息光学 光学信息处理、图像识别

O4382006010288基于哈特曼波前探测层析重建三维温度场=Tomographicreconstruction of3-Dtemperature field based on Hart mannwavefront sensing[刊,中]/戴云(中科院光电所.四川,成都(610209)),张雨东…∥中国激光.—2005,32(10).—1406-1410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,对静态圆对称折射率场进行层析重…     

网格基任向偏导实现及层析应用

将光线偏折方程中的任向偏导转化为数值差分形式,并应用于层析线性运算.网格化待测场,将微分待测场的每一正方形网格及相应折射率近似为曲面底的正圆锥体,圆锥体顶端的折射率值对应该网格的折射率,在底面的投影对应网格的中心.假设紧邻三网格中心间的折射率分布共平面,在一个网格宽度内将偏导转化成数值差分形式.结果发现：基于上述近似和假设,可以将任意探测光线相关的偏导转化为数值差分形式,将非线性偏导方程转化为线性差分方程,建立层析方程.于是,偏折角可以作为投影直接重建.     

结合计算层析与光学相干层析测量折射率分布

通过将计算层析技术与光学相干层析技术相结合,测量散射介质非均匀折射率分布。该方法测量散射样品折射率分布时,通过光学相干层析技术测量散射样品折射率分布在多个方向上的投影,采用计算层析技术实现对样品折射率分布的层析重建,克服了传统折射率光学测量方法如单纯的基于光学相干层析原理的焦点追迹法和光程匹配法,不能测量散射介质非均匀折射率分布的缺点。采用该方法在实验中对梯度折射率棒的径向相对折射率分布进行层析重建,取得了较好的实验结果。     

差分吸收光谱CT诊断技术

提出了浓度场测量的差分吸收光谱层析技术,设计出一种由光源及控制系统、光学扫描测量系统和数据采集及处理系统三部分组成的典型差分吸收光谱层析诊断系统.采用改进的联合代数重建算法进行层析图像重建,数值模拟结果表明:在0°～180°视场范围内,在4个不同的投影方向获取投影数据的条件下,能有效地重建出待测场分布,其最大误差不大于5%,平均误差不大于1%.     

少量投影数字全息层析重建实验研究

提出了少量投影数字全息层析重建技术.以具有轴对称结构的光纤和非轴对称结构的石膏头像为实验样本,开展了基于单幅全息图和代数迭代重建算法的层析重建模拟分析及实验研究.模拟分析表明,代数迭代重建算法中的加权因子以及松弛因子对重建图像质量影响显著,因此对加权因子采用非线性加权计算方法,以及通过多次模拟重建结果的比较选择合适的松弛因子.层析重建实验结果表明,无论被测物体是轴对称结构或是非轴对称结构,少量投影数字全息层析重建是可行的,也是有效的.这为下一步针对生物样本内部多层折射率检测和基于单幅层析全息图实现三向实时数字全息层析重建技术研究提供了必要的基础.     

差分吸收光谱CT诊断技术

提出了浓度场测量的差分吸收光谱层析技术,设计出一种由光源及控制系统、光学扫描测量系统和数据采集及处理系统三部分组成的典型差分吸收光谱层析诊断系统.采用改进的联合代数重建算法进行层析图像重建,数值模拟结果表明：在0°~180°视场范围内,在4个不同的投影方向获取投影数据的条件下,能有效地重建出待测场分布,其最大误差不大于5％,平均误差不大于1％.     

扇束辐射层析技术重建三维流场

运用扇束扫描数据采集系统获得三维流场辐射谱强度数据,并采用重排算法及MART技术相结合作为扇形束辐射层析重建算法.通过数值模拟进行了算法检验并确定了系统旋转及扫描参数.最后,根据该扇束辐射层析技术进行了热等离子体三维流场重建实验.结果表明：用该方法重建的温度场与文献所得结果相近(重建温度范围都在4000～14000 K之间),重建三维等离子场电子(离子)数密度场范围在10×1015～70×1015个/cm3之间.     

多目标优化发射层析算法在等离子体场光谱诊断中的应用

提出一种基于多目标优化原理的发射光谱层析(EST)图像重建新算法MCIRT.通过计算机数值 模拟，考察了该算法对非对称发射系数场分布的重建效果.结果表明，与传统层析算法相比 ，MCIRT算法具有收敛快，重建精度高的优势，适合于非完全数据情况下的等离子体发射系 数场重建，并且实时性更好.作为一个应用实例, 运用谱线相对强度法重建了自由电弧等离 子体的三维温度及粒子数密度分布. 关键词： 等离子体诊断 图像重建     

基于三投影方向的层析重建分析

针对传统的层析方法中,投影方向多、系统复杂等特点,提出了基于三个投影方向的层析重建方法.论文选取适用于少投影方向的代数迭代重建算法,采用参量修正方法,能较好的提高重建准确度和抑制椒盐噪音.同时对影响重建图像质量和速度的迭代次数、不同原图像结构对重建图像质量的影响进行了分析,给出了相应分析模拟结果.结果表明,迭代300次后,重建结果基本稳定.同时对于具有轴对称结构物体,三个方向投影数据能够较好地实现三维层析重建.分析结果为后期开展的基于单幅层析全息图的三维层析重建实验研究提供了理论依据.     

基于三投影方向的层析重建分析

针对传统的层析方法中,投影方向多、系统复杂等特点,提出了基于三个投影方向的层析重建方法.论文选取适用于少投影方向的代数迭代重建算法,采用参量修正方法,能较好的提高重建准确度和抑制椒盐噪音.同时对影响重建图像质量和速度的迭代次数、不同原图像结构对重建图像质量的影响进行了分析,给出了相应分析模拟结果.结果表明,迭代300次后,重建结果基本稳定.同时对于具有轴对称结构物体,三个方向投影数据能够较好地实现三维层析重建.分析结果为后期开展的基于单幅层析全息图的三维层析重建实验研究提供了理论依据.     

数据插值对正电子发射断层成像设备的图像重建影响的研究

正电子发射断层扫描(positron emission computed tomography, PET)是核医学领域最先进的临床检查影像技术. PET技术是目前临床上用于诊断和指导治疗肿瘤的最佳手段之一. 正电子发射断层成像设备探测器采集到的数据需要进行数据处理, 把原始数据转换成正弦图形式的数据才能用于图像重建. 平行束断层重建和扇形束图像重建是图像重建的两种方法, 分别对应平行束和扇形束形式的数据处理方法. 对原始数据的操作不可避免地破坏了原始数据的完整性. 现今, 正电子发射断层设备在重建过程中普遍采用平行束重建的方法. 平行束的数据分离会对PET数据进行插值操作, 扇形束的数据分离不会对PET数据进行插值操作. 本文通过对比平行束图像重建和扇形束图像重建结果, 研究了数据插值对PET图像重建结果的影响. 关键词： 正电子发射计算机断层扫描 数据插值 图像重建 原始数据     

波荡器位相误差对自由电子激光

对波荡器位相误差对自由电子激光小信号增益的影响进行了分析讨论。对低增益情况解析地给出了波荡器位相误差引起的增益降低因子。结果表明:与自发辐射类似增益的降低与位相误差的方差成简单的指数关系，位相误差的线性变化部分引起最大增益的位移，还表明波荡器位相误差存在时Madey定理仍然成立。对高增益情况也给出了波荡器位相误差引起的增益降低因子。     

哈特曼夏克传感器的泽尼克模式波前复原误差

利用哈特曼－夏克传感器测量圆孔径内波像差时，通常使用泽尼模式复原算法。推导了一般情况下哈特曼－夏克传感器泽尼克模式波前复原误差的计算公式。用哈特曼－夏克传感器测量一个像差板的随机静态像差，通过与ZYGO干涉仪的测量结果比较，得到不同泽尼克模式复原阶数下的波前复原误差的实验结果，并与理论计算结果进行了对比。     

Tomographic reconstruction of high-energy-density plasmas with picosecond temporal resolution

Three-dimensional reconstruction of the electron density in a plasma can be obtained by passing multiple beams at different field angles simultaneously through a plasma and performing a tomographic reconstruction of the measured field-dependent phase profiles. A relatively simple experimental setup is proposed and simulations are carried out to verify the technique. The plasma distribution is modeled as a discrete number of phase screens, and a Zernike polynomial representation of the phase screens is used to reconstruct the plasma profile.     

光声信号的声透镜层析成像研究

提出了一种用声透镜实现光声层析成像的新模式。从理论上计算出了声透镜的响应，测出了已知声场中标准物像面处的声场分布。考虑到圆形活塞振源的指向性，对代表物成像进行了理论修正，并与实验结果做了对比分析。研究表明，利用声透镜可以实现光声层析成像，并经图像重构得到了生物组织中异物的光声图像，横向、纵向分辨力较高。     

Comparison of results of interferometric phase extraction algorithms for three-dimensional flow-field tomography

A comparison of the results of interferometric phase information retrieval and subsequent tomographic reconstruction from deformed wavefront projections by phase unwrapping is presented. In interferogram processing, conventional fringe tracking and Fourier transform methods have been utilized for comparison. With these methods by injecting carrier fringes, the projection data of any axial cross section can be extracted in all projection directions to implement three-dimensional tomographic reconstruction. The results of experiments of a simulated temperature field prove that the phase extraction based on the Fourier transform method produces tomographic reconstruction much superior to the conventional fringe tracking technique.     

A two-dimensional tomography model for the oceanic inhomogeneity reconstruction with wave and ray representations of acoustic field

A model reconstruction of two-dimensional combined oceanic inhomogeneities (of refractive and kinetic types) in tomographic experiments with ray and wave representations of acoustic field is considered. The possibility of a complete reconstruction of two-dimensional flows from the scattering data alone is illustrated. For the realization of the tomographic scheme, a nonorthogonal redundant basis consisting of a number of intersecting stripes is used. The results of reconstruction are presented for model inhomogeneities of kinetic and combined (refractive-kinetic) types. The iterative reconstruction of the flow velocity vector distribution is considered. The tomographic problem in the ray representation is solved by taking into account both the time delays in the signal propagation along the rays and the ray trajectory distortions due to the inhomogeneity of the medium.     

湍流大气中哈特曼传感器的模式波前复原误差II

 分别采用Zernike和Karhunen-Loeve两种模式波前复原法,分析了在子孔径斜率测量噪声影响下,哈特曼传感器对大气湍流畸变波前的模式复原误差与模式复原阶数等的关系。发现最优模式复原阶数主要与哈特曼传感器的子孔径斜率探测信噪比有关。分析了一个哈特曼传感器对实际大气湍流畸变波前的测量结果,给出了确定传感器测量噪声的方法。     

基于微波链路的降雨场反演方法研究

本文基于微波雨衰的幂律关系, 研究了使用微波链路反演降雨场的方法, 采用层析技术建立了降雨场反演模型. 并利用SIRT算法与正则化算法实现对降雨场层析反演模型的求解. 数值模拟结果表明, 该模型与反演算法能够较为准确地重建降雨场强度与空间分布特征, 能够提供高时空分辨率的二维降雨强度分布. 因此, 利用微波衰减数据进行降雨探测可以作为常规的雨量计与天气雷达观测手段的有效补充. 关键词： 微波雨衰 微波链路 降雨场重建 层析反演     

Numerical simulations to improve the performance of tunable diode laser absorption tomography in a harsh combustion environment

The impact of measurement noise and tomographic methods on reconstruction quality are investigated via simulation studies under a hypothesis harsh flow field environment. Computer tomographic methods based on direct absorption spectroscopy and wavelength modulation spectroscopy are conducted under different measurement noise levels to assess the noise effect quantitatively. It turns out that the wavelength modulation spectroscopy-based tomographic method shows efficient immunity to measurement noise. However, the direct absorption spectroscopy-based tomographic method is found to be susceptible to the measurement noise, which makes the reconstruction quality decline with the increasing noise level. In addition, two kinds of tomographic methods including linear and nonlinear method are investigated under a complex multimodal temperature distribution environment with limited projection data. The reconstructed distribution for the nonlinear tomographic method reveals great fidelity to the original value with a maximum deviation of 51.9?K, while the reconstructed distribution for the linear tomographic method under parallel beam arrangement shows an obvious distortion.