基于扇束双投影方向的改进迭代层析成像算法

提出一种适用于气体扩散分布重建的改进代数迭代算法.针对投影射线扇束构型及双投影方向,在算法迭代步骤中引入先验矩阵,对迭代结果间隔性地进行中值滤波.以高斯烟羽模型为测试对象,分析迭代次数、松弛因子及不同滤波器使用策略对重建结果的影响,结果表明:迭代次数为500次,松弛因子为2时,均方误差、峰值相对误差基本收敛,并将波峰控制在一定范围内.改进代数迭代算法的均方误差、峰值相对误差重建指标优于传统代数迭代重建算法;同时,改进后算法能够准确定位波峰,完成尾峰重建,具有较强的抗噪性.     

光谱法分析代数迭代重建算法及改进

采用光谱分析技术,系列研究了已有代数迭代重建算法,并进一步研制了改进算法一简单自相关代数迭代重建算法(SSART).采用数值模拟的方法模拟重建一个含遮挡物场,研究了SSART模拟效果和重建精度.作为对照,分析了已有的传统代数迭代算法同条件下的重建结果,包括基本代数迭代重建算法(ART)、联合代数迭代重建法(SART)和改进的联合代数迭代重建法(MSART).重建精度用均方误差(MSE),绝对平均误差(AVE)和峰值相对误差(PE)三种误差指数标定.结果发现,SSART重建结果的三种误差指数都明显减小,其中MSE在10-4数量级上比ART的降低了26.6%,PE在10-2数量级降低了77.6%.因此,SSART重建含遮挡物模型场时,重建精度大幅度提高,重建效果明显改善,对传统代数迭代重建算法显著改进.     

基于压缩传感和代数重建法的CT图像重建

代数重建法(ART)是一种重要的CT图像重建方法,适合于不完全投影数据的图像重建,其缺点是重建速度慢。为提高图像重建的质量和速度,利用压缩传感理论提出了一种基于ART的高质量图像重建算法。该算法将CT图像的梯度稀疏性结合到ART图像重建中,在每次迭代中的投影操作结束后用梯度下降法调整全变差,减小图像梯度的l1范数。实验结果验证了该算法的有效性。     

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.     

基于改进的多轴差分吸收光谱层析技术的烟羽浓度峰重建

建立了被动多轴差分吸收光谱层析系统,实现烟羽气体的时空浓度分布测量,分别采用传统的同步迭代重建算法(SIRT)和改进的SIRT对测量数据进行了重建分析,克服了一些实际测试中不能获 取大量投影数据或投影分布不均匀、存在噪声的问题,精确地重建出大气痕量气体的二维空间分布．在不同的模型及评价指标下,通过数值模拟对两种重建算法的效果进行比较,改变改进的SIRT算法中的松弛因子,在5500次的迭代过程中,指标d从0.435降到了0.044,指标r从0.376降到了0.044,改进的SIRT算法具有更好的重建效果．外场重建试验中成功重建了大气痕量气体的二维空间．     

基于成像差分吸收光谱技术和压缩感知理论的烟囱烟羽断层重建研究

烟羽断层重建质量受两方面条件限制：其中一个限制条件是遥感设备的时间分辨率。以往的研究多使用多轴差分吸收光谱仪（MAX-DOAS）进行CT重建,受采集数据速度的限制,重建图像的时间分辨率较低。另一个限制条件是,采集到的数据量有限,是典型的不完全角度重建。过去多使用代数迭代重建算法或统计迭代重建算法,重建图像受测量误差的影响比较大,分辨率较低且伪影较多。构造了基于成像差分吸收光谱技术（IDOAS）的光谱数据采集系统,与多轴差分吸收光谱仪构造的系统相比,数据采集的时间分辨率提高了160多倍,基本解决了时间分辨率的问题。提出了一种基于压缩感知理论和低三阶导数模型的烟羽断层重建算法--投影凸函数集低三阶导数法,简称为POCS-LTD。在投影的过程中,使用代数重建算法使重建图像符合投影方程;在全变分迭代的过程中使用了优化算法,将低三阶导数模型的全变分归一化值作为优化算法的迭代方向,前次迭代运算结果与本次投影运算的差值的模作为迭代步长。对重建算法进行了数值模拟,并以重建图像的接近度和一致性相关因子为指标,对重建结果进行了分析。数值模拟表明,算法具有良好的抗误差能力,与传统的低三阶导数法相比,本文提出的算法将重建接近度减小了80%以上。使用烟羽数据采集系统进行了外场实验,用POCS-LTD算法对外场实验的数据进行了烟羽重建,重建图像显示烟羽图像清晰,伪影得到了较好的抑制。介绍的烟羽断层数据采集系统和烟羽断层重建算法,提高了烟羽断层重建图像的时间分辨率,减少了重建图像的伪影,扩大了光谱测量技术的应用范围。     

简单自相关代数迭代重建算法

创建了简单自相关代数迭代重建算法(simple self-correlative algebraic reconstruction technique,SSCART),分析了其重建效果.采用数值模拟的方法,对代数迭代法(algebraic reconstruction techique,ART)与SSCART两种算法进行了计算机模拟,分析了模拟效果和重建精度.结果发现,SSCART算法的重建精度均方误差(mean square error,MSE)指标在10-4数量级上比ART的降低了65%[(ART的MSE值-SSCART的MSE)/ART的MSE],峰值相对误差(peak error,PE)指标在10-2数量级上降低了99.9%.计算上仅仅比ART多1个除数因子,所以SSCART具有算法简单、易于实现、重建精度高、稳定性好等优点.就作者检索的文献看是目前最优秀的代数迭代法.     

一种少投影光学层析新算法及其应用

研究少投影数情况下等离子体温度场重建问题。结合光学层析重建算法及等离子体光谱诊断中的谱线绝对强度法进行自由电弧等离子体温度场重建实验。理论上，详细讨论了一种基于最大熵准则及最优化原理的光学层析图像重建新算法。通过计算机数值模拟，考察了该算法对非对称温度场分布的重建效果。详细分析了投影噪声、投影方向数、场分布性质对重建精度的影响，并与代数迭代重建算法结果进行对比．结果表明，该算法以两个正交方向投影数据重建单峰余弦模拟场平均误差仅为0.3％，而代数迭代重建算法为3．81％；该算法以四个均匀角度间隔投影数据重建三峰随机高斯模拟场平均误差为1．77％，而代数迭代重建算法为2．02％。实验中，运用该算法结合谱线绝对强度法重建了自由电弧等离子体的温度分布。     

迭代卷积重建三维折射率场的计算机模拟

介绍了迭代卷积重建算法的教值过程，用ＴｕｒｂｏＣ．２．０开发了该算法的实用软件．通过计算机模拟运算，考查了其重建精度、重建误差与投影方向数和迭代次数的关系．结果表明，该软件对１８０°范围内均匀投影采样，投影数为６，迭代次数为８～１０次，仍具有较好的重建精度．     

基于加权总差分最小化的中子稀疏投影计算机断层重建方法

为提升高噪声稀疏角度投影条件下中子计算机断层扫描(CT)质量,提出同时迭代重建方法(SIRT)与加权总差分最小化(WTDM)相结合的迭代重建方法(SIRT-WTDM)。在有无噪声情况下比较代数重建算法、联合代数重建算法及同时迭代重建算法的重建图像,证明了SIRT迭代重建具有较高的图像重建精度与较强的抗噪声性能,因此将SIRT作为高噪声中子投影图像CT迭代重建算法的保真项。考虑到对图像梯度稀疏性与连续性的约束,中子CT迭代重建方法的正则化约束项采用WTDM方法。由Shepp-Logan模体与真实冷中子层析扫描数据验证可知,在极端稀疏角度投影条件下,SIRT-WTDM可获得较好的重建效果。     

The measurement of 3-D asymmetric temperature field by using real time laser interferometric tomography

A real time nondestructive temperature measurement technique based on laser holographic interference tomography technique is presented. An He–Ne laser is used as light source, and a CCD video camera is used to grab the interferogram. This laser holographic tomography technique is applied to the measurement of the temperature fields generated by two heated rods. Since data error is inevitable in engineering measurement, it is necessary to study the reconstruction techniques for reconstructing the temperature field. Three techniques including convolution back projection (CBP), algebra reconstruction technique (ART) and simultaneous iterative reconstruction technique (SIRT) are studied. Based on the reconstruction techniques and experimental situation, ART is used to reconstruct the asymmetric temperature fields. The thermocouples are used to measure the temperatures of the two heated rods. Comparing the reconstructed result with the measured temperature value, a satisfactory result is obtained.     

遥感傅里叶变换红外光谱层析技术中的重构算法

在遥感傅里叶变换红外光谱层析技术中，对于是否能够快速、经济地得出气体空间浓度分布图及预测浓度峰位置，重构算法的选择是至重要的。理想的重构算法即使在仪器噪声较大、存在测量误差、光线数量少以及待测气体在空间的分布不稳定情况下，也能够通过有限的测量数据和非对称的光线构型，得出理想的重构图。本文对遥感傅里叶变换红外光谱层析技术中采用的几种重构算法，如ART法、MART法、SIRT法和SBFM法等，作了扼要描述。与传统的ART法相比，MART法在迭代速度和迭代精度上有较大的优越性，SIRT法克服了采用代数重构技术所带来的模糊性，SBFM法使重构结果噪声明显减小。     

Modified adaptive algebraic tomographic reconstruction of gas distribution from incomplete projection by a two-wavelength absorption scheme

A modified adaptive algebraic reconstruction technique (MAART) with an auto-adjustment relaxation parameter and smoothness regularization is developed to reveal the tomographic reconstruction of H 2 O distribution in combustion from incomplete projections. Determinations of relaxation parameter and regularization factor are discussed with regard to the consideration of improvement in reconstruction and reduction of computational burden. A two-wavelength scheme from tunable diode laser absorption measurement, 7444.36 and 7185.59 cm 1 , is used to simplify the nonlinear solution problem for obtaining the tomographic distributions of concentration and temperature simultaneously. Results of calculations demonstrate that MAART can perform the reconstruction results more efficiently with little complex modification and much lower iterations as compared with the traditional algebraic reconstruction technique (ART) or simultaneous iterative reconstruction technique (SIRT) methods. The stability of the algorithm is studied by reconstruction from projections with random noise at different levels to demonstrate the dependence of reconstruction results on precise line-of-sight measurements.     

Analysis of algebraic reconstruction technique for accurate imaging of gas temperature and concentration based on tunable diode laser absorption spectroscopy

An improved algebraic reconstruction technique(ART) combined with tunable diode laser absorption spectroscopy(TDLAS) is presented in this paper for determining two-dimensional(2D) distribution of H_2O concentration and temperature in a simulated combustion flame.This work aims to simulate the reconstruction of spectroscopic measurements by a multi-view parallel-beam scanning geometry and analyze the effects of projection rays on reconstruction accuracy.It finally proves that reconstruction quality dramatically increases with the number of projection rays increasing until more than 180 for 20 × 20 grid,and after that point,the number of projection rays has little influence on reconstruction accuracy.It is clear that the temperature reconstruction results are more accurate than the water vapor concentration obtained by the traditional concentration calculation method.In the present study an innovative way to reduce the error of concentration reconstruction and improve the reconstruction quality greatly is also proposed,and the capability of this new method is evaluated by using appropriate assessment parameters.By using this new approach,not only the concentration reconstruction accuracy is greatly improved,but also a suitable parallel-beam arrangement is put forward for high reconstruction accuracy and simplicity of experimental validation.Finally,a bimodal structure of the combustion region is assumed to demonstrate the robustness and universality of the proposed method.Numerical investigation indicates that the proposed TDLAS tomographic algorithm is capable of detecting accurate temperature and concentration profiles.This feasible formula for reconstruction research is expected to resolve several key issues in practical combustion devices.     

代数迭代重建算法在折射衬度CT中的应用

X射线折射衬度CT是一种基于相位衬度的断层成像技术,特别适合对由轻元素组成的生物、医学样品进行成像,可以观察到常规吸收衬度CT无法观察到的软组织内部微细结构,是一种具有巨大发展潜力的新成像方法.迭代重建算法和解析重建算法是计算机断层成像技术中并行发展的两种算法,虽然已经提出了几种X射线折射衬度CT的解析重建算法,可是还未见X射线折射衬度CT迭代重建算法的报道.研究了代数迭代重建算法在X射线折射衬度CT中的应用,比较分析了不同的投影数据排列方式对于折射衬度CT重建图像的影响,并对实验数据进行了图像重建,获得了满意的CT图像.研究结果表明,在相位衬度CT中,迭代重建算法相对于解析重建算法而言,能减少投影次数,降低曝光剂量,减少对生物样品的辐射损伤,在生物样品成像和投影数据不完整的情况下具有明显的优势. 关键词： 衍射增强成像 代数迭代算法 CT重建 同步辐射     

H2O温度二维分布的滤波反投影重建

利用可调谐半导体吸收光谱技术实现燃烧场温度二维分布重建。设计H2O模型温度分布范围为300~1300 K,高斯型分布,利用Radon变换模拟实验测量结果。采用滤波反投影算法重建了两条吸收谱线强度场,进而得到气体温度二维分布,重建结果与模型符合较好。研究了不同投影数目和随机噪声对重建结果的影响,结果表明:随着投影数目的减少和噪声幅值的增加,重建温度分布均方误差增大,图像重建效果变差。当投影数目减小到4个,重建温度场已不能完全反映原始温度场信息。