自适应发射光谱体层析技术重建三维等离子体场

提出一种基于多目标优化原理的自适应权重因子调节发射光谱体层析图像重建新算法SVRT(Self_adap tiveVolumeReconstructionTechnique)。通过计算机数值模拟,考察了该算法对非对称单峰发射系数场分布的重建效果。结果表明,SVRT算法具有收敛快,重建精度高的特点,仅用两个方向的投影数据就能高精度地重建单峰三维发射系数场分布。作为一个应用实例,结合谱线相对强度测量方法重建了自由电弧等离子体的三维温度场及电离度场分布。     

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     

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。     

等离子体发射和吸收系数的轴对称重建

在激光聚变靶丸等离子体诊断中,为了同时重建出等离子体发射系数和吸收系数的空间分布,建立了分层结构成像模型,利用LM（Levenberg-Marquardt）非线性最小二乘优化算法,提出了基于该模型的重建算法。数值模拟结果表明,该算法成功地重建出发射系数和吸收系数,而且重建精度高,明显优于不考虑吸收衰减影响的Abel逆变换重建结果。对于连续分布,当噪声标准差为0.01时,发射系数与吸收系数重建误差分别为0.17,0.22。     

三维超声驻波场的数字全息测量与重建研究

利用数字全息干涉术研究了超声驻波场的三维分布特征,由所记录的不同角度的超声驻波场的数字全息图,经数值再现,得到了超声驻波场的强度和相位差分布图,进而由迭代重建算法重建出超声驻波场的三维分布曲线。结果表明,数字全息干涉术与迭代重建算法相结合是测量与重建三维超声驻波场的一种方便有效方法。     

基于改进模拟退火算法的非均匀燃烧场分布重建

本文研究了选取不同谱线组合对非均匀燃烧场分布重建精度的影响,并针对传统模拟退火算法收敛速度慢、运行效率不高的问题,提出了一种改进的模拟退火算法(ISA算法)用于燃烧流场的场分布重建.通过改变算法的模型扰动及退火方式,大大提高了算法的运行效率.数值仿真模拟结果显示,纳入更多的谱线有助于提高燃烧场重建的精度和降低重建对噪声的敏感性.相较于传统模拟退火算法,改进模拟退火算法在精度一致的前提下,将运行效率提升了近40倍.利用改进模拟退火算法在实验室平焰炉上重建了两种不同燃烧状态,重建分布与原始分布基本一致.通过数值仿真与实际实验,验证了该方法的有效性,对高光谱重建燃烧流场的温度浓度分布具有一定的指导意义.     

基于单帧变形条纹的物体三维位移和速度测量

用隔行扫描摄像机采集到的运动物体单帧变形条纹测量三维位移和速度.该方法将一帧变形条纹分成两个单场,利用傅里叶变换轮廓术重建三维面形,从单场条纹的调制度中提取二值化模板,计算质心获得亚像素匹配定位点,通过双三次插值和标定,实现了一个场周期时间内三个维度上的位移和平均速度的测量.匀速运动物体实验结果表明:被测速度的最大绝对误差为0.6 mm/s,相对误差为0.57%.该方法仅用一帧变形条纹即可测量运动物体的三维位移和速度,提高了时间分辨率和测量准确度.     

多光谱辐射层析重建三维火焰温度场

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法重建了四峰蜡烛火焰某一截面的温度分布。     

基于深度学习的粒子场数字全息成像研究进展

粒子场的数字全息成像中，由一幅粒子场全息图重建出高精度的三维粒子场分布，是数字全息技术领域的经典问题之一。相比于传统反向重建算法，深度学习算法可以从单个全息图直接重建出三维粒子场来简化算法复杂度，提高计算效率和准确率。介绍国内外研究团队将深度学习算法结合数字全息技术实现粒子场数字全息成像的研究进展，从不同粒子表征方法入手，叙述了支持向量机、全连接神经网络、全卷积网络、U-Net网络、深度神经网络在粒子场数字全息成像中粒子表征及粒子场反向重建过程中的应用原理、实现途径和准确率。最后指出了深度学习算法在这一研究领域的优势及目前基于深度学习算法的不足，并对如何进一步提高该方法的准确率进行了展望。     

一种单相机流场速度场三维测量方法

提出了一种用单CCD摄像机进行大型流场三维速度场的测量方法 ,该方法通过利用片光的厚度特征和粒子跟踪算法实现三维速度场的重建 ,通过对模拟脱硫塔中的流场测量证明 ,该方法可以测量定常或低速流场。     

Realization of Absolute‐Phase Unwrapping and Speckle Suppression in Laser Digital Holography

In this paper, an absolute‐phase unwrapping and speckle suppression approach to reconstruct a three‐dimensional (3‐D) image of an object with laser digital holography is described. This method offers three advantages to enhance the performance of the phase reconstruction technique. First, both speckle suppression and phase unwrapping are processed in the complex amplitude domain rather than in the single phase or amplitude domain. With this approach, the phase details of the object are better preserved upon phase reconstruction. Second, the proposed algorithm requires no threshold determination and thus achieves self‐adaptive speckle suppression and robust phase unwrapping, in contrast to other methods. Finally, an improved dual‐domain image denoising method is applied to further remove speckle‐remnant‐induced phase distortion. Ideal 3‐D phase reconstruction results are obtained both theoretically and experimentally for the first time.     

基于光场成像的表面三维重构

传统的成像方式单次曝光只能获取物空间二维横向分辨率信息,无法获取纵向深度信息,导致单次拍摄过程中物空间的深度信息丢失, 无法对物空间的目标物进行三维重构。光场相机内部采用光场传感器,不同于传统成像系统单次采集只能获取二维信息而造成的信息缺失,光场传感器可获取物空间的多维光场信息,同时其还具有便携等优点。采用光场相机进行拍摄,利用数字重聚焦以及散焦测距和相关计算的方法,实现密集深度图像的获取,基于matlab软件平台,对所获取的图像深度数据矩阵进行处理,最终实现物空间的三维重构。得到物空间的相对深度的归一化结果。本实验中,在深度范围为100 mm~1 500 mm范围内,实现平均误差为5.47%深度信息的表面三维重构,最大重构误差为8.30%。     

利用全息干涉层析重构三维折射率场的新方法

介绍了一种新的重构三维折射率场的方法。该方法利用一个共焦检测系统对被测对象的像面全息干涉图进行三维扫描，并记录干涉强度，通过对强度数据的处理，可以重构出三维折射率场。这种方法原理简单，不需要进行多方向的全息干涉记录和复杂的重构过程。给出了初步的试验结果，证明该方法是可行的。     

求解光学CT图象重建问题的广义脉冲谱技术研究

间接法是目前实现医学诊断用近红外光三维成象(光CT)的最有潜力的手段之一.该方法基于以下假设,即给定分别对应于不同点激励源作用下成象组织体表面各点的传输光测量.在组织体内存在着与上述检测量相对应的、唯一的光学参数三维分布.由此,图象重建变成了特定光子传输模型的逆问题.本文提出采用广义脉冲谱技术(Generalized Pulse Spectrum Technique,GPST)进行光学CT图象重建逆问题的求解.给出了GPST在扩散方程光子传输模型逆问题求解中的具体实现,数值实验结果表明,通过选择合适的复频率点,采用GPST算法的图象重建结果优于其它现有算法,且响应时间合理.最后,本文还初步讨论了吸收和散射系数重建中复频率点选择的一些基本原则。     

基于时间分辨测量的近红外光三维层析成像研究

针对近红外漫射光层析成像中的三维成像问题展开了理论和实验研究.利用开发的以强度和平均飞行时间作为数据类型的三维重建算法对数值仿真模型进行了重建,同时采用多通道时间相关单光子计数层析成像系统对固体样品进行了三维成像.结果表明：所发展的算法较忠实地重建出了样品内部的异质体结构;采用的差分重建方法有利于提高重建的抗噪性能;提出的单层测头配置模式对于三维成像具有实际意义.     

Evaluation of the improved three‐dimensional resolution of a synchrotron radiation computed tomograph using a micro‐fabricated test pattern

A micro test pattern prepared by focused ion beam milling was used to evaluate the three‐dimensional resolution of a microtomograph at the BL20B2 beamline of SPring‐8. The resolutions along the direction within the tomographic slice plane and perpendicular to it were determined from the modulation transfer functions. The through‐plane resolution perpendicular to the tomographic slice was evaluated to be 8 µm, which corresponds to the spatial resolution of two‐dimensional radiographs. In contrast, the in‐plane resolution within the slice was evaluated to be 12 µm. Real‐space interpolation was performed prior to the tomographic reconstruction, giving an improved in‐plane resolution of 8.5 µm. However, the 8 µm pitch pattern was resolved in the interpolated slice image. To reflect this result, another resolution measure from the peak‐to‐valley difference plot was introduced. This resolution measure gave resolution limits of 7.4 µm for the in‐plane direction and 6.1 µm for the through‐plane direction. The three‐dimensional test pattern along with the interpolated reconstruction enables the quantitative evaluation of the spatial resolution of microtomographs.     

基于COSM的三维显微图像复原算法研究

光学分层显微成像技术(COSM)不仅可用于去除非聚焦层杂散光的影响以及噪声的干扰,而且能复原样本的清晰三维像,将成为提取微流体的三维温度和速度场分布信息的有效工具.本文研究了基于已知点扩展函数的6种COSM成像算法,详细讨论了6种COSM成像算法的原理和实现,构造了三维样本图像和点扩展函数模型,并对复原结果进行了分析....     

热物理激光测量中的三维温度场重构方法

针对热物理激光测量中的三维温度场重构问题，进行了几种算法的讨论．对双高斯函数形式的温度分布进行了重构计算，对重构算法进行了检验，对实验过程中可能出现的误差进行了模拟，讨论了它们对重构结果的影响．     

Coordinate measurement in 2-D and 3-D geometries using frequency scanning interferometry

Frequency Scanning Interferometry (FSI) has been developed for robust precise distance measurements. We present the reconstruction of two and three dimensional geodetic grids, using simultaneous FSI measurements between grid nodes.The shape of the particle physics tracker inside the ATLAS experiment (currently under construction for the Large Hadron Collider at CERN) will be monitored using a geodetic grid of 842 remotely measured, fibre-coupled interferometers. The challenge is to make precise distance measurements in the hostile, high radiation environment and combine them to reconstruct node coordinates and hence the grid shape in quasi real time to a three dimensional precision of around .Two and three dimensional prototype grids with adjustable geometries have been measured, demonstrating shape reconstruction to a precision of around . Error propagation through these grids was studied with different reconstruction models. Grid redundancy allowed the agreement between software models and node coordinate reconstruction to be verified.