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％.     

浓度场测量的差分吸收光谱CT技术

提出了一种新的用于浓度场测量的差分吸收光谱CT技术。利用差分吸收原理进行浓度场多方位积分测量,采用少数投影最大熵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个不同的投影视角方向获取投影数据的条件下,能有效地重建出待测场分布。该技术具有较高的重建精度和良好的抗噪声性能。     

基于哈特曼波前探测层析重建折射率场

介绍了哈特曼层析测量系统的原理,设计静态测试实验,对实际圆对称折射率场分布进行了层析重建.系统由哈特曼采集折射率场的投影数据,采用代数重建算法进行层析重建,取得了满意的重建结果.     

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.     

多轴差分吸收光谱断层扫描重建烟羽空间分布

为了实现烟羽二维空间分布的精确重建, 建立了被动多轴差分吸收光谱断层扫描系统,实现了多台被动多轴差分吸收光谱系统对废气烟羽空间分布的测量。首先,介绍了多轴差分吸收光谱系统及其反演气体浓度的机理。接着,使用代数迭代算法对不同的重建模型,采用不同的扫描光路进行了重建模拟,并设计了重建程序。然后,对数值模拟仿真结果进行了分析比较。最后,搭建了多轴差分吸收光扫描系统平台,进行了外场试验。数值模拟的结果显示：MAX-DOAS层析技术能精确的重建出烟羽模型的二维空间分布,四光源光路的重建误差约是双光源光路重建误差的三分之一,四光源重建时间约是双光源重建时间的四分之一,且双峰模型的重建误差大于单峰模型的重建误差。外场试验的结果显示：重建图像的积分数据与多轴差分吸收光谱测得的投影数据是一致的,说明重建出的烟羽空间分布符合实际情况。研究表明,数值模拟的结果与外场试验的结果具有一致性。     

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…     

基于多角度投影激光吸收光谱技术的两段式速度分布流场测试方法

针对具有明显速度梯度的非均匀流场速度分布在线测试难题,提出了基于多角度投影的激光吸收光谱多普勒速度分布测试方法,利用多角度投影吸收光谱信息低频能量相对变化对两段式速度分布区间长度与对应速度值进行耦合求解.建立不同投影角度下吸收光谱平均频偏值与不同速度区间频偏差值之间的函数关系,提出了基于傅里叶变换的光谱信号低频能量变化分析方法,解决了不同速度梯度条件下光谱信号微弱变化检测难题.采用7185.6 cm~(–1)波段H_2O特征谱线结合三条投影光路实现了对于两段式速度分布模型的快速重建,研究了投影角度以及不同幅值噪音对速度分布计算的影响.分析表明该方法对于具有明显速度梯度的流场中高速区速度值重建结果最佳,相对误差0.9%,同时测量噪音对高速区速度值重建结果影响最小.投影角度增大有利于增强重建方程中不同速度区间光谱频偏差值对速度区间长度比值的灵敏度,提高测量精度.考虑到系统测量空间分辨率限制, 0°, 30°, 60°是较为理想的光路分布角度.研究结果对于推动激光吸收光谱技术在发动机诊断及气体动力学研究中的应用具有重要意义.     

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.     

基于Tikhonov正则化参数矩阵的激光吸收光谱燃烧场二维重建光路设计方法

有限投影条件下激光吸收光谱二维测量光路优化对燃烧场重建结果具有重要影响.针对基于Tikhonov正则化的病态投影方程组求解问题,提出了基于正则化参数矩阵的光路设计与二维重建方法.建立了基于Tikhonov正则化参数矩阵的光路设计目标函数,利用遗传算法获得最佳光路布置方式,通过匹配光路与正则化参数分布对测量区域内正则化权重进行调整以减小重建误差.采用7185.6 cm^–1波段H₂O特征谱线并结合20条投影光路对10×10离散化测量区域内双峰高斯分布模型进行了重建,对5种光路布置方式重建结果进行了对比分析,结果表明基于Tikhonov正则化参数矩阵的光路布置方式重建结果最佳.光路数量越少, Tikhonov正则化参数矩阵作用效果越明显.开展了针对气液两相脉冲爆轰发动机外流场的模拟测量研究,验证了本文光路布置方式在复杂多变流场环境下重建效果.在实验室内针对小型燃气炉进行了实验测试,重建燃烧场峰值位置和幅值与实际情况吻合.研究结果对于推动激光吸收光谱二维重建技术在发动机诊断及燃烧效率提升方面的应用具有重要意义.