基于X射线微焦CT的燃料颗粒空间距离自动测量方法

在某燃料元件产品中燃料颗粒随机弥散分布在非金属材料中,表征燃料颗粒的分布状况进而评估产品工艺质量具有重要意义。针对该问题,对三维空间内相邻燃料颗粒的间距测量进行了研究,使用X射线微焦计算机层析成像（CT）对该类产品进行了三维扫描成像,从而得到了三维CT图像。在三维CT图像的基础上,提出了一种结合改进型空间直觉模糊C均值聚类和三维区域生长的自动算法,用于分割图像中的燃料颗粒以得到每个燃料颗粒的空间结构。然后,通过计算质心获得燃料颗粒的中心坐标,进而自动计算出相邻燃料颗粒的空间距离。通过仿真实验验证了所提算法的可行性,通过标准球实验验证了测量误差,并通过实际燃料元件测试了相邻燃料颗粒间距的自动测量,表明了所提方法对燃料颗粒间距测量的有效性。     

三维射流中颗粒碰撞的直接数值模拟

采用硬球模型对三维气同两相射流中Stokes数为10的中等颗粒的碰撞行为进行了直接数值模拟,以初步考察两相流动中颗粒碰撞的特件.颗粒的跟踪采用单向耦合的Lagrangian方法,计算分析了颗粒碰撞随空间、时间的演化及其对颗粒分布不均匀性的影响.模拟结果表明颗粒碰撞主要分布在流场巾颗粒局部浓度较高的区域;由于射流初期大尺度涡结构的影响,颗粒的浓度分布最为不均,因此碰撞次数在这一时期随时间呈线性增加,达到最大值后逐渐回落趋于平缓.此外,对网格中颗粒个数分布的矩的统计发现,碰撞对颗粒分布不均匀性的影响随时间呈现不同的特性.     

基于SuperMC的随机介质程序在双重非均匀性问题中的应用北大核心CSCD

与传统的棒状燃料采用单一UO2陶瓷芯体不同,弥散型板状燃料元件是将燃料微球混合在金属基体中,燃料球与基体间微观上还存在体积的非均匀性。如果不能有效处理弥散燃料的局部空间,自屏效应将对物理特性参数计算带来一定偏差。但传统确定论程序的填卡方式忽略了弥散型燃料具有双重非均匀性的特点。针对板状弥散型燃料栅元,基于SuperMC程序编写随机介质程序,分别建立体积均匀模型和颗粒模型来验证分析弥散型燃料中由空间自屏效应引起的非均匀性。结果表明,该随机介质程序用于SuperMC中,可以解决具有双重非均匀性的弥散型燃料的粒子输运数值模拟问题,再通过建立传统RPT等效模型修正燃料和基体间非均匀性带来的计算偏差。     

高速粒子场同轴Fraunhofer全息数据处理系统研究

介绍了用同轴Fraunhofer全息测量强动载下材料表面微喷射粒子场的数据处理方法.在全息像重建过程中，将再现的三维粒子场由计算机控制分成许多小薄层采集.在数据处理过程中根据图像中粒子边缘，决定在整幅图或局部采用边缘检测的方法提取大粒子，根据图像的灰度分布将图像分成很多小区域，在每个小区域采用不同的阈值分割图像.在处理结果的校正中根据粒子场的特点，去除过大、过小和重复统计粒子.采用该方法得到了粒子的空间分布图像及粒子大小的统计结果.     

去卷积数字全息重构的微球位置精确测量

微球三维位置的精确测量是单分子力谱测量技术中的关键。采用同轴数字全息技术对微球的三维位置进行测量。通过同轴数字全息显微系统采集一系列微球的全息图像,利用瑞利-索末菲传播原理对全息图进行三维重构,同时对重构光场进行去卷积运算,消除了散斑、离焦信号等噪音,并对微球球心纵向光场分布进行多项式拟合,提高了微球三维位置测量精度。实验表明,该方法不仅能够对全视场中的微球进行并行测量,而且能够对交叠微球进行测量,纵向分辨力达到2 nm,在生物单分子动力学、粒子图像测速技术等研究领域具有重要意义。     

去卷积数字全息重构的微球位置精确测量EI北大核心CSCD

微球三维位置的精确测量是单分子力谱测量技术中的关键。采用同轴数字全息技术对微球的三维位置进行测量。通过同轴数字全息显微系统采集一系列微球的全息图像,利用瑞利-索末菲传播原理对全息图进行三维重构,同时对重构光场进行去卷积运算,消除了散斑、离焦信号等噪音,并对微球球心纵向光场分布进行多项式拟合,提高了微球三维位置测量精度。实验表明,该方法不仅能够对全视场中的微球进行并行测量,而且能够对交叠微球进行测量,纵向分辨力达到2 nm,在生物单分子动力学、粒子图像测速技术等研究领域具有重要意义。     

基于遗传算法的光学层析成像的结构优化

光学层析成像传感器结构由发光元件与感光元件组成,对重建图像的精度有重要作用。鉴于此,对扇形发光与感光元件的分布进行了优化研究。首先,将发光与感光元件的位置信息构建为角度向量。然后,引入灵敏场均匀性参数作为该结构的评价指标,并通过仿真实验验证了该指标的可靠性。最后,基于遗传算法对传感器结构进行优化,将角度向量作为优化对象来确定传感器结构,并将灵敏场均匀性参数作为适应度函数。在所获得的优化结构中,发光与感光单元分布不均匀,均匀性参数为0.288。多种具体分布的图像重建实验表明,该传感器优化结构在重建精度、图像准确性和噪声等方面均优于传统分布和随机分布。     

投射离焦三维测量方法

提出了一种在投射光路中实现主动离焦三维测量的方法。该方法采用改变投射参数来拍摄物体的两幅图像,通过计算图像的调制度分布来获得物体的三维分布。该方法不但可使三维测量的空间分辨率达到单个像素,而且扩大了离焦三维测量的使用范围。实验得到的精度高于2.8%。     

基于MATLAB的表面三维微观形貌图像处理分析

表面形貌影响光学元件的机械性能、物理性能、成品率;在特定应用场合下,通过检测光学元件表面三维微观形貌来检测光学元件的加工质量。将工件表面置于光学显微镜焦面上观测,如观测到工件表面某处存在明显缺陷,通过光学显微镜上下数次微移动,对工件表面该处采集多幅对焦图像并进行图像处理,根据处理结果判别工件是否符合加工要求。文中提出了一种基于MATLAB6.0高级语言编写的图像处理软件,实现对数幅对焦图像进行分析处理进而拟合出表面微观形貌的三维图形。     

强激光加载下金属材料微喷回收诊断

金属材料在冲击载荷下的动态响应在许多民用工程、航空航天等领域都有重要的应用背景.而金属材料在冲击载荷下的微喷形成过程,包括微射流、碎裂以及微层裂的物理过程的研究中尚存在许多空白.介绍了国内首次在神光Ⅲ原型激光装置上开展的金属材料微喷回收实验,实现了激光加载下低密度泡沫材料对微喷颗粒的回收,对回收样品进行了X光CT分析,通过图像重建,获得了回收微喷颗粒的三维图像,以及颗粒不同形态分布、颗粒尺寸、颗粒质量等定量结果.     

曲面光学元件表面微缺陷透射式偏振检测

国内外近些年来,对于光学元件表面缺陷的检测技术越来越重视。由于光学元件表面质量的好坏会直接影响到光学系统的性能。文章主要针对曲面光学元件中球面和柱面光学元件表面微缺陷的检测问题,提出了一种基于光偏振特性的检测方法。利用光学元件表面缺陷与无缺陷区域之间透射光偏振态的差异,提高整幅图像中缺陷的对比度。首先基于光的偏振理论,利用偏振片获得偏振照明光,并采用共焦照明的方式获得同时对焦的曲面光学元件缺陷图像。其后,利用计算机对缺陷图像进行处理。结果表明采用光的偏振特性对曲面光学元件表面微缺陷的检测,能够获得高对比度、高分辨率的缺陷特征。此方法很好的提高了曲面光学元件表面微缺陷的检测准确度和检测效率,结果表明缺陷的检测准确率达到了95%。     

基于场景的红外焦平面阵列非均匀性评价方法

针对红外遥感图像非均匀性的定量评价问题,研究了基于场景的红外焦平面阵列响应非均匀性的定量评价方法。利用真实红外遥感图像序列量值分布的特点,针对小序列图像提出了基于序列排序和小波变换的标准图像构建算法;结合非均匀性评价指标,提出了利用构建标准图像的响应非均匀性对红外图像的非均匀性进行定量估计;分别利用黑体定标实验和统计方法对标准图像构建算法进行了验证,同时进行了不同校正算法的剩余非均匀性评价实验。结果表明,128frame序列构建得到的标准图像的非均匀性分别比同温黑体图像小0.92%,比统计标准图像大0.59%。该方法可用于定量估计红外遥感图像的非均匀性。     

光纤输出远场光斑均匀性检测方法的研究

为了对光纤输出光斑的均匀性进行检测,提出了一种基于成像法,采用区域平均法对光纤光斑均匀性进行检测的方法。首先利用数码相机对实验装置获得的光纤光斑进行采集,再结合区域平均法对图像逐次分区进行均匀度检测,计算出整体和各个小区域的均匀度以获取图像均匀度最佳的区域。同时引入了均匀深度的概念,作为一种判断光源均匀性好坏的依据。结果表明,调节后的光斑均匀性达到了99.7%以上。通过对调节前后实验装置得到的光斑进行对比分析,并与理论计算的光纤输出光斑分布比较,验证了该方法的有效性。     

固态图像传感器的电离辐射响应均匀性

研究并对比了6类电荷耦合器件和互补金属氧化物半导体图像传感器的辐射响应均匀性。设计辐射实验,对像素阵列中响应信号在不同统计区域内的像素值增量平均值和非均匀度进行分析与讨论,重点研究了各类固态图像传感器像素阵列全局、区域和代表像元的辐射响应均匀性。实验结果表明:在稳态γ射线辐射场辐照条件下,帧图像中的响应信号增量并非固定值;像素阵列各区域内响应信号的均匀性不因辐照剂量率的变化而变化,对于相同的图像传感器,辐射在任意帧图像中产生辐射响应信号的分布与像素阵列中任意像素在多帧图像中出现辐射响应的分布相同,但由于传感器的本底噪声存在差异,单个像元、区域像素的统计结果与全局存在偏差。本研究为提高基于图像传感器的γ射线辐射探测技术,实现无遮光条件下在线辐射探测提供了理论依据和数据支持。     

离焦图像的互相关匹配法测量微球三维位置研究

为了提高在液态环境中对直径微米量级微球三维位置测量的空间分辨力,尤其是轴向的测量精度,将互相关算法对相似图像高精准的匹配特性与离焦成像法测量微球三维位置的思想相结合,讨论基于互相关匹配的离焦成像法测量微球三维位置的方法。实验表明,该方法对微球轴向位置4 min内连续定位的测量标准差约为0.64 nm,已实现对微球三维方向1 nm阶跃变化的分辨测量,这在生物单分子动力学、粒子图像测速技术等研究领域具有重要意义。相同实验条件下,与同轴数字全息显微术对微球三维位置的对比测量和分析也初步说明了该方法在实际测量应用中的可行性与高精度的特点。     

定向红外光空间分布误差对冷冻靶温度场的影响分析

在惯性约束核聚变中,决定点火成功与否的关键因素在于靶丸内燃料冰层的均匀性,而影响靶丸内燃料冰层均匀性的主要因素为靶丸温度场均匀性.为了提升靶丸温度场均匀性,采用定向红外辅助均化装置实现对靶丸表面温度场的局部调控.在定向红外装置的运行过程中,红外光空间分布误差会影响到靶丸温度场的调控效果.建立了定向红外光线追踪与温度场计算耦合的数值模型,并与实验进行对照分析,确定了数值模型良好的计算精度.采用三维的冷冻靶物理模型,研究了不同形式的定向红外光空间分布误差对靶丸温度场的影响规律.结果表明:光轴偏心对靶丸温度场均匀性的影响最为剧烈,光带间距变化的影响次之,光带宽度的变化对靶丸温度场均匀性的影响最小.在实验中应当尽可能避免南北两侧光带光轴的偏心,从而保证靶丸表面温度均匀性,进而可以保证靶丸内燃料冰层的均匀性.     

厚壁空心微球的球形度和壁厚均匀性的表征研究

为建立高效简洁的厚壁空心微球球形度和壁厚均匀性的表征和测量方法,以内径850 m、壁厚25 m的厚壁聚苯乙烯（PS）微球为测量对象,分析球形度和壁厚均匀性的表征方法,探讨测量过程中采样方式对表征微球球形度和壁厚均匀性的影响。研究表明：对于批量微球球形度和壁厚均匀性的表征,当抽样数目不小于30时,测量结果之间的差异很小;而对于单一微球的球形度和壁厚均匀性的表征,至少3个不同投影面的测量结果的平均值才趋于稳定。不同投影面导致球形度或壁厚均匀性较差的批次样品的测量结果有一定差异,多次投影测量可提高测量结果的可靠性。     

热释电IRFPA非均匀性校正实验系统研究

采用虚拟仪器技术,设计了基于LabVIEW软件平台的热释电IRFPA（红外焦平面阵列）非均匀性校正系统。该系统可通过控制面板选择校正算法,选取3种不同的标准像元的标准校正曲线。可以对IRFPA待校正的像元输出进行采集,对非均匀性参数进行测试,还可以进行非均匀性校正。系统通过三维波形以及图像的显示来观察校正前后对比,并能计算出校正前后的NU（非均匀性）值大小。对像元数为120160的热释电IRFPA输出的视频信号进行了非均匀性校正实验,对非均匀性校正算法进行了统计对比,对仿真结果及数据进行了分析总结。经过校正实验验证了系统的可行性,结果证明基于平均值法的两点定标算法对热释电IRFPA非均匀性校正后的NU值是最小的。通过统计数据得出校正后的NU可平均下降30%。     

基于离焦成像的粒子轨迹测速

提出将离焦成像与粒子轨迹测速相结合,分别针对直线型和曲线型粒子轨迹,构建了离焦特征参数σ的识别算法,形成了用于三维速度测量的离焦粒子轨迹测速(DPSV)方法.该方法基于粒子图像离焦特征参数σ沿运动轨迹线的线性变化假设,通过拟合粒子图像的灰度分布来识别σ,从而获得粒子深度信息.在直线轨迹拟合的基础上,进一步采用圆弧拟合处理湍流实验中常见的弯曲轨迹图像.形成了相应的图像处理流程,并采用仿真图像验证了参数识别的准确性,在本文实验装置的噪声水平下相对误差为9.4％左右.采用LED光源和5μm孔径光阑组成的发光点进行模拟实验,验证了深度位置z与σ的线性关系.最后,将DPSV技术应用于射流流场,得到了三维速度分布.     

热释电IRFPA非均匀性校正实验系统研究

采用虚拟仪器技术,设计了基于LabVIEW软件平台的热释电IRFPA(红外焦平面阵列)非均匀性校正系统。该系统可通过控制面板选择校正算法,选取3种不同的标准像元的标准校正曲线。可以对IRFPA待校正的像元输出进行采集,对非均匀性参数进行测试,还可以进行非均匀性校正。系统通过三维波形以及图像的显示来观察校正前后对比,并能计算出校正前后的NU(非均匀性)值大小。对像元数为120×160的热释电IRFPA输出的视频信号进行了非均匀性校正实验,对非均匀性校正算法进行了统计对比,对仿真结果及数据进行了分析总结。经过校正实验验证了系统的可行性,结果证明基于平均值法的两点定标算法对热释电IRFPA非均匀性校正后的NU值是最小的。通过统计数据得出校正后的NU可平均下降30%。