发射光谱层析算法研究及其三维流场重建应用

论文题目: 发射光谱层析算法研究及其三维流场重建应用

论文类型: 博士论文

论文专业: 测试计量技术及仪器

作者: 万雄

导师: 于盛林

关键词: 计算机层析,图像重建,发射率,光谱,非完全数据,三维流场,温度

文献来源: 南京航空航天大学

发表年度: 2005

论文摘要: 光学层析技术(Optical Computed Tomogaphy,简称 OCT)是计算机层析(Computed Tomography,简称 CT)技术的一个分支,是一种不干扰待测场分布的测量诊断技术,它在热物理量测试,等离子体诊断等方面显示出了优越性,尤其是在场分布测量方面,几乎是其它方法不可代替的。结合发射光谱测量及光学层析形成的发射光谱层析 (Emission Spectral Tomography,简称 EST) 技术具有装置简便,实用性强等优点,可广泛用于机械、冶金、能源、航空、航天等工业领域。EST 技术的应用一直是国际上的一个难题,主要问题有:一方面是多方向、多光谱精确辐射数据的获取问题, 这不但要测量系统的精度高而且还要机械扫描的速度快及光电探测器的响应速度快;另一方面无论是平行束层析还是扇束层析,EST 都很难获得多视角、多方向的瞬态辐射数据,所以需要少投影或非完全数据下的重建算法。 针对 EST 所遇到非完全数据下重建算法的问题,论文首先对传统的光学层析重建算法,包括变换类算法及基于级数展开类算法进行了大量的研究,分析了各种因素对重建精度的影响,为改善其在非完全数据情况下的性能建立了理论依据。在此基础上,论文深入研究了几种非完全数据下层析重建新算法,包括:变松驰因子的层析重建算法(Changeable Relaxation-parameter Iterative Reconstruction Technique,简称 CRIRT);采用多目标优化原理的新型乘性迭代重建算法(Multi Criterion Iterative Reconstruction,简称 MCIR);结合最大熵准则及 SINC 函数插值的重建算法 MESINCRT(Maximum Entropy SINC-interpolation Reconstruction Technique);针对含有遮挡物的流场的离散迭代重投影(Discrete Iterative Reconstruction-Reprojection,简称 DIRR)重建算法。此外,还研究了采用多目标优化原理的层析重建算法的 Hopfield 神经网络实现,并进行了少投影方向数扇束层析重建的研究工作。 在 EST 实验研究中,结合多光谱辐射单点测温方法及层析重建算法,提出了多光谱发射层析重建三维流场的方法,并针对不同性质的三维流场构建了不同的实验系统。在四峰蜡烛火焰温度场的重建中采用了多光谱发射层析方法,而在氩焊弧等离子场诊断中结合了谱线相对强度法和少投影方向数层析改进算法,并对其三维温度场,电子数密度场,原子数密度场,电离率场进行了重建。 实验的结果与理论相符合,为发射光谱层析技术的应用打下了坚实的基础。

论文目录:

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 光学层析技术国内外研究状况和进展

1.2.1 光学层析技术简介

1.2.2 OCT重建算法国内外发展概况

1.3 发射光谱层析(EST)投影数据获取方法

1.3.1 采用面阵CCD 进行投影数据采集

1.3.2 平行束投影光纤传感数据采集系统

1.3.3 扇形束投影光纤传感数据采集系统

1.4 本文的研究背景、目的及主要工作

第二章 传统两类层析重建算法研究

2.1 投影定理

2.2 傅立叶(Fourier)重建算法

2.3 Radon 逆变换法

2.4 卷积反投影重建算法

2.4.1 滤波函数

2.4.2 常用滤波函数

2.4.3 数值模拟及分析

2.5 基于级数展开的重建算法

2.5.1 简介

2.5.2 sinc 级数展开法

2.5.3 网格法

2.6 最优准则

2.7 常见级数展开类重建算法

2.7.1 代数重建算法-ART

2.7.2 同时迭代重建算法-SIRT

2.7.3 乘性代数重建算法-MART

2.7.4 共轭梯度法CGT

2.8 影响级数展开类算法重建质量的因素分析

2.8.1 松驰因子的影响

2.8.2 基函数的影响

2.8.3 先验知识的影响

2.9 本章小结

第三章 非完全数据层析重建改进算法研究

3.1 模拟退火变松驰因子重建算法CRIRT

3.1.1 模拟退火算法介绍

3.1.2 CRIRT 算法原理

3.1.3 算法检验

3.1.4 算法的收敛性

3.2 结合最大熵准则及SINC 插值的重建算法MESINCRT

3.2.1 MESINCRT 算法原理

3.2.2 算法检验

3.2.2.1 测试函数

3.2.2.2 非完全数据下的投影数据采集方式

3.2.2.3 算法收敛性及迭代次数选择

3.2.2.4 重建结果比较

3.3 采用多准则的迭代重建算法MCIR

3.3.1 MCIR 算法原理及检验

3.3.2 MCIR 算法体层析重建研究

3.4 采用多准则的重建算法神经网络实现研究

3.5 少投影方向数下扇形束CT 重建算法

3.5.1 算法介绍

3.5.2 计算机数值模拟

3.6 流场中含有遮挡物时的离散迭代重投影重建算法

3.6.1 DIRR 算法原理

3.6.2 DIRR 算法检验

3.7 本章小结

第四章 多光谱发射层析重建火焰温度场

4.1 辐射测温技术概述

4.2 多光谱辐射测温法的发展概况

4.3 多光谱发射层析技术

4.3.1 多光谱测温法的数学模型

4.3.2 多光谱发射层析原理

4.3.3 火焰温度场多光谱发射层析重建实验

4.3.4 误差估计与讨论

4.4 本章小结

第五章 发射光谱层析技术诊断热等离子体

5.1 等离子体的性质及诊断方法

5.1.1 等离子体的定义及分类

5.1.2 等离子体研究及参数测量的意义

5.1.3 电弧等离子体参数的诊断方法

5.1.4 电弧等离子体光谱诊断的发展

5.2 热力学平衡和热力学非平衡

5.2.1 完全热力学平衡(CTE)

5.2.2 局域热力学平衡(LTE)

5.3 电弧等离子体的辐射性质

5.3.1 辐射强度

5.3.2 谱线的发射与吸收过程

5.3.3 连续谱的发射与吸收

5.3.4 热等离子体辐射的传递方程

5.4 热等离子体的光谱诊断

5.4.1 谱线绝对强度法

5.4.2 谱线相对强度法

5.4.3 谱线和连续谱的相对强度法

5.4.4 谱线轮廓法

5.5 发射层析技术重建电弧等离子体场分布

5.5.1 重建原理

5.5.2 实验装置与步骤

5.5.3 装置核心部件的选择

5.5.4 实验数据

5.5.5 等离子体场分布重建

5.5.6 重建结果讨论

5.6 本章小结

第六章 总结

参考文献

致 谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文

发布时间: 2005-07-08

参考文献

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• [2].锥束CT直接三维成像算法研究[D]. 霍修坤.安徽大学2005
• [3].图像压缩感知重建算法研究[D]. 李志林.北京交通大学2012
• [4].基于非笛卡尔采样的磁共振快速重建算法的研究[D]. 郭红宇.东北大学2011
• [5].多源锥形束CT快速精确重建算法研究[D]. 吕杨.上海交通大学2011
• [6].三维结构特征CT重建算法研究[D]. 赵英亮.中北大学2010
• [7].光声成像技术的重建算法与实验研究[D]. 宋智源.天津大学2009
• [8].光子计数能谱CT重建算法与系统优化研究[D]. 吴笃蕃.清华大学2016
• [9].双能CT不完备数据重建算法研究[D]. 刘圆圆.清华大学2011
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相关论文

• [1].三维光学体层析重建技术研究[D]. 孙楠.南京理工大学2013
• [2].光谱发射率在线测量技术研究[D]. 宋扬.哈尔滨工业大学2009
• [3].计算层析成象光谱技术的研究[D]. 刘良云.中国科学院西安光学精密机械研究所2001
• [4].低温等离子体发射光谱学研究[D]. 张家良.大连理工大学2002
• [5].新型迭代图像重建算法的理论研究和实现[D]. 高欣.浙江大学2004
• [6].煤粉火焰三维温度分布重建及其在燃烧诊断技术中应用的研究[D]. 赵敬德.浙江大学2004
• [7].复杂流场光学CT理论与实验研究[D]. 姚红兵.南京理工大学2005
• [8].多光谱辐射测温技术研究[D]. 戴景民.哈尔滨工业大学1995
• [9].光学层析图像的重建技术研究[D]. 孟静.苏州大学2006
• [10].复杂流场光偏折层析的理论与实验研究[D]. 张斌.南京理工大学2007

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