動態(tài)場實(shí)時檢測光學(xué)CT重建算法設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).pdf

1、隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對物理量場的測量要求越來越高，不僅要能實(shí)現(xiàn)動態(tài)場測量，而且還要能實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)實(shí)時數(shù)據(jù)采集和處理，實(shí)現(xiàn)測量結(jié)果的三維直觀顯示。目前，真正能實(shí)現(xiàn)物理量場分布測量的可以說只有層析技術(shù)。 光學(xué)層析技術(shù)是建立在激光掃描測量和計(jì)算機(jī)信息處理這兩個現(xiàn)代高科技技術(shù)基礎(chǔ)上的一項(xiàng)新穎診斷技術(shù)。它采用激光對透明介質(zhì)的某一斷面進(jìn)行多方位掃描測量，通過計(jì)算機(jī)信息處理后，將這一斷面的物理量圖像顯示出來。其突出的優(yōu)點(diǎn)是在不干擾被測場分布的情

2、況下，高精度地測量出某一層面的瞬態(tài)物理量分布，并將其直觀地顯示出來。正因?yàn)槿绱耍鈱W(xué)層析技術(shù)越來越受到廣泛的重視，在許多領(lǐng)域中具有非常廣闊的應(yīng)用前景。 層析技術(shù)的核心內(nèi)容是重建算法。重建算法大致可以分為兩大類，即變換法和級數(shù)展開法。變換法要求對所拍攝的物理量場進(jìn)行180度范圍內(nèi)的全方位掃描，需要長時間采集大量數(shù)據(jù)，使得其應(yīng)用受到嚴(yán)重限制。級數(shù)展開法適用于“非完全數(shù)據(jù)”的圖像重建，在瞬態(tài)場測量中顯示出巨大優(yōu)越性，級數(shù)展開法主要有代

3、數(shù)迭代法和其他多種形式的改進(jìn)算法，如：聯(lián)合代數(shù)重建法、改進(jìn)的聯(lián)合代數(shù)重建法、頻譜分析重建法等。 聯(lián)合代數(shù)重建法通過改進(jìn)誤差修正計(jì)算，克服了代數(shù)重建法的圖像模糊及效率不高的缺點(diǎn)。然而，當(dāng)投影方向數(shù)減少時，聯(lián)合代數(shù)重建法存在明顯的邊緣效應(yīng)，不能精確地重建出原物理量場。改進(jìn)的聯(lián)合代數(shù)重建法將穿過像素的射線長度和像素的灰度值綜合考慮進(jìn)誤差分配方式，有效抑制了聯(lián)合代數(shù)重建法的邊緣效應(yīng)，但它需要反復(fù)迭代，難以勝任實(shí)時測量。而頻譜分析重建法能

4、大大提高數(shù)據(jù)處理速度，它的基本思想是利用二維傅立葉級數(shù)的各正交基函數(shù)的投影向量去逼近圖象函數(shù)的投影向量，并利用最小二乘優(yōu)化準(zhǔn)則，得到函數(shù)投影向量的權(quán)系數(shù)，再經(jīng)過二維傅立葉反變換即可重建出原始的圖像函數(shù)。 目前，基于經(jīng)濟(jì)和實(shí)用考慮，光學(xué)CT技術(shù)正在向少數(shù)投影和有限角方向發(fā)展。本文首先從投影方向和投影系數(shù)兩方面對CT掃描測量進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。在相互垂直的兩個有限角方向上進(jìn)行掃描測量，通過掃描線與平行于兩坐標(biāo)軸的平行線束交點(diǎn)坐標(biāo)，快速精確

5、計(jì)算出掃描線穿過每個像素格子的長度，即可獲得較好的投影測量數(shù)據(jù)，重建出高質(zhì)量的投影圖像。其次，本文設(shè)計(jì)了一種新的動態(tài)場實(shí)時檢測光學(xué)CT圖像重建算法，它以固定近似階數(shù)的頻譜分析重建算法為初級算法、以改進(jìn)的聯(lián)合代數(shù)重建法為二級算法，能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜流場的快速、精確測量，并且選擇對稱分布和非對稱分布的兩類試驗(yàn)函數(shù)進(jìn)行計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬，以考察算法的可靠性。最后，應(yīng)用正交有限角全息干涉系統(tǒng)，對雙燭火焰的三維瞬態(tài)溫度場進(jìn)行了實(shí)際測量，根據(jù)干涉條紋計(jì)算機(jī)自