基于TV范数的压缩感知光偏折层析重建

针对光偏折层析的稀疏投影重建问题,本文将偏折角转化的迭代算法与TV范数的压缩感知相结合重建被测场.该算法使用被测量场的全变差作为稀疏度的先验模型,并结合最速下降法来调整全变差,稍微调整梯度下降法的步长,并用一致性控制步长以使梯度下降.在8个方向投影的条件下,模拟了三峰高斯温度场,用不同步长的算法进行了重建,并在同一条件下对不同的算法进行了比较.实验结果表明,一致性控制步长算法的重建质量更好,可以更有效地抑制噪声.

偏折层析的滤波反投影算法及误差分析

对偏折层析投影转换为相位层析投影的转换关系进行了分析,给出明晰的数学关系,并针对偏折层析的滤波反投影算法重建的结果进行误差分析。分析结果表明投影噪声对重建场的作用体现在与由偏折层析滤波反投影算法的滤波器有关的倾斜函数上。因此提出了改进的偏折层析滤波反投影算法,数值模拟表明,改进算法在有效抑制倾斜现象的同时,对重建结果不会造成明显的失真。在此基础上改进的算法被用于真实火箭燃气射流密度场的三维重建中。

光偏折层析的Tikhonov正则化重建技术

从不适定问题的求解思想出发,建立了使用Tikhonov正则化方法计算流场参量分布的光偏折层析重建技术。理论上详细讨论了偏折信息的转化、投影方程组的正则化、以及由共轭梯度法实现求解等三个主要步骤。用数值模拟考察该方法对非对称温度分布的重建效果,分别计算了对应不同采样数的欠定与超定投影方程组。结果表明,10次迭代后重建分布的平均误差和峰值误差分别为2.1%和5.2%。使用正则化方法对采集的多方向叠栅偏折投影进行计算,重建出双峰温度场。结果表明,使用正则化方法的双峰值相对误差略高,迭代次数减少,可提高重建效率。

预混燃烧火焰的光偏折层析三维动态可视化

使用光偏折层析(CT)方法研究了非稳态预混燃烧流场的参数测量及火焰结构表征。建立了适用于瞬态流场层析的叠栅光偏折投影条纹图有序阵列采样系统,实现了单光栅副、单CCD、多方向、同时和同光路条件的动态采样。构建适用于少数投影光偏折计算层析的混合正则化重建算法。实验测量中,对C4H10/空气预混燃烧流场进行6视角动态采样,使用混合正则化算法对燃烧流场进行截面二维温度分布重建,使用Sobel梯度算子进行火焰内外区域温度分布的阈值分割。对4个不同时刻共计150条莫尔条纹进行信息提取并重建出20个截面的温度分布,使用移动立方体面绘制算法和光线投射体绘制算法对三维体数据进行显示,实现了燃烧流场参量分布及火焰结构的三维动态可视化。

叠栅偏折层析测量火焰温度和密度分布

提出将带滤波的叠栅偏折层析系统用于存在化学反应的多组分复杂气体流场的诊断。以丙烷的燃烧火焰为例,实验提取出叠栅条纹的偏移量并转换为偏折角,然后基于偏折层析的滤波反投影算法重建出场的折射率分布,给出了两种不同情况下给定截面的三维温度和密度分布。对比发现,对存在化学反应的多组分火焰流场不能基于假设研究对象是空气流场,而必须对火焰流场本身发生的化学反应及生成物进行考虑,混合流场的等效G-D常量和分子量必须根据不同场的具体组分情况进行修正。

基于偏折角修正迭代的层析重建算法族研究

研究非完全数据光偏折层析重建技术,提出了基于偏折角修正迭代的重建算法族,并结合抑制噪声、减弱重建模糊性和边缘效应、优化松弛系数等发展出多种重建迭代形式,使重建精度得到有效提高。在有限角投影、随机噪声数据和无平滑处理等重建条件下,应用该族算法对复杂温度分布进行数值重建,对不同算法的重建效能和重建误差进行对比,分析了各算法与相关的改进代数重建技术在重建性能上的明显差异,并得出最优的偏折层析重建算法。

位相物体的三维非对称温度场的重建

采用卷积背投影公式实现了位相物体的三维非对称温度场的重建 。

极少方向投影光偏折CT的偏折角压缩传感修正重建

将压缩传感理论与偏折角修正迭代技术相结合解决光偏折层析极少方向的投影重建,提出了一种新的偏折角压缩传感修正重建算法。该算法以待测场梯度的l1范数为稀疏性先验模型,结合最速下降法进行全变差调整,并引入压缩传感权重因子对迭代过程进行优化。在极少方向投影条件下对双峰温度场进行模拟重建,并在相同条件下与已有算法进行比较。结果表明,在6方向投影数据条件下,新算法在峰值构建和重建平滑度方面均表现出显著的优越性,新算法的峰值误差和标准距离误差分别比现有算法降低了18.32%和46.67%。通过对喷焰温度分布的实验测量证明了该算法的有效性。

应用非线性自适应迭代重建算法层析热流场

为了提高光学计算层析技术(OCT)对热流场的诊断能力,采用非线性自适应迭代重建算法(NAIRT)重建热流场的截面温度分布。应用准直激光束扫描待测热流场,应用双光栅衍射获得莫尔条纹。为了获得层析投影数据,对莫尔条纹进行了包括傅立叶变换、数字滤波、逆傅立叶变换、相位分析和截面提取,最终获得扫描光线偏折角信息,即层析投影。应用NAIRT对偏折角迭代重建热流场的折射率分布,应用G_D变换进一步转换为温度分布,从而获得热流场的截面温度层析信息。结果表明,NAIRT不仅能精确重建实验热流场的截面温度分布,还可以层析热流场的任意截面。所以,NAIRT能够有效诊断热流场。

旋流火焰三维温度场与速度场的同时激光测量

燃烧诊断与流场显示领域的研究热点已延伸至研发同时满足非侵入式、多参量同步测量、定量计算、多维可视化等技术要求的显示、测量新方法。研究复杂燃烧三维温度场和速度场的同时激光测量,表征燃烧化学反应和流场输运的重要特性。提出一种光偏折层析测温方法与粒子图像测速方法相结合的燃烧多参量场激光测量方法。设计温度场和速度场激光测量的实验系统,获取4方向莫尔偏折条纹和4幅火焰粒子图像。同时重建与可视化旋流燃烧温度分布和速度云图、流线、涡量等流场,并分析不同工况下的旋流火焰特性。对直接测量数据与重建结果进行对比,验证了所提方法的有效性。

位相物体的三维非对称温度场的计算机模拟

应用计算机模拟实现了三维非对称温度场的重建，为莫尔偏折术测量三维非对称温度场提供了一种实时自动的和高精度的处理方法。