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消光层析成像技术及在气体—颗粒流场检测中的研究

李扬  
【摘要】: 消光层析成像(Extinction Tomography)技术是近年来提出和发展起来的一种新型的计算机层析成像(Computed Tomography,CT)技术,它将光学测量技术与由投影重建图像的理论相融合,通过检测物质对光的调制效应来重建被测参量场的某些特性分布及参数。本文探索消光层析成像的原理、相关技术及其在气体-颗粒流检测中的应用。在国内外相关研究进展的基础上,对环形扇束光学传感结构及特性、光线扫描原理、图像重建、图像解释和系统综合分析等方面进行了深入的研究,为进一步开发利用该项新型光测技术进行了有益的探索。 作者完成的主要研究工作和成果如下: 1.根据消光法原理(Lambert-bear定律)描述了光在颗粒场中的调制效应,并根据光线扫描原理得出Radon正变换式,从而导出了消光层析成像的逆问题。 2.提出了环形扇束传感器结构的设计思想,并研制了15×5扇束结构的阵列式激光传感器,以及对其测量灵敏度分布和空间分辨率等性能指标进行了分析计算。 3.深入研究了图像重建算法,改进了医学CT的滤波反投影算法、代数重建技术和扇束投影数据重排方法,提出了带图像光滑约束的NOSER算法、线性神经网络方法和Hopfield神经网络方法,并得到了较好的图像重建结果。 4.利用现代信息处理技术进行图像解释,研究了基于图像解释的两相管道流流动状况(流型)的自动机识别技术,以及建立了基于图像解释的流动颗粒平均浓度和质量流量的计算模型。 5.对消光层析成像系统进行了频域综合分析,研究了不完全投影数据和图像重建算法对图像质量所造成的影响。 6.建立了气体-颗粒流垂直管段模拟实验装置,并对石英砂颗粒流的流型动态观测、浓度和流量测量进行了实验研究,实验结果表明该新型光测技术具有应用可行性。


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