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代数迭代重建算法在折射衬度CT中的应用

物理学报 2008年第6期57卷 3410-3418页

作者：张凯朱佩平黄万霞袁清习刘力袁斌王寯越舒航陈博刘宜晋李恩荣刘小松吴自玉郑州大学物理工程学院郑州450052 中国科学院高能物理研究所北京100049

X射线折射衬度CT是一种基于相位衬度的断层成像技术,特别适合对由轻元素组成的生物、医学样品进行成像,可以观察到常规吸收衬度CT无法观察到的软组织内部微细结构,是一种具有巨大发展潜力的新成像方法.迭代重建算法和解析重建算法是计... 详细信息

X射线折射衬度CT是一种基于相位衬度的断层成像技术,特别适合对由轻元素组成的生物、医学样品进行成像,可以观察到常规吸收衬度CT无法观察到的软组织内部微细结构,是一种具有巨大发展潜力的新成像方法.迭代重建算法和解析重建算法是计算机断层成像技术中并行发展的两种算法,虽然已经提出了几种X射线折射衬度CT的解析重建算法,可是还未见X射线折射衬度CT迭代重建算法的报道.研究了代数迭代重建算法在X射线折射衬度CT中的应用,比较分析了不同的投影数据排列方式对于折射衬度CT重建图像的影响,并对实验数据进行了图像重建,获得了满意的CT图像.研究结果表明,在相位衬度CT中,迭代重建算法相对于解析重建算法而言,能减少投影次数,降低曝光剂量,减少对生物样品的辐射损伤,在生物样品成像和投影数据不完整的情况下具有明显的优势.

关键词：衍射增强成像代数迭代算法 CT重建同步辐射

基于代数迭代的Mojette变换层析重建算法

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光学学报 2019年第2期39卷 127-132页

作者：王佳张玉虹张维光西安工业大学光电工程学院陕西西安710021

提出了一种基于代数迭代的Mojette变换层析重建算法。在确定最佳投影角度的基础上,结合传统层析技术中的乘性代数迭代算法进行重建。利用该算法对轴对称火焰进行了层析重建。数值模拟结果表明,与基于角的重建算法相比,该算法在噪声较大... 详细信息

提出了一种基于代数迭代的Mojette变换层析重建算法。在确定最佳投影角度的基础上,结合传统层析技术中的乘性代数迭代算法进行重建。利用该算法对轴对称火焰进行了层析重建。数值模拟结果表明,与基于角的重建算法相比,该算法在噪声较大情况下的层析重建质量更好。

关键词：图像处理层析成像技术代数迭代算法 Mojette变换燃烧场成像

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改进的同步迭代算法在光声血管成像中的应用

物理学报 2007年第7期56卷 3911-3916页

作者：向良忠邢达谷怀民杨迪武杨思华曾吕明华南师范大学激光生命科学研究所暨激光生命科学教育部重点实验室广州510631

光声成像结合了光学成像和声学成像的优点,是一种高分辨率,高对比度的无损伤医学成像技术.一种改进的同步迭代算法应用于光声图像重建.仿真和模拟结果表明,与传统的代数迭代算法相比,在90°,135°,180°的有限场光声成像中,此算法对测... 详细信息

光声成像结合了光学成像和声学成像的优点,是一种高分辨率,高对比度的无损伤医学成像技术.一种改进的同步迭代算法应用于光声图像重建.仿真和模拟结果表明,与传统的代数迭代算法相比,在90°,135°,180°的有限场光声成像中,此算法对测量误差的校正和迭代次数的收敛上具有较大的优势,图像重建的速度和成像质量都有了明显的提高.实验中,一种圆形扫描结构的光声成像装置,用于180°的有限场扫描,利用改进的同步迭代算法,重建出了高对比度和高分辨率(60μm)的鸡胚胎光声血管图像.实验证明,这种算法的应用,大幅度减少了数据采集时间,为光声成像技术运用于实时监测血流灌注和肿瘤光动力治疗的血管损伤效应提供了潜在的应用价值.

关键词：光声成像有限角度代数迭代算法光声血管成像

基于虚拟光线再投影方法的激光吸收光谱燃烧场二维重建研究

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光谱学与光谱分析 2020年第12期40卷 3686-3691页

作者：那奕君李宁黄孝龙翁春生南京理工大学瞬态物理国家重点实验室江苏南京210094

针对在不完全投影数据条件下燃烧场气体组分浓度、温度二维分布重建难题,提出了一种基于虚拟光线再投影方法的燃烧场二维重建算法。利用有限的测量投影数据进行差分运算获取相同角度下不同位置处虚拟光线投影值,增加光线数量以提高重建... 详细信息

针对在不完全投影数据条件下燃烧场气体组分浓度、温度二维分布重建难题,提出了一种基于虚拟光线再投影方法的燃烧场二维重建算法。利用有限的测量投影数据进行差分运算获取相同角度下不同位置处虚拟光线投影值,增加光线数量以提高重建质量。采用改进型代数迭代算法对燃烧场进行重建并获取燃烧场的重建初始值,利用再投影方式获取其他投影角度下虚拟光线的投影数据并进行联合迭代,最终实现对燃烧场气体组分浓度与温度二维分布重建。采用近红外波段7 185.6和7 444.35 cm^-1两条H2O特征吸收谱线结合21条测量光线对49×49网格区域进行计算,通过对相同光线数量条件不同布置方式燃烧场重建结果进行对比分析,选取了合理的光线布置结构。与传统的采用平滑因子的代数迭代重建算法进行对比,虚拟光线再投影方法的重建精度明显提高,同时该方法消除了人为选择平滑因子对重建结果所带来的主观影响,降低了由于投影角度较少所带来的重建误差。计算结果表明,重建误差随着再投影运算次数的增加而不断下降,当在再投影次数达到十次后重建误差逐渐趋于稳定。在5%噪声幅值条件下进行十次再投影后,温度分布重建误差小于5.76%,浓度分布重建误差小于8.83%,测量噪声对于燃烧场重建结果影响较小。通过对600~1 200 K温度范围内的双峰以及三峰燃烧场模型进行计算分析,验证了虚拟光线再投影方法对于不同工况下燃烧场气体组分浓度、温度二维分布的重建能力。研究结果对有限投影条件下的激光吸收光谱技术二维重建技术理论研究具有重要意义,可促进激光吸收光谱技术在现实燃烧装置中的工程化应用。

关键词：激光吸收光谱二维重建代数迭代算法虚拟光线再投影

基于可调谐激光吸收光谱技术的多条吸收谱线重建气体浓度二维分布的研究

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光谱学与光谱分析 2016年第11期36卷 3485-3491页

作者：张立芳王飞张海丹吴奇严建华岑可法浙江大学能源清洁利用国家重点实验室浙江杭州310027

针对二维气体浓度分布,主要选用多条H_2O的吸收谱线,采用代数迭代重建算法,研究了在激光光束较少且假定温度分布已知的情况下,即不考虑燃烧场中温度对谱线强度的影响时,不同谱线条数对二维浓度重建结果的影响,对比了在同一浓度模型下通... 详细信息

针对二维气体浓度分布,主要选用多条H_2O的吸收谱线,采用代数迭代重建算法,研究了在激光光束较少且假定温度分布已知的情况下,即不考虑燃烧场中温度对谱线强度的影响时,不同谱线条数对二维浓度重建结果的影响,对比了在同一浓度模型下通过增加激光光束与增加H_2O吸收谱线条数对气体浓度重建结果的影响;研究了增加谱线条数重建气体浓度分布对不同温度与浓度分布模型的适应情况,其中,文中所选取的多条吸收谱线可以由一个激光器同时扫描得到。浓度测量区域采用10×10的网格划分,测量区域中的温度和浓度分布采用单峰不均匀分布与双峰不均匀分布,重建过程中计算了吸收谱线与激光光束的有效利用率。重建结果表明在激光光束较少时,增加吸收谱线条数可以获得更多与浓度相关的谱线参数信息,且与增加激光光束相比可以明显改善浓度重建结果,更主要的是增加谱线条数可以有效降低实验中硬件设备的成本投入以及测量系统的复杂性。

关键词：代数迭代算法二维浓度重建多条吸收谱线激光吸收光谱

基于激光吸收光谱技术的燃烧场气体温度和浓度二维分布重建研究

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物理学报 2012年第24期61卷 116-124页

作者：宋俊玲洪延姬王广宇潘虎装备学院激光推进及其应用国家重点实验室北京101416

基于可调谐半导体激光吸收光谱技术和代数迭代算法(ART)实现燃烧场温度和浓度二维分布重建.采用时分复用技术,在1kHz扫描频率下分别扫描H2O的两条吸收谱线,7205.25和7416.05cm1,对温度分布在300—1100K范围内的气体温度场进行了重建.研... 详细信息

基于可调谐半导体激光吸收光谱技术和代数迭代算法(ART)实现燃烧场温度和浓度二维分布重建.采用时分复用技术,在1kHz扫描频率下分别扫描H2O的两条吸收谱线,7205.25和7416.05cm1,对温度分布在300—1100K范围内的气体温度场进行了重建.研究了投影角度和投影光线数目对温度场和浓度场重建结果的影响,并将温度场重建结果与热电偶测量结果进行比较,结果表明,采用四个投影方向时,温度场重建结果与热电偶测量结果除中心低温区域外基本符合.当光线数目减少时,通过在两条光线间增加虚拟光线,代入到迭代算法中,增加光线数目,提高了温度场和浓度场的重建效果.但此方法受到燃烧场温度梯度大小的影响,即在两条光线之间气体温度梯度较大,增加虚拟光线提高温度场重建效果不明显.

关键词：可调谐半导体激光吸收光谱温度场二维重建浓度场二维重建代数迭代算法

光线分布对基于TDLAS温度场二维重建的影响

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红外与激光工程 2014年第8期43卷 2460-2465页

作者：宋俊玲洪延姬王广宇潘虎装备学院激光推进及其应用国家重点实验室北京101416 中国空气动力研究与发展中心超高速空气动力研究所高超声速冲压发动机技术重点实验室四川绵阳621000

基于可调谐半导体激光吸收光谱（TDLAS）技术采用代数迭代算法实现燃烧场温度二维重建。在有限入射光线数目下为获得最佳重建结果,研究了扇形光束和平行光束分布下光线数目、网格数目对温度场重建结果的影响规律。提出虚拟光线方法,通... 详细信息

基于可调谐半导体激光吸收光谱（TDLAS）技术采用代数迭代算法实现燃烧场温度二维重建。在有限入射光线数目下为获得最佳重建结果,研究了扇形光束和平行光束分布下光线数目、网格数目对温度场重建结果的影响规律。提出虚拟光线方法,通过在相邻光线间增加虚拟光线,减小网格间距以增加网格数目,满足在光线数目较少情况下,实现了较为细致的二维温度场重建。计算结果表明当光线间距与网格间距比在0.6~1范围内时,重建温度场相对均方误差最小。在相同入射光线数目情况下,虚拟光线法可以有效降低重建温度场相对均方误差,提高重建二维温度场精确度。

关键词：激光吸收光谱温度场二维重建代数迭代算法光线数目虚拟光线法

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开路傅里叶变换红外光谱层析重建算法仿真

光学学报 2019年第7期39卷 33-40页

作者：邓矗岭童晶晶高闽光李相贤李妍韩昕刘文清中国科学院安徽光学精密机械研究所环境光学与技术重点实验室安徽合肥230031 中国科学技术大学安徽合肥230026

采用代数迭代(ART)算法和最大似然期望最大化(MLEM)算法,利用开路傅里叶变换红外(OP-FTIR)光谱仪的测量结果,通过仿真模拟了高斯空间分布模型下的气体二维浓度场重建,并利用重建评价指标--逼近度和相关系数,分析了这两种重建算法的重建... 详细信息

采用代数迭代(ART)算法和最大似然期望最大化(MLEM)算法,利用开路傅里叶变换红外(OP-FTIR)光谱仪的测量结果,通过仿真模拟了高斯空间分布模型下的气体二维浓度场重建,并利用重建评价指标--逼近度和相关系数,分析了这两种重建算法的重建精度和抗噪性能。结果表明:在单峰气体浓度场中,ART与MLEM算法重建结果的逼近度分别为0.177和0.044;在双峰气体浓度场中,ART与MLEM算法重建结果的逼近度分别为0.263和0.069;MLEM算法更适用于重建复杂的气体浓度场。在不同噪声水平下,ART的抗噪性能优于MLEM算法,MLEM算法对噪声更敏感。

关键词：傅里叶光学开路傅里叶变换红外光谱层析成像代数迭代算法最大似然期望最大化算法

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温度场二维重建非规则光线分布优化

光学学报 2013年第4期33卷 267-275页

作者：宋俊玲洪延姬王广宇装备学院激光推进及其应用国家重点实验室北京101416

基于激光吸收光谱技术和代数迭代算法,在非规则光线分布条件下,实现温度场二维重建。通过计算重建区域所有网格穿过光线数目的权重因子,得到优化的非规则光线分布方式,提高了温度场重建精度。数值仿真结果表明,采用优化的非规则光线分... 详细信息

基于激光吸收光谱技术和代数迭代算法,在非规则光线分布条件下,实现温度场二维重建。通过计算重建区域所有网格穿过光线数目的权重因子,得到优化的非规则光线分布方式,提高了温度场重建精度。数值仿真结果表明,采用优化的非规则光线分布温度场重建结果相对原始模型偏差在15%以内,优于未优化光线分布得到的结果;随着发射数目的增加,投影光线数目增多,不同离散网格数目下,重建质量均提高;在相同光线数目条件下,非规则光线分布重建结果优于平行投影重建结果。实验中采用时分复用技术,在1kHz扫描频率下分别扫描H2O的两条吸收谱线7205.25cm-1和7416.05cm-1,通过实验对比优化与非优化光线分布和多发射端重建结果,数值模拟结果与实验结果相一致,验证了光线分布优化方法的正确性。

关键词：光谱学可调谐半导体激光器吸收光谱代数迭代算法温度场二维重建光线分布优化