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发射光谱层析火焰温度场三维重建研究

发射光谱层析火焰温度场三维重建研究

作者：李辉南昌航空大学

学位级别：硕士

发射光谱层析技术(Emission Spectral Tomography,简称EST)是结合发射光谱测量和光学层析技术(Optical Computed Tomography,简称OCT)的一种不干扰待测场分布的新型诊断测量技术,它在热物理量测试、等离子体诊断等领域具有广泛的应用前... 详细信息

发射光谱层析技术(Emission Spectral Tomography,简称EST)是结合发射光谱测量和光学层析技术(Optical Computed Tomography,简称OCT)的一种不干扰待测场分布的新型诊断测量技术,它在热物理量测试、等离子体诊断等领域具有广泛的应用前景,是机械、冶金、航空航天等领域不可缺少的检测技术。EST技术的应用主要存在两个难题:一是多方向、多光谱辐射数据的采集问题;二是EST技术需要少投影方向的非完全数据条件下的重建算法。对于多方向多光谱辐射数据采集问题,本文设计了采用窄带滤光片、宽带比例分光镜、面阵CCD工业摄像机和四路图像采集卡结合的双波长多路图像采集系统。该系统可实现两个方向双波长投影数据的实时采集。若采用更高性能的图像采集卡可实现更多方向和更多波长的投影数据的采集。对于EST系统需要的非完全数据条件下的重建算法,本文对变换类层析算法和迭代算法做了大量研究,分析了各种因素对重建精度的影响,为改进算法以应用于非完全数据重建提供了理论依据。在此基础上本文结合多目标优化原理和模拟退火原理对SIRT算法进行了改进,提出了基于多目标优化和模拟退火原理的计算机层析算法(Multi-criterion Simulated Annealing Reconstruction Technique,简称MCSART),该算法在投影方向数很少(4～8)、无论有无噪声的条件下都能获得较高的重建精度。针对两个投影方向的情况本文研究了基于最大熵原理结合拉格朗日乘子法的两投影方向的最大熵层析算法(Two-view Maximum Entropy Reconstruction Technology,简称TVMERT),该算法对于对称场重建精度非常高,对于单峰非对称场也有较好的重建结果。结合数据采集系统和适合少投影方向的层析算法,本文研制了发射光谱层析火焰温度场三维重建系统,在VC++6.0下开发了系统软件,该系统可以实现火焰三维温度场的在线体层析。另外,本文还对采集图像的预处理、系统的温度标定、系统的几何标定和重建数据的显示做了大量研究。最后应用该系统对蜡烛火焰温度场进行了三维重建实验,实验结果证明了系统的可行性。

关键词：发射光谱层析图像重建非完全数据三维流场温度

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发射光谱层析系统的一种几何标定方法

光电技术应用 2007年第1期22卷 47-49,61页

作者：李辉万雄南昌航空工业学院自动化学院无损检测教育部重点实验室江西南昌330063

提出了一种基于虚拟标尺和现实标尺相结合的发射光谱层析系统的几何标定方法.该方法不考虑摄像机的参数,只根据被摄物体的实际尺寸和对应图像中像素数目进行标定.实验表明该方法用于发射光谱层析系统简单而有效.

关键词：发射光谱层析三维流场重建摄像机几何标定

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发射光谱层析重建温度场中的温度定标

光电技术应用 2009年第1期24卷 5-8页

作者：张志敏常方飞张辉南昌航空大学自动化学院无损检测重点实验室江西南昌330063

基于黑体辐射理论,重点对发射光谱层析(EST)重建温度场中的非接触式温度定标进行了研究.实验结果表明,非接触式温度定标方法(即黑体炉定标法),能有效地避免由于接触式测温仪对原场的干扰所造成的误差,也能有效地解决在发射光谱层析中高... 详细信息

基于黑体辐射理论,重点对发射光谱层析(EST)重建温度场中的非接触式温度定标进行了研究.实验结果表明,非接触式温度定标方法(即黑体炉定标法),能有效地避免由于接触式测温仪对原场的干扰所造成的误差,也能有效地解决在发射光谱层析中高温区或超高温区的温度定标问题,在接触式定标基础上提高了温度场重建精度、拓展了温度适用范围.

关键词：发射光谱层析温度场黑体炉重建

基于光纤束层析的多DSP温度场重建系统的研究

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基于光纤束层析的多DSP温度场重建系统的研究

作者：陈琦南昌航空大学

学位级别：硕士

结合辐射测量及光学层析（Optical Computed Tomography,简称OpCT）形成的发射光谱层析技术（Emission Spectral Tomography,简称EST）有基于扇形束、锥形束、平行束等射线接收方式，其中以基于平行束的EST反演精度最高。但现有的平行... 详细信息

结合辐射测量及光学层析（Optical Computed Tomography,简称OpCT）形成的发射光谱层析技术（Emission Spectral Tomography,简称EST）有基于扇形束、锥形束、平行束等射线接收方式，其中以基于平行束的EST反演精度最高。但现有的平行束射线接收方式都是近似的平行接收，与理想的平行束接收相比有较大误差，因此采用光纤束作为数据的获取方式来得到理想的平行光束，即光纤束层析（Optical Fiber Bundle Tomography，简称OFBT）。光纤束层析（OFBT）采用多束光纤束组成平面阵列，每组光纤束可传感数万个信息点的信息，并被其后连接的面传感器接收，转化为电信号。光纤传像束单元及其平面阵列可为发射光谱体层析提供大量的原始数据，解决了采用传统CCD镜头接收平行光束产生的图像畸变问题，从而提高了温度场三维重建的精度。本文结合光纤束层析技术自主研制了光纤束平面阵列和多DSP火焰温度场重建系统。采用DSPTMS320F2812控制128路光纤束单元光纤作为数据采集装置，将采集到的辐射信息传送给上位机DSPTMS320C5509进行重建算法的实现，温度场的重建结果由PC机显示系统显示。该项目研究主要就多DSP重建系统硬件设计和软件处理来进行的。硬件设计主要包括光纤束平面阵列，基于TMS320F2812的数据采集系统，TMS320F2812与TMS320C5509的数据交换以及光纤束的温度定标系统。软件处理主要以CCS作为开发工具，编写了数据采集程序、多DSP数据交换程序以及重建算法程序。本文所研究的基于光纤束层析的多DSP火焰温度场重建系统，既满足了系统有强大的数据处理能力，以满足三维温度场的实时重建，又保证了系统具备强大的控制能力，可实现对128路光纤信号进行采集。通过中温黑体炉对光纤束平面阵列和光电传感器进行定标，实验结果表明采用光纤束作为辐射数据的获取方式，可以在不破坏原场的情况下得到较为理想的辐射信息，提高了温度场重建的精度，同时由于整个系统完全由DSP来控制实现，因此较传统的PC机离线重建大大提高了重建速度。

关键词：光纤束层析发射光谱层析多DSP 温度场重建

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基于光纤束采集的火焰温度场重建研究

基于光纤束采集的火焰温度场重建研究

作者：肖文荟南昌航空大学

学位级别：硕士

发射光谱层析技术（Emission Spectral Tomography，简称EST）是结合发射光谱测量及光学层析技术（Optical Computed Tomography，简称OCT）形成的具有装置简便，可靠性好、实用性强等优点的流场诊断技术。该技术在工程热物理量测试研... 详细信息

发射光谱层析技术（Emission Spectral Tomography，简称EST）是结合发射光谱测量及光学层析技术（Optical Computed Tomography，简称OCT）形成的具有装置简便，可靠性好、实用性强等优点的流场诊断技术。该技术在工程热物理量测试研究、等离子体诊断等领域有着广泛的运用。随着技术的发展，EST技术的实时化要求、速度要有较大的提高。而目前的EST技术大部分是通过离线采集图像再进行EST的层析算法计算。这样没有能够做到实时的层析显示，达不到工业生产和科学研究的要求。经过多年的技术发展，FPGA和DSP等高速数字处理芯片的问世和半导体技术的发展，为EST的实时重建提供了可能。本文结合以光学CT为基础的发射光谱层析技术并以自主研制的光纤束阵列为采集装置及DSP嵌入式硬件对火焰温度场进行了三维重建研究。该项目主要就硬件设计及软件处理两方面进行研究。在硬件方面，采用光纤束阵列作为数据采集装置，搭建数据预处理和选择电路。采用DSP2407作为嵌入式处理器，负责重建算法的运算。软件方面主要以CCS2.2、VC6.0和MATLAB7.0作为开发工具。在CCS2.2环境下C语言的迭代重建算法转化为DSP能识别的机器语言烧写进DSP。同时编写VC界面程序，通过VC调用MATLAB引擎来对重建数据的三维显示。本文采用自主研发的光纤束阵列能采集到较为理想的辐射数据，是一种新的数据采集方法尝试，提高了火焰温度场重建的精度。同时嵌入式DSP的使用，大大提高了重建的速度，实现了实时火焰温度场的三维重建。

关键词：发射光谱层析光纤束 DSP 温度场

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基于FPGA的火焰温度场测试研究

基于FPGA的火焰温度场测试研究

作者：冷碧炎南昌航空大学

学位级别：硕士

发射光谱层析技术(Emission Spectral Tomography,简称EST)是结合发射光谱测量和光学层析技术(Optical Computed Tomography,简称OCT)的一种不干扰待测场分布的新型诊断测量技术。本文对于多方向、多光谱辐射数据的采集问题自主设计一... 详细信息

发射光谱层析技术(Emission Spectral Tomography,简称EST)是结合发射光谱测量和光学层析技术(Optical Computed Tomography,简称OCT)的一种不干扰待测场分布的新型诊断测量技术。本文对于多方向、多光谱辐射数据的采集问题自主设计一个数据采集系统,利用光纤作为采集传输工具,选用了AD公司推出的新型10位高速8输入通道模数转换芯片AD7939作为模数转换器件,以FPGA作为核心控制器。通过对EST算法的了解分析,本文选取SIRT算法对采集系统采集过来的数据,通过VERILOG HDL语言的应用以及NIOS II软核的使用,在FPGA中进行实时的重建。结合SIRT算法和平行束光纤采集处理系统,在QUARTUS II软件和SOPC Builder中实现了对系统数据的采集和运算,在FPGA中实现了发射光谱层析火焰温度场实时重建系统。然后,通过串口,实现重建数据的传输,利用VC对该重建场进行三维显示。最后应用该系统对蜡烛火焰温度场进行了重建实验,实验结果证明了系统的可行性。

关键词：发射光谱层析 SIRT 现场可编程门阵列温度场

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一种基于FPGA实现层析重建的加速方法

现代电子技术 2008年第9期31卷 116-118页

作者：朱彦华刘仲寿张志敏常方飞南昌航空大学自动化学院无损检测教育部重点实验室江西南昌330063

提出一种在FPGA上实现发射光谱层析技术SIRT算法时,在原有资源不变的情况下,加速系统运算的方法。该方法把矩阵分块理论的数学原理和FPGA具有并行运算能力的优势有机结合,使运算速度有效提升,不仅使发射光谱层析(EST)技术向实时化迈近... 详细信息

提出一种在FPGA上实现发射光谱层析技术SIRT算法时,在原有资源不变的情况下,加速系统运算的方法。该方法把矩阵分块理论的数学原理和FPGA具有并行运算能力的优势有机结合,使运算速度有效提升,不仅使发射光谱层析(EST)技术向实时化迈近了一步,同时也为今后在FPGA上实现其他数据量庞大的数字信号处理时速度的提升和资源的优化给出启示,即在硬件资源不变的情况下,可以充分利用数学理论并结合硬件资源现有的优势实现设计的目标。

关键词：发射光谱层析 SIRT 现场可编程逻辑门阵列矩阵分块