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基于卷积神经网络的莫尔层析图像频谱提取技术研究

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基于卷积神经网络的莫尔层析图像频谱提取技术研究

作者：周文维南京理工大学

学位级别：硕士

复杂流场的全场显示和关键参数测量是现代航空航天和能源工程等领域中的关键技术。光学层析技术可获取流场参数的三维信息分布,是实现复杂流场三维定量测量的重要解决方案之一。其中,莫尔层析技术具有光路结构简单、抗干扰能力强、测量... 详细信息

复杂流场的全场显示和关键参数测量是现代航空航天和能源工程等领域中的关键技术。光学层析技术可获取流场参数的三维信息分布,是实现复杂流场三维定量测量的重要解决方案之一。其中,莫尔层析技术具有光路结构简单、抗干扰能力强、测量动态范围大等特点,特别适用于在强振动等环境下的风洞流场测量。本文针对莫尔层析投影图像的处理问题展开研究,主要对莫尔条纹傅里叶变换一级频谱的提取方法进行了详细讨论和研究,论文工作包含以下几个方面:首先,针对莫尔条纹频谱图中一级频谱的提取问题,研究了自动的一级频谱提取算法。与现有的手动频谱提取方法以及滤波器滤波方法相比,只需要确定二值化时的阈值,不需要人工选择频谱区域,同时更适合于处理有复杂轮廓的条纹图。其次,在自动频谱提取方法中,二值化时的阈值决定了频谱提取的准确性,需要寻找一个最优阈值以提高频谱提取的准确度。针对此问题,提出了基于卷积神经网络的频谱提取方法。该方法用卷积神经网络代替自动频谱提取的过程,卷积神经网络寻找最优参数的过程就相当于自动频谱提取方法寻找最优阈值的过程。卷积神经网络频谱提取方法可自动检测变形条纹傅里叶变换频谱图中一级频谱轮廓点的坐标,完全避免了人工影响,提升了一级频谱定位的准确性和可重复性。基于上述研究,进行了莫尔层析投影图像处理实验,分别用自动方法和卷积神经网络方法对相位信息进行提取。为了验证卷积神经网络方法提取出的相位的正确性,将卷积神经网络方法得到的相位作为测量值,自动方法得到的相位作为真实值进行均方误差计算,均方误差大小为0.20。卷积神经网络方法基本实现了一级频谱轮廓点的自动识别和相位提取。通过本文研究,为莫尔层析技术在实际工程应用中的投影条纹图像处理提供了一种自动处理条纹相位的技术解决方案。

关键词：莫尔层析傅里叶变换频谱提取卷积神经网络相位提取

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复杂密度场测量中的莫尔层析重建技术

光电子．激光 2007年第2期18卷 224-227页

作者：张斌宋旸宋一中贺安之南京理工大学信息物理与工程系江苏南京210014

将一种新的莫尔层析重建算法应用于复杂流场测量。该算法由莫尔偏折原理和网格重建技术推导得出,直接使用光线偏折角进行修正迭代,适用于有限角采样和包含遮挡物等非完全数据条件下的层析重建。应用该算法,对火箭燃气射流场和高超音速... 详细信息

将一种新的莫尔层析重建算法应用于复杂流场测量。该算法由莫尔偏折原理和网格重建技术推导得出,直接使用光线偏折角进行修正迭代,适用于有限角采样和包含遮挡物等非完全数据条件下的层析重建。应用该算法,对火箭燃气射流场和高超音速流场的莫尔偏折图进行了处理和计算,重建出流场截面的密度分布,并对重建结果进行了分析。

关键词：信息光学流场重建莫尔层析火箭超音速流

基于相位展开和一种新的迭代重建算法的流场莫尔层析术

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中国激光 2006年第4期33卷 531-536页

作者：张斌宋旸宋一中贺安之南京理工大学信息物理与工程系江苏南京210094

使用莫尔层析方法测量温度场。设计了一种旋转莫尔偏折仪,该装置可以获取180°范围内的莫尔条纹图。采用傅里叶变换相位展开技术处理莫尔条纹,提取轴向任意截面的投影信息,使用一种新的莫尔层析迭代算法重建温度分布,该迭代算法与已有... 详细信息

使用莫尔层析方法测量温度场。设计了一种旋转莫尔偏折仪,该装置可以获取180°范围内的莫尔条纹图。采用傅里叶变换相位展开技术处理莫尔条纹,提取轴向任意截面的投影信息,使用一种新的莫尔层析迭代算法重建温度分布,该迭代算法与已有的代数重建算法不同,它由莫尔偏折基本公式和网格重建技术推导得出,直接使用光线偏折角进行迭代,可以直接实现对非完全投影数据的层析重建。实验中使用8个方向的莫尔条纹图对双峰结构温度场进行重建,得到了截面的温度分布,峰值的重建误差低于5%。测量结果证明这是一种准确、适用性广的层析重建方法。

关键词：测量信息光学流场莫尔层析相位展开重建算法

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莫尔层析术的模型误差分析及实验研究

激光技术 1998年第4期22卷 221-224页

作者：姚卫尤海航王振东贺安之南京理工大学应用物理系

分析了经典莫尔层析法的误差模型，通过讨论误差产生的机理，研究了目前使用的重建算法的适用范围。用莫尔偏折仪层析重建的实验结果与真实温度值比对，验证了误差模型的正确性。提出存在问题的本质及解决问题的方案———用相位展开法... 详细信息

分析了经典莫尔层析法的误差模型，通过讨论误差产生的机理，研究了目前使用的重建算法的适用范围。用莫尔偏折仪层析重建的实验结果与真实温度值比对，验证了误差模型的正确性。提出存在问题的本质及解决问题的方案———用相位展开法恢复有折射率场变形的波面，提取波面变形量，作为投影数据，重建相应层面的折射率场。

关键词：莫尔层析重建三维温度场激光物理

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包含遮挡物的三维流场莫尔层析重建

激光技术 2007年第2期31卷 153-155,159页

作者：宋旸张斌贺安之南京理工大学信息物理与工程系南京210094

为了研究复杂流场环境下的包含遮挡物的非完全数据层析重建问题,从莫尔层析的基本理论出发,提出了一种将包含先验知识的属性矩阵融入迭代过程的全新的基于级数展开类的莫尔层析迭代算法。在此基础上,通过数值模拟,重建了包含遮挡物的三... 详细信息

为了研究复杂流场环境下的包含遮挡物的非完全数据层析重建问题,从莫尔层析的基本理论出发,提出了一种将包含先验知识的属性矩阵融入迭代过程的全新的基于级数展开类的莫尔层析迭代算法。在此基础上,通过数值模拟,重建了包含遮挡物的三峰高斯分布的温度场,取得了理想的重建结果,并在相同条件下与层析变换类算法中滤波反投影算法进行了对比。结果表明,将先验知识以属性矩阵的形式融入迭代过程后,新算法与滤波反投影算法相比,能有效地处理包含遮挡物的非完全数据重建问题,为莫尔层析应用于实际测量奠定基础。

关键词：信息光学莫尔层析重建算法非完全数据

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基于莫尔层析技术诊断不完全膨胀的三维流场

激光杂志 2002年第2期23卷 26-28页

作者：胡希同李田泽山东工程学院电气工程学院淄博255012

基于莫尔层析技术 ,诊断了从不同喷嘴喷出的对称与非对称不完全膨胀气流的密度分布。给出了实验结果 ,并对该结果分析后 ,得到几个重要结论 ,最后。

关键词：莫尔层析诊断不完全膨胀三维流场气流密度马赫盘气体

基于相位展开和一种新的迭代重建算法的流场莫尔层析术

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基于相位展开和一种新的迭代重建算法的流场莫尔层析术

2005年中国光学学会全息与光学信息处理专业委员会年会...

作者：张斌宋旸贺安之南京理工大学应用物理系

本文使用莫尔迭代层析方法重建温度场。该层析方法采用傅立叶变换相位展开法提取莫尔条纹信息,使用一种新的莫尔层析迭代公式计算温度分布。该迭代公式与已有的从莫尔条纹偏移推知光线程差进而转化为干涉公式迭代不同,它由莫尔偏折原理... 详细信息

本文使用莫尔迭代层析方法重建温度场。该层析方法采用傅立叶变换相位展开法提取莫尔条纹信息,使用一种新的莫尔层析迭代公式计算温度分布。该迭代公式与已有的从莫尔条纹偏移推知光线程差进而转化为干涉公式迭代不同,它由莫尔偏折原理和ART算法推得,直接使用光线偏折角进行迭代。对温度场的测量实验证明这是一种准确、适用性更广的层析重建方法。

关键词：莫尔层析重建算法流场

来源： cnki会议评论

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cnki会议

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光偏折层析重建流场中的两阶段降噪技术

中国激光 2006年第12期33卷 1665-1670页

作者：张斌贺安之宋旸南京理工大学信息物理与工程系江苏南京210014

光学层析技术中,包含在投影信息中的噪声会严重影响重建精度。针对偏折层析的关键环节,提出分两阶段对噪声进行抑制的方法。其一是在数据提取阶段使用小波分析技术对偏移量进行降噪,其二是重建时使用偏折角平均修正算法抑制噪声对迭代... 详细信息

光学层析技术中,包含在投影信息中的噪声会严重影响重建精度。针对偏折层析的关键环节,提出分两阶段对噪声进行抑制的方法。其一是在数据提取阶段使用小波分析技术对偏移量进行降噪,其二是重建时使用偏折角平均修正算法抑制噪声对迭代计算的影响。模拟实验中使用莫尔层析重建技术对三峰温度场进行了重建,结果显示降噪处理能够明显改善噪声对重建造成的不良影响,对误差曲线的分析表明,该处理使得100次迭代后误差的降幅高达45%。结合8邻域求导算法和降噪处理技术,对小型防风喷焰进行实际测量,证实了莫尔偏折层析技术在流场测量领域的实用价值。

关键词：信息光学流场重建莫尔层析降噪

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信息光学其他

中国光学与应用光学 2007年第5期 51-53页