[發明專利]用于基于可調諧二極管激光吸收光譜的氣體濃度重建的貝葉斯方法

有效

• 申請號: 201280052706.1
• 申請日: 2012-08-22
• 公開（公告）號: CN104081437A
• 公開（公告）日: 2014-10-01
• 發明（設計）人: 袁超
• 申請（專利權）人: 西門子公司
• 主分類號: G06T11/00
• 分類號: G06T11/00
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 康建峰;陳煒

相關申請的交叉引用

本申請要求于2011年9月20日提交的美國臨時申請No.61/536,704的優先權，其全部內容通過引用合并至本文中。

背景技術

本發明一般涉及二維(2D)氣體濃度地圖(map)構建。更具體地，本發明涉及將源自多個單獨的投射路徑平均測量值的數據傳播至2D地圖中的所有像素并且對所有像素之間的全局相關性進行建模的高斯過程(GP，Gaussian?Process)。

可調諧二極管激光吸收光譜(TDLAS，Tunable?Diode?Laser?Absorption?Spectroscopy)是一種用于同時測量諸如鍋爐的燃燒系統的氣體(例如，O2、CO)濃度和溫度的技術。TDLAS系統遍及通過燃燒區域的預定投射路徑對參數的平均值進行測量。TDLAS中的一個活躍的研究領域是基于多個投射路徑平均來重建2D氣體濃度地圖。氣體濃度地圖在諸如燃燒監視、診斷和優化的許多應用中是有用的。

構建氣體濃度地圖是根據一維(1D)投射進行2D重建的問題，其類似于在醫學成像中使用的計算機斷層掃描(CT，Computed?Tomography)的概念。然而，最廣泛使用的CT算法諸如濾波回投射(filtered?back?projection)需要許多投射(多個視點以及每視點密集投射)，以實現高的分辨率。相比之下，在鍋爐上通常僅設立非常少量的投射路徑。例如，并不少見的是，僅使用5至10個投射路徑。另外，由于物理限制或安裝困難，投射路徑可能并不通過最佳位置或在最佳方向(視點)。這些挑戰導致單個投射路徑觀察不到(不遍歷)地圖中的大百分比的像素。

由于CT圖像重建使用代數重建技術(ART，Algebraic?Reconstruction?Technique)，所以ART由于其能夠處理少量投射的問題而似乎是自然符合。然而，對于這種約束極端不足的問題(2D地圖中的氣體濃度，未知變量的數目遠大于可用等式的數量)，ART可能無法實現。

引入相鄰像素之間的平滑度約束作為先驗信息來幫助解決該約束不足問題。可以使用平滑基函數（smooth?basis?function）或雙三次樣條插值（bicubic?spline?interpolation）作為后處理步驟來并入平滑度。然而，平滑度約束是局部的并且不能捕獲像素之間長程相關性。由于以上挑戰，該要求難以滿足。

期望的是根據1D投射路徑平均來構建氣體濃度地圖的方法及系統。

發明內容

發明人發現期望具有根據源自一個或更多個基于激光的吸收投射路徑的數據來構建二維（2D）氣體濃度地圖（圖像）的系統及方法。實施例使用貝葉斯方法來通過將2D地圖建模為高斯過程（GP）來構建燃燒區域橫截面平面的2D氣體濃度地圖。GP對2D地圖中的所有像素之間的全局相關性進行建模。源自一個或更多個投射路徑的數據被傳播至地圖中的所有像素而不僅是局部像素。地圖像素之間的相關性用于將來自投射路徑所遍歷（或穿過，traverse）的地圖像素的投射路徑數據傳播至其他地圖像素。

本發明的一個方面提供了一種根據一維投射路徑數據來構建二維地圖（圖像）的方法。根據本發明的這個方面的方法包括：定義具有M×N個像素的表示橫截面平面的地圖；在地圖上標識對一個或更多個投射路徑進行限定的邊界坐標位置（其中，i＝１，2，...，I表示投射路徑的數量）；標識I個投射路徑所遍歷的地圖像素；針對每個投射路徑i所遍歷的每個地圖像素計算像素投射路徑長度；將像素投射長度傳播至其他地圖像素；以及使像素投射長度相關。