[發明專利]一種用于圓對稱參數分布的雙倍分辨率圖像重建方法

有效

• 申請號: 201510329261.2
• 申請日: 2015-06-15
• 公開（公告）號: CN104881887B
• 公開（公告）日: 2017-10-10
• 發明（設計）人: 徐立軍;曹章;曲前偉;劉暢
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G06T11/00
• 分類號: G06T11/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種用于圓對稱參數分布的雙倍分辨率圖像重建方法，具體涉及在參數滿足圓對稱分布特性時，能夠有效簡化系統結構并提高成像分辨率的單一視角投影圖像重建方法。

背景技術

圓對稱參數分布特性廣泛存在于工業應用領域。例如，平焰燃燒爐可以產生均勻、穩定的層流火焰，常用于研究燃燒、傳熱等過程。一般的實驗條件下，由于冷邊界層的存在以及火焰與外界空氣的熱交換，從火焰中心到火焰外部溫度逐漸降低，進而導致平焰燃燒爐火焰區域內溫度和燃燒產物氣體濃度呈現圓對稱分布特性，而非均勻分布。因此，為檢驗平焰燃燒爐產生火焰的穩定性和均勻性，需要對平焰燃燒爐的火焰溫度分布進行在線監測。又如，航空噴氣式發動機尾焰是錐狀的高溫、高速的燃氣射流。研究表明，尾焰溫度場和氣體組分濃度也呈現圓對稱分布特性。為評估尾焰紅外輻射性能，優化推進劑配比方案，需要對發動機尾焰溫度分布進行測量。

采用多視角投影可以對圓對稱參數分布進行圖像重建，但這樣設計的結構較為復雜。利用被測區域的圓對稱參數分布特性，可以使用同心圓對其進行劃分并建立方程，利用Abel反變換求解方程，最終得到圓對稱參數分布圖像。區別與傳統的單視角投影方法，本發明通過優化探測陣列排布，在投影線數量不變的情況下，實現雙倍分辨率重建參數分布圖像。

發明內容

針對具有圓對稱參數分布特性的被測區域，為進一步簡化系統結構，本發明提供一種用于圓對稱參數分布的圖像重建方法。

本方法包括以下主要步驟。

步驟一，獲取單一視角的投影數據：以具有圓對稱參數分布特性的被測區域中心O為原點，建立一個平面直角坐標系xOy，x軸與y軸正交于O；兩組平行于y軸的投影線分別穿過被測區域，其中一組排列在y軸左側，另一組排列在y軸右側，每一組投影線中兩條相鄰投影線的間距均為Δr；所述排列在y軸左側的投影線與y軸的最小距離為Δr/2，所述排列在y軸右側的投影線與y軸的最小距離為Δr；所述兩組投影線的總條數為N，將所述兩組投影線中的每一條投影線按照與y軸距離的大小，從小到大依次編號為1,2,…,N，所述排列在y軸左側的投影線編號為從1開始的連續奇數列，所述排列在y軸右側的投影線編號為從2開始的連續偶數列；在所述投影線的一端布置與所述投影線數量相同的接收器，所述接收器編號與所對應的投影線編號相同；接收器的輸出數據即為所對應投影線的投影數據，所述投影數據的編號與所對應投影線的編號相同；

步驟二，依據投影線穿過的區域和所對應的投影數據構建用于求解被測參數的方程組：將被測區域圍繞其中心劃分為N個同心圓環，并假設每個圓環內被測參數取值相同，若用變量i表示投影線和投影數據的編號，i＝1,2,…,N，則第i個投影數據可表示為被測參數沿第i條投影線路徑上的積分，即

其中，A(x_i)為被測參數沿第i條投影線路徑上的積分，a(r_j)為第j個圓環內的被測參數值，是積分變元，將i分別等于1,2,…,N時獲得的方程依次排列，得到以被測參數為未知數的方程組；

步驟三，求解被測參數并重建圖像：所述方程組可以通過Abel反變換求解，即

其中，δ為反變換積分變元，A'(x_j+δ)為A(x_j)在x_j附近的三點Abel反卷積近似，即

根據公式(2)和公式(3)求得被測參數后，可重建被測參數的分布圖像，所得圖像分辨率為Δr/2，這樣，由兩組間距均為Δr的投影線獲得了分辨率為Δr/2的被測參數的重建圖像。

附圖說明

圖1是基于可調諧激光吸收光譜技術的測量系統結構原理圖。

圖2是激光器和探測器排列分布示意圖。

圖3是激光穿過待測截面吸收投影示意圖。

圖4是由仿真計算和實測重建得到的溫度分布特性曲線。

圖5是由仿真計算和實測重建得到的水蒸氣濃度分布特性曲線。

具體實施方式

在本實施例中，以平焰燃燒爐產生具有圓對稱溫度和氣體組分濃度分布的火焰參數為例，利用基于可調諧激光吸收光譜技術的單一視角平行激光束投影對圓對稱溫度分布進行圖像重建。下面結合附圖對本發明作進一步的說明：