[发明专利]一种用于圆对称参数分布的双倍分辨率图像重建方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于圆对称参数分布的双倍分辨率图像重建方法，具体涉及在参数满足圆对称分布特性时，能够有效简化系统结构并提高成像分辨率的单一视角投影图像重建方法。

背景技术

圆对称参数分布特性广泛存在于工业应用领域。例如，平焰燃烧炉可以产生均匀、稳定的层流火焰，常用于研究燃烧、传热等过程。一般的实验条件下，由于冷边界层的存在以及火焰与外界空气的热交换，从火焰中心到火焰外部温度逐渐降低，进而导致平焰燃烧炉火焰区域内温度和燃烧产物气体浓度呈现圆对称分布特性，而非均匀分布。因此，为检验平焰燃烧炉产生火焰的稳定性和均匀性，需要对平焰燃烧炉的火焰温度分布进行在线监测。又如，航空喷气式发动机尾焰是锥状的高温、高速的燃气射流。研究表明，尾焰温度场和气体组分浓度也呈现圆对称分布特性。为评估尾焰红外辐射性能，优化推进剂配比方案，需要对发动机尾焰温度分布进行测量。

采用多视角投影可以对圆对称参数分布进行图像重建，但这样设计的结构较为复杂。利用被测区域的圆对称参数分布特性，可以使用同心圆对其进行划分并建立方程，利用Abel反变换求解方程，最终得到圆对称参数分布图像。区别与传统的单视角投影方法，本发明通过优化探测阵列排布，在投影线数量不变的情况下，实现双倍分辨率重建参数分布图像。

发明内容

针对具有圆对称参数分布特性的被测区域，为进一步简化系统结构，本发明提供一种用于圆对称参数分布的图像重建方法。

本方法包括以下主要步骤。

步骤一，获取单一视角的投影数据：以具有圆对称参数分布特性的被测区域中心O为原点，建立一个平面直角坐标系xOy，x轴与y轴正交于O；两组平行于y轴的投影线分别穿过被测区域，其中一组排列在y轴左侧，另一组排列在y轴右侧，每一组投影线中两条相邻投影线的间距均为Δr；所述排列在y轴左侧的投影线与y轴的最小距离为Δr/2，所述排列在y轴右侧的投影线与y轴的最小距离为Δr；所述两组投影线的总条数为N，将所述两组投影线中的每一条投影线按照与y轴距离的大小，从小到大依次编号为1,2,…,N，所述排列在y轴左侧的投影线编号为从1开始的连续奇数列，所述排列在y轴右侧的投影线编号为从2开始的连续偶数列；在所述投影线的一端布置与所述投影线数量相同的接收器，所述接收器编号与所对应的投影线编号相同；接收器的输出数据即为所对应投影线的投影数据，所述投影数据的编号与所对应投影线的编号相同；

步骤二，依据投影线穿过的区域和所对应的投影数据构建用于求解被测参数的方程组：将被测区域围绕其中心划分为N个同心圆环，并假设每个圆环内被测参数取值相同，若用变量i表示投影线和投影数据的编号，i＝1,2,…,N，则第i个投影数据可表示为被测参数沿第i条投影线路径上的积分，即

其中，A(x_i)为被测参数沿第i条投影线路径上的积分，a(r_j)为第j个圆环内的被测参数值，是积分变元，将i分别等于1,2,…,N时获得的方程依次排列，得到以被测参数为未知数的方程组；

步骤三，求解被测参数并重建图像：所述方程组可以通过Abel反变换求解，即

其中，δ为反变换积分变元，A'(x_j+δ)为A(x_j)在x_j附近的三点Abel反卷积近似，即

根据公式(2)和公式(3)求得被测参数后，可重建被测参数的分布图像，所得图像分辨率为Δr/2，这样，由两组间距均为Δr的投影线获得了分辨率为Δr/2的被测参数的重建图像。

附图说明

图1是基于可调谐激光吸收光谱技术的测量系统结构原理图。

图2是激光器和探测器排列分布示意图。

图3是激光穿过待测截面吸收投影示意图。

图4是由仿真计算和实测重建得到的温度分布特性曲线。

图5是由仿真计算和实测重建得到的水蒸气浓度分布特性曲线。

具体实施方式

在本实施例中，以平焰燃烧炉产生具有圆对称温度和气体组分浓度分布的火焰参数为例，利用基于可调谐激光吸收光谱技术的单一视角平行激光束投影对圆对称温度分布进行图像重建。下面结合附图对本发明作进一步的说明：