[发明专利]一种火焰光谱的三维重建装置和方法

权利要求书

1.一种火焰光谱的三维重建装置的重建方法，其实现装置由多台棱镜掩膜式拍摄系统和多面反射镜组成；所述棱镜掩膜式拍摄系统以待重建的燃烧区域为中心环形搭建；所述每一台棱镜掩膜式拍摄系统配有两面反射镜，并且两面反射镜沿拍摄系统的轴线左右倾斜设置，使得火焰数据经反射镜反射后进入棱镜掩膜式拍摄系统，从而实现多角度上火焰高光谱数据的实时获取；其特征在于，该方法包括如下步骤：

(1)在待重建的燃烧区域放置一圆柱形标定柱，拍摄标定柱照片并提取照片中各方向上标定柱的角点坐标作为该方向上待重建区域的角点坐标；

(2)移走标定柱并使待重建的燃烧区域燃烧，利用多台棱镜掩膜式拍摄系统和多面反射镜从不同角度同步拍摄火焰的高光谱数据，并对数据进行预处理操作；

(3)利用联合迭代重建算法重建出火焰各个光谱通道上的三维结构，所述联合迭代重建算法使用的是逐点校正，即将所有与像素j相交的射线所产生的投影值与前一次迭代的校正投影值之间的误差之和作为这一次迭代的校正项对图像进行修正，计算的迭代公式如下：

式中：表示第t层、第s个波段中待重建的第j个像素第k次迭代计算后的结果，表示第t层、第s个波段中待重建的第n个像素第k-1次迭代计算后的结果，x_j,t,s表示第t层、第s个波段、第j个投影值迭代求解出的结果，x_n,t-1,s表示第t-1层、第s个波段、第n个投影值迭代求解出的结果，P_i,t,s＝B(i,t,s)，表示第t层、第s个波段、第i个投影值，是当前迭代计算的松弛因子，w_ij代表的是第j个像素对第i个投影值的贡献，即像素内射线的长度，w_in代表的是第n个像素对第i个投影值的贡献；M表示投影的数量，N为每一层待重建的像素数。

2.根据权利要求1所述的重建方法，其特征在于，所述步骤(2)中，预处理操作具体为：

(1)利用步骤(1)提取的待重建区域的角点坐标，将拍摄的火焰数据经透视变换处理至一个固定大小的矩阵内，从而实现对齐；

(2)将对齐后的数据进行去噪；

(3)将去噪后的同一层、不同拍摄角度获取的数据整合成一个向量，并将不同层、不同波段的向量组合成一个三维矩阵B，其中矩阵的三个维度分别表示的是投影射线、层、波段。

3.根据权利要求1所述的重建方法，其特征在于，所述联合迭代重建算法中，在初始值赋值时，对于每个波段，除第一层的数据迭代求解时的初始值为零向量外，其余层迭代求解时的初始值均为上一层求解的结果。

4.根据权利要求3所述的重建方法，其特征在于，所述联合迭代重建算法中，松弛因子选择最速下降法：

式中：是第t层、第s个波段的数据迭代k次后的结果，W是系数矩阵及W^T是其转置，||||₁表示求1-范数。

5.根据权利要求4所述的重建方法，其特征在于，所述联合迭代重建算法中，迭代过程中设置一个判断收敛的公式作为结束条件：

式中：ε是设定的阈值。

6.根据权利要求5所述的重建方法，其特征在于，所述联合迭代重建算法中，根据各角度的投影信息对系数矩阵W做二值化得到滤波算子，并对迭代求解的结果进行滤波：

式中：表示的是第t层、第s个波段滤波后的结果，X_t,s是第t层、第s个波段迭代求解的结果，Mask_t是第t层的滤波算子。