光学层析技术(Optical Computed Tomogaphy,简称 OCT)是计算机层析(Computed Tomography,简称 CT)技术的一个分支,是一种不干扰待测场分布的测量诊断技术,它在热物理量测试,等离子体诊断等方面显示出了优越性,尤其是在场分布测量方面,几乎是其它方法不可代替的。结合发射光谱测量及光学层析形成的发射光谱层析 (Emission Spectral Tomography,简称 EST) 技术具有装置简便,实用性强等优点,可广泛用于机械、冶金、能源、航空、航天等工业领域。EST 技术的应用一直是国际上的一个难题,主要问题有:一方面是多方向、多光谱精确辐射数据的获取问题, 这不但要测量系统的精度高而且还要机械扫描的速度快及光电探测器的响应速度快;另一方面无论是平行束层析还是扇束层析,EST 都很难获得多视角、多方向的瞬态辐射数据,所以需要少投影或非完全数据下的重建算法。 针对 EST 所遇到非完全数据下重建算法的问题,论文首先对传统的光学层析重建算法,包括变换类算法及基于级数展开类算法进行了大量的研究,分析了各种因素对重建精度的影响,为改善其在非完全数据情况下的性能建立了理论依据。在此基础上,论文深入研究了几种非完全数据下层析重建新算法,包括:变松驰因子的层析重建算法(Changeable Relaxation-parameter Iterative Reconstruction Technique,简称 CRIRT);采用多目标优化原理的新型乘性迭代重建算法(Multi Criterion Iterative Reconstruction,简称 MCIR);结合最大熵准则及 SINC 函数插值的重建算法 MESINCRT(Maximum Entropy SINC-interpolation Reconstruction Technique);针对含有遮挡物的流场的离散迭代重投影(Discrete Iterative Reconstruction-Reprojection,简称 DIRR)重建算法。此外,还研究了采用多目标优化原理的层析重建算法的 Hopfield 神经网络实现,并进行了少投影方向数扇束层析重建的研究工作。 在 EST 实验研究中,结合多光谱辐射单点测温方法及层析重建算法,提出了多光谱发射层析重建三维流场的方法,并针对不同性质的三维流场构建了不同的实验系统。在四峰蜡烛火焰温度场的重建中采用了多光谱发射层析方法,而在氩焊弧等离子场诊断中结合了谱线相对强度法和少投影方向数层析改进算法,并对其三维温度场,电子数密度场,原子数密度场,电离率场进行了重建。 实验的结果与理论相符合,为发射光谱层析技术的应用打下了坚实的基础。