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发射光谱层析技术(Emission Spectral Tomography,简称EST)是结合发射光谱测量和光学层析技术(Optical Computed Tomography,简称OCT)的一种不干扰待测场分布的新型诊断测量技术,它在热物理量测试、等离子体诊断等领域具有广泛的应用前景,是机械、冶金、航空航天等领域不可缺少的检测技术。EST技术的应用主要存在两个难题:一是多方向、多光谱辐射数据的采集问题;二是EST技术需要少投影方向的非完全数据条件下的重建算法。对于多方向多光谱辐射数据采集问题,本文设计了采用窄带滤光片、宽带比例分光镜、面阵CCD工业摄像机和四路图像采集卡结合的双波长多路图像采集系统。该系统可实现两个方向双波长投影数据的实时采集。若采用更高性能的图像采集卡可实现更多方向和更多波长的投影数据的采集。对于EST系统需要的非完全数据条件下的重建算法,本文对变换类层析算法和迭代算法做了大量研究,分析了各种因素对重建精度的影响,为改进算法以应用于非完全数据重建提供了理论依据。在此基础上本文结合多目标优化原理和模拟退火原理对SIRT算法进行了改进,提出了基于多目标优化和模拟退火原理的计算机层析算法(Multi-criterion Simulated Annealing Reconstruction Technique,简称MCSART),该算法在投影方向数很少(4~8)、无论有无噪声的条件下都能获得较高的重建精度。针对两个投影方向的情况本文研究了基于最大熵原理结合拉格朗日乘子法的两投影方向的最大熵层析算法(Two-view Maximum Entropy Reconstruction Technology,简称TVMERT),该算法对于对称场重建精度非常高,对于单峰非对称场也有较好的重建结果。结合数据采集系统和适合少投影方向的层析算法,本文研制了发射光谱层析火焰温度场三维重建系统,在VC++6.0下开发了系统软件,该系统可以实现火焰三维温度场的在线体层析。另外,本文还对采集图像的预处理、系统的温度标定、系统的几何标定和重建数据的显示做了大量研究。最后应用该系统对蜡烛火焰温度场进行了三维重建实验,实验结果证明了系统的可行性。