三維光學(xué)體層析重建技術(shù)研究.pdf

1、對復(fù)雜流場的流動顯示和定量測量是現(xiàn)代航空、航天及能源工程中的基本而關(guān)鍵技術(shù)，例如對高超音速飛行器再入大氣層時(shí)產(chǎn)生的高溫流場、火箭發(fā)動機(jī)產(chǎn)生的高溫燃?xì)馍淞鲌?、風(fēng)洞中的高超音速流場等的診斷。光學(xué)層析技術(shù)由攜帶被測場信息的多方向投影數(shù)據(jù)來重建待測場，具有非接觸、瞬態(tài)和三維全場測量的優(yōu)點(diǎn)，是實(shí)現(xiàn)流場全場定量測量的重要技術(shù)之一。但是，傳統(tǒng)的光學(xué)層析技術(shù)是基于二維Radon變換的“切片”式層析，即將三維流場劃分成一組相互平行的二維切片，分別對各切片

2、進(jìn)行層析重建，再將二維重建結(jié)果“堆”成三維重建場，是一種二維“切片”式的準(zhǔn)三維重建方法。本文針對三維流場的全三維重建問題，將體積層析理論與光學(xué)層析技術(shù)相結(jié)合，跨越二維“切片”過程，直接實(shí)現(xiàn)對流場的三維光學(xué)層析重建。主要工作如下:
　　 1.針對三維干涉體層析重建問題，研究了進(jìn)行精確重建所需的光學(xué)層析投影完全性條件;將體積層析理論引入到干涉體層析技術(shù)中，實(shí)現(xiàn)了干涉體層析重建算法;在此基礎(chǔ)上，通過馬赫-曾德干涉光路，對真實(shí)流場進(jìn)行層

3、析測量，并通過干涉體層析算法實(shí)現(xiàn)了重建。
　　 2.針對體層析重建的特點(diǎn)與莫爾層析投影的剪切干涉特性，提出了雙正交光柵莫爾體層析投影光路;通過標(biāo)量衍射理論，分析了此光路莫爾條紋的成像過程，獲得各級頻譜對應(yīng)的網(wǎng)格狀莫爾條紋圖的解析表達(dá)式，為莫爾體層析技術(shù)研究開拓了一條新的途徑。
　　 3.針對雙正交光柵莫爾體層析的重建問題，根據(jù)所得網(wǎng)格狀莫爾條紋圖的解析表達(dá)式，采用傅立葉變換算法處理?xiàng)l紋圖，實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)方向剪切投影相位的同時(shí)

4、提取;提出了基于雙正交光柵莫爾體層析光路的三維莫爾體層析重建算法;在此基礎(chǔ)上，構(gòu)建了雙正交光柵莫爾體層析光路，以丙烷擴(kuò)散火焰為對象，進(jìn)行了三維溫度場重建。
　　 4.針對莫爾體層析投影數(shù)據(jù)的提取問題，通過對雙正交光柵莫爾體層析光路中各級頻譜對應(yīng)的解析表達(dá)式的研究，發(fā)現(xiàn)不同頻譜莫爾條紋圖之間存在空間相移特性;針對此特性，提出了一種能夠同時(shí)獲得至少四幅空間相移圖像的莫爾體層析空間相移投影光路;通過標(biāo)量衍射理論分析其成像過程，推導(dǎo)出此