基于波动光学理论的火焰光场成像及温度场重建

发布时间：2021-05-26 19:49

　　高温火焰的温度测量技术一直是燃烧领域的重要研究方向,这对于燃烧状态诊断、燃料燃烧过程优化及节能减排等均具有重大意义,光场成像测温技术作为一种新型火焰三维测温技术得到了广泛发展。但现有光场成像模型大都是辐射传递方程和几何光学的简单结合,还缺乏完备系统的火焰光场成像理论模型。因此,本文依据波动光学基础理论开展火焰光场成像和温度场重建研究,主要研究内容如下:基于光场成像基本原理,结合波动光学理论分别推导获得传统光场相机和聚焦型光场相机的点扩散函数（PSF）,将PSF作为光学传递参数,提出一种火焰光场卷积成像模型,从波动光学角度实现了火焰的光场成像过程模拟,得到了符合光学成像规律的火焰光场图像。该方法考虑到了诸多物理参数及其相互关系,包括辐射度学和光度学中的单位及其转换关系,充分考虑了波长、光学传递参数、相机重要结构参数及曝光时间等参数对火焰光场成像结果的影响。由火焰光场成像模拟结果表明,该模型能很好地解决各向异性火焰的光场成像问题。基于火焰光场卷积成像模型,提出适用于该模型的强度标定理论,进一步发展了对应的温度场重建策略。针对温度场重建反问题的需要,寻找计算效率和精度较高、鲁棒性强的数值求解... 

【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校

【文章页数】：99 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题背景及研究意义
        1.1.1 课题来源
        1.1.2 课题研究的目的和意义
    1.2 国内外研究现状及分析
        1.2.1 高温火焰测温技术研究现状
        1.2.2 光场成像技术研究现状
        1.2.3 国内外文献综述简析
    1.3 本文主要研究内容
第2章 光场相机基本原理及其光学传递参数
    2.1 引言
    2.2 光场相机基本原理
        2.2.1 传统光场相机基本原理
        2.2.2 聚焦型光场相机基本原理
    2.3 光场相机的参数匹配及重聚焦算法
        2.3.1 传统光场相机参数匹配
        2.3.2 聚焦型光场相机参数匹配
        2.3.3 重聚焦算法
    2.4 光场相机成像系统的点扩散函数
        2.4.1 菲涅尔衍射及透镜相位变换原理
        2.4.2 传统光场相机成像系统点扩散函数
        2.4.3 聚焦型光场相机成像系统点扩散函数
    2.5 本章小结
第3章 火焰的光场卷积成像模型
    3.1 引言
    3.2 光场成像系统几何光路的确定
        3.2.1 传统光场相机光路系统
        3.2.2 聚焦型光场相机光路系统
        3.2.3 火焰的光场采集光路系统
    3.3 火焰光场卷积成像模型的建立
        3.3.1 线性不变光学系统的成像规律
        3.3.2 辐射度学与光度学中物理量之间的对应关系
        3.3.3 火焰的光场卷积成像模型
    3.4 光场相机模拟程序成像测试及验证
        3.4.1 相机参数匹配设置的验证
        3.4.2 光场相机重聚焦功能模拟验证
        3.4.3 光场相机成像质量验证
    3.5 火焰的光场成像模拟
        3.5.1 不同类型火焰的光场成像模拟
        3.5.2 光场卷积成像模型和辐射传递成像模型的对比
    3.6 本章小结
第4章 基于光场图像的火焰三维温度场重建
    4.1 引言
    4.2 标定模型及其误差
        4.2.1 强度标定模型及其误差
        4.2.2 几何标定模型及其误差
    4.3 火焰温度场重建流程及算法
        4.3.1 火焰温度场重建流程
        4.3.2 重建算法
    4.4 火焰温度场重建结果及分析
        4.4.1 两种光场相机温度重建模型的可行性
        4.4.2 轴对称类型火焰温度场重建
        4.4.3 非轴对称类型火焰温度场重建
    4.5 系统特征参数对重建结果的影响
        4.5.1 计算射线数目的影响
        4.5.2 火焰温度分布形式的影响
    4.6 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]基于矩阵变换的光场成像及重聚焦模型仿真[J]. 解培月,杨建峰,薛彬,陈国庆.  光子学报. 2017(05)
[2]Lytro相机的光场图像重聚焦方法[J]. 牛娜娜,韩燮,丁江华.  计算机工程与设计. 2016(07)
[3]TDLAS与CARS共线测量发动机温度[J]. 陶波,王晟,胡志云,叶景峰,李国华,范玮.  工程热物理学报. 2015(10)
[4]光场成像技术的革新与前景分析[J]. 许经捷.  科技传播. 2015(13)
[5]基于光场成像的三维测量方法的研究[J]. 王宇,张旭,李晨,屠大维.  仪器仪表学报. 2015(06)
[6]光场成像技术进展[J]. 聂云峰,相里斌,周志良.  中国科学院研究生院学报. 2011(05)
[7]火焰烟黑三维温度场和浓度场同时重建实验研究[J]. 刘冬,严建华,王飞,黄群星,池涌,岑可法.  物理学报. 2011(06)
[8]基于光场摄像技术的对焦测距方法的研究[J]. 肖相国,王忠厚,孙传东,白加光.  光子学报. 2008(12)
[9]Landweber迭代正则化的加速[J]. 宗志雄,高飞.  武汉理工大学学报. 2008(10)
[10]火焰特征发射谱线研究[J]. 程智海,蔡小舒,毛万朋.  工程热物理学报. 2004(03)

博士论文
[1]基于光场成像的火焰三维温度场测量方法研究[D]. 孙俊.东南大学 2018
[2]基于光场成像理论的弥散介质光热特性重构[D]. 牛春洋.哈尔滨工业大学 2016
[3]飞秒CARS在分子超快动力学与气体燃烧测温中的应用研究[D]. 赵阳.哈尔滨工业大学 2015
[4]基于相机阵列的光场成像与深度估计方法研究[D]. 肖照林.西北工业大学 2014



本文编号：3206961