EAST等离子体图像数据处理技术研究
发布时间：2021-12-11 18:34
高功率、高参数、长脉冲稳态运行是托卡马克装置等离子体放电实验的主要目标。在这些实验条件下,需要实时观察放电情况,以及实时测量频繁受到高能粒子轰击的偏滤器靶板的温度,以确保装置的安全运行。结合现有的实验条件和技术手段实时提供放电过程中等离子体的边界信息以及提供偏滤器靶板区域精确的温度信息对实现托卡马克装置放电实验的目标具有重要的意义。在EAST装置中,可见/红外内窥镜诊断系统主要是用来观测等离子体的运动状态以及测量装置内部面向等离子体的材料表面的温度。目前,这一系统已经具备了初步的图像数据采集以及温度计算的能力,但是还不具备等离子体图像边界跟踪、温度数据抖动矫正以及数据高速共享的功能。针对这些问题,本文从图像数据处理的角度做了以下三个方面的研究:第一,提出了一种适用于等离子体可见图像的边界识别算法。该算法基于小波变换的原理,通过检测并融合不同尺度下的边缘信息输出最终的图像边界。实际检测结果表明,该算法较传统的Canny检测算子在等离子图像的边界识别上更具优势,不仅具有很好的噪声抑制能力而且还能保留更多的边缘细节。第二,提出了一种适用于等离子体红外图像的抖动矫正算法。该算法利用等离子体可见...
【文章来源】：合肥工业大学安徽省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
D-T反应原理图
合肥工业大学学术硕士研究生学位论文4方法重建的功率沉积剖面进行了验证。论证了，在当时的条件下使用热电偶测量的优点是可以使用有限的放电次数，对广泛的加热和加料条件进行研究。在测量材料表面温度方面，由于热电偶自身的物理特性使得其存在测温响应时间长，无法密集分布测量材料温度。所以，在这种环境下，必须寻找一种温度响应快，能够对目标区域进行面阵测量的方法。为此，JET装置的实验人员依靠多年来积累的技术优势和经验，结合自身装置的结构特征设计了一套内窥镜系统[4,13,14]，如图1.2所示。图1.2JET装置内窥镜诊断系统Fig1.2EndoscopediagnosticsystemofJETdevice该内窥镜系统光路部分主要分为前端光路、中继光路、后端光路三部分，通过一个分光镜结构将入射光线分为可见部分和红外部分，实现了可见/红外集成式数据采集和实时监测的能力；此外通过多组非球面镜和平面镜的组合实现了对真空室内部区域的大视场观测，其光学设计的观测视场为70°[4]。利用该套内窥镜光路，光路后端的红外相机能够观测到JET装置真空室内部的偏滤器、装置内壁、加热天线及其保护限制器等结构；大视场成像能够更好的保障托卡马克装置的安全运行和进行各种物理研究。除上文所述的JET装置已经使用了红外相机及内窥镜系统来代替传统的热电偶测温以外，国际上其它托卡马克装置也开始广泛使用红外相机结合内窥镜光路系统以及图像处理技术来监测托卡马克装置真空室内部发生的物理现象[11]。虽然，直接使用红外相机而不依靠内窥镜光路系统也能观测装置放电过程中的物理现象，但是仅靠一台红外相机配备的镜头很难实现大视场观测，此外，不利用内窥镜光路的分光能力，将无法在一个有限的窗口中同时获得相同视场范围的可见/红外图像。如图1.3（a）所示?
第一章绪论5基本一致，相机观测视角如图中两条黑色线所夹区域，在当时的条件下，其红外相机的时间分辨率为1.6-6.3KHz，空间分辨率为6.4mm，通过利用该高速红外相机，NSTX装置的实验人员成功分析了由边缘局域模式这种瞬态事件引起的热流变化的详细结构；图1.3（c）中显示的是安装在MAST装置上的红外相机，图中灰色阴影区域为红外相机视场覆盖范围，该相机主要被用来观测装置下部的外侧偏滤器区域中相邻的两个偏滤器瓦块的热负荷[20,21]。其偏滤器的成像区域半径为0.4m,空间分辨率为1.6mm。显然，这些装置上投入使用的红外测温系统，都能为实验人员提供所需的温度数据。但是，在系统跟随等离子体放电实验的过程中，采集到的红外视频数据不可避免的会受到装置以及系统周围其它机器振动的影响，导致最终的红外视频数据存在人眼能够感知的抖动现象，这直接影响了温度数据的计算精度。虽然，这些装置也采用了一些视频稳像的图像处理方法，但是最终也无法得到绝对稳定的红外视频数据。图1.3(a)DIII-D装置红外诊断系统,(b)NSTX装置红外诊断系统,(c)MAST装置红外诊断系统Fig1.3(a)TheinfrareddiagnosticsystemofDIII-Ddevice.(b)TheinfrareddiagnosticsystemofNSTXdevice.(c)TheinfrareddiagnosticsystemofMASTdevice.国内托卡马克装置上面使用的红外相机诊断系统也经历了漫长的发展，从早期移植HT-7装置上使用的红外相机诊断系统开始[22]，到2012年升级改造后投入使用的可见/红外集成式内窥镜诊断系统[2,4,23,24]，最后到2019年度的放电实验中，G窗口使用的空间分辨率可局部放大的可见/红外集成式内窥镜诊断系统。早期光路处于结构简单、容易安装、占用窗口空间大、观察视场孝非集成式的状态，如图1.4所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]核聚变原理及其方式探究[J]. 余奥飞. 中国高新科技. 2019(01)
[2]基于最小二乘法的EAST托卡马克光学等离子体边缘重建（英文）[J]. Hao LUO,Zheng-ping LUO,Chao XU,Wei JIANG. Frontiers of Information Technology & Electronic Engineering. 2018(09)
[3]EAST等离子体图像采集与位置识别技术[J]. 舒双宝,罗家融,薛二兵,王斌. 原子能科学技术. 2013(08)
[4]Real Time Equilibrium Reconstruction Algorithm in EAST Tokamak[J]. 王华忠,罗家融,黄勤超. Plasma Science & Technology. 2004(04)
博士论文
[1]EAST上光学等离子体边界重建研究与实现[D]. 张恒.中国科学技术大学 2019
[2]EAST辅助加热下偏滤器靶板热流分布研究[D]. 史博.中国科学技术大学 2018
[3]EAST红外可见集成诊断系统建立及其实验研究[D]. 仰振东.东华大学 2016
[4]EAST超导托卡马克等离子体放电上升段特性的研究[D]. 薛二兵.东华大学 2012
硕士论文
[1]基于红外相机的EAST偏滤器靶板温度测量及热负荷分析研究[D]. 李鑫.合肥工业大学 2019
[2]EAST装置大视场相机图像采集与处理技术研究[D]. 余传木.合肥工业大学 2018
[3]基于DSP的固定场景视频消抖快速算法研究与实现[D]. 刘刚.中国科学技术大学 2017
[4]基于可见/红外相机诊断系统的托卡马克等离子体相关特性研究[D]. 许崇杨.合肥工业大学 2017
本文编号：3535182
【文章来源】：合肥工业大学安徽省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
D-T反应原理图
合肥工业大学学术硕士研究生学位论文4方法重建的功率沉积剖面进行了验证。论证了，在当时的条件下使用热电偶测量的优点是可以使用有限的放电次数，对广泛的加热和加料条件进行研究。在测量材料表面温度方面，由于热电偶自身的物理特性使得其存在测温响应时间长，无法密集分布测量材料温度。所以，在这种环境下，必须寻找一种温度响应快，能够对目标区域进行面阵测量的方法。为此，JET装置的实验人员依靠多年来积累的技术优势和经验，结合自身装置的结构特征设计了一套内窥镜系统[4,13,14]，如图1.2所示。图1.2JET装置内窥镜诊断系统Fig1.2EndoscopediagnosticsystemofJETdevice该内窥镜系统光路部分主要分为前端光路、中继光路、后端光路三部分，通过一个分光镜结构将入射光线分为可见部分和红外部分，实现了可见/红外集成式数据采集和实时监测的能力；此外通过多组非球面镜和平面镜的组合实现了对真空室内部区域的大视场观测，其光学设计的观测视场为70°[4]。利用该套内窥镜光路，光路后端的红外相机能够观测到JET装置真空室内部的偏滤器、装置内壁、加热天线及其保护限制器等结构；大视场成像能够更好的保障托卡马克装置的安全运行和进行各种物理研究。除上文所述的JET装置已经使用了红外相机及内窥镜系统来代替传统的热电偶测温以外，国际上其它托卡马克装置也开始广泛使用红外相机结合内窥镜光路系统以及图像处理技术来监测托卡马克装置真空室内部发生的物理现象[11]。虽然，直接使用红外相机而不依靠内窥镜光路系统也能观测装置放电过程中的物理现象，但是仅靠一台红外相机配备的镜头很难实现大视场观测，此外，不利用内窥镜光路的分光能力，将无法在一个有限的窗口中同时获得相同视场范围的可见/红外图像。如图1.3（a）所示?
第一章绪论5基本一致，相机观测视角如图中两条黑色线所夹区域，在当时的条件下，其红外相机的时间分辨率为1.6-6.3KHz，空间分辨率为6.4mm，通过利用该高速红外相机，NSTX装置的实验人员成功分析了由边缘局域模式这种瞬态事件引起的热流变化的详细结构；图1.3（c）中显示的是安装在MAST装置上的红外相机，图中灰色阴影区域为红外相机视场覆盖范围，该相机主要被用来观测装置下部的外侧偏滤器区域中相邻的两个偏滤器瓦块的热负荷[20,21]。其偏滤器的成像区域半径为0.4m,空间分辨率为1.6mm。显然，这些装置上投入使用的红外测温系统，都能为实验人员提供所需的温度数据。但是，在系统跟随等离子体放电实验的过程中，采集到的红外视频数据不可避免的会受到装置以及系统周围其它机器振动的影响，导致最终的红外视频数据存在人眼能够感知的抖动现象，这直接影响了温度数据的计算精度。虽然，这些装置也采用了一些视频稳像的图像处理方法，但是最终也无法得到绝对稳定的红外视频数据。图1.3(a)DIII-D装置红外诊断系统,(b)NSTX装置红外诊断系统,(c)MAST装置红外诊断系统Fig1.3(a)TheinfrareddiagnosticsystemofDIII-Ddevice.(b)TheinfrareddiagnosticsystemofNSTXdevice.(c)TheinfrareddiagnosticsystemofMASTdevice.国内托卡马克装置上面使用的红外相机诊断系统也经历了漫长的发展，从早期移植HT-7装置上使用的红外相机诊断系统开始[22]，到2012年升级改造后投入使用的可见/红外集成式内窥镜诊断系统[2,4,23,24]，最后到2019年度的放电实验中，G窗口使用的空间分辨率可局部放大的可见/红外集成式内窥镜诊断系统。早期光路处于结构简单、容易安装、占用窗口空间大、观察视场孝非集成式的状态，如图1.4所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]核聚变原理及其方式探究[J]. 余奥飞. 中国高新科技. 2019(01)
[2]基于最小二乘法的EAST托卡马克光学等离子体边缘重建（英文）[J]. Hao LUO,Zheng-ping LUO,Chao XU,Wei JIANG. Frontiers of Information Technology & Electronic Engineering. 2018(09)
[3]EAST等离子体图像采集与位置识别技术[J]. 舒双宝,罗家融,薛二兵,王斌. 原子能科学技术. 2013(08)
[4]Real Time Equilibrium Reconstruction Algorithm in EAST Tokamak[J]. 王华忠,罗家融,黄勤超. Plasma Science & Technology. 2004(04)
博士论文
[1]EAST上光学等离子体边界重建研究与实现[D]. 张恒.中国科学技术大学 2019
[2]EAST辅助加热下偏滤器靶板热流分布研究[D]. 史博.中国科学技术大学 2018
[3]EAST红外可见集成诊断系统建立及其实验研究[D]. 仰振东.东华大学 2016
[4]EAST超导托卡马克等离子体放电上升段特性的研究[D]. 薛二兵.东华大学 2012
硕士论文
[1]基于红外相机的EAST偏滤器靶板温度测量及热负荷分析研究[D]. 李鑫.合肥工业大学 2019
[2]EAST装置大视场相机图像采集与处理技术研究[D]. 余传木.合肥工业大学 2018
[3]基于DSP的固定场景视频消抖快速算法研究与实现[D]. 刘刚.中国科学技术大学 2017
[4]基于可见/红外相机诊断系统的托卡马克等离子体相关特性研究[D]. 许崇杨.合肥工业大学 2017
本文编号：3535182
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/shengwushengchang/3535182.html
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