EAST上光学等离子体边界重建研究与实现
发布时间：2020-06-06 15:42
【摘要】：优化的等离子体放电需要准确控制诸如等离子体位形等参量。对于位形控制来说,在无法直接测量的情况下,需要利用诊断数据重建等离子体边缘,从而提供优化控制参量。同时,物理诊断数据分析需要准确可靠的等离子体边缘重建结果作为参考。因此,进行精确且快速的EAST等离子体平衡重建研究意义重大。随着计算机视觉技术和高速CCD相机软硬件技术手段的高速发展,将高速计算机视觉技术用作聚变装置诊断成为一个重要的趋势。EAST装置是世界上首座全超导托卡马克装置,随着装置运行水平的不断提升和主机以及诊断系统的逐年升级,通过可见光诊断重建等离子体边缘成为可能。为了实现通过可见光诊断数据来重建等离子体边缘,首先需要提取可见光图像中的等离子体边缘。本文提出了两种边缘提取的图像处理算法,分别是基于二阶梯度的边缘提取算法(离线算法),和基于感兴趣区域的局域显著性边缘提取算法(实时算法)。将算法结果与常用边缘提取算法、其他装置的边缘提取算法结果进行了纵向和横向对比。结果表明实时算法可以达到用于实时等离子体位形控制的快速性要求和精度要求,离线算法的优势在于精度更高和无需人工划分图像中的感兴趣区域。为了完成等离子体位形的光学重建,本文开发了将等离子体边缘的图像坐标系到世界坐标系的一整套算法。首先介绍了标定过程中的非线性畸变模型,详细介绍了Tsai算法作为本文重建算法中的标定方法的实现。与此同时,考虑到大型托卡马克装置的特殊实验工况,开发了基于回归分析的重建算法,即利用多元非线性回归分析或者BP神经网络,结合Harris角点检测的重建算法。每轮实验之前的光路精确标定可以直接给出实验初期的坐标系转换单应性矩阵,同时,在装置发生振动后,可以通过回归分析来矫正这个单应性矩阵结果。而Harris角点检测算法的加入可以实现图像中特征点的图像坐标值采集。在算法开发的基础上,搭建了EAST可见光图像等离子体边缘实时重建的计算机硬件系统平台。并且依托于现有的光路条件,展示了2019年春季EAST实验的系统实时实验结果。结果表明,搭载本论文重建算法的系统平台可以在100微秒内完成中平面的等离子体边缘提取,将离线EFIT结果作为回归分析获取重建单应性矩阵后,最终的重建结果与离线EFIT对比误差范围在2cm以内。最后,介绍了实时光学重建诊断系统的算法和数据传输加速的初步研究。
【图文】：
■逡逑图１．２国际热核聚变实验堆ＩＴＥＲ逡逑图１．３中显示了托卡马克用于限制环形等离子体柱的磁场。用环向场线圈（蓝逡逑色）产生最强的纵向（环向）磁场ＢＴ，初级变压器线圈中的电流逐渐变大（绿逡逑色），其在导电等离子体中诱导产生环向电场ＥＴ，，这与在变压器的次级线圈感应逡逑原理类似，环向电场驱动产生等离子体电流ＩＰ，等离子体电流产生磁场N希蝈义戏较颍飧龃懦∮爰虺∠呷λ拇懦〉有纬尚碌募虼懦 Ｍü髡义舷呷Φ缙阅懿问圆煌幕旌洗懦。佣迪侄缘壤胱犹宓目刂坪头从π藻义夏芨纳啤ｅ义希村义
本文编号：2699901
【图文】：
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