1.一种基于剖面凸轮廓识别及ART算法的燃烧火焰CTC层析成像方法,用于燃烧火焰剖面图像重建;该方法通过采集燃烧火焰在多个同步成像角度下的数字图像,基于化学自发光层析成像原理(CTC),实现火焰剖面图像重建,具体步骤为:步骤一、燃烧火焰多角度同步成像采集与预处理;
利用同步成像检测系统记录燃烧火焰同一时刻在R个成像角度下的数字图像;系统中每个角度的成像由一个成像光路实现,不同成像光路主光轴交于同一点O,且各光路像平面主轴线(Z轴)重合;
设火焰数字图像分辨率(像素元个数)为M×N,则M为图像(像元)矩阵行数,N为图像矩阵列数;因此火焰在不同成像角度下的数字图像由M个像元行向量{P1,P2,P3,···,PM}构成;将系统采集得到的各角度火焰数字图像二值化,以区分图像火焰区与背景区;并根据二值化结果,将各角度火焰数字图像原像中对应背景区的像素元赋值为零,以减少杂散光干扰;二值化的火焰图像所包含像元行向量记为 ;
步骤二、火焰剖面凸轮廓识别;
垂直于火焰成像主轴线(Z轴)取火焰剖面,根据CTC成像原理,由剖面在火焰主轴线上的相对位置,从各角度火焰二值化图像提取同一行向量 (1≤i≤R,1≤m≤M),其中i代表成像角度编号,R 为系统成像角度总数量,m为行序;由火焰数字图像分辨率为M×N知,所提取各行向量包含N个像元;同样地,从各角度火焰图像(原图非二值化)提取同一行向量Pi(m 1≤i≤R,1≤m≤M);
为每个成像角度定义旋转矩阵T(i 1≤i≤R)并赋初值为零,矩阵规模为M×N(M行N列);
依次读取向量 各元素值 (j)(1≤j≤N),若 (j)=1(1≤j≤N),则将旋转矩阵Ti第j列元素重新赋值为1,其他元素值不变;按照该方法完成对T1~TR的重新赋值,由重新赋值后的旋转矩阵T1 TR相乘得 ,则T′即为火焰剖面二值化凸轮廓图像;内部元素~值为1的连通区域代表火焰剖面焰体“明亮”区域,元素值为0的部分代表剖面背景区域,“明亮”区域即为火焰剖面凸轮廓;
步骤三、基于火焰剖面凸轮廓识别的剖面重建;
火焰剖面重建采用ART算法结合剖面凸轮廓的识别完成;重建过程为循环迭代运算,具体迭代运算流程如下:定义N×N矩阵R并赋初值为零,由初值矩阵R表示火焰剖面重建图像像元矩阵; 依据燃烧火焰在不同角度的成像对初值矩阵R进行“反投影”矫正得到一次矫正矩阵R1, 并基于步骤三中对火焰剖面凸轮廓的识别对R1进行进一步修正: ,至此完成第一次迭代运算,并将 作为下次迭代运算的初值矩阵;启动循环迭代运算,由最后一次迭代得到N次修正矩阵 ,基于矩阵 还原得到火焰剖面图像。
2.根据权利要求1所述的一种基于剖面凸轮廓识别及ART算法的燃烧火焰CTC层析成像方法,其特征在于步骤一中燃烧火焰多角度同步成像采集系统对具体角度的选择没有要求,并对成像角度数量没有特殊要求。
3.根据权利要求1所述的一种基于剖面凸轮廓识别及ART算法的燃烧火焰CTC层析成像方法,其特征在于步骤一中燃烧火焰多角度同步成像采集系统既可采用基本光学分立元件实现,也可采用其他方法设计具体成像光路,如利用传像光纤束耦合镜头以及CCD实现基本成像光路。
4.根据权利要求1所述的一种基于剖面凸轮廓识别及ART算法的燃烧火焰CTC层析成像方法,其特征在于步骤三中迭代次数的选择将会影响火焰剖面重建精度,随着迭代次数的增加,迭代过程逐渐收敛,火焰剖面图像的重建越来越接近真实火焰剖面图像;迭代次数过少时不易获得理想重建效果。