專利名稱：光纖過程層析成像技術(shù)中的像素分配及平面光路設(shè)計方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于層析成像技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及光纖過程層析成像技術(shù)中應(yīng)用于圓形截面的像素分配及平面光路設(shè)計方法。
X射線層析成像技術(shù)是最早實用化的層析成像技術(shù)，它利用X射線作為信息的載體，利用探測器陣列對攜帶人體某斷層信息的X射線進行探測，X射線源與探測器陣列位置相對固定，通過平移及旋轉(zhuǎn)等方法就可以得到人體中需要診斷的部位在不同角度和方位下的投影數(shù)據(jù)，根據(jù)一定的圖像重建算法，就可以得到反映該部位情況的截面信息的重建圖像，許多截面重疊在一起就可以得到整個診斷部位的信息。
目前，層析成像技術(shù)已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于醫(yī)療與工業(yè)上，不同種類的層析成像技術(shù)一般是由不同種類的傳感器構(gòu)成的。其種類主要包括X-射線、γ-射線、中子、離子、正電子、微波、超聲波、電容、電阻、電磁感應(yīng)以及光學(xué)等層析成像技術(shù)。
光纖層析成像技術(shù)(OFT)是一種以光纖傳感器為核心元件的新型層析成像技術(shù)。光纖傳感器的使用使光纖層析成像技術(shù)具有以下獨特的優(yōu)點其一、體積小，可以應(yīng)用于較小的或不規(guī)則的空間中。
其二、由于光對媒質(zhì)的分布以及衰減特性非常敏感，即使在濃度很低的情況下都能保持較高的靈敏度，可以應(yīng)用于濃度較低的二相流或多相流的測量中。。
其三、由于光纖或光纜的使用，攜帶相關(guān)信息的光信號可通過光纖傳輸?shù)竭h離現(xiàn)場的傳感器中，信號處理也可以在遠端進行，這使得光纖層析成像技術(shù)可以將應(yīng)用環(huán)境中不利的影響(如高溫，高壓以及腐蝕性的環(huán)境)降低到很小。
其六、現(xiàn)場測量不帶電，比較安全。
其七、由于光纖傳感器具有高的響應(yīng)速度和寬的動態(tài)范圍，利用分布在不同地點的光纖層析成像系統(tǒng)可以建立光纖測量網(wǎng)絡(luò)。
光纖層析成像技術(shù)主要包括光纖相干層析成像技術(shù)和光纖過程層析成像技術(shù)。光纖相干層析成像技術(shù)是一門將光纖干涉技術(shù)和共焦掃描顯微技術(shù)相結(jié)合的技術(shù)，在醫(yī)療診斷以及生物組織的研究中受到了廣泛的重視。光纖過程層析成像技術(shù)主要應(yīng)用于工業(yè)過程監(jiān)測與控制領(lǐng)域，如對二相流或多相流中各組分的含量，分布及流速進行測量等。
光纖過程層析成像技術(shù)主要包括像素分配、光路結(jié)構(gòu)以及圖像重建算法，其中，像素分配是指將被測量的截面分成面積相等的若干單元，每一單元都具有均勻的光衰減特性，相當(dāng)于把測量截面的媒質(zhì)進行數(shù)字化采樣，被測截面劃分的像素單元越多，圖像重建的分辨率越大，像素單元的面積稱為絕對分辨率，測量區(qū)域中像素單元數(shù)目的倒數(shù)稱為相對分辨率；光路結(jié)構(gòu)設(shè)計是指，根據(jù)像素分配的特點，設(shè)計光纖傳感器的分布以及光路中光線的布局，以便利用最少的光線覆蓋測量區(qū)域中所有的像素單元；圖像重建算法是指利用像素分配、光路結(jié)構(gòu)的特點以及光在媒質(zhì)中的傳輸特性，對攜帶媒質(zhì)信息的投影數(shù)據(jù)進行處理并以圖像的形式表現(xiàn)出來的過程。
目前，光纖過程層析成像技術(shù)中像素分配原則是，將被測截面劃分為以正方形像素為單元的像素平面，每個像素的面積相等。該像素分配原則的不足之處在于第一、大部分的工業(yè)應(yīng)用中，被測量的空間都是圓柱形空間，其層析成像所研究的截面為圓形截面。正方形像素不能正好覆蓋圓形截面，在圓形截面的邊緣，正方形像素必然被圓周分成兩部分。
第二、該像素劃分規(guī)則，將給圖像重建帶來人為的誤差。因為，圓形截面邊緣的像素的面積與其他像素的面積不相等。
第三、大量有用信息被像素形狀及排列的規(guī)則性所掩蓋。
現(xiàn)有的光纖過程層析成像技術(shù)的光路結(jié)構(gòu)主要有以下幾種1、正交投影結(jié)構(gòu)該結(jié)構(gòu)是光纖過程層析成像系統(tǒng)中應(yīng)用最廣泛的結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)中有兩種相互正交的投影，每種投影都由等間隔的平行光束組成，光源與探測器一一對應(yīng)。兩種正交光線分別與正方形像素單元的兩條正交的邊平行。該結(jié)構(gòu)優(yōu)點是平面光路以及像素分配結(jié)構(gòu)簡單；缺點是大量有用信息被光線在像素中長度的一致性所掩蓋，重建圖像的噪聲很大。
2、直線投影結(jié)構(gòu)該結(jié)構(gòu)與正交投影結(jié)構(gòu)相類似，也包含兩種相互正交的投影，不同之處在于光線與正方形像素單元成45°角。
3、三直線投影結(jié)構(gòu)該結(jié)構(gòu)包含三種等間隔的平行光線，相互之間成120°角。由于投影光線的增多，其重建精度比直線投影結(jié)構(gòu)高，但不能根本解決第1種光路結(jié)構(gòu)中所提到的不足。
4、正交投影與直線投影復(fù)合結(jié)構(gòu)該結(jié)構(gòu)將正交投影結(jié)構(gòu)與直線投影結(jié)構(gòu)相結(jié)合，使投影的數(shù)目進一步增加，從而進一步提高了重建的精度，但也不能根本解決第1種光路結(jié)構(gòu)中所提到的不足。
5、三扇形光束投影結(jié)構(gòu)此結(jié)構(gòu)中有三個光源分別發(fā)出扇形光束，光源與光探測器不再一一對應(yīng)。每一光源發(fā)出若干角度間隔相等的光束，對應(yīng)相同個數(shù)的光探測器。該結(jié)構(gòu)使得光源的數(shù)目大大減少，特別是在可以旋轉(zhuǎn)掃描的情況下尤為明顯，因而系統(tǒng)的成本也相應(yīng)下降，較多的投影數(shù)目可以保證一定的精度，每條光線在其通過的像素單元中的光路長度不再相等，因此，也大大增加了信息量。
6、四扇形光束投影結(jié)構(gòu)此結(jié)構(gòu)中有四個光源分別發(fā)出扇形光束，其它特征與第5種光路結(jié)構(gòu)大致相同，投影數(shù)目更多。
以上所描述的光纖過程層析成像技術(shù)的光路結(jié)構(gòu)歸納起來有以下一些不足之處其一、以上六種光路結(jié)構(gòu)基本上沿用了X-射線層析成像技術(shù)中現(xiàn)有的光路結(jié)構(gòu)，由于光線的強度比X-射線小，使得第5和6兩種光路結(jié)構(gòu)用于光纖過程層析成像技術(shù)中受至很大的限制。
其二、第1、2、3和第4種光路結(jié)構(gòu)與正方形像素分配規(guī)則相結(jié)合，使得每一條光線在該光線通過的像素單元中的光路長度基本相同，大量的有用信息在圖像重建時失去。
其三、第1、2、3和第4種光路結(jié)構(gòu)在實驗室中得到了實現(xiàn)，光源與光探測器分別固定在管壁的周圍，這種光源及光探測器的安裝方式在很多實際的工程應(yīng)用中不合適。如測量深達幾千米的油井中原油的含水率，光源及探測器就需要考慮很多復(fù)雜的問題。
層析成像技術(shù)中所用的圖像重建算法主要有反向投影法、代數(shù)迭代法以及解析法。目前在光纖過程層析成像技術(shù)中最常用的圖像重建算法是反向投影法。在X-射線層析成像技術(shù)中，X-射線源與探測器陣列相對固定，探測器的數(shù)目比較多，源-探測器采用圓周掃描以及平移的方式獲取投影數(shù)據(jù)，投影數(shù)據(jù)量大，可以滿足圖像重建的精度要求，但對于光纖過程層析成像技術(shù)而言，一般光源及光探測器采用位置固定的方式，投影數(shù)據(jù)量受到很大的限制，在這種情況下，利用反向投影法可以帶來很大的噪聲。
本發(fā)明提出一種新型的光纖過程層析成像技術(shù)像素分配及光路設(shè)計方法，其特征在于，包括以下內(nèi)容1)將被測圓形截面沿半徑方向分成m個等間距的同心圓，構(gòu)成m層，以位于中心的最小同心圓面積的1/4作為一個像素單元的面積；2)將其它的各同心圓環(huán)面積沿圓周等分成所說的一個像素單元的面積的整數(shù)倍，如中心最小的同心圓面沿圓周4等分，將與之相鄰的第一個圓環(huán)面沿圓周12等分，將第二個圓環(huán)面沿圓周等20等分，依此類推。像素單元的總個數(shù)為n；3)將該圓形截面分為兩部分，中心部分為非測量區(qū)域，包含中心最小圓面以及多個與之相鄰的圓環(huán)面，用于放置光纖過程層析成像實用系統(tǒng)的支撐結(jié)構(gòu)；其余的圓環(huán)面組成的部分為測量區(qū)域，用于通過待測的流體媒質(zhì)和光線；4)根據(jù)工程應(yīng)用中圖像重建的相對或絕對分辨率和圓形平面上非測量區(qū)域所占比例的要求，確定圓形平面沿半徑方向所劃分的等間隔的同心圓的個數(shù)、非測量區(qū)域所占同心圓的個數(shù)以及圓形平面總的像素個數(shù)的關(guān)系如下圓形截面總的層數(shù)m與像素單元總數(shù)n之間的關(guān)系為
n＝4m2(1)像素分配規(guī)則如下如果中心非測量區(qū)域的半徑q與圓形截面的半徑p之比為η＝q/p (2)其中，η為一個不可約分數(shù)，p、q為正整數(shù)，當(dāng)測量的相對分辨率滿足以下關(guān)系時α＝1/[4k2(p2-q2)] (3-1)或者當(dāng)測量的絕對分辨率滿足以下關(guān)系時X＝πR2/4k2p2(3-2)上式中，k為正整數(shù)，R為圓形截面的半徑；被測圓形截面，可以分成km層，其中得到最小的層數(shù)為m=1/[2α(1-η2)]---(4-1)]]>或者m=Rπχ/2χ---(4-2)]]>中心非測量區(qū)的所占的層數(shù)為km′，其中得到最小的層數(shù)數(shù)為m′=η/[2α(1-η2)--(5-1)]]>或者m′=Rηπχ/2χ---(5-2)]]>被測圓形截面總的像素單元數(shù)為n＝k2/[α(1-η2)] (6-1)或者n＝k2πR2/x (6-2)當(dāng)被測圓形截面的總層數(shù)以及中心非測量區(qū)的所占的層數(shù)最小時，得到被測圓形截面總的像素單元數(shù)為n＝1/[α(1-η2)] (7-1)或者n＝πR2/x(7-2)本發(fā)明的像素分配方法是根據(jù)實際應(yīng)用中提出的中心非測量區(qū)域所占比例η和所應(yīng)達到的測量分辨率x或α，對圓形截面的總的劃分層數(shù)m、中心非測量區(qū)域所占的層數(shù)m′以及圓形截面像素的總數(shù)n進行設(shè)計的。
由(2)、(3-1)、(3-2)式可見，測量分辨率x或α與中心非測量區(qū)域所占比例η之間具有內(nèi)在的聯(lián)系。因此，實際的應(yīng)用中，應(yīng)當(dāng)根據(jù)(2)、(3-1)、(3-2)式對η與x或α進行折衷考慮，此是該方法的先決條件。
該像素分配設(shè)計方法中所用參數(shù)定義如下
m圓形截面同心圓的數(shù)目，即圓形截面總的層數(shù)。
m′中心非測量區(qū)域所占同心圓的數(shù)目，即非測量區(qū)域所占的層數(shù)。
n圓形截面總的像素個數(shù)。
η中心非測量區(qū)域與圓形截面半徑之比。
x測量的絕對分辨率，即測量區(qū)域像素單元的面積。
α測量的相對分辨率，即測量區(qū)域像素單元面積與該區(qū)域面積之比。
本發(fā)明采用如上述像素分配方法的平面光路設(shè)計方法，其特征在于，包括以下步驟1)將被測圓形截面的最外圓周均勻等分，構(gòu)成u個傳感單元，每一個傳感單元由ρ條發(fā)射光纖和ρ條接收光纖組成；2)每一個傳感單元的發(fā)射光纖向依次相鄰的順時針方向的ρ個傳感單元發(fā)光，并接收來自于逆時針方向依次相鄰的ρ個傳感單元發(fā)出的ρ條光線，每一個傳感單元發(fā)射和接收光線的數(shù)目與該單元中發(fā)射光纖的數(shù)目相等；3)平面光路設(shè)計的原則是，測量區(qū)域中每一像素單元都有光線通過，非測量區(qū)域不能有光線通過，傳感單元與發(fā)射光線數(shù)應(yīng)當(dāng)最小。為了滿足上述原則，傳感單元數(shù)u和每一單元發(fā)射光線數(shù)ρ應(yīng)當(dāng)滿足以下條件A、光線1在第m層中u>πarccos(m-1m)---(8)]]>B、將第m′+1層沿半徑方向等分為3個同心圓，第ρ條光線應(yīng)當(dāng)通過中間一層uπarccos3m′+23m≤ρ≤uπarccos3m′+13m---(9)]]>C、光線數(shù)ρ與傳感單元數(shù)u應(yīng)當(dāng)滿足的關(guān)系a、u為偶數(shù)時ρ≤u2-1---(10-1)]]>b、u為偶數(shù)時ρ≤u-12---(10-2)]]>光線通過每一層有兩種不同的情況其一，光線在圓環(huán)內(nèi)是一條完整的弦，其二，光線被圓環(huán)分隔成兩段；第j條光線通過時是一條完整的弦的層數(shù)σj，由下式確定mcos(jπ/u)＜σj≤mcos(jπ/u)+1 (11)其中，σj為正整數(shù)；a、當(dāng)?shù)趉層有完整的弦時，ρ和u的關(guān)系如下 其中k＝σj為層數(shù)，j＝1，2，…ρ為發(fā)射光線的序號，∑為所有角度范圍并集的角度和；b、當(dāng)?shù)趉層沒有完整的弦時，ρ和u的關(guān)系如下 其中，σj＜k＜σj-1為層數(shù)，j＝2，3，…ρ為發(fā)射光線的序號，∑為所有角度范圍并集的角度和；上兩式中θijk=[(2i+j-2)πu-arccos(mkcos(jπu)),(2i+j-2)πu+arccos(mkcos(jπu))]--(14)]]>θiλk′=[(2i+λ-2)πu-arccos(mkcos(λπu)),(2i+λ-2)πu-arccos(mk-1cos(λπu))]--(15)]]>θiλk′′=[(2i-λ-2)πu+arccos(mk-1cos(λπu)),(2i-λ-2)πu+arccos(mkcos(λπu))]--(16)]]>其中，θijk為發(fā)射光線在某層中只有一段時，該弦對應(yīng)的角度范圍；θ′iλk和θ″iλk為發(fā)射光線在某層中有兩段時，兩個線段分別對應(yīng)的角度范圍，θ′iλk為角度較小的一段；4)根據(jù)3)中所列的全部關(guān)系式，就可以得到傳感單元數(shù)u和每一單元發(fā)射光線數(shù)ρ的最優(yōu)化值。
該平面光路設(shè)計方法中所用到的參數(shù)定義如下u圓形截面?zhèn)鞲袉卧臄?shù)目。
ρ每一傳感單元發(fā)射光線的數(shù)目。
平面光路設(shè)計方法，對于圓形截面的單元數(shù)以及每個單元的發(fā)射光線數(shù)無法給出一個簡潔的表達式，只能利用數(shù)值的方法求解。本發(fā)明具有如下特點(1)方法設(shè)計簡單。
(2)所設(shè)計的像素結(jié)構(gòu)與光路結(jié)構(gòu)新穎。
(3)與其它光纖過程層析成像相比，相同數(shù)目的光纖傳感器，提取的信息量大、效率高。
(4)適用范圍廣，易于實用化。
圖2為本發(fā)明的實施例一的光路結(jié)構(gòu)中的一個傳感單元的示意圖。


圖1中，被測圓形截面11由8個相對獨立的傳感單元12組成，均勻分布于圓形截面的最外圓周。
每一個傳感單元都向順時針方向依次相鄰的三個傳感單元發(fā)光，并且接收來自于逆時針方向依次相鄰的三個傳感單元發(fā)出的光。
為了便于圖像的重建，根據(jù)光線所在位置的不同，可分為三類光線外層光線17、中層光線18、內(nèi)層光線19。整個圓形區(qū)域有64個像素單元，其分配規(guī)則為中心圓平面13沿圓周4等分、第二圓環(huán)平面14沿圓周12等分、第三圓環(huán)平面15沿圓周20等分、第四圓環(huán)平面16沿圓周28等分。每個像素單元的面積等于中心最小圓面的1/4。
中心圓平面13為非測量區(qū)域，放置光纖過程層析成像的中心支撐機械結(jié)構(gòu)，被測量的媒質(zhì)與光線都不經(jīng)過此處。
本實施例的光纖傳感單元21如圖2所示，具體內(nèi)容如下傳輸光纖束22包含6條傳輸光纖，其中3條為入射光纖，另外3條為出射光纖。入射光纖25傳輸來自于遠端的光源發(fā)出的入射光，出射光纖26將攜帶媒質(zhì)信息的出射光信號27傳輸?shù)竭h端的光電轉(zhuǎn)換及信號處理單元中。光纖準直器24將入射光纖發(fā)出的光變換為近似的平行光。
對24條攜帶被測圓平面內(nèi)部信息的光線的光強進行處理，并利用代數(shù)迭代圖像重建算法，就可以得到重建圖像，圖像重建算法描述如下(1)由于測量的對象是二相流，因此，圓形截面中的測量區(qū)域的每一個像素單元的光衰減情況只有兩種。
(2)由于外層光線通過最少的像素單元，因此，計算從外層光線開始，首先計算外層光線經(jīng)過二相流后光衰減的所有可能情況，再將測量得到的每條外層光線的光衰減值(可能是光強，也可能是轉(zhuǎn)換成的電壓值，視具體情況而定)與之比較，最接近的值對應(yīng)的媒質(zhì)的分布就是該光線所在光路上媒質(zhì)分布。
(3)其次計算中層光線，在外層光線的計算中得到的像素單元的光衰減值可以直接帶入。計算方法與(2)相同。
(4)最后計算內(nèi)層光線。計算方法也與(2)相同。
(5)利用計算中得到的像素單元的光衰減值，得到圓形截面的二相流的媒質(zhì)分布圖，在計算機等顯示設(shè)備上顯示出來。
權(quán)利要求
1.一種光纖過程層析成像技術(shù)中的像素分配方法，其特征在于，對被測圓形截面進行像素分配；包括以下步驟1)將被測圓形截面沿半徑方向分成m個等間距的同心圓，構(gòu)成m層，以位于中心的最小同心圓面積的1/4作為一個像素單元的面積；2)將其它的各同心圓環(huán)面積沿圓周等分成所說的一個像素單元的面積的整數(shù)倍，像素單元的總個數(shù)為n；3)將該圓形截面分為兩部分，中心部分為非測量區(qū)域，包含中心最小圓面以及多個與之相鄰的圓環(huán)面，用于放置光纖過程層析成像實用系統(tǒng)的支撐結(jié)構(gòu)；其余的圓環(huán)面組成的部分為測量區(qū)域，用于通過待測的流體媒質(zhì)和光線；4)根據(jù)工程應(yīng)用中圖像重建的相對分辨率α和圓形平面上非測量區(qū)域所占比例η的要求，確定圓形平面沿半徑方向所劃分的等間隔的同心圓的層數(shù)m、非測量區(qū)域所占同心圓的個數(shù)m′以及圓形平面總的像素個數(shù)n；關(guān)系如下圓形截面總的層數(shù)m與像素單元總數(shù)n之間的關(guān)系為n＝4m2(1)像素分配規(guī)則如下如果中心非測量區(qū)域的半徑q與圓形截面的半徑p之比為η＝q/p(2)其中，η為一個不可約分數(shù)，p、q為正整數(shù)，當(dāng)測量的相對分辨率α滿足以下關(guān)系時α＝1/[4k2(p2-q2)] (3)上式中，k為正整數(shù)；被測圓形截面，可以分成km層，其中得到最小的層數(shù)m為m=1/[2α(1-η2)]---(4)]]>中心非測量區(qū)的所占的層數(shù)為km′，其中得到最小的層數(shù)m′為m′=η/[2α(1-η2)---(5)]]>被測圓形截面總的像素單元數(shù)n為；n＝k2/[α(1-η2)](6)當(dāng)被測圓形截面的總層數(shù)以及中心非測量區(qū)的所占的層數(shù)最小時，得到被測圓形截面總的像素單元數(shù)n為n＝1/[α(1-η2)] (7)
2.一種光纖過程層析成像技術(shù)中的像素分配方法，其特征在于，對被測圓形截面進行像素分配；包括以下步驟1)將被測圓形截面沿半徑方向分成m個等間距的同心圓，構(gòu)成m層，以位于中心的最小同心圓面積的1/4作為一個像素單元的面積；2)將其它的各同心圓環(huán)面積沿圓周等分成所說的一個像素單元的面積的整數(shù)倍，像素單元的總個數(shù)為n；3)將該圓形截面分為兩部分，中心部分為非測量區(qū)域，包含中心最小圓面以及多個與之相鄰的圓環(huán)面，用于放置光纖過程層析成像實用系統(tǒng)的支撐結(jié)構(gòu)；其余的圓環(huán)面組成的部分為測量區(qū)域，用于通過待測的流體媒質(zhì)和光線；4)根據(jù)工程應(yīng)用中圖像重建的絕對分辨率x和圓形平面上非測量區(qū)域所占比例的要求，確定圓形平面沿半徑方向所劃分的等間隔的同心圓的個數(shù)、非測量區(qū)域所占同心圓的個數(shù)以及圓形平面總的像素個數(shù)的關(guān)系如下圓形截面總的層數(shù)m與像素單元總數(shù)n之間的關(guān)系為n＝4m2(1)像素分配規(guī)則如下如果中心非測量區(qū)域的半徑q與圓形截面的半徑p之比為η＝q/p(2)其中，η為一個不可約分數(shù)，p、q為正整數(shù)，當(dāng)測量的絕對分辨率x滿足以下關(guān)系時x＝πR2/4k2p2(3)上式中，k為正整數(shù)，R為圓形截面的半徑；被測圓形截面，可以分成km層，其中得到最小的層數(shù)m為m=Rπχ/2χ---(4)]]>中心非測量區(qū)的所占的層數(shù)為km′，其中得到最小的層數(shù)m′為m′=Rηπχ/2χ---(5)]]>被測圓形截面總的像素單元數(shù)n為n＝k2πR2/x (6)當(dāng)被測圓形截面的總層數(shù)以及中心非測量區(qū)的所占的層數(shù)最小時，得到被測圓形截面總的像素單元數(shù)n為n＝πR2/x (7)
3.一種采用如權(quán)利要求1或2所述的像素分配方法的平面光路設(shè)計方法，其特征在于，包括以下步驟1)將被測圓形截面的最外圓周均勻等分，構(gòu)成u個傳感單元，每一個傳感單元由ρ條發(fā)射光纖和ρ條接收光纖組成；2)每一個傳感單元的發(fā)射光纖向依次相鄰的順時針方向的ρ個傳感單元發(fā)光，并接收來自于逆時針方向依次相鄰的ρ個傳感單元發(fā)出的ρ條光線，每一個傳感單元發(fā)射和接收光線的數(shù)目與該單元中發(fā)射光纖的數(shù)目相等；3)應(yīng)當(dāng)滿足以下條件(1)光線1在第m層中u>πarccos(m-1m)---(1)]]>(2)將第m′+1層沿半徑方向等分為3個同心圓，第ρ條光線應(yīng)當(dāng)通過中間一層uπarccos3m′+23m≤ρ≤uπarccos3m′+13m---(2)]]>(3)光線數(shù)ρ與傳感單元數(shù)u應(yīng)當(dāng)滿足的關(guān)系a、u為偶數(shù)時ρ≤u2-1---(3-1)]]>b、u為偶數(shù)時ρ≤u-12---(3-2)]]>光線通過每一層有兩種不同的情況其一，光線在圓環(huán)內(nèi)是一條完整的弦，其二，光線被圓環(huán)分隔成兩段；第j條光線通過時是一條完整的弦的層數(shù)σj，由下式確定mcos(jπ/u)＜σj≤mcos(jπ/u)+1 (4)其中，σj為正整數(shù)；c、當(dāng)?shù)趉層有完整的弦時，ρ和u的關(guān)系如下 其中k＝σj為層數(shù)，j＝1，2，…ρ為發(fā)射光線的序號，∑為所有角度范圍并集的角度和；d、當(dāng)?shù)趉層沒有完整的弦時，ρ和u的關(guān)系如下 其中，σj＜k＜σj-1為層數(shù)，j＝2，3，…ρ為發(fā)射光線的序號，∑為所有角度范圍并集的角度和；上兩式中θijk=[(2i+j-2)πu-arccos(mkcos(jπu)),(2i+j-2)πu+arccos(mkcos(jπu))]--(7)]]>θiλk′=[(2i+λ-2)πu-arccos(mkcos(λπu)),(2i+λ-2)πu-arccos(mk-1cos(λπu))]--(8)]]>θiλk′′=[(2i-λ-2)πu+arccos(mk-1cos(λπu)),(2i-λ-2)πu+arccos(mkcos(λπu))]--(9)]]>其中，θijk為發(fā)射光線在某層中只有一段時，該弦對應(yīng)的角度范圍；θ′iλk和θ″iλk為發(fā)射光線在某層中有兩段時，兩個線段分別對應(yīng)的角度范圍，θ′iλk為角度較小的一段；4)根據(jù)3)中所列的全部關(guān)系式，就可以得到傳感單元數(shù)u和每一單元發(fā)射光線數(shù)ρ的最優(yōu)化值。
全文摘要
本發(fā)明屬于過程層析成像技術(shù)領(lǐng)域。涉及光纖過程層析成像技術(shù)像素分配及平面光路設(shè)計方法,像素分配方法是,根據(jù)工程應(yīng)用中圖像重建的分辨率和圓形平面上非測量區(qū)域所占比例的要求,設(shè)計圓形平面沿半徑方向所劃分的等間隔的同心圓的個數(shù)、非測量區(qū)域所占同心圓的個數(shù)以及圓形平面總的像素個數(shù)的方法。平面光路設(shè)計方法是,根據(jù)像素分配方法所得到的參數(shù)(測量區(qū)域與非測量區(qū)域同心圓的個數(shù)),設(shè)計圓形截面?zhèn)鞲袉卧膫€數(shù)以及每個傳感單元發(fā)射光線的個數(shù)的方法。通過該方法,可以使具有一定像素個數(shù)的圓形平面的光路設(shè)計得到優(yōu)化。本發(fā)明方法設(shè)計簡單,像素結(jié)構(gòu)與光路結(jié)構(gòu)新穎,提取的信息量大、效率高,適用范圍廣,易于實用化。
文檔編號G06T1/00GK1372165SQ0211684
公開日2002年10月2日 申請日期2002年4月12日 優(yōu)先權(quán)日2002年4月12日
發(fā)明者閻春生, 廖延彪, 賴淑蓉 申請人:清華大學(xué)