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摘要

光场相机可以解决辐射测温多相机系统光路复杂、同步触发难等问题, 在辐射成像三维温度重建时有其独特优势. LSQR是求解基于大型稀疏矩阵最小二乘问题的经典算法, 该算法用于重建三维温度场时对温度初值依赖较大, 在信噪比较低的情况下重建精度不理想. 本文提出阻尼LSQR-LMBC重建算法, 通过在LSQR方法中添加阻尼正则化项, 提高火焰三维温度场重建的抗噪性能, 并结合LMBC算法, 实现吸收系数和三维温度场同时求解. 在数值模拟部分, 随着信噪比逐渐降低, 阻尼LSQR的重建效果比LSQR更加稳定, 在信噪比达到13.86 dB时, 重建精度大约提高30%. 阻尼LSQR-LMBC的平均重建误差为6.63%. 用丁烷火焰进行了实验, 重建的丁烷火焰三维温度场分布符合辐射火焰燃烧的特征, 和热电偶的测温数据结果进行对比, 相对误差在6.8%左右.

关键词:

Abstract

Light field camera can solve the problems of complex optical path and difficult synchronous trigger of radiation temperature measurement multi camera system, which has some unique advantages in three-dimensional temperature reconstruction of radiation imaging. The LSQR is a classical algorithm for solving the least square problem based on large sparse matrix. When the algorithm is used to reconstruct three-dimensional temperature field, it depends on the initial value of temperature, and the reconstruction accuracy is not ideal when the signal-to-noise ratio is low. In this paper, a damped LSQR-LMBC reconstruction algorithm is proposed. By adding a damped regularization term into the LSQR method, the anti noise performance of flame three-dimensional temperature field reconstruction is improved. By combining the LMBC algorithm, the absorption coefficient and three-dimensional temperature field are solved at the same time. In the numerical simulation part, with the gradual reduction of signal-to-noise ratio, the reconstruction effect of Damped LSQR turns more stable than LSQR. When the signal-to-noise ratio reaches 13.86 dB, the reconstruction accuracy is improved by about 30%. The average reconstruction error of damped LSQR-LMBC is 6.63%. The three-dimensional temperature field distribution of butane flame is consistent with the characteristic of radiation flame combustion. Compared with the temperature measurement data of thermocouple, the relative error is about 6.8%.

Keywords:

light field camera/
flame/
3 D temperature field/
damped LSQR-LMBC reconstruction algorithm

作者及机构信息

1.
2.

通信作者:孔明,mkong@cjlu.edu.cn

基金项目:国家自然科学基金(批准号: 51874264, 52076200)资助的课题.

Authors and contacts

1.
2.

Corresponding author:Kong Ming,mkong@cjlu.edu.cn

Funds:Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant Nos. 51874264, 52076200).

文章全文: translate this paragraph

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施引文献

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噪声	信噪比/dB	LSQR	阻尼LSQR
1%	45.95	0.43%	0.41%
5%	29.44	2.85%	2.15%
10%	21.97	6.66%	5.10%
15%	17.35	10.26%	7.67%
20%	13.86	14.58%	10.99%

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测量方法	A	B	C	D
测量方法	T/ K	T/ K	T/ K	T/ K
阻尼LSQR-LMBC	1121.78	1396.73	1351.81	1077.74
热电偶	1044.35	1307.5	1295.36	997.61

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