Three-dimensional density distribution mesurement of spieces of mixtured gas by shearing interferometry with multi-wavelength light

多波长光剪切干涉测量混合气体三维密度分布

基本信息

批准号：
22K04117
负责人：
富岡智
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Hokkaido University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K04117/
关键词：
三次元計測シア干渉計トモグラフィー混合気体密度複数波長

项目摘要

火炎の燃焼効率の改善，あるいは大気圧プラズマの医療や農業への応用では，複数の粒子種を含む混合気体の各粒子種の密度の三次元分布の把握が重要である。本研究では，これを計測するために，入射方向を可変とする干渉計を用いて異なる波長に対する複数方向からの干渉縞画像を計測し，コンピュータトモグラフィー(CT)によりそれぞれの波長に対する屈折率の三次元分布を再構成し，それらから三次元粒子種密度を算出する方法を提案している。特に，複数方向からの投影データを振動に強いシア干渉計により取得しようとする点が本研究の特徴である。今年度は，主に，CT による測定方法の検討と，シア干渉計の干渉縞解析のアルゴリズムの検討を行った。一般にCTによる再構成では，全方向からの投影データが必要であるが，干渉計の場合，容易ではなく，一部の範囲の投影データが欠落してしまう。この一部の欠測角度の中に，測定体系の工夫により固定の方向の投影データを追加し，それを再構成に利用すると大幅に再構成の精度があがることが知られている。特に追加した固定方向の投影データを再構成時に重視できる重みつき再構成アルゴリズムが有効であることが知られていたが，本年度は，この重みの与える影響を評価し，重みを与える指針を導いた。シア干渉計は，投影方向を変えた際の振動の影響を受けにくいが，測定される干渉縞画像は物体光の波面自身ではなく，物体光の一種の微分画像に相当するため，干渉縞画像から物体光の波面を再生するための処理が複雑となり，従来提案された方法では，高精度の波面再生には2次元問題の場合は4枚の微分画像が必要であった。この処理について，新たに 2枚で二次元再生が可能な手法を提案し，その有効性が確認できた。また，干渉縞から波面の微分画像を求めるアルゴリズムも高雑音の場合でも，解析できるものを開発した。

为了提高火焰的燃烧效率或将常压等离子体应用于医学和农业，了解包含多种颗粒类型的气体混合物中每种颗粒类型的密度的三维分布非常重要。在本研究中，为了测量这一点，我们使用具有可变入射方向的干涉仪从多个方向测量不同波长的干涉条纹图像，并使用计算机断层扫描（CT）测量每个波长的三阶折射率。我们提出了一种重建原始分布并从中计算三维粒子物种密度的方法。特别是，这项研究的独特之处在于它尝试使用抗振剪切干涉仪从多个方向获取投影数据。今年，我们主要研究了使用CT的测量方法和使用剪切干涉仪进行干涉条纹分析的算法。使用CT进行重建一般需要各个方向的投影数据，但是使用干涉仪时这并不容易，并且可能会丢失一些投影数据。众所周知，通过设计测量系统将固定方向的投影数据添加到其中一些缺失角度并将其用于重建可以显着提高重建的精度。众所周知，加权重建算法特别有效，因为它可以在重建过程中强调添加的固定方向投影数据，但今年，我们评估了该权重的影响并提出了分配权重的指南。剪切干涉仪在投影方向改变时不易受到振动的影响，但测量的干涉条纹图像对应于物光的一种微分图像，而不是物光本身的波前重建所需的处理。物光的波前变得复杂，并且在二维问题的情况下，在先前提出的方法中需要四个差分图像来进行高精度波前重建。关于这个过程，我们提出了一种允许使用两个图像进行二维播放的新方法，并证实了其有效性。我们还开发了一种算法，即使在高噪声的情况下，也可以根据干涉条纹计算波前的差分图像。