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。

在提高火焰燃烧效率或大气压力等离子体在医疗和农业中的应用时，重要的是要了解每个粒子物种密度的三维分布在包含多种颗粒物种的混合气体混合物中。在这项研究中，我们提出了一种通过使用带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来测量此方法的方法，从而重建了使用计算机断层扫描（CT）的每个波长的折射率的三维分布，并从这些计算中计算三维粒子物种。特别是，这项研究的特征是尝试使用对振动具有抗性的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和算法进行剪切干涉仪干扰条纹分析的测量方法。通常，使用CT的重建需要来自所有方向的投影数据，但是干涉仪并不容易，并且缺少投影数据的某些领域。众所周知，在这些缺失的角度中，可以通过测量系统中的独创性添加固定方向的投影数据，并用于重建，可显着提高重建的准确性。众所周知，当重建添加的固定方向投影数据重建时，加权重建算法特别重要，但今年我们评估了这种权重和派生的指南的影响。尽管剪切干涉仪在更改投影方向时不太容易受到振动，但测得的干涉条纹图像对应于对象光本体的差异化图像，而不是对象光本身的波前，因此从干涉条纹图像中重现对象光的波前的处理变得复杂。在提出的常规方法中，在二维问题的情况下，需要四个差异化图像才能高精度波前繁殖。关于此过程，我们提出了一种新方法，该方法允许使用两个图像进行二维繁殖，并确认了其有效性。我们还开发了一种算法，即使在高噪声的情况下，也可以分析干扰条纹的波前差分图像。