Оптическая томография многомерных объектов

• Автор: Вишняков, Геннадий Николаевич
• Шифр специальности: 01.04.05
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 258 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА Г ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ТОМОГРАФИИ МНОГОМЕРНЫХ
ОБЪЕКТОВ
1.1. Методы восстановления трехмерных томограмм по двумерным проекциям
1.2. Методы восстановления трехмерных томограмм по двумерным планарным проекциям
1.3. Анализ изображений с помощью геометрических моментов
1.4. Измерение интегральных характеристик трехмерных фазовых объектов через двумерные моменты проекций
1.5. Численное моделирование томографии многомерных объектов
1.5.1. Постановка задачи и выбор алгоритма
1.5.2. Вычислительный эксперимент
1.5.3. Выбор оптимальной геометрии сбора проекционных данных
1.5.4. Исследование чувствительности алгоритмов
ГЛАВА П. ТОМОГРАФИЧЕСКАЯ КОНФОКАЛЬНАЯ МИКРОСКОПИЯ
ТРЕХМЕРНЫХ ОБЪЕКТОВ
2.1. Томографический подход к описанию трехмерных отображающих
свойств конфокальных оптических систем
2.2. Многоракурсный метод формирования двумерных изображений
трехмерных объектов
2.3. Конфокальная микротомография
ГЛАВА Ш. ТОМОГРАФИЧЕСКАЯ МИКРОСКОПИЯ ТРЕХМЕРНЫХ
ФАЗОВЫХ ОБЪЕКТОВ
3.1. Оптическая микротомография фазовых объектов в когерентном свете
3.1.1. Оптическая схема когерентного интерференционного микротомографа
3.1.2. Алгоритм автоматической расшифровки интерферограмм
3.1.3. Экспериментальные результаты
3.2. Оптическая микротомография фазовых объектов в пространственнонекогерентном свете
3.3. Моделирование «зеркальной» томографии клетки на ЭВМ
3.4. Томографическая реконструкция клеток крови
ГЛАВА IV. СПЕКТРОТОМОГРАФИЯ - ТОМОГРАФИЯ ПОЛИХРОМАТИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ
4.1. Уравнение спектротомографической проекции
4.2. Спектротомография пламени
4.3. Спектральный анализ изображений с помощью томографического
спектрометра
4.3.1. Описание экспериментальной установки
4.3.2. Обсуждение результатов эксперимента
4.4. Современные направления развития спектротомографии
ГЛАВА V. ХРОНОТОМОГРАФИЯ - ТОМОГРАФИЯ НЕСТАЦИОНАРНЫХ
ОБЪЕКТОВ
5.1. Методы получения проекций пространственно-временных объектов
5.2. Принципиальная схема хронотомографа
5.3. Экспериментальные результаты
ГЛАВА VI. ТОМОГРАФИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА НЕСТАЦИОНАРНЫХ ЭМИССИОННЫХ ОБЪЕКТОВ
6.1. Томограф эмиссионный интегральный ТЭИ-1 для анализа изображений
сечений плазменного потока
6.2. Томограф эмиссионный интегральный ТЭИ-2 для анализа изображений
сечений плазменного потока
ГЛАВА УН. ТОМОГРАФИЧЕСКАЯ ИНТЕРФЕРОМЕТРИЯ НЕСТАЦИОНАРНЫХ ФАЗОВЫХ ОБЪЕКТОВ
7.1. Оптическая схема поперечного томографического интерферометра
7.2. Моделирование томографической интерферометрии на ЭВМ
7.3. Точностные характеристики томографической интерферометрии
7.4. Восстановление пространственного распределения показателя
преломления по томографическим интерферограммам
7.5. Результаты экспериментальных исследований на поперечном
томографическом интерферометре
7.6. Метод продольной томографической интерферометрии
7.7. Универсальный оптический интерференционный томограф «ШПРОТОМ»
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ: акты внедрения

ВВЕДЕНИЕ
Развитие современной науки и техники трудно представить без появления новых методов измерений и дальнейшего увеличения размерности объектов. Эта тенденция хорошо видна на примере оптико-физических измерений. Вначале измерения оптических характеристик проводились в одной точке объекта. Далее, по мере развития элементной базы, стали проводиться измерения на двумерной сетке, т е, регистрироваться изображения тех или иных оптических параметров протяженного объекта. В настоящее время исследователей уже не удовлетворяют двумерные данные, они стремятся получать трехмерное распределение искомых параметров внутри объекта. Томография - это как раз тот метод исследования, который позволяет реконструировать характеристики внутренней структуры протяженных объектов по его проекциям. Математическим фундаментом вычислительной томографии является интегральная геометрия, основы которой были заложены в работах И.Радона (перевод его статьи см. в [1]), а затем развиты в трудах И.М.Гельфанда и его школы [2]. Томография получила широкое распространение в различных областях науки, техники и медицины [3-20]. Оптическая томография (ОТ) - это томография с применением электромагнитного излучения оптического диапазона длин волн [10-13], Так как световая волна описывается большим набором параметров, например, фазой, амплитудой, ориентацией плоскости поляризации, то становится понятным существование большого многообразия различных видов ОТ [11]. Класс объектов и процессов, исследуемых методами ОТ, также достаточно широк. Он простирается от микрообъектов биологического происхождения до огромных искусственных образований в околоземной атмосфере [20]. Такое многообразие объектов объясняется в первую очередь высокой диагностической ценностью оптических констант (показателя преломления и коэффициента поглощения) вещества и неразрушающим характером воздействия оптического излучения на объект. С оптическими константами связаны самые разнообразные физические величины, например, плотность вещества, концентрация химических элементов или частиц, температура, давление.
В оптике, как и во многих других областях, обратные методы были разработаны без знания преобразования Радона. Томографические методы в оптике начали применяться в середине 50-х годов. Так, в работах отечественных ученых (см

(Х,У).
Формулы (1.19), (1.20) описывают алгоритм восстановления томограмм трехмерных объектов путем суммирования фильтрованных обратных проекций, полученных при планарной схеме регистрации. Структура данного алгоритма следующая:
1. Двумерная фильтрация каждой проекции но закону (1.20) с помощью фильтра I рш |. Нетрудно видеть, что он представляет собой цилиндрический р-фильтр (рис. 1.5), постоянный вдоль перпендикуляра к касательной т;. Таким образом, можно сделать следующий вывод: для всех видов траекторий восстанавливающий фильтр остается одним и тем же цилиндрическим р-фильтром, а изменяется лишь ориентация его оси, совпадающая с нормалью к траектории движения источника.
2. Трехмерное обратное проецирование фильтрованных проекций. Эта операция формально заключается в замене у проекции §х, у) координаты х на х + хг/в, а координаты у на у + уг/в. Для получения томограммы сечения х=сопз1 необходимо каждую )-ю проекцию сдвинуть вдоль оси х на величину Xjz/s и вдоль оси у на величину уг/в. Если сравнить эту операцию с (2), то видно, что она, действительно, в некотором смысле обратная к операции проецирования.
3. Суммирование обратных фильтрованных проекций.