Малоракурсная вычислительная томография в физических исследованиях

Филонин, Олег Васильевич

Малоракурсная вычислительная томография в физических исследованиях тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.01 ВАК РФ

Филонин, Олег Васильевич АВТОР

доктора технических наук УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ

Самара МЕСТО ЗАЩИТЫ

2006 ГОД ЗАЩИТЫ

01.04.01 КОД ВАК РФ

Диссертация по физике на тему «Малоракурсная вычислительная томография в физических исследованиях»

Автореферат диссертации на тему "Малоракурсная вычислительная томография в физических исследованиях"

На правах рукописи

□и-э

Филонин Олег Васильевич

Малоракурсная вычислительная томография в физических исследованиях

01.04 01- Приборы и методы экспериментальной физики

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Самара-2007

003164403

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Самарский государственный аэрокосмический университет им академика С П Королева» (СГАУ)

Научный консультант:

заслуженный деятель науки и техники РФ

доктор технических наук, профессор Конюхов Николай Евгеньевич

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук, профессор Ивахник Валерий Владимирович,

доктор технических наук, профессор Стеблев Юрий Иванович,

доктор технических наук, профессор Семкин Николай Данилович

Ведущая организация: Физический институт им П Н Лебедева РАН (Самарский филиал)

Защита состоится 11 мая 2007 г в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 21221501 при Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Самарский государственный аэрокосмический университет им академика С П Королева» по адресу 443086 Россия, г Самара, Московское шоссе, 34, конференц-зал

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Самарский государственный аэрокосмический университет им академика С П Королева»

Автореферат разослан «у^>> "Ч^ги^С 2007 г.

Ученый секретарь ; ,

диссертационного совета _Шахов В Г

Общая характеристика работы

Актуальность темы

В физике и химии высоко- и низкотемпературной плазмы важную роль играют исследования связанные с определением ЗЭ-функций истинного распределения таких параметров как температуры, концентрации (электронной, ионной, «примесных») компонент в объемах исследуемых объектов Возможность получения такого рода данных позволяет разрабатывать новые, более точные модели физических объектов, глубже понимать физические процессы и явления, протекающие в них и пр Поэтому, разработка новых методов и средств для решения задач реконструкции ЗЭ-функций распределений исследуемых параметров плазменных объектов является актуальной задачей

В таких областях как материаловедение, важнейшей информацией являются данные о ЗВ-структуре материала, нарушениях его сплошности, характере изменения структуры в экстремальных условиях и пр Такого рода информацию можно получить только при использовании томографических методов диагностики Следовательно, создание новых малоракурсных методов и средств, предназначенных для исследования композиционных структур, в том числе и в экстремальных условиях, является актуальной задачей

В области НК, дефекто- и интроскопии, особенно при диагностике ответственных изделий, необходимы новые разработки для получения ЗО-информации о конфигурации, местоположении закладных элементов и дефектах структуры, обладающие более высокой чувствительностью и точностью по сравнению с традиционными способами Такие задачи сегодня могут быть решены с помощью новых, высокоточных методов, алгоритмов и систем МВТ-диагностики, поэтому их разработка весьма актуальна

При исследовании процессов горения в пламенах, газовых смесях, потоках высокотемпературных газов (ПВГ), взрывов в конденсированных смесях ЗБ-информация о распределении таких параметров как локальные температуры, интенсивности, концентрации твердых примесей, конфигурация фронта воспламенения и горения играет важную роль Решить рассмотренные комплексы задач в настоящее время с достаточной точностью и достоверностью могут только малоракурсные томографические методы и системы, отсюда и вытекает актуальность разработки новых методов и средств для диагностики самосветящихся газовых объектов Цель диссертационной работы

Решение проблемы малоракурсной томографической 30-реконструкции функций распределения параметров с помощью разработанных автором новых, высокоэффективных методов, алгоритмов и средств малоракурсной и ультрамалоракурсной ВТ-диагностики для таких физических объектов как

• высоко- и низкотемпературная плазма (ЗО-реконструкция распределения функций температур, концентраций ионной и электронной компонент), в том чисче и плазменные потоки плазмотронов (ЗО-реконструкция функций распределения температур, концентраций примесей),

• структура композиционных материалов, выявление в них локальных неоднородностей, дефектов,

• определение ЗЭ-конфигурации закладных элементов, в особо ответственных изделиях, реконструкция ЗЭ-конфигурации и местоположения локальных объектов в сварных соединениях,

• исследование процессов горения в пламенах, высокотемпературных газовых потоках и т д,

• разработка, создание и исследование новых, высокоэффективных малоракурсных томографических систем для диагностики плазменных и самосветящихся газовых объектов, а также специализированных томографов для анализа структуры материалов и изделий

Научная новизна диссертационной работы

1 Разработана совокупность новых, высокопроизводительных, взаимосвязанных между собой, методов и алгоритмов восстановления искомых 20-, ЗБ-функций распределений для физических объектов В их основу положены интегральные преобразования, содержащие обращение Радона, интегралы свертки, преобразования Фурье, Гильберта, уравнение Шлемильха, полиномы Чебышева и пр Такой подход позволил создать быстродействующие алгоритмы ЗБ, 20 ВТ-реконструкции искомых параметров применительно к задачам диагностики плазмы, сплошности структуры твердых тел, самосветящихся газовых объектов и т д

2 Математическое обеспечение, разработанное на основе созданных алгоритмов, предназначено для работы на ПК типа х86, и других, совместимых по набору команд, а также в локальных сетях

3 На основе разработанных методов малоракурсной томографической реконструкции параметров физических объектов автором сконструирован и создан ряд новых, малоракурсных томографических систем и томографов для исследовательских целей и для решения задач промышленной диагностики Разработанный ряд МВТ-систем предназначен для диагностики высоко- и низкотемпературной плазмы, контроля структуры материала, диагностики процессов горения в пламенах и ПВГ Эти системы позволяют получать информацию об искомых функциях распределения физических параметров в виде 20-томографических и ЗО-проекционных изображений

Практическая значимость работы

Практическая ценность и значимость данной диссертационной работы определяется следующим соображениями Разработанная совокупность новых, высокоэффективных математических методов и алгоритмов МВТ-реконструкции параметров физических объектов связана между собой общей идеологией и концептуальными положениями Это позволяет говорить о том, что фактически, автором предложена методика разработки новых методов ультрамалоракурсной, малоракурсной и мультималоракурсной диагностики более широкого класса объектов, по сравнению с теми примерами которые изложены в тексте диссертации Результаты диссертационной работы нашли применение в практике научных экспериментов, в НК материалов и изделий, в учебном процессе

Принципы, заложенные в разработку программного обеспечения, дают возможность легко модифицировать ППП, применять их в смежных областях, использовать на различных вычислительных платформах

Обоснованность выносимых на защиту научных положений, выводов и рекомендаций, а также достоверность полученных результатов исследований подтверждается

• Адекватностью модельных представлений реальному поведению исследуемых физических объектов (высоко-, низкотемпературная плазма, плазменные потоки, априорно задаваемые параметры структуры композиционных материалов, использование эталонных моделей дефектов сварных соединений, закладных элементов и т д )

• Корректностью использования математического аппарата, известных закономерностей и законов физики плазмы, физики твердого тела, переноса излучения через вещество и пр

• Апробированносгью применяемых численных методов и сопоставлением расчетных данных экспериментальным данным

• Точностью и достоверностью опытных данных, которые обеспечивались регламентированным (по ГОСТ-ам) использованием экспериментальной техники и методики обработки данных Основные положения, выносимые на защиту

1 Новые высокопроизводительные методы и алгоритмы прямой ЗЭ-реконструкции конфигурации и пространственного расположения локальных внутренних объектов материалах и изделиях

2 Новые методы и алгоритмы интегральной ОМВТ - реконструкции сечений высокотемпературных плазменных объектов

3 Оригинальные высокоэффективные методы и алгоритмы ультрамалора-курсной и мулътималоракурсной ЗВ - томографической реконструкции искомых функций распределения параметров физических объектов

4 Высокоточные методы и алгоритмы малоракурсной и мультималора-курсной спектрально-томографической диагностики параметров низкотемпературных плазменных объектов при эмиссионных и трансмиссионных способах формирования проекционных данных

5 Новые методы и алгоритмы малоракурсной спектрально-томографической реконструкции параметров пламен и потоков высокотемпературных газов

6 Малоракурсные методы и алгоритмы для диагностики структуры материалов применительно к физико - техническим исследованиям, дефекто-и интроскопии изделий, отличающиеся высокими информационной способностью и точностью реконструкции

7 Высокопроизводительные методы и способы повышения информационной способности малоракурсных томографических систем диагностики физических объектов.

8 Результаты экспериментальных исследований и оригинальные конструкторские разработки методов и средств малоракурсной томографической диагностики твердых тел

9 Результаты экспериментальных исследований методов и средств малоракурсной томографической диагностики параметров плазменных объектов, пламен, потоков высокотемпературных газов

Структура и объем диссертации

Диссертация содержит введение, 6 глав (разбиты на 19 разделов), каждая глава содержит выводы, заключение, в котором сформулированы основные выводы и библиографический список, включающий 258 наименований Работа содержит 445 страниц машинописного текста Апробация диссертационной работы

Результаты докторской диссертации докладывались на научно-технических советах в институте Оптики и Атмосферы СО АН (г Томск), в институте Математики СО АН (г Новосибирск), на научных семинарах каф Физики плазмы С-П Политехнического университета, отдела ФТ-2 ФТИ им А Ф Иоффе, НТС МНПО \\Спектр>/ (г Москва), на международных и всероссийских симпозиумах и конференциях (Международная конференция по нераз-рушающему контролю, ПНР, Варшава, 1978 г, III Всесоюзная конф по экс-

периментальным сооружениям, г Кишинев, 1978 г, X сибирское совещание по спектроскопии, 1981 г, Томск, X, XI, XII Всесоюзные конф по физике прочности и пластичности, i Куйбышев, 1983, 1984, 1985 г г, Всесоюзная конф по физике низкотемпературной плазмы, г Ленинград 1984 г, I, II, III, IV Всесоюзные симпозиумы по вычислительной томографии г г Новосибирск, Куйбышев, Киев, Ташкент, 1983 г, 1985 г, 1987 г, 1989 г, I, II Всесоюзная школа по вычислительной томографии, г Куйбышев, г Новосибирск 1988, 1989 г г, Всесоюзное совещание «Инверсная заселенность и генерация на переходах в атомах и молекулах» г Томск, 1986 г, Всесоюзная конф «Оптическая томография» г Таллинн 1987 г, I Всесоюзная н-т конф «Методы диагностики двухфазных и реагирующих потоков» г Харьков, 1988 г, Международная конф «Перспективные информационные технологии в научных исследованиях, проектировании и обучении», Самара, 1995, Международный симпозиум «Надежность и качество» г Пенза, 2002 г, 2003 г, 2004 г, международный симпозиум «Проблемы реабилитации в оториноларингологии», г Самара, 2003 г, Всероссийская н-т конф «Актуальные проблемы радиоэлектроники и телекоммуникаций, г Самара, 2005 г , 2006 г, II международная конф «Высокие технологии и прикладные исследования, образование» г С-Петербург, 2006 г )

По материалам докторской диссертации опубликовано 47 научных работ, из них в центральной печати 28 статей, издана монография, получено 3 авторских свидетельства Реализация результатов работы

По результатам научно-исследовательских работ автора сконструировано и изготовлено несколько типов МВТ-систем диагностики и малоракурсных томографов, которые внедрены на ряде предприятий, научно-исследовательских организаций Созданы и внедрены ППП, как самостоятельные продукты, так и в составе МВТ-систем и комплексов Ряд положений диссертации использованы в курсе лекций по компьютерной томографии разработанном автором, и в комплексе лабораторных работ к этому курсу Результаты диссертационной работы внедрены в следующих организациях ФТИ им А И Иоффе (г С-Петербург), Институт электросварки им Б Е Па-тона (г Киев), Институт электронной интроскопии (МНПО «СПЕКТР») (г Москва), ОАО «Пермские моторы» (г Пермь), ООО ЦТО «Самараинформ-сервис» (г Самара), Пермское предприятие ВТИ (г Пермь), УИЛ компьютерной томографии СГАУ (г Самара)

Благодарности Автор выражает благодарность научному консультанту заслуженному деятелю науки и техники РФ, профессору, д т н Конюхову Н Е Особую благодарность автор выражает заведующему кафедрой физики СГАУ, профессору, д ф м н Завершинскому И П за поддержку и постоянное внимание к работе

Краткое содержание работы Во введении обоснована актуальность диссертационной темы, определены цели исследования, изложены научная новизна, практическая значимость работы, сформулированы основные положения, выносимые на защиту,

приведены сведения об апробации работы, внедрении результатов, и публикациях

Глава 1. Возможности применения методов и средств компьютерной томографии для исследования параметров физических объектов

В разделе 1.1 проведен анализ возможностей известных методов и сис-гем вычислительной томографии для задач физических экспериментов в раз-пичных областях естествознания (физика плазмы, океанология, сейсмика, оптика атмосферы, физика твердого тела, молекулярная генетика, астрофизика, дефекто-, интроскопия и т д) Разобраны способы получения исходных данных в современных томографических системах рентгеновское, оптическое, ■инхротронное излучения, собственное излучение «самосветящихся» объектов, сейсмические волны, УЗВ и СВЧ-локация, ЯМР- и ЭПР-эффекты

Проанализированы способы получения и обработки данных в задачах оптической томографии Показано, что решение такого рода обратных задач осуществляется с помощью преобразований, входящих в класс преобразований Радона, с дальнейшей процедурой регуляризации по Тихонову - Арсени-ну Рассмотрены новые результаты, полученные при постановке и реализации томографического подхода в растровой электронной микроскопии для послойных исследований структур образцов, реконструкции трехмерных структур органических молекул, ЗБ-распределения электронных плотностей в кристаллических структурах и пр На основе литературных данных, показаны различные принципиальные возможности реконструкции искомых функций распределений в исследуемых физических объектах при ограниченном количестве исходных ракурсов

Подробно проанализированы методы и средства томографической диагностики в промышленности и медицине. Разобраны особенности промышленной ВТ-диагностики, контроля качества неразъемных соединений, исследования процессов нагружения ответственных деталей и узлов, исследования твердотельных РД, анализа ТВЭЛов, изучения структуры композиционных материалов, контроля качества многослойных композитных конструкций и пр , с точки зрения чувствительности, точности, производительности и отображения информации Рассмотрены особенности конструкций современных отечественных и зарубежных томографических систем

Раздел 1.2 посвящен анализу современного состояния вопросов в малоракурсной томографии самосветящихся плазменных и газовых объектов, оптической трансмиссионной МВТ-диагностике таких объектов как клеточные структуры, биологические ткани и т д Отдельно проанализировано развитие малоракурсной томографии плазмы, на основе работ Пикалова В В , Преображенского Н Г, Воскобойникова Ю Е , Левина Г Г Анализ современного состояния оптической малоракурсной томографии позволил сделать вывод о высокой информационной отдаче МВТ-методов диагностики в этой области и перспективности развития этого направления Рассмотрен механизм формирования функции проекции в данной точке и ее окрестности, вклад эффектов излучения и поглощения в близлежащих элементарных объемах и т д Для круга задач рассмотрены методы 20-, ЗБ-реконструкции, и

взаимосвязи между преобразованиями Радона, Фурье и лучевым преобразованием для пространств различной мерности Определены границы применимости аппарата Фурье и интеграла свертки для задач МВТ-реконструкции функций распределения параметров Анализ известных подходов используемых в оптической томографии позволил определить условия проведения экспериментов с точки зрения, их геометрии, формирования сигналов, соответствующих проекционным данным, выбору и обоснованию методов интерполяции и экстраполяции для доопределения исходных массивов и т д

В разделе 1.3 сделан обзор существующих методов и алгоритмов ВТ-реконструкции, разработанных различными группами исследователей для диагностики различных видов плазменных объектов На основе анализа работ Преображенского Н Г, Пикалова В В, Левина Г Г, Воскобойникова Ю Е , Менде Н П, Абена X К , Сороко Л М, Бухгейма А Л, №1егег Р , ОпеБ^оУБку У N, ЬуасЬпа Е Б , КШееу В V , ОузшсЬег М V , показано, что условно, их можно разделить на три класса

К 1-му классу следует отнести простые, внешне «прозрачные» по структуре, устойчивые в расчетном плане, алгоритмы реконструкции Они используют экспериментально полученные данные, но сводятся, в конечном итоге, к непрерывному подбору реконструируемых распределений до получения «удовлетворительного» результата Обратная задача как таковая не решается 2-й класс задач диагностики плазмы включает разнообразные методы анализа и решения некорректных задач на основе решения краевых задач, при детальном анализе существования, единственности и устойчивости решения диагностических задач В этом классе, проблема единственности решения не является главной, гораздо больше трудностей возникает с вопросами устойчивости решения

К 3-му классу алгоритмов реконструкции, можно отнести методы восстановления параметров оптических источников излучения, занимающие как бы промежуточное положение между первыми двумя классами, но все же тяготеющими ко второму типу Это объясняется просто для огромного класса практических задач необходима информация о ЗО-распределении интегральных характеристик интенсивности излучения, яркостных, цветовых температур, параметров газодинамики - распределение примеси «твердой» компоненты в потоке и т д При этом требуется оценочная информация о ЗЭ-распределении локальных значений параметров в исследуемом объекте Показано, что в таких случаях, строгое формулирование обратной задачи вряд ли оправдано, целесообразнее построить относительно простую модель исследуемого объекта, используя приближения диффузии, переноса и пр

Отдельную группу составляют методы и МВТ-алгоритмы реконструкции коэффициентов экстинкции исследуемой среды Этот вопрос оказывается особенно актуальным для таких объектов как атмосферные аэрозоли, запыленные плазменные потоки, гидродинамика многофазных сред и т д Показано, что для решения этого класса обратных задач целесообразно использовать метод решения уравнения переноса с учетом многократного рассеяния, в

первом приближении Тогда ВТ-реконструкция может осуществляться с помощью обычных томографических алгоритмов

Рассмотрены методы и средства сравнительно нового направления - оптической томографии в конусных пучках Она фактически, сегодня определяет развитие неразрушающего контроля для задач микроэлектроники, контроля слоистых композиционных материалов и т д

Показано, что точность МВТ-реконструкции определяется полнотой набора исходных данных, способами доопределения данных, параметрами дискретизации, адекватностью используемой процедуры реконструкции обращению Радона, точностью алгоритмов реконструкции и отображения информации

В разделе 1.4 рассмотрены основные методы и средства МВТ для исследования структуры, внутреннего состояния твердых тел, которые в настоящее время представляют собой весьма специфическую область экспериментальной и прикладной физики Рассмотрены основные особенности таких МВТ-систем как: малоракурсные 2Б- и ЗВ-интроскопы, дефектоскопы, системы контроля качества изделий микроэлектроники, лабораторные комплексы для исследования структуры композиционных материалов и изделий из них в условиях внешних тепловых, механических нагружений, системы электронной и ионной ЗБ-микроскопии На основе работ Вайберга Э И., Тихонова А Н , Арсенина В Я, Клюева В В , Гончарского А Н, Вайнштейна Б К, Арифова У А, Скадцера Г Д и т д Сделан анализ методов и алгоритмов, в том числе и малоракурсных, используемых для исследования структуры материалов

Рассмотрены особенности конструкций МВТ-систем для задач дефекта- и интроскопии, созданных для решения важнейших практических задач - определения пространственного местоположения закладных элементов в эксплуатируемых сооружениях, изделиях (бетатронные ВТ-комплексы, линейка рентгеновских томографов типа ВТ-50) Подробно проанализированы математические проблемы восстановления данных в малоракурсной микротомографии, послереакгорного МВТ-контроля ТВЭЛ-ов и сборок, электронной микроскопии (ЭМ) Обсуждены исследования по определению Зй-конфигурации внешних поверхностей компонент планарных структур и послойных распределений зон примесей, концентраций атомов и пр Показано, что сходимость и точность результатов МВТ-реконструкции контролируется на модельных экспериментах

Так же проанализированы некоторые аспекты исследования структуры композиционных материалов при мессбауровском просвечивании в рамках 2В-, ЗО-геометрии В частности показано, что математическая модель полной ЯГР-томографической диагностики структуры материалов, для ортогональной и веерной геометрии спектров резонансного поглощения, сводится фактически к известным интегральным уравнениям, и решается путем использования обращения Радона Рассмотрены некоторые особенности применения электрон-позитронных пар для малоракурсной томографической диагностики в дефекто-, интроскопии, для медико-биологических задач

Глава 2. Разработка и исследование методов и алгоритмов и методов ульграмалоракурсной томографии для анализа внутренних локальных физических объектов

В разделе 2.1 изложен достаточно простой метод реконструкции ЗО-параметров локальных объектов (дефектов) в материале изделия, использующий априорную информацию. Суть его заключается в том, что контролируемое изделие просвечивается как минимум в двух направлениях (угол конвергенции выбирается порядка л/2), теневые поля излучения за просвечиваемым изделием фиксируются в виде 20-проекций. После ввода данных в компьютер, они преобразуются в полутоновые изображения, далее производится предварительная фильтрация изображений проекций. Процедура реконструкции контура сечения локального внутреннего объекта сводится фактически к процедуре обратной проекции. В зоне реконструкции, таким образом, формируется «размытое» изображение каждого сечения. Далее на основе априорных данных (о типах де-

Цг)

Зоны регистрации вспомогательных проекции

фектов, закладных элементов) производится коррекция полученного ЗВ изображения внутренних объектов и удаление ложных изображений -артефактов. Так как, строго говоря, обратная задача в данном случае не решается, то погрешности восстановления оказываются довольно большими. В то же время, например, для ж/б конструкций с толщинами просвечивания порядка 1м, методические погрешности оказываются меньше аппаратных погрешностей регистрации теневых изображений полей излучения. В итоге результирующие погрешности не превышают (10 20)%. Это оказывается вполне достаточным, для задач этого класса. Несмотря на относительную простоту алгоритмов реконструкции ЗВ параметров локальных объектов, предложенный метод достаточно эффективно позволяет решать такие задачи как определение пространственного расположения закладных объекгов в изделиях.

50,00

25,00

0,00;

Исследуемый самосветящийся объект

а-)

50,00

25,00

0,00

12,5 25 Линии 0111 Угол проектир-я 0 град.

12,5 25 Линии ОШ Угол проеетир-я 90 град.

Рис. 1 Геометрия получения вспомогательных проекций при 2-х ракурсном эксперименте

В разделе 2.2 представлены разработанные интегральные методы УМВТ-реконструкции параметров ВТ плазменных объектов, при 2-х ракурсах регистрации данных Рассмотрены новые способы получения дополнительных проекций в основных ракурсах (см рис 1) и методы МВТ-реконструкции Содержание разработанных методов сводится к следующим этапам 1. Построение физической модели (процесс переноса примесей в объеме ВТ плазмы ТОКАМАКа), исходя из одномерных экспериментальных данных

2 Создание двумерных математических моделей реконструируемых функций распределения параметров

3 Разработка и исследование МВТ-алгоритмов реконструкции функций распределений параметров переноса примесей Процедуры ВТ-реконструкции содержат следующие фазы

- разделение вклада фона и возмущения из проекционных данных, вычисление координат центра периферийного возмущения т д., - ВТ-реконструкция функций распределения фона и возмущения, - синтез результирующего 2D-распределения

4. Математическое моделирование всей процедуры МВТР в целом, оценка погрешностей, оптимизация алгоритмов реконструкции

5. Планирование и проведение экспериментов, 20-реконструкция параметров переноса примесей по реальным экспериментальным данным, анализ 3D-характеристик и динамики процессов.

Суть предложенного аналитического способа решения задачи можно пояснить следующим образом Если искомую функцию можно задать в виде ЧЧг,ф) = Ь(г - ?0) + 6,(г -r0)cosp + b2(r -r0)smq>, (I)

то функцию проекции (возмущение слабонеаксиально) можно определить

Дг,в) = а11(г) + а1(г)ипв+а2(.г)со5в+(г-г<1) (2)

Показано, что для некоторых классов искомых функций 4\г,д>), аналитическую процедуру можно свести к решению системы типа

= Мр) + в< + Аг(р) cos в, + В„(р - />0,) ^

ее решение, с учетом подстановок

^,(й>)ехр(-й)р,)-> Fei(.ta), А(т) В0{т), Ва(е>)-+ А0(а>), ¿,(®)-> А,(а), ¿2(fl>)-> А2(а) имеет вид

^(ij) = {Re[/el (ш) ехрНщд)] - Re[/:e2 (со) ехр{-шрг)]} /[cos(ryp,) - cos(сор2)], -= [Ли (®) ехр(-и» д ) J - Л (й>) cos(e>/j,),

Д (и) = fi / sin(/?! - в1 )j{Im|/e] (о) exp(-ifflр, ) [cos 0г -

г - 1 - (5>

- Im I Fm (в) ехр(-г®/>2) J cos 9г * В0 (га) sin(a)p,) cos вг - sin(rfjp2) cos },

f_ Г д "1

- 1ш [fel (гэ) ехр(~гй> p2)jsin0, + Bfl(m)sm(a}p.l)sm01-sm{ap1)sm0l},

Предложенные алгоритмы реконструкции охватывают довольно широкий класс функций, применительно к двухракурсной геометрии получения исходных данных. Это позволяет их использовать в различных физических экспериментах: исследование процессов горения в камерах сгорания ДВС, РД, твердотопливных ускорителей и т.д.

В данном разделе также определены классы искомых функций распределения с учетом возможностей получения проекционных данных. Произведен детальный математический анализ полученных алгоритмов ВТ-реконструкции по данным двух эмиссионных проекций, созданы математические модели процедур УМВТ - диагностики, проанализированы методические погрешности. Результаты оценки погрешностей реконструкции, собственно методов, при исходных двух ракурсах показали, что алгоритмы дают максимальную погрешность 15%. Генерация промежуточных проекций снижает ее до 10%, что является хорошим результатом в условиях 10% зашумленности. При реконструкции с дополнительными исходными проекциями 2=>3+3=6 (мультималоракурсный вариант) - максимальная погрешность не превышает 8%, а при генерации дополнительных 256 проекций для отдельных классов функций достигает 5%. Реальные погрешности выше, за счет вклада аппаратной составляющей, но формат ргкон-струкгши может быть увеличен и выбран (512x512) элементов.

В разделе 2.3 описаны методы и алгоритмы для прямой ЗО-реконструкции конфигурации локальных внутренних объектов и их пространственного местоположения при ультрамало-ракурсной геометрии получения двумерных исходных данных. Основное содержание данных методов можно пояснить следующим образом. Геометрия получения исходных данных (20-проекций), в зависимости от реальной ситуации эксперимента, может быть реализована двумя путями. В 1-м случае, зоны 2Б-проекций располагаются по образую-

Местоположения источника излучения

Наследуемый объект

• " /Ы

< §Ш/

\ л Шш .

Плоскости регистрации

Геометрия формирования исходных данных

б)

Геометрия регистрации проекции от ^го ссчсння

со, Зоны спеклров | ~ проекций

4 Зоны интерполяции

г) Иллюстрация способа отображения

Рис. 2 Геометрии ультрамалоракурсной ЗВ-томографической диагностики (цилиндро-тангенциальный вариант)

щим к цилиндрической поверхности, на осевой линии которой, расположен исследуемый объект. В диаметрально противоположных направлениях позиционируется источник излучения (см рис 2) В каждой проекции, регистрируемая интенсивность поля излучения - 1(х,у)=>[(г) Для реконструкции, в первом приближении, выбирается функция в виде

Ог(х,у) = , здесь £>2(д;,у)- двумерная функция проекции,

I- толщина изделия в направлении просвечивания, ц(х,у,г)- линейный (массовый) коэффициент ослабления по объему контролируемого образца Если плотности материалов внутренних локальных объектов, и самого изделия постоянны, то последнее соотношение можно упростить

= + Здесь /V коэффициент ослабления мате-

риала изделия, - коэффициент ослабления материала локального объекта, /(х,,>»,)- размер локального объекта в направлении просвечивания, к - их число в направлении просвечивания Нормализованные функции проекций -8{р) = |/(г,в)3{р - пг)М , в том числе и одномерные «вы-

членяемые» из двумерных, должны удовлетворять условию

я|>(р)]= ¡¿в ¡/(г,в)3(р- Йг)сИ (6)

О I

Точность реконструкции формы поверхности в этом варианте определяется точностью восстановления границ сечений, поэтому разработан следующий способ реконструкции сечений и контуров исследуемых объектов

• Задается формат сечения Форматы изображений локальных объектов выбираются в пределах (64x64), (256x256) элементов Требуемое число проекций определяется конечным выбранным форматом изображения Этот набор gg|(p) дополняется набором Недостающее количество проекций доопределяется, методами интерполяции

• Для данного сечения вычисляются Фурье образы проекций, при числе отсчетов в каждой проекции в несколько (3 - 6) раз превышающих линейный формат матрицы изображения сечения В соответствии с теоремой о сечениях формируется «двумерный Фурье-спектр», точнее только сектора рис 2 в)

• По кольцевым гармоникам производится интерполяции в зонах отсутствия отсчетов Так как спектры реальных проекций содержат дополнительные отсчеты, то процедуру интерполяции можно оптимизировать, используя зоны дополнительных отсчетов, и таким образом оптимизировать двумерный спектр Фурье - «выгладить» его

• Наборы одномерных спектров проекций пересчитываются в функции проекций, оптимизируется ядро алгоритма свертки Для данного класса задач ядро, оказывается достаточно «низкочастотным», в общем случае, его Фурье образ в области главного максимума имеет вид

c adnfe-1'" costaQsinQ»2^ (?)

1 + a1

здесь a - const, выбирается в пределах (0,9 - 2,4)

• После нормализации всех функций проекций (реальных и вычисленных) для данного сечения, производится реконструкция каждого сечения с помощью стандартной процедуры - сверточного алгоритма включающего вычисление одномерных сверток проекций с выбранным ядром и процедуру обратного проецирования

Таким образом, формируется заданное количество сечений, при этом, все вычислительные процедуры реализуют только одномерные преобразования вычисление прямых, обратных преобразований Фурье от функций проекций, интерполяция по кольцевым гармоникам в двумерном Фурье спектре, операция свертки Это сокращает время реконструкции, алгоритмы могут быть реализованы на стандартных ПК В то же время фактически, оказывается вычисленным ЗБ-массив, определяющий конфигурацию локального объекта и его ориентацию в пространстве

Возможности реконструкции конфигурации локальных внутренних объектов значительно расширяются, если изменить геометрию получения исходных данных таким образом, чтобы плоскости 20-проекций оказались касательными к некой сфере, внутри которой расположены исследуемые объекты Разработаны методы реконструкции, на основе ID, 2D вычислений позволяющих фактически реконструировать, ЗО-параметры локальных объектов, не привлекая значительных вычислительных ресурсов Методы реконструкции можно свести к следующим процедурам

а) Нормировка двумерных функций проекций ^ (*,,>",)

б) Вычисление проекций, исходя из условия Р,{х„у,)0 = -fj)огл-

в) Если форма исследуемого объекта относительно проста, то осуществляется процедура обратного проецирования в зону реконструкции исследуемого локального объекта

г) Пересчет координат контуров в декартову сетку, осуществляется интерполяция, например, с помощью кривых Безье, для получения поверхностного каркаса исследуемого объекта Задача интерполяции упрощается, если заранее вычислить дополнительные 20-проекции, точнее контура, повернув каждую реальную проекцию Р,(х,,у,) на небольшие углы АО,, то есть, выполнив условие

= (8) Так как в зоне реконструкции оказывается в (3, 5) раз больше контуров, то точность реконструкции конфигурации поверхности объекта повышается

д) Вывод ЗО-информации о поверхности исследуемого объекта с помощью алгоритмов проекционных (стерео) преобразований на монитор

Благодаря единственной операции, связанной с 3D вычислениями - переход от сферической сетки отсчетов к декартовой, метод требует минимальных вычислительных затрат Он дает возможность удовлетворительно ре-

конструировать конфигурацию поверхностей локальных внутренних объектов и точно определять их местоположение и ориентацию в пространстве

Для более точного восстановления ЗО-параметров исследуемых локальных объектов, разработан метод реконструкции, основанный на процедуре интерполяции в 3D Фурье-пространстве Его содержание а/После операций нормализации исходных 20-функций проекций Pl(xny¡) и вычисления дополнительных проекций в соответствии %(х„у,)0, V*»

производится переопределение Р,(х„у,) в полярных координатах, то есть Pfa ,у,) (ró(r-г0); ), при фиксированных углах А<р,.

б) Вычисляются одномерные Фурье - спектры

в) На основании теоремы о центральном сечении, производится синтез час. ти 3D Фурье-образа исследуемого объекта Для выполнения процедур интерполяции задаются сферические Фурье-гармоники, представляющие собой комбинации кольцевых гармоник

г) В зависимости от «сложности» формы поверхностей исследуемых объектов и «желаемой» точности реконструкции определяются кольцевые гармоники, по которым производится вычисление недостающих отсчетов, и далее спектров проекций, с помощью рассмотренных выше способов интерполяции, что дополняет Фурье-спектр Следовательно, оказывается вычисленным фактически, 3D FT-образ объекта, с определенной погрешностью, поэтому такой 3D Фурье образ следует рассматривать как образ совокупностей, небольшого числа поверхностей при больших градиентах плотностей объектов

д) Так как в рамках поставленной задачи необходимо восстановить конфигурацию поверхности объекта, то достаточно ограничиться главньм максимумом 3D-FT В этих пределах выбрать необходимые радиальные направления и вычислить FT1 Таким образом, в пространстве проекций получаются вычисленные промежуточные проекции Далее используя алгоритмы свертки и обратной проекции можно реконструировать набор «радиально симметричных» сечений.

е) Как и в предыдущем случае, форма пространственного каркаса поверхности задается сеткой, с последующим отображением в виде проекционных (стерео) изображений

В этом варианте метода МВТ-реконструкции основные процедуры также связаны с одномерными преобразованиями Проведенный анализ погрешностей разработанных методов МВТ-реконструкции, показал.

• методические погрешности алгоритмов реконструкции в определении габаритных размеров исследуемых объектов составляют (3 - 5)%,

• максимальные погрешности в отклонении конфигурации объектов по сравнению с моделями оказываются в пределах (15 - 20) %,

• аппаратные погрешности, связанные с геометрическими неточностями при просвечивании, погрешностями оцифровки и т д , не более 5%

Глава 3 Методы и алгоритмы для задач малоракурсной томо1рафиче-ской реконструкции параметров физических объектов при количестве исходных проекций от 6 до 24

В разделе 3.1 рассматриваются физико-математические аспекты построения методов и алгоритмов для задач диагностики параметров плазменных потоков плазмотронов, потоков высокотемпературных газов, исследования структуры твердых тел, композиционных материалов и т д Круг задач приложения аппарата малоракурсной томографии выбран исходя, из условий конкретных научно-технических задач, решенных автором

В разделе 3.2 изложены разработанные методы оптической малоракурсной томографической диагностики плазменных объектов Для исследования функций распределения интенсивности по поперечным сечениям плазменных, сверхзвуковых потоков предложен метод томографической реконструкции основанный на решении обратной задачи с использованием уравнения Шлемильха (для реализации отдельных процедур восстановления) Задачу МВТ-реконструкции необходимо было решать исходя из достаточно жестких условий эксперимента (взаимодействие плазменной струи сильноточного плазмотрона 1а = (400 - 500).4 с преградой) Предложенная коллиматорная система сбора собственного излучения плазмотрона для любого ракурса обеспечивает выполнение условия Рв(р) - ^с17г/(Т)ё(р - (?,£,))

Показано, что искомая функция может быть вычислена из интегрального уравнения вида

\с12?/(?)8(р - (?,#)) = )с1в )р0{р)О((г^) - р)1 (9)

ь о -<*>

если искомая функция, обладает слабой осевой симметрией, то решением (9)

может быть функция вида <3(х) = ;г~

g(0) + х \g\xsmв)dO

(с учетом

g(r) = "^сЮО(г ,4)) Для линзовых систем регистрации проекционных данных

предложены методы МВТ-реконструкции на основе интеграла свертки Получены решения интегральных уравнений для таких систем регистрации в

виде + — {С'а(х$тд)сЮ ; при этом типичное ядро преобразова-

ть ж Л

ния свертки имеет вид

\\-кхИ а, Ы^о, /1/->ч

0{х) = \ V, (10)

[1 - (х/а)агс51П(а/л), |х]>а Показана целесообразность интерполяции дискретных отсчетов проекции перед процедурой свертки с полученным ядром Для задач такого рода это удобно произвести в виде операции свертки =

здесь 5(|р|) = а|р|' + Ьр1 + с\р\ + с/ - интерполирующая функция

Предложен метод синхронного МВТ восстановления локальных значений коэффициентов эмиссии с учетом эффектов поглощения излучения в нестационарной плазме Для этих целей автором разработана огггико-электронная система одновременного измерения излучение в диаметрально противоположных направлениях, содержащая широкоугольные объективы, диафрагмы, двумерные фоторегистраторы При синхронной регистрации в диаметральных направлениях, относительно оси плазменного потока, измеряемые интенсивности излучения А] и А2 фоторегистраторами, определяются выражениями

(2)

4= /А^(г,)ехр(- ¡и(г)с1г,

(!) г,

(1) (2)

(П)

Аг= |^(/-0)ехр(-\и(г)аг,

(2) Л>

где А(г),и{г) - локальные значения коэффициентов эмиссии и абсорбции Показано, что для широкого круга практических задач для вычисления локальных значений функций А(г),и(г), справедлива система уравнений вида

(ехр({/ )~1)(А1 + А2) = 2 А1! [2^^(ехр(!7) -1) = А1и(2 - и)

Таблица 1

(12)

АА/А,% д и/ц%

0,1 2 17

0,2 5 25

0,5 15 30

Восстановление 20-, ЗО-распределений А(г),Щг) производилось в соответствии с методами МВТ-реконструкции, описанными выше Значения методических погрешностей представлены в таблице 1

Важно отметить, что метод позволяет одновременно, в рамках одного эксперимента, произвести ВТ-реконструкцию, например, функций распределения температур и концентраций.

В разделе 3.3 Проанализированы особенности получения исходных проекционных данных при спектрально-томографической диагностике параметров пламен Определены условия, при которых спектрально-томографические способы регистрации проекционных данных удовлетворяют обращению Радона Произведено детальное физическое обоснование ло-кально-яркостного способа определения температур пламен для задач ВТ-реконструкции. Описаны разработанные методы и алгоритмы МВТ-восстановления параметров высокотемпературных газов и пламен Для малоразмерных пламен, потоков ВТГ (ракетных микродвигателей, форсунок) предложены способы спектрально-томографической регистрации проекционных данных удовлетворяющих условию

м м

= I = I , (13)

"1 = 1 от=1

здесь Jm = 1т ехр£/иД£п], при условии

[л У = %иЛьЛг,9) -T.ru т (14)

т т

Показано, что при выполнении условий (13), (14) искомая функция распределения, например, интенсивности излучения, удовлетворяет обращению Радона Алгоритмы, собственно МВТ-реконструкции, получены из уравнений вида

с»

#/(хк(у[¿в \Гв{у-п{в)-р)С{р)<1р (15)

—оо

Для довольно большого класса функций, перечисленных выше, оказываются

справедливы соотношения ^с1ВО(х я(<9)) = g(x), g(x) - 3(х)

од=ед+1/Ы (16)

Если пламя, ПВТГ характеризуются одним ярко выраженным максимумом интенсивности, то точность МВТ-реконструкции может быть увеличена, так как для решения интегрального уравнения (15) можно использовать известные решения уравнений Шлемильха, при выполнении условия

/(Я - /Чу) = [- /[*(*)<«] (17)

Предложенный подход позволяет синтезировать «ядра» процедуры свертки для довольно широкого класса функций, при весьма удовлетворительной точности реконструкции Ядра процедур свертки, используемые в рассматриваемых методах реконструкции, имеют вид.

„ . ч 1 - (1яр !В)г „ , . 0 ,2яВх г пВх. ,10Ч

[1 + (2яр!В) у 2яВр пВр

Методические погрешности МВТ-реконструкции при 6-ти исходных проекциях не превышают (15 - 20)% Разработаны также методы повышения точности восстановления, использующие регуляризационные подходы

Проанализированы особенности малоракурсной оптической ВТ-диагностики крупноразмерных самосветящихся газовых объектов, например, ДЛА Сложность ситуации, в данных случаях обусловлена тем, что для удовлетворительного восстановления искомых функций распределения необходимы форматы матриц реконструкции (512x512), (1024x1024) элементов и более, в то время как число исходных проекций ограниченно Предложена схема регистрации данных вдоль главной оптической оси, основного ракурса и двух побочных, местоположение осей выбирается в плоскости ортогональной плоскости исследуемого сечения Так как полученные проекционные данные обладают геометрически искажениями, то на этапах подготовки данных они компенсируются процедурой свертки с известной аппаратной функцией Вычисление «недостающих» проекционных данных производиться в Фурье-пространстве с помощью методов интерполяции по кольцевым гармоникам ^'(иАй),тяАй)) = Р1„(тАа>),а> = +со2у , в М - областях с «размером» ((яг/М)-2кАв), в интервале [0, я], с помощью метода наимень-

ших квадратов с использованием в качестве базисных функций полиномов Чебышева первого рода Условие среднеквадратичного отклонения в заданных точках «кольцевых гармонию) определено в виде

(2* + 1)М

Ртт=[И(.2к + \)М} £ [Р\(тАв)-Р\{тАш)}, (19)

т-\

где /"„(тАв) = С}Т^{тАв) Здесь Т; ,(шД<9) - полиномы Чебы-

шева 1-го рода Частота дискретизации Ают = 1ап чт{Ав / 2), при малых углах вт а » а в пространстве сигналов должно выполняться условие 012 <п /(А в)~ж /(Д ва>т ) Показано, что исходя из задаваемого разрешения, количество проекций - N и число отсчетов - и, в каждой из них, необходимых для процедуры МВТ-реконструкции, определяется из соотношения

М = (20) А(9 2 2

Показано что, используя информацию боковых проекций в каждом репере основного ракурса, по каждой кольцевой гармонике, при мультималора-курсной системе регистрации данных, систему уравнений можно доопределить с помощью многочленов Лагранжа 2 степени, что увеличивает точность вычисления промежуточных проекций Определены, для такого рода задач, функции ядер малоракурсных алгоритмов свертки в виде

|1-(я|0,76/|/2Л), \1]<В

[1-[(0,76/)/В]агсз1п[В/(1,24/)],|/|> В Предложенный подход позволяет в несколько раз снизить методическую погрешность МВТ-реконструкции, доводя ее значения до (15 - 10)%, при (М=б0+12д, (24я)) исходных данных соответственно

В разделе 3.4 описан ряд новых, взаимосвязанных методов МВТ-диагностики для исследования структуры композиционных материалов, контроля сварных соединений и т д, при малом числе исходных проекций (6 12), с регистрацией исходных данных на различные носители и погрешностью реконструкции не более (6 9)% Проведено детальное обоснование информационной способности радиационных полей излучения источников, используемых для промышленного неразрушающего контроля, применительно к решению задач малоракурсной диагностики твердых тел Предложены эффективные способы оптимизации методов реконструкции в условиях ограниченных объемов исходных данных за счет априорной информации об исследуемых объектах Разработан ряд высокоэффективных методов вычис-тения недостающих проекционных данных применительно к различным, наиболее распространенным, вариантам геометрии радиационного контроля материалов и изделий и методика оценки погрешностей этих методов

Исходя из уравнения переноса для гамма-излучения через вещество, получены выражения определяющие функции проекции в условиях геометрии узкого пучка для композиционных материалов, на основании которых определена структурная чувствительность МВТ-диагностики в виде

А/,

• = »7

В(Е)

1 "

п м

(22)

здесь Т] - коэффициент зависящий от количества исходных проекций, при малоракурсной диагностике он выбирается в пределах ц = (3, ,4), ,3) - множитель, определяемый коэффициентом доверия, Л/23 - размер дефекта или закладного элемента, £ - коэффициент зависящий от местоположения локального объекта и геометрии сбора исходных данных Показано, что используя приближенные значения функции л р(г,<р), искомая функция, также в приближенном виде р(г,<р) может быть найдена сверткой проекции по первой переменной, с функцией //(/) и процедурой обратного

проецирования, то есть ¡¡(г^)^ к1р(г,<р) = -{\12л)\р{гсо5{<р~в),е)(1в>

где р{1,9) = [р*И]{1,0), Л(/) = -4тг $ а)1¥(со)соа(2то1)с10

Показано, что основная погрешность свертонных алгоритмов связана с приближениями в вычислении преобразования Гильберта Я~'р(г,<р) и ограничением спектра фильтрующей функции И{1) до значения аъ=А/2 В свою очередь, это требует ограничения спектра восстанавливаемого изображения

Определены интервал дискретизации по проекции, он выбирается из условия ¿J<D/N Количество исходных проекций - М оказывается связанным с размером носителя - £> и возможным пространственным разрешением - &т, соотношением М>о>тО!2 Предложено, для уменьшения искажений в восстановленном изображении искомой функции, искать такое ядро свертки, которое давало бы достаточно гладкую априорно известную функцию импульсного отклика, при существенном ограничении количества исходных проекций Показано, что приближенное решение в таких случаях, можно найти как свертку реконструируемого изображения искомой функции р(х,г) с некоторой гладкой монотонно убывающей аксиально-симметричной функцией д(х,г) Получены выражения для ядер в виде

А(г) =

1 - (1 -а)-~—П0(—). 2 а а

г < а

(23)

а й21с-1

./»-,(—)П + (-1)* !/„-,(-),

а у

Проведенный анализ процедур реконструкции с помощью математических моделей, на основе реальных экспериментальных данных показал, что уровень артефактов менее 10% Это значительно меньше, чем в случаях использования известных ядер Показано, что если локальные внутренние объекты имеют небольшие размеры по отношению к восстанавливаемому сечению, то величину параметра регуляризации в ядре (23) необходимо выбрать

малой (а=2-3) Это позволяет четко визуализировать как отдельные локальные дефекты, так и группы близко расположенных включений

Для контроля изделий с известной конфигурацией и функцией плотности материала разработан «метод разностных проекций» Суть его заключа-етгя в формировании разностной проекции gJ¡,9) определяемой как разность между реальной проекцией gr(l,в), и проекцией того же элемента объема изделия в отсутствии закладных элементов - g¡(l,0), то есть 0)

Для повышения разрешающей способности алгоритмов при исследовании нарушений сплошности структуры материала предложен ряд методов фильтрации томограмм на основе нелинейных алгоритмов для решения обратных задач типа интеграла свертки Итерационные уравнения в дискретном варианте, получены в виде

("*,«^ = , и.) * (и,,), ■ + (24)

= 3(пх)д(п2) - Лg(nx,n2) * Получены соотношения для стабилизирующих множителей, например

Р (<0*, <Уг )| + к, (а>х > а г)] О* > )]

Разработана методика для нахождения параметров ¿¿>г/(а)х,й>г), и> (Фх,сог), суть которой сводится к тому что бы по виду имеющейся функции Д{х,г) подобрать такую моделирующую функцию что бы их энергетические спектры максимально совпадали, то есть

^[^(^(д-,^))]2 Проведенные исследования по применению процедуры (24) показали, что существенное улучшение качества изображения можно добиться после проведения (30 - 40) шагов итераций

Для вычисления недостающих данных, в том числе и при ограниченных углах конвергенции разработаны методы доопределения с учетом свойств симметрии двумерного Фурье-спектра Задача экстраполяции сформулирована следующим образом имеется Му+1 дискретных отсчетов функции Р{йп (тк /М)), на участке от 0 до У , периодичной с периодом Я Необходимо найти значения F(Д,(/ия■/ЛÍ)) на участке от Ч* до л, где т=,М,тл/к с дискретностью к!М

Получены решения в виде функции Г(]лп(тл1 №)), определенной на интервале (0— тс) Условие минимизации находится путем решения системы уравнений ТГТК ~ Тт Мп, здесь К=(к,, - вектор коэффициентов разложения функции г/А/)) по полиномам Чебышева, М„=(РЩ(0)), ,р(ц,(пт!М))) - вектор отсчетов функции Р(р„(гш/М)),

Т=(ТХгт/А4)) - матрица значений полиномов Чебышева в точках (;ш!М). После вычисления коэффициентов разложения Кминимизирующих величину М),/лп{пт! М)), определяются значения функции РХмл(ттг/М)) в области от Ч7 до п. Аналогичная операция ироделывается для всех кольцевых гармоник.

Глава 4 Способы повышения информационной способности малоракурсных томографических систем диагностики физических объектов

В разделе 4.1 описаны новые способы повышения информационной способности ОМВТ-систем диагностики, на основе использования проекционных данных формируемых на побочных оптических осях для систем оптической томографии. Для МВТ диагностики крупноразмерных самосветящихся потоков ДЛА автором разработаны метод регистрации исходных данных и оптиковолоконная мультимало-ракурсная система формирования проекционных данных. Суть данного метода заключается в следующем. В каждом основном ракурсе имеется возможность регистрировать, по крайней мере, по два дополнительных (рис. 3). Углы конвергенции между главным и побочными ракурсами выбираются в пределах (3 ^ 6)°, для оптического сложения изо-последовательное уменьшение входных

1,2-линзы (Л1,Л2),

3 - светопроводы (СШ),

4 - система рааделепия и сложения сигналов проекций (а)),

5 - светопроводы {СГ72),

6 - линзы (Л6. Л7),

7 - светопроводы (СТО),

8 - пакет проекций (оптический),

9 - лиша (Л8),

10 - щель спектрального прибора, 1] - спеир&льныя прибор.

Рис. 3 Оптическая схема мультнмалоракурс-ной регистрации проекционных данных крупноразмерных газовых потоков

бражений проекций. Применено изображений комбинацией объективов и светопроводов для передачи изображений. После ряда уменьшений проекционных изображений, на входную щель спектрального прибора проецируется, например, 6 изображений проекций необходимого размера. Для исследования конфигурации исследуемого объекта по сечению по всему спектру излучения, реализуется мультималора-

курсный подход. Для этого, после первой ступени уменьшения изображений, с помощью полупрозрачных зеркал производится отбор проекционных данных и их регистрация с помощью отдельных каналов. При этом регистрируется, например, 6хЗ=>18 проекционных изображений, что позволяет существенно оптимизировать процедуры интерполяции для вычисления недостающих проекций. Использование в этих каналах электронно-оптических микроканальных усилителей дает возможность более детально исследовать динамику процессов.

В разделе 4.2 рассмотрены предложенные методы оптимальной параметризации схем ЗВ-реконструкции. Показано, что алгоритм реконструкции для ряда задач можно определить в виде:

Дх) = jd£~l[ [сйр{1, т)к(х, I, т), (26)

I здесь предполагается, что

исходные данные получаются в дискретном пространстве значений углов - (в; ф), то есть:

\$я\д<1вс1ф | . (27)

Л:;

f j '''■:"'''''.'л.... -' '3 I 1 '

ттт iiir

ira);,

- оптико - механический сканер, 2 - блок усилителей видеосигналов

- блок предварительной обработки и фильтрации,

- контрольный монитор, (подключается при необходимости)

- микропроцессорная система управления,

6 - блок управления электромеханическими системами сканера,

7 - блок питания, 8 - аналого-цифровой преобразователь,

9 - ОЗУ (RAM), 10 - ПЗУ, 11 - контроллер сопряжения с ПК

Рис. 4 Структурная схема 9-каналыюго сканера для МВТ-диагностики

Значения параметра обратного проецирования С2Г определяемого через набор $твс10с1<р отвечает условиям ЗБ-

реконструкции, а значения = с1<р определяют дискретный набор углов для 20-восстановления. При таком способе параметризации данных процедуры вычисления ядра свертки и ВТ-

реконструкции сводятся к реализации трех этапов:

- Предварительная модификация набора проекционных данных:

р'(1,т) = р(1,т)к2(1) (28)

- Вычисляется свертка модифицированных проек-

ции:

g(/',f)= \dlp\l ,r)q^V-l)

(29)

- Выполняется процедура обратного проецирования, то есть

/(*)= JdClMU)g(í\T)lUit (30)

Описанная процедура реконструкции, не позволяет точно вычислить значение искомого параметра реконструкции в заданной точке восстановления х, в силу того, что первоначально вычисляемый интеграл свертки оказывается слабо зависимым от множества значений х принадлежащих т - плоскости, то есть значениям хг, для которых функция gil',?) оказывается идентичной Кроме того, изначально была определена дискретная геометрия угловых параметров пространства Однако для задач МВТ предложенный подход является вполне обоснованным, так как погрешности вычислений оказываются несоизмеримо малыми по сравнению с погрешностями, обусловленными высокой степенью дискретизации по углам, и последующими процедурами интерполяции, используемыми для вычисления промежуточных данных Проанализированы возможности методов ЗО-реконструкции с помощью разработанной математической модели позволяющей реализовать полный цикл 3D реконструкции

В разделе 4.3 представлены разработанные методы и алгоритмы 3D визуализации для задач малоракурсной томографии В отличие от общепринятых способов отображения томографических изображений в виде цветных изображений срезов, или аксонометрического представления выделенной поверхности, данные методы позволяют получать проекционные изображения срезов, изолиний срезов, комбинировать их для совокупности срезов, синтезировать объемные (анаглифные) изображения и пр Предложенные методы и алгоритмы ЗО-индикации учитывают индивидуальные особенности восприятия, позволяют изменять глубину перспективы отдельно для каждого ракурса, изменять конфигурацию в зоне проектирования локальных объектов и т.д Проведена оценка методических и аппаратных погрешностей методов 3 D-визуализации

Глава 5 Экспериментальные исследования методов и средств малоракурсной компьютерной томографии твердых тел

В разделе 5.1 рассмотрены разработанные методы коррекции радиографических способов получения проекционных данных для задач малоракурсной томографии метод формирования разностных проекций, методы коррекции искажающего влияния рассеянного излучения и его полихрома-тичности

Описаны конструкции разработанных оптико-механических сканеров

- для считывания данных с крупноформатных рентгеновских снимков (300x400) мм2 высокой плотности

- многоканальные сканеры для считывания данных радиографии получаемых при МВТ-диагностике (рис 4)

Данные сканеры в сочетании со стандартными ПК могут быть использованы как радиографические томографы общего назначения Приведена схема экспериментальной МВТ - установки для исследования свойств композиционных материалов в условиях тепловых нагружений с по-

мощью плазменных потоков плазмотронов. Описана конструкции оптико -механического сканера для считывания данных с ленточных малоформатных пленочных носителей (формат кадра (30x40) мм2). Особенность данных экспериментальных комплексов заключается в том, что с помощью методов МВТ диагностики анализируются параметры плазменных потоков и структура материала образцов в процессе теплового нагружения. Представлены

технические характеристики МВТ-систем и результаты ВТ-реконструкций. В разделе 5.2 описана конструкция сцинтилля-ционного электромеханического сканера (рис. 5) для МВТ-диагностики крупногабаритных изделий с помощью гамма излучения малогабаритных ускорителей. Конструктивная схема разработанного сканера позволяет сократить фокусные расстояния до 0,7 м при просвечиваемых толщинах порядка 0,5 м, что существенно повышает производительность контроля. Конструкция детекторной головки и предложенный способ предварительной обработки данных существенно повышают чувствительности контроля по сравнению с известными системами. Предусмотрена также возможность программного изменения параметров контроля - параметров траекторий сканирования, формирования проекционных данных и пр. Описан разработанный метод преобразования проекционных данных, регистрируемых в короткофокусных полях гамма-излучения, в проекционные данные, приближаемые к ортогональной проекционной схеме, с учетом трансформации энергетических и пространственных параметров просвечивающих пучков. Представлены основные технические характеристики и результаты томографической реконструкции, полученные с помощью данной системы.

В разделе 5.3 приведено описание малоракурсных радиографических томографов специального назначения. Представлены результаты анализа ин-

Рис. 5 Структурная схема сцинтилляционного сканера

формационной способности радиографии (при просвечивании изделий РИ (До«а~250кэВ)) для задач МВТ.

Для уменьшения вклада рассеянной компоненты, автором предложена схема просвечивания со щелевым коллиматором и многослойным экранированием пленок. Приведены данные анализа погрешностей формирования проекционных данных при радиографическом контроле сварных соединений. Проанализирована относительная погрешность, обусловленная немс-ноэнергетичностью излучения в случае применения способа разностного формирования проекций. Определен вклад в разрешающую способность радиографии нерезкости получаемых теневых проекционных изображений. Показано, что имеется необходимость в разработке специализированных методик радиографического контроля, для задач МВТ-дефектоскопии, обеспечивающих значительно меньшие погрешности.

Описаны разработанные радиографические методики формирования проекционных данных для задач малоракурсной томографии ответственных изделий. Предложенная схема регистрации теневых проекций с помощью специальной автоматической кассеты, позволяет увеличить чувствительность контроля в (2 ~ 3) раза, особенно при контроле толстостенных изделий, для просвечивания которых используются высокоэнергетические источники излучения. Сделан подробный анализ ЧКХ регистрируемых проекционных теневых изображений и реконструируемых томограмм для локальных типов дефектов в стальных конструкциях. Получены выражения для предельных значений разрешающих способностей теневых проекций и восстанавливаемых томографических изображений, относительной и абсолютной чувстви-тельностей МВТ-диагностики для указанного класса задач.

ССП ЕКиУ

МПЗБ - механизм привода ЗБ, МТ1ГП - механизм привода платформы, СГОБ -системы управления привела ЗБ, СПГТ1 - система управления приводом платформы. ФСИ - формирователь строб импульса, СС - сметчик сечении, ДФВС - диффрсн-пиальньш формирователь видеосигнала, БК - Блок компенсации, И -блок логарифмирования, БВХ - блок выборки, хранения, БКнУ - блок коммутации н управления, ССП - система синхронизации приводов

Рис. 6 Структурная схема специализированного МВТ радиографического томографа

Описаны конструкции специализированных малоракурсных радиографических томографов для диагностики сварных соединений. Представлено содержание ППП семейства "IMAGE" содержащих модули:

1 - моделирования всех этапов МВТ-реконструкции;

2 - непосредственной МВТ-реконструкции исходных проекционных данных с помощью алгоритмов свертки, обратного проецирования разработанных применительно к томографической диагностике протяженных объектов;

3 - процедуры визуализации реконструированных 2D-, ЗО-томограмм.

Глава 6 Экспериментальные исследования методов и средств малоракурсной компьютерной томографии для диагностики параметров плазмы, плазменных потоков, высокотемпературных газовых потоков

Раздел 6.1 посвящен экспериментальным исследованиям методов и алгоритмов УМВТ реконструкции процессов переноса примесей в установке

ТОК AMA К ФТ-2. Описаны экспериментальные методы двумерной и мультимало-ракурсной реконструктивной томографии применительно к задачам изучения переноса легких примесей в периферийной зоне ТО-КАМАКа в оптическом диапазоне. Разработанный модульный комплекс ПО ориентирован на OS WINDOWS, UNIX, может работать также в локальных и распределенных сетях под управлением OS UNIX. Основное содержание модулей: 1 - модельные 2D-, ID- функции, 2 - вычисление проекций (имеются блоки позволяющие просчитывать систему нелинейных уравнений), 3 -блок ввода экспериментальных данных, формирователь промежуточных проекций, 4 - ядро свертки, 5 - диагностика и первичная обработка данных, 5 -обратная проекция, 6 - анализ и визуализация результатов реконструкции, 7 -распределение вычислительных процедур реконструкции по сетям. Приведены результаты модельных и реальных экспериментов.

б)

в)

Рис. 7 Структурная схема ОМВ-томографа для эмиссионной и трансмиссионной диагностики плазмы

В разделе 6.2 представлено описание малоракурсных томографов для исследования низкотемпературных плазменных объектов, схемы экспериментальных установок, полученные МВТ - реконструкции температур в электрических дугах, потоках плазмотронов. Конструкция данных томографов позволяет производить МВТ-диагностику исследуемых плазменных объектов, используя как собственное излучение этих объектов, так и зондирующее излучение внешних источников излучения, например лазеров. Томографы такого типа (рис. 7) выполняются в виде отдельных узлов - модулей включающих в себя:

1 - оптико-волоконные сканеры, предназначенные для сбора проекционных данных в геометрии (0-^тс, 0н-2я) (регистрация 12 (24) 2Б-проекций),

2 - спектральные приборы (типа спектрографов),

3 - оптико-электронные системы считывания полей излучения в фокальной плоскости спектрографа с помощью фотодетекторных матриц,

4 - блоки управления системами считывания, платы сопряжения с ПК.

Приведено описание ряда расчетных методов для определения таких параметров дуговой плазмы и плазменных потоков малогабаритных плазмотронов как локальные температуры, интенсивности, концентрации электронной компоненты и пр. Описано содержание программного обеспечения для малоракурсных оптических томографов (ППП "STAR").

Представлены результаты экспериментальных исследований и технические характеристики разработанных МВТ-систем.

Раздел 6.3 посвящен описанию малоракурсных оптических томографов для исследования процессов горения в пламенах и ВТГП. Рассмотрено два типа малоракурсных томографов; малогабаритные оптические томографы (рис, 8), предназначенные для исследования таких объектов как пламена в

— г 4

У -■-г ■ -

Рис. 8 Схема оптико-волоконной сканирующей системы ОМВ-томографа для исследования самосветящихся газовых объектов

горелках Бунзена, потоки высокотемпературных газов в малогабаритных РД, используемых для коррекции орбит KJIA и пр Для исследования высокотемпературных потоков создаваемых ДЛА разработаны оптические малоракурсные томографы, обладающие высокой светосилой, большой разрешающей способностью и высоким быстродействием

Малогабаритные оптические томографы для исследования самосветящихся объектов типа пламен содержат оптико-волоконные сканеры позволяющие получать до 24 главных проекций в геометрии (0-2я) Конструкция этих томографов позволяет формировать двумерные проекционные данные в эмиссионном варианте в геометрии (О-тс, 0-2п), и использовать внешнее зондирующее излучение, в этом случае количество исходных проекций в главных ракурсах может быть доведено до 12 в геометрии (О-тг), при этом регистрируются как эмиссионные, так и трансмиссионные проекции Кроме того, предусмотрена возможность регистрации побочных проекций от б до 12 в каждом «главном ракурсе» Математическое обеспечение для таких томографов представлено в виде ППП «FIRE» содержащего модули

1 - подготовка проекционных данных, 2 - вычисление ID-преобразований Фурье, синтез 3D Фурье образа, 3 - вычисление дополнительных проекций, доопределение данных, 4 - вычисление одномерной свертки (с различными ядрами), 5 - моделирование цикла ВТ-реконструкции, оценка погрешности МВТР, 6 - выполнение процедуры «обратной проекции», 7 - вычисление функций искомых параметров по функциям проекционных интенсивностей в заданных участках оптического спектра, 8 - отображение информации в виде полутоновых ч/б и цветных изображений, в проекционном виде и пр

Приведено описание ОМВ-томографа для исследования процессов горения в высокотемпературных газовых потоках создаваемых авиационными и ракетными двигателями Он обладает высокой светосилой, позволяет получать до 9 вспомогательных проекций в каждом основном ракурсе, количество которых в данной конструкции ограничено до 6 В отличие от малогабаритных систем, с учетом требований высокого разрешения в конструкции данного томографа предусмотрена многоканальная спектральная система регистрации проекционных данных Описано, также математическое обеспечение данной системы (ППП «3D-FLAME-MAX»), ППП содержит модули, аналогичные (ППП «FLAME»), но ориентирован на задачи реконструкции с более высоким разрешением и точностью Представлены результаты экспериментальных исследований и основные технические характеристики разработанных МВТ-систем для диагностики пламен и ПВГ

Основные результаты выполненных исследований

• Исходя из потребностей служб НК, разработана совокупность новых, «простых» методов ЗО-реконструкции для определения габаритных размеров внутренних локальных объектов и их ЗО-ориентации

• Для ряда уникальных задач в области диагностики, высокотемпературной плазмы, разработаны новые интегральные методы реконструкции параметров таких физических явлений как перенос примесей в установках ти-

па ТОКАМАК, при ограниченном числе исходных проекций Разработаны новые способы реконструкции, на основе регистрации дополнительных реальных проекционных данных в ограниченных телесных углах относительно главных ракурсов — мультималоракурсная геометрия, что увеличивает реальную чувствительность, и достоверность получаемой информации

Для задач НК, интроскопии, разработан ряд новых методов, так называемой ультрамалоракурсной томографии, позволяющих реконструировать трехмерную конфигурацию поверхности внутренних локальных объектов и определять их пространственное местоположение Применительно к задачам НК ответственных материалов и изделий разработан ряд высокоточных методов малоракурсной ВТ-диагностики Они дают возможность определять конфигурацию и пространственное местоположение внутренних локальных объектов

На основе разработанных методов и алгоритмов МВТ-диагностики структуры материалов и изделий сконструированы и изготовлены малоракурсные системы для диагностики крупногабаритных изделий и сооружений, сварных соединений, исследования структуры материалов, в том числе и композиционных Разработаны и созданы МВТ-системы лабораторного типа для анализа процессов происходящих в композиционных материалах при экстремальных воздействиях

Разработан ряд новых методов мапоракурсной томографической диагностики таких самосветящихся объектов как плазменные потоки плазмотронов, пламена, высокотемпературные потоки газов и т д Для задач практического плазменного эксперимента разработан ряд малоракурсных томографических систем Они предназначены для исследования параметров плазменных объектов различного типа Конструкция и программное обеспечение дает возможность применять их в оптических лабораториях любого типа, где возникают задачи по исследованию функций пространственного распределения параметров

Методика построения программного обеспечения, разработанная автором позволяет реализовывать любые методы и алгоритмы, от простейших задач реконструкции 20-сечений, до анализа ЗВ-функций распределения искомых параметров

Для МВТ-диагностики процессов в пламенах, в двухфазных смесях и потоках разработаны и созданы малоракурсные томографы Для анализа объектов в условиях лаборатории разработана конструкция малогабаритного томографа для проведения спектрально-томографических исследований в эмиссионном и трансмиссионном вариантах Для исследования параметров крупноразмерных потоков ВТГ разработана мультималоракурсная система диагностики, позволяющая реконструировать, например, температурные профили по объему факела Системы такого рода внедрены на ведущих моторостроительных предприятиях России, а также используются в учебных целях

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих рецен-шруемых научных журналах и изданиях:

1. Воробьев В А , Филоиии О В Моделирование проекционных стереоскопических изображений с помощью электронных автоматических устройств // ПТЭ -№4 -1972 - С 342-350

2 Воробьев В А , Кивран В К, Филонин О В Радиационный дефектоскоп с проекционной индикацией для контроля изделий из неоднородных материалов // Дефектоскопия -№3 -1974 - С 129-132

3 Филонин О В , Воробьев В А Информационная система радиационного контроля ж/б изделий//Приборостроение - Изв ВУЗов -№1 - 1976 - С 28 -36

4 Филонин О В , Панин В В Малогабаритный высоковольтный источник питания//ПТЭ -№4 -1980 - С 259-260

5 Филонин О В Панин В В Блок питания газовых лазеров // ПТЭ - №3 -1982 -С 143-144

6 Филонин О В Овчинников К В Полутоновый цифровой дисплей // ПТЭ -№5 - 1983 - С 91 - 102

7 Филонин О В , Явцев В Ф Система сбора и отображения информации для томографических исследований плазменных потоков // ПТЭ - 1984 - №2 -С 136-139

8 Филонин OB Малоракурсная компьютерная томография в физическом эксперименте // Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета -№1 -2003 -С 136-145

9 Филонин О В Малоракурсные оптические томографы для исследования плазменных объектов // Инженерная физика -№5 —2006 - С 4-14

10. Филонин О.В Малоракурсная томография крупногабаритных объектов // Электронный журнал "Исследовано в России" - 157/060412, 1455-1463 -http //zhurnal аре relarn ru/articles/2006/157 pdf

Монография:

11 Филонин О В Малоракурсная томография - Самара СНЦ РАН, 2006 -256 С

В других изданиях:

12 Воробьев В А , Филонин О В , Кивран В К Радиационный неразрушаю-щий контроль конструкций из железобетонных и других неоднородных материалов // Труды межд конф по неразрушающему контролю - ПНР, - Варшава, 1973 -С 345 -357

13 Филонин О В , Воробьев В А , Кивран В К , Корякин В П Радиационная дефектоскопия бетона и железобетона с применением бетатрона // Труды 2 Межд Симпозиума РИЛЕМ - Бухарест, 1974 - С 45-52

14 Филонин О В , Воробьев В А , Корякин В П , Семыкин Г А , Яковлева М В Применение радиационных методов для контроля стыков ж/б конструкций // Энергетическое строительство -М -Т 46 - 1974 - С 34-42

15 Филонин О В , Воробьев В А Исследование стационарных полей излучения с проекционным способом представления информации // Инженерно-физический журнал - Т XXXI - №1 - 1976 - С 43 - 49

16 Филонин О В , Воробьев В А , Балышев А Г Особенности применения радиационных методов при контроле конструкций из легких бетонов //Тр всесоюзн конф по легким бетонам - Минск, 1975 -С 16-24

17 Филонин О В , Голованов В Е Радиографический контроль медных проводов с помощью тормозного излучения бетатрона ПМБ-6 //Бетон и железобетон - №3 - 1976 - С 28 -42

18 Филонин О В , Ерусалимский J1 И , Левченко М А Исследование алгоритма свертки при восстановлении функций по малому числу проекций //Сб научн тр «Вопросы реконструктивной томографии» ВЦ СОАН СССР, - Новосибирск, 1985 -С 178-184

19 Воробьев В А , Лаферов А Н , Покровский А Н, Филонин О В Устройство для получения трехмерной топографии плотностей почернения рентгеновской пленки / Авт св № 407216, по заявке 1656 454/28-25 от 10 05 1972

20 Воробьев В А , Воробьев С А Филонин О В Устройство для просмотра пленок с микроизображением /Авт св № 438908

21 Филонин О В Применение методов томографического контроля в промышленности /Сб научн. тр. «Вопросы прикладной механики в авиационной технике», Куйбышев КуАИ, 1980 -С 36-52.

22 Филонин О В , Явцев В Ф , Малогабаритный полутоновый дисплей // Труды Всесоюзной н-т конф «Развитие и использование аналоговой и аналого-цифровой техники» - М,1981 -С 116- 124

23 Филонин О В , Мамолов В Д , Ерусалимский Л.И. Экспериментальные исследования структуры композиционных материалов в условиях тепловых нагружений с помощью методов вычислительной томографии //Тез Докл X Всесоюзной конф по физике прочности и пластичности - Куйбышев, 1983 -С 314-316

24 Филонин О В , Мамолов В Д, Панин В В Исследование структуры композиционных материалов в условиях тепловых нагружений //Тез докл X Всесоюзной конф по физике прочности и пластичности - Куйбышев, 1983 -С 105-108

25 Филонин О В , Ерусалимский Л И , Левченко М А Исследование алгоритма свертки при восстановлении функций по малому числу проекций //Сб научн. тр «Вопросы реконструктивной томографии» - Новосибирск ВЦ СО АН СССР, 1985 - С 176-182

26 Филонин О В , Овсищер М В , Теплоухов В Л Исследование возможностей применения методов типа «свертки», для диагностики плазменных потоков по их собственному излучению //В кн «Вопросы реконструктивной томографии» - Новосибирск Наука, СО АН СССР, 1985 - С 149-161

27 Филонин О В , Левченко М А , Панин В В Томографические методы определения параметров пламен и потоков низкотемпературной плазмы //Тез докл Всесоюзн конф «Инверсная заселенность и генерация на переходах в атомах и молекулах» -Томск, 1986 - С 275-281

28 Овсищер М В , Филонин О В Оптическая томография примесей в ТО-КАМАКе полный цикл моделирования //Материалы 4 Всесоюзного симпозиума по ВТ -Ташкент, 1989 - Ч 1 -С 238 -239

29 Филонин О В , Овсищер М В, Тегшоухов В А Комплекс программ "TOMOS" для томографической реконструкции методом свертки и обратной проекции //Сб тр 2Вс симп по ВТ - Куйбышев, 1986 - С 111-112

30 Филонин О В , Ерусапимский JIИ , Овсищер М В Интерполяционный подход к задачам малоракурсной вычислительной томографии // Сб научн тр «Реконструктивная томография» - Куйбышев, 1987 - С 18-21

31 Филонин О В , Петухов В Г , Олейникова Г В. Оптический малоракурсный томограф для исследования газовых потоков, пламен //Тез докл 1 Всесоюзной НТК «Методы диагностики двухфазных реагирующих потоков» — Харьков, 1988 - С 277-280

32 Филонин О В , Панин В В , Лукачев С В Методы и алгоритмы малоракурсной ВТ - диагностики пламен, газовых потоков ВРД //Тез докл 1 Всесоюзной НТК «Методы диагностики двухфазных реагирующих потоков» -Харьков, 1988 - С 275 -276

33 Филонин О В , Овсищер М В Двухракурсная томографическая диагностика изучения примесей в ТОКАМАКе //Сб научн тр «Реконструктивная томография» - Куйбышев, 1987 - С 115 - 122

34 Филонин О В , Овсищер М.В О возможности применения ультрамалора-курсной томографии в задаче оптической диагностики высокотемпературной плазмы //Материалы Всесоюзного семинара «Оптическая томография» -Таллинн, 1988 -С 134-138

35 Филонин О В , Овсшцер М В Разработка и исследование методов моделирования томографических способов восстановления параметров плазменных потоков //Сб. «Применение радиоэлектроники, аппаратуры связи, вычислительной и лазерной техники в народном хозяйстве» - М «Техника», 1984 - №2 - С 123-129

36 Филонин О.В , Явцев В Ф , Петрованов В М Устройство подготовки данных с микропроцессорным управлением для систем малоракурсной промышленной томографии // В сб Неразрушающие физические методы и средства контроля -М изд НииИН, 1987 - С 163-168

37 Филонин О В , Панин В В , Левченко М А, Щербатенко Г В Мультима-лоракурсный томограф для диагностики факелов горения // Сб докл 4 Все-союзн симп. по вычислительной томографии - Ташкент, 1989 - С 234-239

38 Филонин О В Некоторые вопросы получения и обработки информации в задачах трехмерной томографии // Сб докл 4 Вс симп по вычислительной томографии - Ташкент, 1989 - С 96-99

39 Филонин О В , Воробьев В А . Воробьев С А Радиационный интроскоп с трехмерной индикацией / Авт св № 460800, по заявке 1876934

40 Филонин О В , Явцев В Ф Методы малоракурсной вычислительной томографии в диагностике сварных соединений /V Техническая диагностика и не-разрушающий контроль -1989 - №2 - С 34-42

41 Филонин О В , Кирюшин И К , Петухов В Г , Рыбалкин Д И Принципы построения распределенных томографических систем //«Вычислительная томография», Межвузовский сб научн тр - Куйбышев, 1990 - С 36-44

42 Овсищер M В , Петухов В.Г, Филонин О В Система сбора данных на ПЗС для оптической малоракурсной томографии //Материалы 4 Всесоюзного симпозиума по ВТ - Ташкент, 1989 -42 - С 146-147.

43 Филонин О В Исследование качества сварных соединений и структуры композиционных материалов с помощью методов и средств малоракурсной рентгеновской томографии // Тр Межд Симп «Надежность и качество» -Пенза,2002 -С 85-89

44 Филонин О В , Овсищер M В Томографическая диагностика примесей в ТОКАМАКе / В кн «Вычислительная томография» - ГК HT СССР - Куйбышев, 1990 - С 27-35

45 Филонин О В Малоракуроная ВТ диагностика структуры материалов в условиях тепловых нагружений // Тр Межд Симп «Надежность и качество» -Пенза,2003 -С 338-343

46 Филонин О В , Пшеницина Г К Ультрамалоракурсная компьютерная томография в диагностике патологии JIOP-органов. //Тр Всерос конф оториноларингологов «Проблемы реабилитации в оториноларингологии» - Самара, 2003 -С 562-563

47 Филонин О В Шадрунов А А Методы 3D визуализации внутренней структуры физических объектов по данным 2D томограмм // Тр межд симп. «Надежность и качество» 2004, - Пенза, - С 255 - 257,

48 Филонин О В Спектрально — томографические методы и средства исследования параметров плазмы и плазменных потоков // Тр межд симп «Надежность и качество» Пенза, 2004 - С 507-510

49. Филонин О В Шадрунов А А Цифровые методы обработки в компьютерной томографии // Тр межд симп «Надежность и качество» - Пенза, 2004 - С 257-261.

50 Филонин О В , Гордеева Е И , Шадрунов А А Компьютерная 3D - томография в ортодонтии // Тр межд симп «Надежность и качество» - Пенза, 2004 - С 260 -271

51 Филонин О В Исследование процессов воспламенения и горения с помощью методов малоракурсной компьютерной томографии //Актуальные проблемы радиоэлектроники и телекоммуникаций - Самара, 2005 - С 58-61

52 Филонин О В Трансаксиальная лазерная малоракурсная микротомография клеточных структур биологических объектов // Актуальные проблемы радиоэлектроники и телекоммуникаций - Самара, 2006 - С 168-173

53 Филонин О В Микропроцессорные контроллеры в устройствах подготовки данных в оптических малоракурсных 3D томографах // Актуальные проблемы радиоэлектроники и телекоммуникаций - Самара, 2006 - С 112-116

54 Филонин О В Малоракурсная томография в физическом эксперименте // Матер 2 международной научно - пр конф «Высокие технологии и фундаментальные исследования» -С-Пбг СПНЦ РАН, 2006 -Т 4 - С 245-252

Подписано в печать 19 января 2007 г Тираж 100 экз Отпечатано с готовых оригинал-макетов

Содержание диссертации автор исследовательской работы: доктора технических наук, Филонин, Олег Васильевич

ВВЕДЕНИЕ.

1. ВОЗМОЖНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ МЕТОДОВ И СРЕДСТВ КОМПЬЮТЕРНОЙ ТОМОГРАФИИ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ПАРАМЕТРОВ ФИЗИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ.

1.1 Анализ возможностей классических многоракурсных методов и систем томографии в физическом эксперименте.

1.2 Малоракурсных методы и системы томографической диагностики параметров распределения физических объектов.

1.3 Методы и средства оптической малоракурсной томографии.

1.4 Томографические методы и средства малоракурсной диагностики для исследования внутренней структуры твердых 44 тел.

Выводы к главе 1.

2. РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ АЛГОРИТМОВ И МЕТОДОВ УЛЬТРАМАЛОРАКУРСНОЙ ТОМОГРАФИИ ДЛЯ АНАЛИЗА 54 ВНУТРЕННИХ ЛОКАЛЬНЫХ ФИЗИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ.

2.1 Метод прямой «примитивной» ЗБ-реконструкции конфигурации и пространственного расположения локальных внутренних 54 объектов для задач неразрушающего контроля.

2.2 Методы интегральной томографической реконструкции сечений самосветящихся плазменных объектов по двум взаимно 60 перпендикулярным проекциям.

2.2.1 Математические модельные эксперименты для получения априорных данных для методов ультрамалоракурсной 60 томографической реконструкции.

2.2.2 Ультрамалоракурсные интегральные методы и алгоритмы 72 ВТ реконструкции.

2.3 Методы ультрамалоракурсной 3D томографической реконструкции конфигурации локальных внутренних объектов по их двумерным проекциям.

2.3.1 Методы ультрамалоракурсной 3D реконструкции при «цилиндро - тангенциальной» геометрии получения 83 двумерных проекционных данных.

2.3.2 Методы ультрамалоракурсной 3D томографической реконструкции распределения локальных объектов в контролируемых объемах при «сферо - тангенциальной» геометрии получения двумерных проекционных данных.

Выводы к главе 2.

3. МЕТОДЫ И АЛГОРИТМЫ ДЛЯ ЗАДАЧ МАЛОРАКУРСНОЙ ТОМОГРАФИЧЕСКОЙ РЕКОНСТРУКЦИИ ПАРАМЕТРОВ 108 ФИЗИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ ПРИ КОЛИЧЕСТВЕ ИСХОДНЫХ ПРОЕКЦИЙ ОТ 6 ДО 24.

3.1 Особенности построения алгоритмов восстановления для 108 задач эмиссионной и трансмиссионной малоракурсной томографии в условиях физических экспериментов.

3.2 Методы малоракурсной томографической диагностики плазменных объектов.

3.3 Методы и алгоритмы малоракурсной томографической 132 реконструкции параметров высокотемпературных газов и пламен.

3.3.1 Особенности получения исходных данных при спектрально -томографической диагностике параметров пламен.

3.3.2 Физико - математическое обоснование локально- 137 яркостного способа определения температур пламен для задач томографической реконструкции.

3.3.3 Методы малоракурсной томографической реконструкции параметров пламен и потоков высокотемпературных газов.

3.3.4 Особенности малоракурсной оптической диагностики крупноразмерных самосветящихся газовых объектов.

3.4 Методы малоракурсной ВТ - диагностики структуры материалов и изделий.

3.4.1 Обоснование информационной способности рентгеновских 163 полей излучения для решения задач малоракурсной диагностики твердых тел.

3.4.2 Методы реконструкции параметров локальных объектов 175 в твердом теле при ограниченных объемах проекционных данных.

3.4.3 Исследование особенностей влияния дискретизации исходных 181 данных на процессы реконструкции, при ограниченном числе проекций.

3.4.4 Решение обратной задачи реконструкции параметров 188 локальных объектов в твердом теле, при ограниченном наборе исходных данных.

3.4.5 Оптимизация методов реконструкции в условиях ограниченных объемов исходных данных за счет априорной 192 информации об исследуемых объектах.

3.4.6 Методы вычисления недостающих проекционных данных.

Выводы к главе 3.

4. СПОСОБЫ ПОВЫШЕНИЯ ИНФОРМАЦИОННОЙ СПОСОБНОСТИ МАЛОРАКУРСНЫХ ТОМОГРАФИЧЕСКИХ

СИСТЕМ ДИАГНОСТИКИ ФИЗИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ.

4.1 Системы для мульти - малоракурсных томографических исследований самосветящихся физических объектов в оптическом диапазоне.

4.2 Методы и системы формирования проекционных данных для задач 3D - реконструкции исследуемых параметров 227 распределения в оптических объектах.

4.2.1 Геометрические аспекты формирования оптимальных 2D проекционных массивов данных в задачах «прямой» 227 малоракурсной 3D реконструкции.

4.2.2 Методы «прямой» трехмерной реконструкции параметров исследуемых функций распределений по ограниченным 235 наборам двумерных проекционных данных.

4.3 Методы и алгоритмы 3-D визуализации для задач малоракурсной томографии.

Выводы к главе 4.

5. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ МЕТОДОВ И СРЕДСТВ МАЛОРАКУРСНОЙ КОМПЬЮТЕРНОЙ

ТОМОГРАФИИ ТВЕРДЫХ ТЕЛ.

5.1 Рентгенографические и радиографические малоракурсные 268 томографы для исследования структуры твердых тел.

5.1.1 Методы коррекции радиографических способов получения 271 проекционных данных для задач малоракурсной томографии.

5.1.2 Оптико - механические сканеры для считывания данных с 277 крупноформатных рентгеновских снимков высокой плотности.

5.1.3 Оптико - электронные электромеханические многоканальные сканеры для считывания данных радиографии получаемых при малоракурсной томографической диагностике.

5.2 Сцинтилляционный электромеханический сканер для малоракурсной томографической диагностики крупногабаритных 301 изделий.

5.3 Малоракурсных радиографические томографы специального 316 назначения.

5.3.1 Исследование информационной способности радиографии для 317 задач малоракурсной компьютерной томографии.

5.3.2 Анализ погрешностей формирования проекционных данных при радиографическом контроле сварных соединений изделий специального назначения.

5.3.3 Радиографические методики формирования проекционных данных для задач малоракурсной томографии ответственных 325 изделий.

5.3.4 Специализированные малоракурсные радиографические 337 томографы.

Выводы к главе 5.

6. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ МЕТОДОВ И СРЕДСТВ МАЛОРАКУРСНОЙ КОМПЬЮТЕРНОЙ

ТОМОГРАФИИ ДЛЯ ДИАГНОСТИКИ ПАРАМЕТРОВ ПЛАЗМЫ,

ПЛАЗМЕННЫХ ПОТОКОВ, ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫХ

ГАЗОВЫХ ПОТОКОВ.

6.1 Экспериментальные исследования методов и алгоритмов ВТ реконструкции процессов переноса примесей в установке 353 ТОКАМАК ФТ-2.

6.2 Малоракурсные оптические томографы для исследования 365 плазменных объектов.

6.3 Малоракурсные оптические томографы для исследования процессов горения в пламенах и высокотемпературных газовых 387 потоках.

6.3.1 Малоракурсные оптические томографы для спектрально томографической диагностики малоразмерных пламен, самосветящихся газовых объектов.

6.3.2 Малоракурсные оптические томографы для исследования параметров горения в крупноразмерных высокотемпературных газовых потоках.

Выводы к главе 6.

Введение диссертация по физике, на тему "Малоракурсная вычислительная томография в физических исследованиях"

Успехи развития компьютерной томографии за последние десятилетия в таких областях естествознания как медицина, биология, неразрушающий контроль особо сложных изделий хорошо известны, и вряд ли нуждаются в каких либо комментариях. В то же время в практике научных исследований, инженерного эксперимента существует практически неограниченное количество задач, которые могли бы быть успешно разрешены при использовании томографического подхода основанного на обращении Радона. Однако применение классических методов и средств КТ, для решения этого класса задач оказывается совершенно непригодным, так как в условиях подавляющего большинства реальных экспериментов возможно получение весьма ограниченных исходных данных, которые можно рассматривать функции проекции, удовлетворяющие условиям обращения Радона.

В действительности же, не смотря скудность исходных данных, используя и модифицируя основные положения преобразования Радона уже в первых работах [1, 62,158, 209] была показана принципиальная возможность малоракурсной томографической реконструкции самосветящихся плазменных объектов, локальных внутренних неоднородностей в контролируемых изделиях. В настоящее время малоракурсная томография фактически превратилась в самостоятельную науку, и постоянно находит приложения в самых разнообразных отраслях естествознания. Действительно, убедительные результаты получены в физике высоко и низко температурной плазмы, диагностике потоков авиационных и ракетных двигателей, сейсмологии, нелинейной сейсмике, астрофизике, электронной и ионной микроскопии, океанологии, оптике атмосферы, нелинейной оптике, биологии и биофизике, интроскопии и дефектоскопии, физике твердого тела и кристаллографии. Этот список приложений малоракурсных томографических методов исследования искомых функций распределения можно было бы продолжать довольно долго, здесь же следует заметить, что количество публикаций в области малоракурсной томографии увеличивается с каждым годом. В качестве примера можно привести такую область, как малоракурсную томографическую диагностику плазмы, в которой по сведениям автора число публикаций перевалило за 5 ООО. Прекрасный обзор и анализ состояния малоракурсной томографической диагностики по этому направлению сделан в монографии [2].

Отличительными особенностями малоракурсных томографических методов исследования функций распределения параметров физических объектов являются: ограниченность в геометрии выбора ракурсов и их количестве, нелинейные эффекты, сопровождающие процессы регистрации исходных данных, высокая степень недоопределенности данных и т.д. Перечисленные факторы дают возможность определять задачи малоракурсной ВТ - реконструкции, как некорректные не только в математическом аспекте [3], но и в более широком смысле, включив в это понятие физические процессы, влияющие на формирование регистрируемых потоков излучения, аппаратные функции каналов регистрации и т.д. Таким образом, несмотря на то, что в настоящее время известно множество алгоритмов реконструкции основанных на известных операциях свертки, Фурье - преобразований, ART и пр., в каждом конкретном случае возникает необходимость, после детального анализа исследуемого физического процесса, сформулировать и решить обратную задачу, для данного процесса, в условиях конкретной лаборатории, с учетом имеющегося исследовательского оборудования и вычислительных средств. Отсюда очевидным образом вытекает вывод о том, что разработка новых методов и средств малоракурсной вычислительной томографии для задач научных и инженерных экспериментов является актуальной проблемой.

Данная работа посвящена решению проблемы малоракурсной 3D томографической диагностике параметров физических объектов. В частности: разработке новых методов, алгоритмов и средств малоракурсной и ультрамалоракурсной томографической диагностике таких объектов как высоко- и низкотемпературная плазма, плазменные потоки плазмотронов, исследованию 3D - структуры композиционных материалов, выявлению в них локальных неоднородностей, дефектов, определению конфигурации закладных элементов, исследованию процессов горения в пламенах, высокотемпературных газах и т.д. Актуальность темы.

В физике и химии высоко- и низкотемпературной плазмы важную роль играют исследования связанные с определением функций истинного распределения искомых параметров: температуры, концентрации электронной, ионной, «примесных» компонент в объемах исследуемых объектов. Возможность получения такого рода данных позволяют разрабатывать новые, более точные модели физических процессов в плазменных образованиях [4], глубже понимать физические процессы и явления, протекающие в таких объектах и т.д. Следовательно, разработка новых, высокопроизводительных методов и средств для решения задач ВТ-реконструкции функций пространственного распределения исследуемых параметров плазменных объектов является актуальными задачами.

В таких областях как материаловедение, при создании новых материалов, например, композиционных, и изделий их них важнейшей информацией являются данные о пространственной структуре материала, нарушениях сплошности, характер изменения структуры в экстремальных условиях и т. д. Реально такого рода информацию можно получить только при использовании томографических методов диагностики. В то же время применение классических многоракурсных томографических систем значительно удорожает эксперимент и крайне ограничивает области проведения экспериментов, их использование не всегда возможно. Таким образом, разработка новых малоракурсных методов и средств, предназначенных для исследования целостности композиционных структур, в том числе и в условиях, например, экстремальных тепловых нагружений является также, крайне актуальной задачей.

В области дефекто- и интроскопии, особенно при диагностике ответственных изделий, крайне необходимы новые разработки для получения трехмерной информации в наглядном виде о внутренних закладных элементах и дефектах структуры, обладающие более высокой чувствительностью и точностью по сравнению с традиционными способами. Эта необходимость вызвана довольно простыми причинами, например, внедрение сварочных роботов при производстве корпусов подводных лодок, космических летальных аппаратов, значительно повысило качество сварных соединений. Задача дефектоскопии в этом случае трансформировалась таким образом, что на довольно протяженных участках сварных швов теперь необходимо выявлять отдельные локальные объекты, например, газовое включение и точно определять его пространственное местоположение. Это значительно сложнее по сравнению с предыдущими ситуациями, когда задачей выявления оказывались скопления тех же газовых включений. Такие задачи сегодня могут быть решены только с помощью новых высокоточных и быстродействующих методов, алгоритмов и систем малоракурсной томографической диагностики -отсюда следует, что их разработка и создание весьма актуальны.

При исследовании процессов горения в пламенах, газовых смесях, потоках высокотемпературных газов, взрывов в конденсированных смесях пространственная информация о распределении таких параметров как локальные температуры, интенсивности, концентрации твердых примесей, конфигурация фронта воспламенения и горения играет главную роль. Кроме того, не менее важно знать пространственную информацию о газодинамических характеристиках исследуемых процессов. Решить рассмотренные комплексы задач в настоящее время с достаточной точностью и достоверностью могут только малоракурсные томографические методы и системы, отсюда и вытекает актуальность разработки новых методов и средств для диагностики самосветящихся газовых объектов.

Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем: 1. Разработана совокупность новых, высокопроизводительных, взаимосвязанных между собой, методов и алгоритмов восстановления искомых трехмерных и двумерных функций распределения физических объектов. В их основу положены интегральные преобразования, содержащие обращение

Радона, интегралы свертки, преобразования Фурье, уравнение Шлемильха, полиномы Чебышева и пр. Такой подход позволил создать быстродействующие алгоритмы 3D, 2D ВТ-реконструкции искомых параметров применительно к задачам диагностики плазмы, сплошности структуры твердых тел, самосветящихся газовых объектов и т.д.

2. Математическое обеспечение, разработанное на основе созданных алгоритмов, предназначено для работы на ПК типа х86, и других типах совместимых по набору команд, а также в локальных сетях. Разработанное математическое обеспечение построено по модульному принципу, что упрощает процедуры его модернизации и существенно расширяет класс решаемых задач.

3. На основе разработанных методов малоракурсной томографической реконструкции параметров физических объектов автором сконструирован и создан ряд оригинальных малоракурсных томографических систем и томографов для исследовательских целей и для решения задач промышленной диагностики. Разработанный ряд новых томографических систем предназначен для диагностики высоко и низкотемпературной плазмы, контроля структуры материала, диагностики процессов горения в пламенах и потоках высокотемпературных газов. Данные системы позволяют получать высокоточную информацию об искомых функциях распределения физических параметров в виде 20-томографических и ЗО-проекционных изображений.

Основные положения, выносимые на защиту

1. Новые методы и алгоритмы прямой 3D - реконструкции конфигурации и пространственного расположения локальных внутренних объектов.

2. Новые методы и алгоритмы интегральной томографической реконструкции сечений самосветящихся высокотемпературных плазменных объектов получаемых по двум взаимно ортогональным направлениям.

3. Оригинальные, новые и высокоэффективные методы и алгоритмы ульт-рамалоракурсной и мультималоракурсной 3D - томографической реконструкции искомых функций распределения параметров физических объектов

4. Высокоточные методы и алгоритмы малоракурсной и мультималора-курсной спектрально-томографической диагностики параметров плазменных объектов при эмиссионных и трансмиссионных способах формирования проекционных данных.

5. Новые методы и алгоритмы малоракурсной спектрально - томографической реконструкции параметров пламен и потоков высокотемпературных газов.

6. Малоракурсные методы и алгоритмы малоракурсной ВТ - диагностики структуры материалов для задач физико - технических исследований и дефекто и интроскопии изделий, отличающиеся высокими информационной способностью и точностью реконструкции.

7. Высокопроизводительные методы и способы повышения информационной способности малоракурсных томографических систем диагностики физических объектов.

8. Результаты экспериментальных исследований и оригинальные конструкторские разработки методов и средств малоракурсной томографической диагностики твердых тел.

9. Результаты экспериментальных исследований методов и средств малоракурсной томографической диагностики параметров плазменных объектов, пламен, потоков высокотемпературных газов.

Практическая ценность работы

Практическую ценность и значимость данной диссертационной работы можно определить исходя из следующих соображений. Разработанная совокупность новых, высокоэффективных математических методов и алгоритмов малоракурсной ВТ-реконструкции параметров физических объектов связана между собой общей идеологией и концептуальными положениями. Это позволяет говорить о том, что фактически автором предложена методика разработки методов ультрамалоракурсной, малоракурсной и мультималоракурсной диагностики более широкого класса объектов, по сравнению с теми примерами, которые изложены в тексте диссертации. В качестве примера подтверждающего данное положение можно привести использование методов малоракурсной диагностики, разработанных, на основе, данной методики для задач медико - биологического профиля (3D томографическая малоракурсная диагностика опухолей и инородных тел в оториноларингологии [190], 3D-реконструкция конфигурации позвоночного столба, анализ трехмерной конфигурации зубных каналов в стоматологии, реконструкция пространственной конфигурации клеточных структур в биологии и пр.). Результаты диссертационной работы нашли применение в практике научных экспериментов и в неразрушающем контроле материалов и изделий.

Принципы, заложенные автором в разработку программного обеспечения, дают возможность достаточно легко модифицировать ППП, применять их в смежных областях, использовать на различных вычислительных платформах, например, комплекс лабораторных работ по курсу КТ можно выполнять на удалении, находясь в глобальной сети, в операционных системах Linux, Windows, независимо от версии. Как показала практика, идеология математического обеспечения позволяет достаточно легко перестроить процедуры вычислений для кластерных и многопроцессорных вычислительных систем.

Разработанные и созданные автором новые малоракурсные системы томографической диагностики и малоракурсные томографы характеризуются гибкостью конструкции, высокими техническими параметрами и довольно универсальны с точки зрения расширения их функциональных возможностей. Действительно оптико - механические лазерные сканеры, обладающие высокими чувствительностью и разрешением, могут быть использованы для считывания информации с любых пленочных носителей характеризуемых высокой плотностью полутонового изображения. Принципы, заложенные в конструкции мультималоракурсных оптических систем, могут найти успешное применение оптической микроскопии. Малоракурсные томографы для исследования малоразмерных плазменных и двухфазных газовых объектов, в силу их высокой информационной способности и возможности получать пространственную информацию о распределении исследуемых параметров целесообразно использовать как штатное оборудование или в виде дополнительных опций к стандартным спектральным приборам. Некоторые виды таких систем, у которых входные коллиматоры выполнены в виде пакетов тонкостенных трубок малого диаметра, целесообразно использовать в роботизированных системах плазменного напыления, так как они позволяют одновременно решить как минимум две важных задачи: отслеживать газодинамические параметры плазменного потока и плотность распределения микрочастиц напыляемого вещества по объему факела. Методология, заложенная в разработку методов ультрамалоракурсной томографической диагностики, позволяет создавать томографические системы для исследования процессов воспламенения в камерах сгорания тепловых двигателей, такие эксперименты проводятся. В этом случае не надо наверно говорить о важности успешного решения данной задачи, так как при наличии информации о пространственной конфигурации фронта горения и его перемещении по объему камеры сгорания, вопросы оптимизации формы этой камеры, влияющие на экономичность, уровень токсичности ДВС будут, очевидно, решены. Сцинтилля-ционный оптико-механический сканер, разработанный автором, может быть использован для самых различных задач малоракурсного томографического контроля крупногабаритных изделий и конструкций. Более того, его можно применять, например, для таких задач, как калибровка источников рентгеновского излучения, для исследования радиационных полей различных источников, начиная от ядерных реакторов, ТВЭЛов, кончая анализом контейнерного хранения и захоронения радиоактивных материалов. Методы и системы для исследования процессов горения в двухкомпонентных средах можно использовать не только для исследовательских целей, как это описано в диссертации, но на их основе разработать штатные системы диагностики для ГТД, ПВРД, РД. Такие системы окажутся на несколько порядков более информативными по сравнению с существующими. Тем более что уровень развития современной микропроцессорной техники позволяет это сделать достаточно легко с точки зрения необходимой скорости обработки данных.

Таким образом, на основании проведенных выше рассуждений становиться понятно. Что разработанные автором методы и средства малоракурсной томографической диагностики охватывают весьма широкий класс научных и практических задач, что дает возможность говорить о высокой научной и практической значимости диссертации. Реализация результатов работы

По результатам научно - исследовательских работ автора сконструировано и изготовлено несколько типов малоракурсных томографических систем диагностики и малоракурсных томографов, которые внедрены на ряде предприятий, научно - исследовательских организаций и т. д. Созданы и внедрены пакеты прикладных программ, как самостоятельные продукты, так и в составе томографических систем и комплексов. Ряд положений диссертации и программного обеспечения использованы в курсе лекций по компьютерной томографии разработанных автором, и в комплексе лабораторных работ к этому курсу. Результаты диссертационной работы внедрены в следующих организациях: Физико - технический институт им. А. И. Иоффе (г. С - Петербург), Институт электросварки им. Б.Е. Патона (г. Киев), Институт электронной интроскопии (МНПО «СПЕКТР») (г. Москва), ОАО «Пермские моторы» (г. Пермь), ООО ЦТО «Самараинформсервис» (г. Самара), Пермское предприятие ВТИ (г. Пермь), учебно - исследовательская лаборатория компьютерной томографии СГАУ (г. Самара). Апробация диссертационной работы

Результаты докторской диссертации докладывались на научно - технических советах в институте Оптики и Атмосферы СОАН (г. Томск), в институте Математики СОАН (г. Новосибирск), на научных семинарах каф. Физики плазмы С-П Политехнического университета, отдела ФТ-2 ФТИ им. А. Ф. Иоффе, НТС МНПО «Спектр» (г. Москва), на международных и всероссийских симпозиумах и конференциях (Международная конференция по нераз-рушающему контролю, ПНР, Варшава, 1978 г., III Всесоюзная конференция по экспериментальным сооружениям, г. Кишинев, 1978 г, X сибирское совещание по спектроскопии, 1981 г., Томск, X, XI, XII Всесоюзные конференции по физике прочности и пластичности, г. Куйбышев, 1983, 1984, 1985 г.г., Всесоюзная конференция по физике низкотемпературной плазмы, г. Ленинград 1984 г., I, II, III, IV Всесоюзные симпозиумы по вычислительной томографии г. г. Новосибирск, Куйбышев, Киев, Ташкент, 1983 г., 1985 г., 1987 г., 1989 г., I, II Всесоюзная школа по вычислительной томографии, г. Куйбышев, г. Новосибирск 1988, 1989 г. г., Всесоюзное совещание «Инверсная заселенность и генерация на переходах в атомах и молекулах» г. Томск, 1986 г., I Всесоюзная н-т конференция «Методы диагностики двухфазных и реагирующих потоков» г. Харьков, 1988 г., Международный симпозиум «Надежность и качество» г. Пенза, 2002 г., 2003 г., 2004 г., международный симпозиум «Проблемы реабилитации в оториноларингологии», г. Самара, 2003 г., Всероссийская н-т конференция «Актуальные проблемы радиоэлектроники и телекоммуникаций, г. Самара, 2005 г., 2006 г., II международная конференция «Высокие технологии и прикладные исследования, образование» г. С-Петербург, 2006 г.). По материалам докторской диссертации опубликовано 54 научных работы, из них в центральной печати 28 печатных работ, издана монография, получено 3 авторских свидетельства. Структура и объем диссертации

Диссертация содержит введение, содержание, материал изложен в 6 главах, которые, разбиты на 19 разделов, некоторые из них для удобства изложения поделены на подразделы (43 подраздела), каждая глава содержит выводы, в конце диссертации имеется заключение, в котором сформулированы основные выводы и библиографический список.

Заключение диссертации по теме "Приборы и методы экспериментальной физики"

Выводы к главе 6

1. Разработаны и апробированы на установке ФТ-2 (ФТИ им. А. Ф. Иоффе, г. С - Петербург) новые методы двумерной и мулътималоракурсной реконструктивной томографии применительно к задачам изучения переноса легких примесей {Hp,OII-OV) в периферийной зоне ТО

КАМАКа в оптическом диапазоне.

2. Созданные быстродействующие алгоритмы позволяют достаточно точно производить реконструкцию исследуемых сечений, погрешности реконструкции в среднем не превышают 10%.

3. Данные алгоритмы и методы, на физической модели, дают качественно верную картину локализации различного рода примесей в плазменном шнуре, согласованную с их потенциалами ионизации.

4. Созданное программное обеспечение позволяет гибко и эффективно подбирать этапы реконструкции, производить оценку погрешностей и наглядно отображать информацию, в виде полутоновых цветных изображений либо в виде псевдо трехмерных проекционных изображений. Возможно так же и стереоскопическое отображение информации.

5. Разработаны новые типы малоракурсных оптических томографов для исследования плазменных объектов предназначенные для проведения ВТ диагностики в лабораторных условиях. Конструкция данных томографов позволяет производить томографическую диагностику исследуемых плазменных объектов (дуговые разряды Id -(100 + 400)^), используя как собственное излучение этих объектов, так и зондирующее излучение внешних источников излучения, например лазеров.

6. Конструктивно томографы такого типа выполняются в виде отдельных узлов - модулей, включающих в себя оптико - волоконные сканеры, предназначенные для сбора проекционных данных в геометрии (0 +

0 -г- 2тт), спектральных приборов, типа спектрографов, оптико - электронные системы считывания полей излучения в фокальной плоскости спектрографа с помощью фотодетекторных матриц, блоки управления системами считывания, и платы сопряжения с шинами (8, 16, 32 разряда) ПК.

7. Разработано программное обеспечение для задач двумерной и трехмерной ВТ - реконструкции искомых функций распределения локальных параметров в исследуемых объемах объектов. Программное обеспечение реализовано в виде 111111 «STAR» имеющего модульный принцип организации, что упрощает процедуры его использования, позволяя при этом решать широкий класс задач, в том числе и новых добавляя и варьируя различные модули. Программное обеспечение позволяет гибко и эффективно подбирать различные этапы реконструкции, производить оценку погрешностей и наглядно отображать информацию, в виде полутоновых цветных изображений либо в виде псевдо трехмерных проекционных изображений.

8. Опыт эксплуатации томографических систем такого рода показал, что их целесообразно применять как дополнительное оборудование для спектрального анализа самосветящихся объектов, что значительно расширяет круг решаемых ими задач и повышает информационную отдачу экспериментов.

9. Системы такого рода, благодаря относительной простоте и наглядности конструкции, нетребовательности к условиям эксплуатации могут быть использованы как демонстрационные системы в различных учебных курсах. Например, в СГАУ один из таких томографов используется для выполнения лабораторных работ по курсу «Компьютерная томография», читаемого студентам 5-го курса РТФ.

10. Для исследования характеристик горения в пламенах, высокотемпературных потоках газов, газовых и топливных смесей (зоны диагностики (1 -f- 25)-10"6 м3) разработаны малоракурсные оптические томографы пригодные для использования, как в лабораторных условиях, так и в условиях производства. Для расширения класса решаемых задач разработано два новых типа малоракурсных томографов: малогабаритные оптические томографы, предназначенные для исследования таких объектов как пламена в горелках Бунзена, потоки высокотемпературных газов в малогабаритных РД, используемых для коррекции орбит KJ1A и пр. Для исследования высокотемпературных потоков создаваемых ракетными и авиационными двигателями разработаны оптические малоракурсные томографы, обладающие высокой светосилой, большой разрешающей способностью и высоким быстродействием.

11. Малогабаритные оптические томографы для исследования самосветящихся объектов типа пламен содержат оптико - волоконные сканеры позволяющие получать до 24 главных проекций в геометрии (0 + 2л). Конструкция этих томографов позволяет формировать двумерные проекционные данные в эмиссионном варианте в геометрии (0 ч- тг, 0 -f- 2л), и использовать внешнее зондирующее излучение, в этом случае количество исходных проекций в главных ракурсах может быть доведено до 12 в геометрии (0 ч- л), при этом регистрируются как эмиссионные, так и трансмиссионные проекции. Кроме того, предусмотрена возможность регистрации побочных проекций от 6 до 12 в каждом «главном ракурсе» (мульти - малоракурсный вариант), в этом случае количество основных ракурсов целесообразно снизить до 6, что значительно упрощает конструкцию системы сбора исходных данных.

12. В состав малогабаритных томографов, кроме оптико - волоконных сканеров входят стандартный спектральный прибор типа монохрома-тора, оптико - механические системы для выборки одномерных проекционных данных и их регистрации. Последние содержат фото детекторы на основе ПЗС матриц, источник внешнего «излучения» для зондирования исследуемого объекта, блоки управления электромеханическими системами опроса и блоки сопряжения с ПК. Для внешнего зондирования, например, лазерным потоком служит набор проецирующих линз, полупрозрачных зеркал и отражательных призм, позволяющих сформировать задаваемое количество ракурсов.

13. Системы формирования исходных проекционных данных позволяют задавать конечное разрешение для ВТ - реконструкции в формате (256 х 256) элементов, что при поперечных размерах исследуемого объекта (1 т 2) см, дает вполне достаточное пространственное разрешение. Максимальная частота опроса - 1 кГц дает возможность «фиксировать» практически «мгновенные срезы» искомых функций распределения параметров. Благодаря относительно малым размерам и массе, оптико - волоконные сканеры можно закреплять непосредственно на стандартных рельсах спектральных приборов, что облегчает и упрощает их эксплуатацию.

14. Математическое обеспечение для таких томографов представлено в виде 111111 «FIRE», построенного по модульному принципу, что расширяет круг решаемых задач, упрощает процедуры модернизации. Основными вычислительными задачами данного пакета являются:

• подготовка проекционных данных,

• вычисление одномерных преобразований Фурье, синтез 3D Фурье образа,

• вычисление дополнительных проекций,

• доопределение проекционных данных,

• вычисление одномерной свертки (с различными ядрами),

• моделирование цикла ВТ - реконструкции,

• оценка погрешности ВТ - алгоритмов,

• выполнение процедуры «обратной проекции»,

• вычисление функций искомых параметров по функциям проекционных интенсивностей в заданных участках спектра,

• отображение информации в виде полутоновых ч/б и цветных изображений, в проекционном виде и пр.

15. Для исследования процессов горения в высокотемпературных газовых потоках создаваемых авиационными и ракетными двигателями создан оптический малоракурсный томограф, обладающий высокой светосилой позволяющий получать до 9 вспомогательных проекций в каждом ракурсе, количество которых в данной конструкции ограничено до 6. В отличие от малогабаритных систем, с учетом требований высокого разрешения в конструкции данного томографа предусмотрена многоканальная спектральная система регистрации проекционных данных.

16. Математическое обеспечение реализовано для данной системы в пакете ПП «3D-FLAME-MAX», содержащем аналогичные модули как в 111111 «FLAME», но ориентированном на задачи реконструкции с более высоким разрешением и точностью. Программное обеспечение разработано для использования в локальных сетях под управлением OS типа UNIX, LINUX, на которых организованы процедуры распределенных вычислений.

414

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данной работе решена проблема малоракурсной томографической диагностики параметров ряда физических объектов. В частности исследованы возможности создания новых методов, алгоритмов и средств малоракурсной и ультрамалоракурсной томографической диагностики параметров физических объектов достаточно широкого класса - плазменные объекты, различных типов, пламена, потоки высокотемпературных газов, структура материалов и т.д. Отличительной особенностью, выработанной в результате проведенных исследований, методологии разработки методов и алгоритмов малоракурсной ВТ - реконструкции является совокупность важнейших положений, которые необходимо учитывать при создании МВТ - систем. Эти положения кратко можно сформулировать следующим образом:

• В отличие от математического обеспечения классической многоракурсной томографии, алгоритмы которой удовлетворительно работают при диагностике объектов схожих по функциональному признаку, с точки зрения условий обращения Радона, в области малоракурсной томографии использование методов и алгоритмов, разработанных применительно к условиям данной конкретной задачи, для смежных задач оказывается неприемлемым. Тому есть целый ряд причин -для того, что бы исходные данные удовлетворяли условиям линейности в обращении Радона, то есть, что их можно было рассматривать как функции проекции, необходимо соответственно организовать эту процедуру. Причем, как показывает практика проведенных исследований, зачастую оказывается целесообразным отказаться от общепринятых способов регистрации. Например, в области спектротомографии плазменных объектов, для того чтобы функции распределения интенсивности излучения спектральных линий, соответствовали проекционным данным для выбранной частоты, требуется тщательно проанализировать современные физические модели исследуемого объекта, возможности выборки фотонов из его локальных объемов, провести полный цикл математического моделирования получения данных и ВТ - реконструкции и т.д. Такая щепетильность на этапе проведения эксперимента объясняется очень просто, в силу своего определения и физических условий, в малоракурсной томографии количество исходных проекционных данных крайне мало. Следовательно, от того насколько тщательно будет выполнено приближение регистрируемых данных в каждом ракурсе к условию обращения Радона, зависит эффективность всех последующих МВТ процедур связанных с доопределением данных, интерполяцией, фильтрацией и пр. Очевидно, что все «промахи» сделанные на этапе формирования исходных проекционных данных, могут свести на нет результаты МВТ - реконструкции. При этом, не смотря на то, что в данном конкретном методе и программном обеспечении заложены высокоточные процедуры этапов реконструкции, полученный результат будет мало отличаться от примитивной ВТ - реконструкции функций распределения зарегистрированных сигналов. Об ожидаемой адекватности искомой функции распределения в таком случае говорить не приходиться.

• Другим важным моментом является анализ возможностей известных расчетных соотношений, используемых в ранее разработанных методиках для целей МВТ. Поясним данное положение простым примером. Одним из важных параметров, интересующих исследователя при анализе плазменных объектов, например, дуговых разрядов, является функция распределения локальных температур (истинных, цветовых и пр.). Для этой цели, как известно, разработано несколько методик пересчета значений интенсивностей спектральных линий в соответствующие величины искомых параметров. Однако, здесь следует помнить о том, при разработке данных методов пересчета данных для реконструкции искомых функций распределения ранее использовался метод обращения Абеля, предполагающий осевую симметрию анализируемого объекта. Для задач МВТ, как показали проведенные исследования, данную методику пересчета пришлось усовершенствовать, чтобы расчетные соотношения удовлетворяли условиям ожидаемой точности, так как чувствительность методики МВТ выше по сравнению с традиционными методами. Аналогичное положение дел, наблюдается и в других областях экспериментальной физики.

• Важным положением созданной методологии разработки методов малоракурсной реконструкции параметров физических объектов является анализ адекватности информационной способности зарегистрированного набора проекционных данных ожидаемым возможностям ВТ - реконструкции. Именно это положение, как показали проведенные исследования, дает возможность оптимизировать основные параметры реконструкции. Поясним это утверждение примером, предположим необходимо проанализировать внутреннюю структуру композиционного материала с заданным разрешением. Считаем, что условия просвечивания и формирования исходных данных достаточно корректны, и их можно считать функциями проекций. Здесь сразу возникают вопросы: сколько таких функций необходимо для реконструкции с заданной точностью и сколько их можно получить в условиях данной экспериментальной установки. Очевидно, что в условиях такого рода экспериментов, их количество ограниченно, следовательно, необходимо проанализировать возможности доопределения недостающих проекций, точность этого доопределения, ожидаемую разрешающую способность, определиться с выбором «фильтрующих» функций исходных данных, доопределенных массивов, результатов реконструкции, проанализировать способы представления информации, при цветной индикации выбрать (точнее создать) палитры соответствия и т.д.

Таким образом, даже краткое перечисление некоторых положений методики создания методов и алгоритмов для задач МВТ - реконструкции параметров физических объектов говорит о том, что эти процедуры достаточно специфичны с точки зрения класса решаемых задач, требуют детального и глубокого анализа соответствующих физических процессов, возможностей математического аппарата малоракурсной реконструкции и пр. Разработка методов и алгоритмов МВТ - реконструкции достаточно сложный и кропотливый процесс, но получаемые результаты с точки зрения информационной отдачи и затрат на проведение эксперимента, а главное доступность и относительная простота в аппаратном плане, с лихвой оправдывают усилия затрачиваемые на разработку новых методов и систем МВТ.

На основании проведенных автором теоретических и экспериментальных исследований, описанных в данной работе можно сделать следующие выводы:

1. Малоракурсная томография, как показывает анализ ее развития в самых различных областях естествознания, в настоящее время действительно стала самостоятельной наукой формирующей «свой» физико -математический аппарат, методологию исследований, методики и схемы проведения экспериментальных исследований. При этом круг решаемых задач, в каждой из этих областей непрерывно расширяется.

2. Учитывая высокую потребность, со стороны служб неразрушающего контроля, автором разработана совокупность новых, так называемых «примитивных» методов ЗО-реконструкции, требующих от 3 до 5 двумерных теневых проекций, для определения габаритных размеров внутренних локальных объектов и их пространственной ориентации. Такие методы просты в реализации, не требуют применения сложных вычислительных систем, пакеты реконструкции рассчитаны на простейшие ПК. Как показала практика их применения, в сочетании с методами 3D - отображения, они позволяют удовлетворительно решать некоторые задачи (обобщенная погрешность составляют (10 + 25)%, погрешность определения центра масс и габаритов локальных объектов не более (3,.,5)%) неразрушающего контроля и рентгенографии в области медико - биологической диагностики.

3. Для ряда уникальных задач в области диагностики, например высокотемпературной плазмы в экспериментальных установках - ТОКАМАК, CTEJIAPATOP, разработаны новые интегральные методы и методики реконструкции параметров таких физических явлений как перенос примесей, при крайне ограниченном числе (2) исходных проекционных данных. В данной работе рассмотрены варианты УМВТ - реконструкции для двух проекций, угол конвергенции между которыми равен я/2. Для этого типа задач проанализированы и исследованы возможности доопределения данных исходя их экспериментальных данных (для форматов (32x32,.,512x512) элементов) и результатов модельных экспериментов, как самого физического процесса, так и процедур МВТР. Достигнутая обобщенная погрешность МВТ-реконструкции не более (15 ч- 20)%.

4. Развитием интегральных методов ВТ - реконструкции в условиях крайне ограниченного числа исходных проекционных данных явилась разработка методов реконструкции на основе регистрации дополнительных реальных проекционных данных в ограниченных телесных углах относительно главных ракурсов (по схеме 2хЗ=>6). Как показали исследования данного подхода, такой вариант формирования пакетов исходных проекционных данных позволяет увеличить реальную чувствительность, и достоверность получаемой информации, и уменьшить методическую погрешность до (5 ч- 8)%, в зависимости от форматов.

5. Для задач неразрушающего контроля, интроскопии материалов и изделий, медико-биологической диагностики, использующей радиографические способы исследования, разработан ряд новых методов так называемой ультрамалоракурсной томографии, позволяющих реконструировать трехмерную конфигурацию поверхности внутренних локальных объектов и определять их пространственное местоположение. Отличительной особенностью предложенных методов является возможность получения исходных двумерных проекционных данных при ограниченных углах конвергенции (25°,.,60°). Это обстоятельство оказывается положительным моментом в реальных условиях геометрии получения данных. С точки зрения геометрических возможностей регистрации 2Б-проекций предложено несколько способов равно пригодных для эмиссионной и трансмиссионной физики процессов формирования теневых полей излучения. Математический аппарат данных методов дает возможность создавать достаточно простые пакеты ПП, ориентированные на реализацию в стандартных ПК. Точность реконструкции габаритных параметров и координат пространственного местоположения (3%,.,5%) вполне достаточна для практических целей.

6. Детально проанализированы и исследованы возможности получения исходных данных для оптической малоракурсной томографии самосветящихся объектов некоторых типов (дуга, потоки ДП). На основании проведенных исследований сделаны выводы реальных возможностях ОМВТ, выработаны рекомендации и разработаны способы формирования исходных массивов регистрируемых при спектрально-томографической диагностике параметров исследуемых объектов.

7. Разработаны и проведено детальное исследование, как в теоретическом плане, так и в плане анализа экспериментальных данных ряда методов малоракурсной томографической диагностики таких самосветящихся объектов как плазменные потоки плазмотронов, пламена, высокотемпературные потоки газов и т.д. Предложенные методы дают возможность анализировать функции пространственного распределения ряда параметров 1{х,у)\Т{х,у) указанных объектов с достаточно высокой точностью (5 -т-15)% и наглядностью.

8. Применительно к задачам неразрушающего контроля и интроскопии ответственных материалов и изделий разработан ряд новых высокоточных методов малоракурсной ВТ - реконструкции. Данные методы дают возможность определять конфигурацию и пространственное местоположение одиночных внутренних локальных объектов 8 - (3 -ь 8)%. Такая особенность, как известно, крайне необходима при решении задач контроля, например сварных соединений корпусов подводных лодок и космических летательных аппаратов.

9. Дальнейшим развитием указанных выше методов явилась разработка методов и способов прямой малоракурсной томографической 3D - реконструкции, в том и при ограниченных углах конвергенции получения данных, специфических геометрических условиях контроля и т.д.

10. На основе разработанных методов и алгоритмов малоракурсной томографической диагностики структуры материалов и изделий сконструированы и изготовлены малоракурсные системы для проведения томографической диагностики крупногабаритных изделий и сооружений, сварных соединений, исследования структуры материалов, в том числе и композиционных. Кроме того, разработаны и исследованы малоракурсные томографические системы для анализа процессов происходящих в композиционных материалах при экстремальных воздействиях, тепловые нагружения плазменными потоками плазмотронов. Также на основе предложенных автором методов создано несколько типов малоракурсных радиографических томографов для исследования, например целостности сварных швов, протяженных закладных элементов и пр. Ряд МВТ-систем и MP-томографы внедрены на ведущих предприятиях России и СНГ. Опыт эксплуатации этих систем показал их высокую эффективность, надежность и достоверность получаемой информации, при весьма умеренной себестоимости. При этом исследователь получил возможность анализировать трехмерную информацию о пространственной конфигурации исследуемых объектов в достаточно «больших» зонах пространства при использовании разработанных автором методов и алгоритмов 3 D-отображения, пригодных для любого типа мониторов.

11. Для задач практического плазменного эксперимента автором разработан ряд оригинальных малоракурсных (от 6 до 24 ракурсов) томографических систем. Данные системы предназначены для исследования параметров плазменных объектов различного типа (дуговые разряды / = (100-г 400)Л, потоки плазмотронов / = (80-4-240)А). Конструкция и программное обеспечение дает возможность применять их в оптических лабораториях любого типа, где возникают задачи по исследованию функций пространственного распределения параметров. Системы такого рода, с точки зрения вычислительных возможностей лабораторий позволяют использовать практически любые вычислительные средства от простых ПК (х86) до специализированных микропроцессорных систем. Идеи, заложенные автором в системы сбора исходных проекционных данных, дают возможность реализовывать как малоракурсные методы ВТ - диагностики в соответствие с условиями эмиссионной и трансмиссионной томографии, так и использовать способы мультималоракурсной геометрии формирования исходных проекционных данных (схемы: 2 х 3 => 6,6 х 3 18,6 х 6 => 36,.) Методика построения программного обеспечения разработанная автором позволяет реализовывать любые методы и алгоритмы от простейших задач реконструкции 2D - сечений, до анализа трехмерных функций распределения искомых параметров, в «псевдореальном» временном режиме. Достаточно широкий выбор числа ракурсов получения проекционных данных позволяет с различной степенью точности анализировать процессы в плазменных объектах. Данные системы обеспечивают автоматический ввод исходных проекционных данных в ПК, устройства обработки данных. Возможность полного цикла моделирования предусмотренного во всех пакетах позволяет говорить, что после проведения «калибровочных» реконструкций томографический анализ фактически проводится с заданной (известной наперед) погрешностью в реконструкции искомых функций.

12. Исследование процессов горения с точки зрения пространственного распределения таких важных параметров как температуры, концентрации твердых компонент и пр., в настоящее время, как известно, являются весьма актуальными задачами. Для малоракурсной томографической диагностики такого рода процессов в пламенах, в двухфазных смесях и потоках автором разработаны и созданы оптические малоракурсные томографы. Для исследования этих объектов в условиях лаборатории разработана новая конструкция малогабаритного томографа для проведения спектрально-томографических исследований в эмиссионном и трансмиссионном вариантах. Конструкция позволяет выбирать любое количество ракурсов (12, 24,., в зависимости от выбираемой геометрии исследования, 6 ракурсов в трансмиссионном варианте), реализовывать малоракурсные и мультималоракурсные методы формирования исходных проекционных данных для задач 2D-, 3D-реконструкции. В этих ОМВТ системах предусмотрена возможность автоматического ввода исходных ПД в вычислительные блоки обработки и отображения информации. В качестве такого рода систем предусмотрена возможность использования широкого класса вычислительных устройств, от простых ПК, локальных сетей до многопроцессорных ВС. Отображение информации может осуществляться различным образом: полутоновые изображения сечений, проекционные изображения изоповерхностей и т.д. Для исследования крупноразмерных потоков высокотемпературных газов (0 « 1м) автором разработана мультималоракурсная (до 60 и более ракурсов) система диагностики, позволяющая реконструировать, например, температурные профили по объему факела. Системы такого рода внедрены на ведущих моторостроительных предприятиях России, а также используются в учебных целях. Опыт их эксплуатации показал высокую надежность конструкции, хорошую точность £-(10-7-15)% в восстановлении искомых параметров, удобство и простоту использования.

423

Список источников диссертации и автореферата по физике, доктора технических наук, Филонин, Олег Васильевич, Самара

1. Пикалов В.В. Некорректные задачи локальной оптической диагностики газовых и плазменных объектов произвольной конфигурации / Инверсия Абеля и ее обобщения. Новосибирск: ИТПМ СО АН СССР, 1978, - С. 25-67.

2. Пикалов В.В., Мельникова Т.С. Томография плазмы. Новосибирск: Наука, 1995.-345 -с.

3. Тихонов А.Н., Арсенин В.Я., Тимонов А.А. Математические задачи компьютерной томографии. М.: Наука, 1987, 160 - с.

4. Hino М., Аопо Т., Nakajiama М., Yuta S. Light emission computed tomography system for plasma diagnostics // Appl. Opt. -1987. -v. 26, № 22. P. 4742-4746.

5. Филонин O.B. Малоракурсная томография в физическом эксперименте: матер. 2 межд. научно пр. конф. / Высокие технологии и фундаментальные исследования, - С - Петербург: СПНЦРАН, 2006, т. 4, - С. 245-252.

6. Буштабер В.М., Маслов В.К. Математические модели и алгоритмы томосинтеза волновых полей в неоднородных средах / Буштабер В.М. // Вопросы кибернетики. Математические проблемы томографии. М.: АН СССР, 1990 - С. 7 - 56.

7. Яновская Т.Б., Окулкова Т.Н., Томографическое исследование литосферы юго-восточной Европы по групповым скоростям поверхностных волн: тез. докл. 5 вс. симп. по ВТ, М.: 1991, - С. 66-67.

8. Злобин Т.К., Первые сейсмотомографические исследования литосферы Южных Курил: тез. докл. 5 вс. симп. по ВТ, М.; 1991, - С. 74 - 75.

9. Николаев А.В. Проблемы нелинейной сейсмики --М.: Наука, 1987, С. 620.

10. Коган А.Ю., Пименов И.Ю. О реконструкции фигуры астероида по вариациям его блеска: тез. докл. 5 вс. симп. по ВТ, М.; 1991, - С. П.-73.

11. Нечаев А.Г. Методы акустической томографии океана: тез. докл. 5 вс. симп. по ВТ, М., 1991, - С. 81 - 89.

12. Лазерный контроль атмосферы / Э. Д. Хинкли. М., 1979, 416 -с.

13. Куницын В.Е., Терещенко Е.Д. Спутниковая радиотомография ионосферы: тез. докл. 5 вс. симп. по ВТ, М.: ГКНТ, 1991, - С. 77-79.

14. Орлов В.М., Самохвалов И.В., Матвиенко Г.Г. Элементы теории рассеяния и оптическая локация Новосибирск, Наука, 1982, - 225 с.

15. Аристов В.В., Дремова Н.Н., Зайцев С.И. Микротомография в электронной микроскопии // ДАН СССР, 1988, т. 301, 3, С. 611 - 614.

16. Вайнштейн Б.К. Трехмерная электронная микроскопия биологических макромолекул. // Успехи физических наук, 1973, т. 109, в. 3, С. 455 - 597.

17. Н.Г. Преображенский. Томография на синхротронном излучении / Сб. научн. тр. 5 Вс. Симп. по КТ. М.: ГКНТ, 1991, - С. 3 - 6.

18. Клюев В.В., Вайнберг Э.М., Ведмин В.Е., Казак И.А. Новое поколение рентгеновских вычислительных томографов для технической диагностики // Дефектоскопия, 1991, №1, С. 81 - 86.

19. Вайнберг Э.М. Проблемы промышленной вычислительной томографии // Электронное моделирование, 1990, т. 12, №4, С. 86 - 91.

20. Industrial Computer Tomography II. Topical Conference Summaries. Sun-Diego, May 20-24,1999, 184 P.

21. Льюис A.K., Наттерер Ф.Д. Математические проблемы реконструктивной томографии. // ТИИЭР, т. 78, №3, 1983, С. 111 - 126.

22. Cormack A.M. Representation of a function begs its integrals with some radiographical appIi3ations. //J. Appl. Phys. 1964, v.35, № ю, - P. 2908 -2913.

23. Филондн O.B., Лагутская Л.И., Левченко M.A., Скиба Ю.В.

24. Филонин О.В. Малоракурсная томография в неразрушающем контроле материалов и изделий / Материалы Всероссийской научно-технической конференции по радиоэлектронике, Самара, 2003, - С. 88 - 90.

25. Филонин О.В. Оптикоэлектронные сканеры малоракурсных томографических систем неразрушающего контроля / Материалы Всероссийской научно-технической конференции по радиоэлектронике, -Самара, 2003, С. 90 - 92.

26. Абен Х.К. Интегральная фотоупругость / «Валгус», Таллинн, 1984, 345 -с.

27. Аксенов В.В., Пикалов В.В. Томографическая оценка рассеяния лазерного излучения в атмосфере / сб. докл. вс. конф. // Оптическая томография, Таллинн, 1988, - С. 13 - 16.

28. Erhardt A. Reconstructions 3D light-microscopic images by digital image processing, // Appl. Opt. 1985, v24, no. 2, P. 194 - 200.

29. Т.Н. Левин, А.Г. Шебалин Оптическая томографическая микроскопия / сб. докл. Вс. конф. // Оптическая томография, Таллинн, 1988, - с 67 - 68.

30. Куницын В.Е. Дифракционная томография в зоне Френеля // Вестник МГУ, // сер. физ., 1986, т.27, №2, С. 39 - 44.

31. Куницын В.Е., Преображенский Н.Г. Дифракционная томография в слабопоглощающей среде / сб. докл. вс. конф. // Оптическая томография, -Таллинн, 1988,-С. 118-122.

32. Горбунов М.Е. Рефракционная томография атмосферы численныйАэксперимент / сб. докл. вс. конф. // Оптическая томография, Таллинн, 1988, -С. 90-94.

33. Сороко Л.М. Мезооптический Фурье микроскоп как специализированное томографическое устройство / сб. докл. вс. конф. // Оптическая томография, -Таллинн, 1988, С. 145 - 149.

34. Толпина С.П. Алгоритм комптоновской томографии / сб. докл. вс. конф. // Оптическая томография, Таллинн, 1988, - С. 14 - 150.

35. Комиссарук В.А., Менде Н.П., Попов JI.H., Оптическая томография аэродинамического объекта. Реконструкция плотности Л., 1989 // Препринт АН СССР, ФТИ им. А. Ф. Иоффе, № 1349.

36. Филонин О.В. Малоракурсная оптическая ЗБ-томография для исследования процессов воспламенения и горения // Прикладная физика, №3, 2007,-С. 34-45.

37. Филонин О.В., Лагутская Л.И., Скиба Ю.И. Способ восстановления информации о трехмерных объектах в задачах радиационной дефектоскопии бетона / сб. научн. тр. // «Исследование надежности ж/б конструкций» -Куйбышев, 1976, -С. 110 124.

38. Лихачев А.В., Пикалов В.В. Трехмерная томография в диагностике газовых потоков при наличии непрозрачного тела. // Прикладная механика и техническая физика 1998. - т. 39, №.1. - С. 174-180.

39. Лихачев А.В., Пикалов В.В. Трехмерная эмиссионная томография рассеивающей плазмы // Оптика и спектроскопия, 2002 т. 92, №. 6. - С. 998.

40. Бухгейм А.Л. Введение в теорию обратных задач, Новосибирск: Наука, 1988,188 -с.

41. Пикалов В.В. Преображенский Н.Г., О восстановлении локальных характеристик плазмы в условиях ограниченной экспериментальной информации // Оптика и спектроскопия, 1976, т. 40, № 6 С. 1094 - 1096.

42. Cormak A.M. Representation of a function by its line integrals, with some radiological applications. // J. Appl. Phys. 1963., v. 34, N 9, p. 2722 - 2727.

43. Neterer F. On the inversion of the attenuated Radon transform. // Num. Math., 1979, v. 8,N32,-P. 431 -455.

44. Преображенский Н.Г., Пикалов В.В. Неустойчивые задачи диагностики плазмы Новосибирск: Наука (СО АН), 1982, 229 - с.

45. Гончарский А.В., Черепащук A.M., Ягола А.Г., Численные методы решения обратных задач астрофизики. М.; Наука, 1978, 336 - с.

46. Иванов В.К., Васин В.В., Танана В.П. Теория линейных некорректных задач и ее приложения. М.: Наука, 1978, 206 - с.

47. Пикалов В.В., Преображенский Н.Г. Реконструктивная томография в газодинамике и физике плазмы, Новосибирск: Наука. 1987, 230 - с.

48. Melnikova T.S., Pickalov V.V. Tomographic measurements of temperature fields in non-stationary arc plasma // Beitr. Plasmaphysik, 1984. -V.24, N5. -P.431-445

49. Тихонов А.Н., Арсенин В.Я. Методы решения некорректных задач. М.: Наука, 1979, 286 - С.

50. Dnestrovskij Y.N., Lyadina E.S., Savrukhin P.V., Space-time tomography problem for plasma diagnostic. // Proc. 17th European Conference on contr. Fusion and Plasma Heating, Amsterdam, 1990, P. 1620 - 1623.

51. Филонин O.B. Малоракурсная компьютерная томография в физическом эксперименте // Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета, №1, 2003, С. 136- 145.

52. Введенская Н.Д., Гиндикин С.Г. Формула Пуассона для преобразования Радона и численный алгоритм реконструкции изображения // ДАН СССР, 1984, т. 279, №4,-С. 780-784.

53. Левин Г.Г., Старостенко О.В. Томографическое исследование объектов по рассеянному ими излучению / сб. научн. тр. // Оптическая томография, -Таллинн, 1988, С. 123 - 127.

54. Erhardt A., Sinzer G., Komitovsky D., Reconstructing 3-D microscopic objects by digital image processing. // Appl. Opt., 1987, v. 14, no. 5, p. 94 - 100.

55. Davidson M. E., Grunbaum F. A. Tomographic reconstruction with arbitrary directions. // Comm. on pure and appl. Math. 1981, v. 34, № 1, p 234 - 246.

56. Воскобойников Ю.Е., Преображенский Н.Г., Седельников А.И. Математическая обработка эксперимента в молекулярной газодинамике, -Новосибирск, «Наука», 1984, 356 с.

57. Хахлютин В.П. Задачи малоракурсной томографии: тез. докл. V вс. симп. по ВТ, Ташкент, 1989, ч. 2, - С. 174 - 175.

58. Филонин О.В., Воробьев В.А., Кивран В.К. Радиационный дефектоскоп с проекционной индикацией для контроля изделий из неоднородных материалов // Дефектоскопия, №3,1973, С. 129 - 136.

59. Воробьев В. А., Филонин О.В., Кивран В.К. Радиационный неразрушающий контроль конструкций из железобетонных и других неоднородных материалов / тр. межд. конф. по неразрушающему контролю / ПНР, Варшава, 1973, - С. 345 - 357.

60. Филонин О.В., Голованов В.Е. Малогабаритный дефектоскоп для определения местоположения арматуры и закладных элементов в ж/б изделиях: тез. докл. 2 Н-Т совещ. // Вопросы надежности ж/б конструкций, -Куйбышев,-С. 173 175.

61. Филонин О.В., Воробьев В.А., Кивран В.К., Корякин В.П. Радиационная дефектоскопия бетона и железобетона с применением бетатрона / тр. 2 межд. симп. РИЛЕМ Бухарест, 1974, - С. 45 - 52.

62. Баранов В.В, Темник А.К., Темник В.Л., Чекалин А.С., Бетатронный томографический комплекс для неразрушающего контроля крупногабаритных изделий: тез. докл. 5 вс. симп. по ВТ, М.: НИИН, 1991, -С. 123 -124.

63. Вайнберг Э.И., Ведмин В.Е., Казак И.А. Опыт применения рентгеновских вычислительных микротомографов ВТ 50 / Тез. докл. 5 Всесоюзн. симп. по вычислительной томографии. - М., 1991, - С. 125 -126.

64. London В., Yansey R., High-Resolutions X-Ray Computed Tomography of Composit Materials. // Materials Evaluation, v. 48, n. 5, -P. 603 608.

65. Тихонов А.Н., Бочикашвили П.Н., Гончарский А.Н., и др., Микротомография слоистых сред в конусных пучках // ДАН СССР, 1987, т. 296, №5,-С. 1095- 10125.

66. Гончарский А.В., Матвиенко А.Н., Новикова Т.Н. Математические вопросы томографии в конусных пучках / Сб. научн. тр. // Оптическая томография. Таллинн, 1988, - С. 85 - 89.

67. Крянев А.В., Цупко-Ситников М.В., Мишина И.Н., Васильева Э.Ю., Кузилев Н.Р., Костягин С.С., Эмиссионная компьютерная томография в диагностике ТВЭЛов: тез. докл. 5 вс. симп. по ВТ, М.; 1991, - С. 142 -143.

68. Матвиенко А.Н., Назаренко А.В., Савин Д.О., Электронно-зондовая диагностика структур микроэлектроники: тез. докл. 5 вс. симп. по ВТ. М.; 1991,-С. 177-178.

69. Аристов В.В., Дремова Н.Н., Зайцев С.И., Микротомография на базе РЭМ // ДАН СССР, 1988, т. 301, С. 611.

70. Филонин О.В., Ерусалимский О.В., Лагутская Л.И., Возможности ВТ реконструкции при мессбауровском исследовании неоднородных материалов: тез. докл. 2 вс. симп. по ВТ, Куйбышев, 1985, - С. 111 -116.

71. Шевелев С.В. Применение инверсии Радона для восстановления анизотропной функции распределения аннигилирующих электрон-позитронных пар по скоростям: тез. докл. 2 Всесоюзн. симп. по вычислительной томографии. Куйбышев, 1985, С. 161 -169.

72. Арифов, У.А., Арифов П.У. Физика медленных позитронов, Ташкент, ФАН, 1981, 224-с.

73. Вайнштейн. Б.К. О нахождении строения объектов по проекциям // Кристаллография, 1972, Т 15, вып. 5, С. 324-331.

74. Хермен Г. Восстановление изображений по проекциям М.: Мир, 1983, 352-с.

75. Филонин О.В., Воробьев В.А., Покровский В.А., Лаферов А.Н. Дефектоскоп с преобразованием теневого изображения в проекционное аксонометрическое // Дефектоскопия, №3, 1972, С. 127-129.

76. Вертипорох А.Н., Лядина Е.С., Максимов Ю.С. Ассиметрия профиля радиационных потерь на установке ТОКАМАК 10 / Препринт ИАЭ-3860/7, -М, 1983.

77. Днестровский Ю.Н., Лядина Е.С., Восстановление локальной интенсивности рентгеновского излучения и электронной температуры плазмы по данным хордовых измерений / Препринт ИАЭ-4040/7, М., 1984.

78. Granetz R. S. Smeulder P. X-ray tomography on JET. // Nuclear Fusion, v.28, N3, P. 1988- 1996.

79. Филонин O.B., Ерусалимский Л.И., Левченко M.A. Исследование алгоритма свертки при восстановлении функций по малому числу проекций: сб. научн. тр. // Вопросы реконструктивной томографии / Пикалов В.В., -Новосибирск: ВЦ СОАН СССР, 1985, С. 178 - 184.

80. Овсищер М.В., Филонин О.В. Оптическая томография примесей в ТОКАМАКе: полный цикл моделирования / Материалы 4 Всесоюзного симпозиума по ВТ. Ташкент, 1989, ч. 1, - С. 238 - 239.

81. Kuteev B.V., Ovsischer M.V. Investigations of light impurites transport in tokamak using small-view optical tomography. Proc. Of 18-th European Conference on Contr. Fusiuon & Plasma Physics, Berlin 3-7. 06. 1991 pt. 4 - P. 241 -244.

82. Ovsischer M., Beilin S. Mathematical simulation of tomographic reconstructions for tokamak plasma radiation. Abstracts of the International Congress on Computer Systems and Appllied Mathematics. St. Petersburg, 1993, -P. 52- 53.

83. Днестровский Ю.Н., Костомаров Д.П. Математическое моделирование плазмы М.: Наука, 1982, 675 -с.

84. Галлеев А.А., Сагдеев Р.З. Неоклассическая теория диффузии / Вопросы теории плазмы, вып. 7. М.,: Атомиздат, 1973. - С. 345 - 379.

85. Филонин O.B., Овсищер M.B. Томографическая диагностика примесей в ТОКАМАКе: сб. научн. тр. // Вычислительная томография / Филонин О.В., -Куйбышев, 1990, С. 27-35.

86. Овсищер М.В. Разработка методов томографической диагностики переноса примесей в плазме токамака: дис. к-та физ. мат. наук: 05.13.16 -Санкт-Петербург, 1994, 246 с.

87. Овсищер М. В., Филонин О. В., Теплоухов В. А., Комплекс программ "TOMOS" для томографической реконструкции методом свертки и обратной проекции / сб. научн. тр. 2 вс. симп. по ВТ, Куйбышев, 1986, - С. - 111-112.

88. Ерусалимский Л.И., Овсищер М.В., Филонин О.В., Интерполяционный подход к задачам малоракурсной вычислительной томографии: сб. научн. тр. / Филонин О.В.//Реконструктивная томография, Куйбышев, 1987, - С. 18-21.

89. Cormak A.M. Representation of a function by it's the line integrals. // J. Appl. Phys. V. 35, №10, 1964, p. 2908-2918.

90. Филонин О.В. Некоторые вопросы получения и обработки информации в задачах трехмерной томографии / сб. научн. тр. 4 вс. симп. по ВТ, Ташкент, 1989,-С. 240-242.

91. Филонин О.В., Овсищер М.В., Двухракурсная томографическая диагностика изучения примесей в ТОКАМАКе / сб. научн. тр. / Филонин О.В. // Реконструктивная томография, Куйбышев, 1987, - С. 115 -122.

92. Казанцев И.Г. Об информативности набора проекций: тез. докл. 4 вс. симп. по ВТ, Ташкент, 1989, - С.110 -111.

93. Карих В.П., Алексеева Г.П. Пространственно ограниченный фильтр для реконструкции лапласиана функции / тез. докл. 4 вс. симп. по ВТ, Ташкент, 1989,-С. 112-114.

94. Вайнберг В.И., Кантер В.М., Файнгойнз М.Л. // ДАН СССР, 1986, 287, №5,-С. 1123- 1126.

95. Воскобойников Ю.Е. Частотный подход к оцениванию точности сглаживания и дифференцирования с использованием сглаживающих сплайнов // Автометрия, 1986, №1, с. 56 - 63.

96. Гутер Р.С., Овчинников Б.В. Элементы численного анализа и математической обработки результатов опыта, М.: Наука, 1970, 103 - С.

97. Овсищер М.В., Филонин О.В. О возможности применения ультрамалоракурсной томографии в задаче оптической диагностики высокотемпературной плазмы / материалы Всесоюзного семинара // Оптическая томография, Таллинн:, 1988, - С. 134 - 138.

98. Воскобойников Ю.Е. Фильтрующие функции сверточных алгоритмов и их характеристики / Филонин О.В.: сб. научн. тр. // Реконструктивная томография, Куйбышев:, 1987, - С. 13-17.

99. Филонин О.В., Ерусалимский Л.И., Лагутская Л.И. Определение оптических характеристик потоков низкотемпературной плазмы методами вычислительной томографии: тез. докл. 6 вс. конф. по физике низкотемпературной плазмы. Л.:, 1983, т. 2 , - С. 294 - 296.

100. Поплевина Л.И., Синягин О.В., Токмулин И.М. Автоматизированный эмиссионный спектрально-томографический комплекс для управления плазмо-техническим объектами / тез. докл. 4 вс. симп. по вычислительной томографии. Ташкент:, 1989, - С. 223 - 225.

101. Melnikova T.S., Pickalov V.V. Temperature field measurements of electic arc plasma in longitudinal magnetic field. // Beitr. Plasma Physik,1982, Bd 22, H 2, -P. 171 180.

102. Мельникова Т.С., Пикалов В.В. Инверсия Радона в эмиссионной томографии нестационарной плазмы. Новосибирск:, 1982,. Препринт АН СССР Сиб. отд. Ин-т теплофизики, - С. 80-82.

103. Оптическая обработка информации / Кейсент Д., М.: Мир. 1980. 96 - с.

104. Филонин О.В., Явцев В.Ф. Методы малоракурсной вычислительной томографии в диагностике сварных соединений // Техническая диагностика и неразрушающий контроль, 1989, №2, С. 34 - 42.

105. Явцев В.Ф. Методика малоракурсной томографической диагностики материалов и изделий / Филонин О.В. // Реконструктивная томография -Куйбышев:, 1987, С. 127- 131.

106. Филонин О.В., Голованов В.Е. Радиографический контроль медных проводов с помощью тормозного излучения бетатрона ПМБ-6 // Бетон и железобетон, №3,1976, С. 28 -42.

107. Пикалов В.В., Преображенский Н.Г. Вычислительная томография и физический эксперимент // УФН, 1983, т. 141, вып. 3, С. 469 - 498.

108. Хермен Г. Восстановление изображений по проекциям. М:, Мир, 1983 256 - с.

109. Пикалов В.В., Преображенский Н.Г. Реконструктивная томография в газодинамике и физике плазмы, Новосибирск: Наука, СО, 1987, 232 - с.

110. Грачев И.Д., Салахов М.Х., Фишман И.С. Обработка двумерных распределений экспериментальных спектроскопических данных методом статической регуляризации // Оптика и спектроскопия, 1983, т. 54, вып. 5, -С. 923-925.

111. Herman G.T., Rowland S.W. Three methods for reconstructing objects from x-rays. // IEEE, 1978, t. 66, v. 6 P. 5 - 14.

112. Shulz-Gulde E. The continues emission of argon in visible spectral range. // Z. Phys, 1970, Bd. 230, H. 5, P. 449 - 459.

113. Гейдон А.И. Спектроскопия пламен. М.: И. Л. 1959, 382 - с.

114. Гейдон А.И.Спектроскопия и теория горения. М.: И. Л. 1959, 308 - с.

115. Вильяме Ф.А. Теория горения-М.: Наука, 1971, 616-е.

116. Филонин О.В., Панин В.В., Лукачев С.В. Методы и алгоритмы малоракурсной ВТ диагностики пламен, газовых потоков ВРД: тез. докл. 1 Всесоюзной НТК // Методы диагностики двухфазных реагирующих потоков, - Харьков, 1988, - С. 275 - 276.

117. Кадышевич А.Е. Измерение температуры пламени. М.: Металлургиздат, 1961, 216-е.

118. Кирейтов B.P. Обратные задачи фотометрии. Новосибирск: ВЦ СО АН СССР, 1983, 281 -е.

119. Белоцерковский С.М., Сухоруких B.C., Татаренчик B.C. Определение поля плотности пространственных газодинамических течений на основе оптических методов // ЖПМиТФ. №3. С. 95 - 102.

120. Бочкова О.П., Шрейдер У .Я. Спектральный анализ газовых смесей. JL: Физматгиз, 1963, 308 - с.

121. Бейбикан Д.С., Эдварс Д.К. Излучение пламен: сравнение экспериментальных и рассчитанных данных // Аэрокосмическая техника.1989. №1. -С. 73-81.

122. Филонин О.В., Петухов В.Г., Олейникова Г.В. Оптический малоракурсный томограф для исследования газовых потоков, пламен. Тез. докл. 1 Всесоюзной НТК «Методы диагностики двухфазных реагирующих потоков». Харьков, 1988, - С. 277 -280.

123. Льюс Б., Эльбе Г. Горение, пламя и взрывы в газах М.: Мир, 1968, -592 - с.

124. Гейдон А., Вольфгард X. Пламя, его структура, излучение и температура. М.: Металлургиздат, 1959, 324 -с.

125. Гиль В.В. Оптические методы исследования процессов горения. -Минск, Наука и техника, 1984, 128 с.

126. Мальцев В.М., Мальцев М.И. Кашпоров Л.Я. Основные характеристики горения. -М.: Химия. 1977, 320 с.

127. Панин В.В., Лукачев С.В., Левченко М.А. Спектрально -томографические методы диагностики пламени / Филонин О.В. // сб. научн. тр. / Реконструктивная томография, Куйбышев, КуАИ, 1987, - С. 82 - 87.

128. Goulard R., Emmerman P., Santoro R., Semerjian H. High speed three -dimensional in combustion. // Journal of Energy, vol. 12, 1987, p. p. 162-171

129. Хелгассон С. Преобразование Радона. М.: Мир, 1983, - 152 - с.

130. Нолл Г.Ф. Однофотонная эмиссионная реконструктивная томография // ТИИЭР. 1983. т. 71, №3, - С. 43 -53.

131. Филонин О.В., Ерусалимский Л.И., Левченко М.А. Исследование алгоритма свертки при восстановлении функций по малому числу проекций / Пикалов В.В. / сб. научн. тр. // Вопросы реконструктивной томографии. -Новосибирск. ВЦ СО АН СССР, 1985,-С. 176- 182.

132. Скаддер Г.Дж. Введение в машинную томографию // ТИИЭР. 1978, т. 66, №6,-С. 5-16.

133. Тихонов А.Н., Арсенин В.Я. Математические задачи компьютерной томографии. -М.: Наука, 1986, 288 с.

134. Ramachandram G., Lakshminaraynan A. Three dimensional reconstructions of the X - ray emission. / Appl. Opt. 1980, v. 19, no. 10, - P. 1723 - 1745.

135. Панин В.В. Томографическая система диагностики параметров факелов и пламен применительно к камерам сгорания ГТД: Дис. . канд. техн. наук: 05.13.18,- Куйбышев, 1990, 158 - с.

136. Претт У. Цифровая обработка изображений. М.: Мир, 1982, - 552 с.

137. Алгоритмы и программы восстановления зависимостей. / В. Н. Вапник -М.: Наука, 1984,- 816-с.

138. Уилкинсон Дж. X. Алгебраическая проблема собственных значений. -М.: Наука, 1970,-564-с.

139. Приборы для неразрушающего контроля материалов и изделий / В.В. Клюев, -М.: Машиностроение, 1986, т. 1 486 - с.

140. Bracewell R.N., Werneko S.I. Image reconstruction over a finite field of view // J. Opt. Soc. Am., t. 65,1975, P. 1320 - 1360.

141. Herman G.T. Correction for beam hardening in computed tomography // Phus. Med. Biol. 1979, v. 24, - P. 81 -106.

142. Фано У., Спенсер JI., Бергер М. Перенос гамма излучения. - М.; Госатомиздат, 1963. - 284 - с.

143. Radon J. Uber die Bestimmung von durh ihre integralwerte lang gewisser Mannigfaltigkeiten. // Ber. Saechs. Akad. Wiss. Leipzig, Math Phys. 1917. Kl. Bd. 69, - S 262 - 279.

144. Рентгенотехника / Клюев B.B. M.: Машиностроение, 1980, 512 - с.

145. Бейтс Р.Х., Гарден К.Г., Петере Т.М. Реконструктивная вычислительная томография: Современное состояние и перспективы развития // ТИИЭР, -1993, т. 73, №3,-С. 84-103.

146. Синьков М.В.Многоэлементные детекторы ионизирующих излучений / Синьков М.В., Киев, Техника, 1985, - 136 - с.

147. Воробьев В.А., Горбунов В.И., Покровский А.В. Бетатроны в дефектоскопии. -М.: Атомиздат, 1973, 347 с.

148. Филонин О.В., Голованов В.Е. Радиографический контроль медных проводов с помощью тормозного излучения бетатрона ПМБ-6 // Бетон и железобетон, №3,1976, С. 28 - 35.

149. Cho Z.N., Achum J. Computerized Image Reconstruction Methods with Multiple Photon/X-Ray Transmission Scanning // Phys. in Med. And Biol. 1974, v. 19,no. 4,-P. 511 -522.

150. Филонин O.B. Применение методов томографического контроля в промышленности / сб. научн. тр. // Вопросы прикладной механики в авиационной технике, Куйбышев, КуАИ, 1980, С. 36 - 52.

151. О. Tretiak, D. Ozonoff, J. Klopping Calculation of internal structure from multiple radiograms. // TIIER v. 62, no. 10, October, 1989, P. 29 46.

152. Gottlieb P., L. De Lorenzo Parallel date streams and serial arithmetic for fast Fourier transform processors // JEEE Trans ASSD, v 22, no 2 1977, p.p. 11-117.

153. Grant D.C. Tomosynthesis: A three dimensional radiographics imaging technique. // IEEE Trans Bio. Med. Eng., 1989, v. BME-19, - P. 20 - 28.

154. Хорн Б. Восстановление внутренней структуры объектов с помощью различных схем многолучевого просвечивания // ТИИЭР. 1978, т. 66, №5, -С. 27-40.

155. Cho Z.H., Ahu J., Tsai С. Computer algorithms and detector electronics for the rausmission x-ray tomography //IEEE Nucl. Sci. 1974, S-21, no 1 p. 218 223.

156. Рабинер JI., Гоулд Б. Теория и применение цифровой обработки сигналов. М.: Мир, 1978, 848 - С.

157. Stonestown J.P., Makovski A. Scotber considerubions in fan beam computerized tomographyc system. IEEE Trans. Nucl. Sci., n. S-23, v.5, -P. 1453 -1458.

158. Gullberg G.T., Budinger T.F. The use of filtering methods to compensate for constant attenuation in singlephoton emission computed tomography // IEEE Trans. Biomed. Eng. 1981, v. BME -28, n. 2, - P. 142 - 157.

159. Справочник по специальным функциям с формулами, графиками и математическими таблицами / Абрамович А.А., Стиган И.П. М.: Наука, 1986,288 -с.

160. Василенко Л.В., Тараторкин A.M. Восстановление изображений М.: Радио и связь, 1086, 304 - с.

161. Даджион Д., Мерсеро Р. Цифровая обработка многомерных сигналов. -М.: Мир, 1988, 488 с.

162. Шафер 3., Мерсеро 3., Ричарде М. Итерационные алгоритмы восстановления сигналов при наличии ограничений // ТИИЭР, 1981, т. 69, №5, - С. 27 - 40.

163. Явцев В.Ф. Корректирующая инверсная фильтрация в алгоритмах малоракурсной вычислительной томографии: тез. докл. вс. семинара // Оптическая томография, Таллинн, 1988, - С. 171 - 172.

164. Явцев В.Ф. Пакет прикладных программ "IMAGE" для малоракурсной рентгеновской вычислительной томографии: тез. докл. вс. конф. // Актуальные проблемы радиоэлектроники, Куйбышев, 1989, - С. 60 - 68.

165. Лебедев Д.С. Об одном алгоритме фильтрации флуктуационных помех на изображении / сб. научн. ст. // Иконика, М.: Наука, 1974, - С. 21 - 25.

166. Вайнштейн Г.Г. Пространственная фильтрация изображений / сб. научн. ст. // Иконика, М.: Наука, 1974, - С. 4 - 20.

167. Луис А.К., Наттерер Ф. Математические проблемы реконструктивной томографии // ТИИЭР. 1983. т. 73, №3 С. 11 - 125.

168. Inouye Т. Image reconstruction with limited view angle projections. // IEEE Comput. Soc. Press. 1962. P. 165 - 168.

169. Louis A.K. Approximation of the Radon transform from samples in limited range // Mathematical Aspects of Computered Tomography. / Edg. G. T. Herman and F. Natterer. Berlin: Springer, 1981. - p. 127 - 139.

170. Алгоритмы и программы восстановления зависимостей. / Вапник В. Н., -М.: Наука, 1984, 216 с.

171. Филонин О.В., Панин В.В., Левченко М.А., Щербатенко Г.В. Мультималоракурсный томограф для диагностики факелов горения / сб. докл. 4 вс. симп. по вычислительной томографии, Ташкент, 1989, С. 234 -239.

172. Проектирование оптических систем. / Шеннон Р., Вайант Дж. М.: Мир, 1983, 423 -С.

173. Папулис А. Теория систем и преобразований в оптике. / Пер. с англ. -М.: Мир, 1971, 397-с.

174. Baracat R.J. Opt. Soc. Am., vol. 52, no. 264, 1962, P. 256 -259.

175. Гиль В.В. Оптические методы исследования процессов горения. -Минск, «Наука и техника», 1984, 128 - С.

176. Christopher J. Phoenix, Early Nanotech Project: Replace Blood Sci. Nanotech, USA, CU, 14 June, 1996, P. 345 349.

177. Davidson D., BaldockR., Nature Rev. Genet. № 2, 2001, P. 409 - 414.

178. Denton R.V., Frider В., Rockmozo A. Direct three-dimensional image reconstruction from divergent rays, IEEE Trans. On Nucl. Sci, vol. NS-26, no. 5, Oct. 1979,-P. 4695-4703.

179. Филонин O.B., Пшеницина Г.К. Ультрамалоракурсная компьютерная томография в диагностике патологии ЛОР-органов. / Проблемыреабилитации в оториноларингологии / сб. научн. тр. всерос. конф. оториноларингологов, Самара, 2003, - С. 562 - 563.

180. Бахвалов Н. С. Численные методы М., Наука, 1973, т.1, - С. 35 - 67.

181. Kudo Н., Noo F., Defrise F. Cone-beam filtered-projections algorithm for transacted helical data //Phyth. Meth. Biol. 1998, 43, P. 2885-2909.

182. Пикалов B.B., Лихачев A.B. Сравнение алгоритмов спиральной томографии. // Theoretical and Computational Fluid Dynamics. 2004. -Vol.18. No.2-4.-P. 301-308.

183. Юревич Е.И. Фотонная техника С - Петербург: изд. СПбГТУ, 2003, -С. 46-67.

184. Юревич Е.И. О проблеме группового управления роботами. // Мехатроника, автоматизация, управление, С-Петербург, 2004, №2, С. 56-62.

185. Корсаков A.M., Юревич Е.И. Компьютерная модель зрительной системы человека / Материалы XXXII н-т конф. СПбГТУ, изд. СПбГТУ, С-Петербург 2004, т. 4, - С. 124 - 129.

186. Воробьев В.А., Лаферов А.Н., Покровский А.Н., Филонин О.В. Устройство для получения трехмерной топографии плотностей почернения рентгеновской пленки, авт. св. № 407216, по заявке 1656 454/28-25 от 10.05.1972.

187. Воробьев В.А., Воробьев С.А. Филонин О.В. Устройство для просмотра пленок с микроизображением авт. св. № 438908.

188. Четверухин Н. Ф. Проективная геометрия, изд. 8, М.: Просвещение, 1979, С. 49- 86.

189. Болтянский В.Г., Яглом И.М. Геометрия М.: изд. ФМЛ, 1973, - С. 271290.

190. Раушенбах Б.В. Системы перспективы в изобразительном искусстве. Общая теория перспективы М.: Наука, 1986, - с. 24 - 67.

191. Ежов В. Способ и устройство (его варианты) для получения изображения. Заявка № 2001115440 на патент РФ от 08.06.2001.

192. Филонин О.В., Панин В.В. Малогабаритный высоковольтный источник питания // ПТЭ, № 4, 1980, С. 259 - 261.

193. Филонин О.В., Панин В.В. Блок питания газовых лазеров // ПТЭ, № 3, 1982,-С. 143- 145.

194. Филонин О.В., Мамолов В.Д., Панин В.В. Исследование структуры композиционных материалов в условиях тепловых нагружений / тез. докл. X Всесоюзной конф. по физике прочности и пластичности, Куйбышев, 1983, -С. 105 - 108.

195. Клапдор-Клайнгротхаус Г.В., Цюбер К. Астрофизика элементарных частиц. / пер. с нем. под ред. В. А. Беднякова. М:. Ред. Журнала, "Успехи физических наук", 2000, - с. 203 - 209.

196. Derenso S.E., Budinger T.F., Cahhoon J.L., High resolution computed tomography of positron emitters / IEEE, Trans. Nucl. Sci. NS 24/1, 1977, P. 544 -558.

197. Филонин O.B. Воробьев B.A., Кивран B.K., Корякин В.П. Радиационная дефектоскопия бетона и железобетона с применением бетатрона: тр. 2 симп. РИЛЕМ, Бухарест, т.45,1974, - С. 123 - 129.

198. Филонин О.В., Воробьев В.А., Корякин В.П., Семыкин Г.А., Яковлева М.В. Применение радиационных методов для контроля стыков ж/б конструкций // Энергетическое строительство, М:, т. 46, 1974, - С. 34 - 42.

199. Филонин О.В., Воробьев В.А. Исследование стационарных полей излучения с проекционным способом представления информации // Инженерно-физический журнал, т. XXXI, №1, 1976, С. 43 - 49.

200. Добромыслов С.А., Румянцев С.В. Радиационная интроскопия, М.: Атомиздат, 1978, - С. 286.

201. Филонин О.В., Воробьев В.А., Балышев А. Г. Особенности применения радиационных методов при контроле конструкций из легких бетонов / тр. вс. конф по легким бетонам, Минск, 1975, - С. 16-24.

202. Бергельсон Б.Р., Зорикоев Г.А. Справочник по защите от излучения протяженных источников-М.: Атомиздат, 1965, 165 с.

203. Herman G. Correction for beam hardening in computed tomography // Phus. Med. Biol. 1979, v. 24, - P. 81 - 106.

204. Румянцев C.B. Радиационная дефектоскопия-M.: Атомиздат, 1979, 512 -с.

205. Румянцев С.В., Штань А.С., Гольцев В.А. Справочник по неразрушающим методам контроля -М.: Энергоиздат, 1982, 240 - с.

206. Филонин О.В., Явцев В.Ф., Система сбора и отображения информации для томографических исследований плазменных потоков // ПТЭ, 1984, №2, -С. 136- 139.

207. Филонин О.В., Явцев В.Ф., Малогабаритный полутоновый дисплей / тр. вс. н-т конф. // Развитие и использование аналоговой и аналого-цифровой техники, -М.: 1981,- С. 116- 124.

208. Филонин О.В., Овчинников К.В., Полутоновый цифровой дисплей // ПТЭ №5, 1983, -С. 91 101.

209. Воскобойников Ю.Е., Преображенский Н.Г., Седельников А.И. Математическая обработка эксперимента в молекулярной газодинамике, -Новосибирск, Наука, 1984, 240 - с.

210. Овсищер М.В., Петухов В.Г., Филонин О.В. Система сбора данных на ПЗС для оптической малоракурсной томографии / Материалы 4 Всесоюзного симпозиума по ВТ, Ташкент, 1989, ч. 2, - с. 146 -147.

211. Smeulders. Tomography of quasi-static deformations of constant-emission surfaces of high-bets plasmas in ASDEX. Nucl. Fusion v. 26, № 3, 1986 - p. 456.

212. Пикалов B.B., Преображенский Н.Г. Реконструктивная томография в газодинамике и физике плазмы Новосибирск, «Наука», 1987, 346 - с.

213. Филонин О.В. Спектрально-томографические методы и средства исследования параметров плазмы и плазменных потоков / Трудымеждународного симпозиума // «Надежность и качество», 2004, Пенза, - С. 507-510

214. Финкельберг И., Меккер А. Электрические дуги и термическая плазма -М.:ИИЛ, 1981,-с. 345 -367.

215. Филонин О.В. Компьютерная томография (курс лекций) Самара, изд. СГАУ, 1997, 246 -с.

216. Sidorov A.F. Mathematical modelling of the processes of unshocked gas compression // Russ. J. of Num. Analysis and Math. Modelling, 1995, v. 10, No. 3, -P. 255-278.

217. Диагностика плазмы. / В. Я. Александров, -М.: Мир, 1967, С. 167 - 216.

218. Bulygin F.V., Vishnyakov G.N. Spectrotomography: a new method of obtaining spectrograms of two-dimensional objects // Analitical Methods for Optical Tomography, Proc. SPIE, 1992, v.1843. P. 315-322.

219. Benenson D.M., Cenkner A.A. Effects of velocity and current upon temperature distribution within cross-flow (blown) electric arc // Trans. ASME. Ser.C. J. Heat Transfer, 1970, v. 92, No 2. P.276 - 284.

220. Engelsht V.S., Larkina L.T. Determination of spectral emission and absorption coefficients in axisymmetric plasmas // JQSRT, 1979, v. 21, № 1. P. 65-73.

221. Ч. Кордис, У. Бозман Вероятности переходов и силы осцилляторов 70 элементов М.: Мир, 1968, - с 234 - 267.

222. Cremers C.J., Birkebak R.C. Application of the Abel integral equation to spectroscopic data//Appl. Opt. -1966. -Vol.5, N 6. P.1057-1064.

223. Melnikova T.S., Pickalov V.V. Temperature field measurements of electric arc plasma in longitudinal magnetic field // Beitr. Plasmaphysik. 1982. - Vol.22, N2. - P.171-180.

224. Филонин O.B., Кирюшин И.К., Петухов В.Г., Рыбалкин Д.И. Принципы построения распределенных томографических систем / Межвузовский сб. научн. тр.// Вычислительная томография / Филонин О.В., Куйбышев, 1990, -С. 36-44.

225. Блинков Г.Н., Солоухин Р.И., Фомин Н.А. Спекл-фотография градиентов плотности в свободном пламени//ФГВ, 1987, т. 23, № 6, -С. 40-46.

226. Наттерер Ф. Математические аспекты компьютерной томографии. М.: Мир, 1990. - 288 - с.

227. Фомин Н.А. Спекл интерферометрия газовых потоков. - Минск: Наука и техника, 1989. - 231 - с.

228. Седельников А.И., Чернов Е.И. Томографическое определение поля плотности в сверхзвуковой струе за соплом с косым срезом // Изв. СО АН СССР, сер. техн. наук. -1990. вып. 4. - С. 77 - 80

229. Мартин Л.Техническая оптика, М.: ГИ ФМЛ, 1980, - с. 260, - 456 - с.

230. Hampton J. Trans. Opt. Soc., V. 30, № 185, p. 1928 - 1929.

231. Проектирование оптических систем / Шеннон Р. -М.: Мир, 1983, 436 -с.

232. Филонин О.В. Исследование процессов воспламенения и горения с помощью методов малоракурсной компьютерной томографии / сб. научн. тр. // Актуальные проблемы радиоэлектроники и телекоммуникаций, Самара, 2005,-С. 58-51.

233. Defrise M., De Mol C. A regularized iterative algorithm for limited-angle inverse Radon transform // Opt. Acta. -1983. -V.30, N 4. -P. 403-408.

234. Frank A.G., Kiselev D.T., Kyrie N.P., Preobrazhensky N.G., Velicanova L.G. Tomographic approaches in the study of magnetic field reconnection: Part I // Analitical Methods for Optical Tomography, Proc. SPIE. 1992, V. 1843. -P. 2-18.

235. Филонин О.В. Исследование качества сварных соединений и структуры композиционных материалов с помощью методов и средств малоракурсной рентгеновской томографии / Труды международного симпозиума «Надежность и качество», Пенза, 2002, - С. 85 - 89.

236. Филонин О.В. Малоракурсная ВТ диагностика структуры материалов в условиях тепловых нагружений / Труды международного симпозиума «Надежность и качество», Пенза, 2003, - С. 338 - 343.

237. Филонин О.В., Шадрунов А.А. Методы ЗО-визуализации внутренней структуры физических объектов по данным 20-томограмм / Труды международного симпозиума «Надежность и качество», Пенза, 2004, -С. 255-257.

238. Филонин О.В., Шадрунов А.А. Цифровые методы обработки в компьютерной томографии / Труды международного симпозиума «Надежность и качество», Пенза, 2004, - С. 257 - 259.

239. Филонин О.В., Гордеева Е.И., Шадрунов А.А Компьютерная 3D -томография в ортодонтии / Труды международного симпозиума «Надежность и качество», Пенза, 2004, - с. 260 - 261.

240. Филонин О.В., Воробьев В.А., Воробьев С.А. Радиационный интроскоп с трехмерной индикацией, авт. св. № 460800, по заявке 1876934

241. Филонин О.В. Малоракурсная томография. Самара, СНЦ РАН, 2006, -256 с.

242. Филонин О.В. Электронный журнал "Исследовано в России", 157/060412, 1455-1463, Малоракурсная томография крупногабаритных объектов, доступ: http://zhurnal.ape.relarn.ru/articles/2006/157.pdf.

243. Филонин О.В. Микропроцессорные контроллеры в устройствах подготовки данных в оптических малоракурсных ЗО-томографах / сб. научн. тр. // Актуальные проблемы радиоэлектроники и телекоммуникаций, Самара, 2006, - С. 112 -116.

244. Филонин О.В. Трансаксиальная лазерная малоракурсная микротомография клеточных структур биологических объектов / сб. научн. тр. // Актуальные проблемы радиоэлектроники и телекоммуникаций, Самара, 2006, С. 168- 173.

245. Филонин О.В. Малоракурсные оптические томографы для исследования плазменных объектов // Инженерная физика, №5, 2006, С. 4 - 14.446