光学学报, 2019, 39 (7): 0707001, 网络出版: 2019-07-16   

开路傅里叶变换红外光谱层析重建算法仿真 下载: 1094次

Simulation of Tomographic Reconstruction Algorithms for Open-Path Fourier Transform Infrared Spectroscopy
作者单位
1 中国科学院安徽光学精密机械研究所环境光学与技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学, 安徽 合肥 230026
图 & 表

图 1. 重建模型

Fig. 1. Reconstruction model

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图 2. (a)光路布置方式与(b)单峰气体浓度场

Fig. 2. (a) Light path arrangement and (b) single-peak gas concentration field

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图 3. 松弛因子α对重建结果的影响。(a)对逼近度A的影响;(b)对相关系数R的影响

Fig. 3. Effect of relaxation factors α on reconstruction results. (a) Effect on nearness A; (b) effect on correlation coefficient R

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图 4. 不同网格分辨率下的重建结果。(a)~(c) ART;(d)~(f) MLEM

Fig. 4. Reconstruction results under different grid resolutions. (a)-(c) ART; (d)-(f) MLEM

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图 5. 不同浓度场下的重建结果。(a)单峰,原始浓度场;(b)双峰,原始浓度场;(c)单峰,ART算法;(d)双峰,ART算法;(e)单峰,MLEM算法;(f)双峰,MLEM算法

Fig. 5. Reconstruction results under different concentration fields. (a) Original concentration field of single peak; (b) original concentration field of double peak; (c) single peak, ART algorithm; (d) double peak, ART algorithm; (e) single peak, MLEM algorithm; (f) double peak, MLEM algorithm

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图 6. 不同噪声水平下的误差分析。(a) A;(b) R

Fig. 6. Error analysis under different noise levels. (a) A; (b) R

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表 1不同网格分辨率下的整体重建精度

Table1. Overall reconstruction accuracy under different grid resolutions

ResolutionNearness ACorrelation coefficient RRunning time T /s
ARTMLEMARTMLEMARTMLEM
5×50.2360.0730.9720.9980.1530.061
7×70.2270.0560.9780.9990.1850.064
10×100.1970.0550.9810.9990.2360.066

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表 2不同网格分辨率下的细节重建精度

Table2. Detail reconstruction accuracy under different grid resolutions

ResolutionPeak value /(mg·m-3)Peak error /%Peak location error /m
ARTMLEMARTMLEMARTMLEM
5×539.745.320.609.4044
7×738.744.622.6010.8055
10×1039.145.621.808.8044

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表 3不同源位置的整体重建精度

Table3. Overall reconstruction accuracy of different source locations

Source locationNearness ACorrelation coefficient RRunning time T /s
ARTMLEMARTMLEMARTMLEM
(75,25)0.1670.0440.9860.9990.2190.063
(53,53)0.2000.0570.9800.9980.2180.064
(30,70)0.1800.0510.9830.9990.2170.067
Mean0.1820.0490.9830.9990.2180.065

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表 4不同源位置的细节重建精度

Table4. Detail reconstruction accuracy of different source locations

Source locationPeak value /(mg·m-3)Peak error /%Peak location error /m
ARTMLEMARTMLEMARTMLEM
(75,25)41.347.417.405.2000
(53,53)38.545.923.008.203.03.0
(30,70)37.742.224.6015.607.07.0
Mean39.245.221.679.673.33.3

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表 5不同浓度场下的整体重建精度

Table5. Overall reconstruction accuracy of different concentration fields

Source locationNearness ACorrelation coefficient RRunning time T /s
ARTMLEMARTMLEMARTMLEM
(55,75)0.1770.0440.9840.9990.2330.063
(35,55),(75,55)0.2630.0690.9640.9980.2280.065

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表 6不同浓度场性质下的细节重建精度

Table6. Detail reconstruction accuracy under different concentration fields

Source locationPeak value /(mg·m-3)Mean peak error /%Peak location
ARTMLEMARTMLEMARTMLEM
(55,75)64.9075.4017.405.20(55,75)(55,75)
(35,55),(75,55)49.40,72.3050.30,91.1014.454.75(35,55),(75,55)(35,55),(75,55)

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表 7不同噪声水平下两种算法的重建评价指标

Table7. Evaluation indexes of reconstruction under different noise levels

Noise levelNearness ACorrelation coefficient R
ARTMLEMARTMLEM
0.30.4020.3520.9290.936
0.50.6560.5270.8720.885
0.71.1341.4980.7060.585

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邓矗岭, 童晶晶, 高闽光, 李相贤, 李妍, 韩昕, 刘文清. 开路傅里叶变换红外光谱层析重建算法仿真[J]. 光学学报, 2019, 39(7): 0707001. Chuling Deng, Jingjing Tong, Minguang Gao, Xiangxian Li, Yan Li, Xin Han, Wenqing Liu. Simulation of Tomographic Reconstruction Algorithms for Open-Path Fourier Transform Infrared Spectroscopy[J]. Acta Optica Sinica, 2019, 39(7): 0707001.

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