针对基于工业计算机断层成像(CT)图像的逆向设计存在定量分析难、自动化程度低及需要中间环节转化的问题,提出了一种将工业CT图像直接转换为三角网格有限元模型的方法。对CT图像进行轮廓识别后生成有限元模型的内外边界,根据图像像素点坐标信息将图像划分为若干单元,然后采用改进的三角剖分方法生成初始三角网格有限元模型,并对初始有限元模型进行了优化。结果表明,生成的三角网格最大边长比为1~2,最大扭曲角度数为0°~2°,网格质量满足实际工程应用需求的评价标准。并在样件、汽缸头模型上进行了实验,实验结果证明了该方法的可行性。

重建算法是计算机断层成像（CT）技术的核心。在解析法CT重建过程中，结合先验信息和引入优化约束条件较为困难。通过对滤波反投影(FBP)原理及其重建图像与理想CT 图像差值关系的分析，构造了以FBP 为基础的迭代循环，解决了解析重建过程中先验信息的利用和优化约束条件的引入问题。为抑制迭代FBP 产生的图像伪影，将全变分(TV)模型引入重建过程，建立了TV 约束迭代滤波反投影CT 重建方法。在数值模拟中，针对完善投影数据、稀疏投影数据、含金属投影数据和有限角投影数据等不同情况，重建出了与原始模型高度一致的CT 图像，研究表明TV 约束迭代滤波反投影方法是一种精度高、适应性较强的CT重建方法。

为了精确提取莫尔条纹偏移量, 提出了隧道探索算法, 并将其应用于实际莫尔条纹分析.使用双光栅产生莫尔条纹, 抓拍多方向投影.应用数字图像处理技术, 追踪分析实验莫尔条纹.首先, 追踪各条纹的极大值分布, 根据条纹极大值分布挖掘条纹隧道, 调整挖掘宽度, 即像素宽度, 既实现隧道贯通, 又不干预相邻条纹.然后, 二值化莫尔图, 噪声滤波, 滤除条纹隧道壁上的噪声毛刺, 使隧道壁趋于光滑.最后, 根据两侧隧道壁的布局, 探索条纹隧道走向, 提取隧道走向数据, 获得条纹偏移量.并进一步转换为偏折角, 即光学计算机层析投影.应用非线性自适应迭代重建算法对偏折角进行迭代重建.结果发现, 最高重建截面温度是492 ℃, 额定电热器表面温度大约500 ℃, 重建截面恰恰在电热器上表面上方, 所以重建结果是有效的.

提出了浓度场测量的差分吸收光谱层析技术，设计出一种由光源及控制系统、光学扫描测量系统和数据采集及处理系统三部分组成的典型差分吸收光谱层析诊断系统.采用改进的联合代数重建算法进行层析图像重建，数值模拟结果表明：在0°~180°视场范围内，在4个不同的投影方向获取投影数据的条件下，能有效地重建出待测场分布，其最大误差不大于5％，平均误差不大于1％.

基于计算机层析投影成像原理,提出了非相干合成孔径激光成像雷达(SAIL)概念以及体系结构和算法,给出了详细的原理说明和数学分析,特点是信号收集和数据处理的技术难度低。该激光雷达包含三种工作模式即传统的聚束模式,逆聚束模式和层析聚束模式,具有两种传感方式即距离分辨成像和多普勒频移成像,提供多种维度变换成像,不仅可用于平面目标的距离或多普勒分辨二维成像,也可实施三维物体的距离分辨三维层析成像以及深度压缩的距离分辨和多普勒分辨二维成像。该雷达结构简单且具有操作多样性,扩展了合成孔径激光成像雷达的应用范围。

针对实际的三维显微CT成像系统射线源焦点和探测器成像面位置不能直接测量的问题, 提出了一种简单易行的射线源焦点投影坐标精确测量方法。基于球体在锥束射线场中的投影为椭圆的原理, 利用双球目标体成像获得的数字射线投影图像, 配合图像、图形处理方法和最小二乘拟合技术求取二椭圆的长轴交点, 该点坐标即为射线源焦点的投影坐标。实验结果表明, 所提出方法的测量精度达到了实际显微CT扫描系统的重建要求, 并且实现简单、具有较强的抗噪能力。

针对常见光学层析重建算法在少投影情况下重建多峰非对称待测场效果差的缺点,本文根据最大熵原理提出了一种适合于两个正交方向的光学层析重建算法。该算法只需要两个正交方向的投影数据就能够获得较好的重建效果。与此同时,由于该算法只需要两个正交方向的投影数据就可较好地完成重建,可使实验系统得到简化,故在重建多峰非对称待测场时表现出了相当的优越性。分别将单峰随机余弦函数、双峰随机余弦函数及三峰随机余弦函数作为待测场进行了计算机数值模拟,并考虑了该算法对噪声的抑制能力。实验结果表明:在施加高斯噪声的情况下,单峰随机余弦待测场的均方根误差降低了62.8%,双峰随机余弦待测场的均方根误差降低了63.3%,三峰随机余弦待测场的均方根误差降低了58.6%。

提出将带滤波的叠栅偏折层析系统用于存在化学反应的多组分复杂气体流场的诊断。以丙烷的燃烧火焰为例, 实验提取出叠栅条纹的偏移量并转换为偏折角, 然后基于偏折层析的滤波反投影算法重建出场的折射率分布, 给出了两种不同情况下给定截面的三维温度和密度分布。对比发现, 对存在化学反应的多组分火焰流场不能基于假设研究对象是空气流场, 而必须对火焰流场本身发生的化学反应及生成物进行考虑, 混合流场的等效G-D常量和分子量必须根据不同场的具体组分情况进行修正。