三维发射层析技术跨越了传统二维层析技术中的“切片”过程，将被测区域作为一个整体进行重建，投影方向及位置不局限在同一水平面内，可以解决实际燃烧场测试中探测器位置受限以及装配误差等问题，对燃烧场的三维成像及测试具有重要意义。针对已有三维发射层析技术中权重矩阵的计算存在数据量大、精度和效率低等问题，在三维空间相机成像投影数学模型的基础上，提出了一种基于线性插值原理的三维权重矩阵计算方法，并结合代数迭代算法实现层析重建。通过数值模拟验证了算法精度，建立了多相机发射层析系统并对燃烧火焰进行三维层析重建。研究结果对提高层析重建精度和效率具有重要的参考价值。

为了提高电站锅炉自动化程度, 为真实锅炉的优化控制提供新颖的实时在线测量手段, 采用计算机层析重建和激光吸收光谱技术相结合的方法, 进行了理论分析和实验验证。仿真实验证明了仅采用2个投影方向即能够实现温度峰值位置的重建及其相对高低的分辨; 布置6条测量路径形成测量网格, 得到真实锅炉炉膛的实时在线2-D温度场重建数据。结果表明, 炉膛平均温度与锅炉蒸汽流量的相关系数达到0.91, 回归分析得到决定系数为0.88; 可将平均温度作为炉膛内实时的总辐射能的表征, 用于避免锅炉超调, 根据温度可获知燃料总的热值波动, 2-D温度场的重建可用于锅炉调平。该研究为锅炉提供了非接触式测量手段, 为提高锅炉自动化程度和研究燃烧优化控制提供了重要支持。

将频域变密度减采样应用于无放大同轴全息图的压缩传感层析重建当中，旨在于从无放大同轴全息图的频域中提取少量信息，实现全息图频域少量数据的压缩传感层析重建。首先，理论介绍了三种变密度减采样法与全息图压缩传感重建相结合的原理，三种变密度减采样分别是射线分布、螺旋线分布以及指数分布变密度减采样；其次，分别开展了仿真实验和测试实验，分析了与压缩全息相结合的三种变密度减采样方法的重建质量。由实验可知：(1) 能够通过三种变密度减采样实现全息图频域少量数据的提取；(2) 随着采样率的增大，变密度减采样获得的全息图频域少量数据的压缩传感层析重建质量不断提高；(3) 在采样率小于50%的情况下，指数分布减采样具有比另外两种减采样方法获得更高的重建质量(例如低采样率15%，指数分布减采样比另外两种方法的效果更为明显)；(4)在采样率大于50%的情况下，三种减采样模式所获得数据的层析重建质量较高且基本相一致。

针对传统重建算法对火焰重建精度低、重建速度慢的问题,提出了基于正则先验的全变差代数迭代(ARTTV)算法,以提高对称与非对称火焰的重建精度。同时,为了提高重建速度,建立了基于“ARTTV-粒子群算法(PSO)内核”的极限学习机(ELM)神经网络,该神经网络具有与迭代算法近乎相同的重建能力,同时又具有超过迭代算法约300倍的重建速度。

文中对放大方式下同轴全息图压缩传感重建开展了实验研究, 目的是实现分层物体放大方式下的同轴全息图的层析重建。首先, 对同轴全息图压缩传感重建进行了理论介绍, 并给出了实现步骤, 包括全息图频域减采样模式、两步迭代算法流程等; 其次, 建立了点源放大同轴全息图记录实验系统和显微物镜放大同轴全息图记录实验系统, 以双层样本为例开展了实验工作, 所记录的同轴全息图基于压缩传感理论进行了层析重建, 同时基于传统的卷积算法也进行了反衍射重建。实验结果表明: 两种放大方式下获得的全息图, 通过压缩传感层析重建技术能够实现物体的层析重建, 并且比传统卷积反衍射重建具有更好的结果, 显示了压缩传感层析重建的能力和优势。

采用关键基对为傅里叶小波基的压缩传感无透镜放大全息技术，研究全息层析重建问题。论述了压缩传感无透镜放大全息重建技术的基本原理；采用概率密度函数服从指数分布的采样模式，进行全息图的频域减采样，并且利用l1范数最小化开展物体重建工作；通过模拟实验和测试实验分析压缩传感无透镜放大全息技术。仿真结果显示，对于频域减采样25%的全息图，多层切平面的压缩传感重建比反衍射重建的平均质量指标提高了3倍。对两层透明样本的测试实验同样表明，压缩传感无透镜放大全息技术对频域减采样全息图重建的有效性。

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.

为了提高数字全息层析技术的动态特性，提出一种三视角实时采集数字层析全息图记录系统及层析全息图的处理方法。设计并实现了包含有三束物光波、一束参考光波的三视角离轴全息干涉光路系统，形成单幅层析全息图;根据单幅层析全息图的频谱分布特点，提出了全息图中各向干涉分量的提取方法，以折射率渐变型光纤为实验样本开展了实验分析，层析重建了光纤横截面的三维折射率。实验结果验证了这种方法的正确性和有效性，研究结果可应用于活体细胞形态的实时监测。

针对传统的层析方法中，投影方向多、系统复杂等特点，提出了基于三个投影方向的层析重建方法.论文选取适用于少投影方向的代数迭代重建算法，采用参量修正方法，能较好的提高重建准确度和抑制椒盐噪音.同时对影响重建图像质量和速度的迭代次数、不同原图像结构对重建图像质量的影响进行了分析，给出了相应分析模拟结果.结果表明，迭代300次后，重建结果基本稳定.同时对于具有轴对称结构物体，三个方向投影数据能够较好地实现三维层析重建.分析结果为后期开展的基于单幅层析全息图的三维层析重建实验研究提供了理论依据.

对6种常见的基函数展开通过计算机仿真分析、比较其重建效能.结果表明,对于少数投影计算机层析重建,采用连续可导的局部基函数展开比采用非连续可导的脉冲基函数展开具有更高的重建精度.而对于各种连续可导的基函数,其重建精度大致相当,基函数的选取应重点考虑其投影矩阵计算的难易程度.