[发明专利]基于路径长度权重的等离子体发射光谱强度三维重建方法

权利要求书

1.一种基于路径长度权重的等离子体发射光谱强度三维重建方法，其特征在于，包括：

步骤1：对摄像机进行内外参数标定；

步骤2：利用标定后的摄像机和同步触发装置拍摄同一时刻的等离子体图像；

步骤3：计算在每一幅等离子体图像中从像元四个顶点射出的光线，穿过空间体素的积分路径长度平均值；

步骤4：将像元四个顶点射出光线穿过体素的积分路径长度平均值，作为体素对像元的贡献度；

步骤5：将贡献度作为权重系数，构建权重投影矩阵；

步骤6：根据权重投影矩阵，建立等离子体图像像元的灰度值向量与体素的发射光谱强度之间的关系，求解体素的发射光谱强度，以实现等离子体发射光谱强度的三维重建。

2.根据权利要求1所述的一种基于路径长度权重的等离子体发射光谱强度三维重建方法，其特征在于，在所述步骤3之前，所述的一种基于路径长度权重的等离子体发射光谱强度三维重建方法还包括：

对所述等离子体图像进行灰度化、畸变校正以及图像滤波；

将各个等离子体图像的灰度值转换成像元的灰度值。

3.根据权利要求2所述的一种基于路径长度权重的等离子体发射光谱强度三维重建方法，其特征在于，像元p的灰度值i_h由各个体素的发射光谱强度沿着光线L积分得到，表示为：

其中，光线L穿过n个体素，体素的发射光谱强度值分别为x₁、x₂、…、x_n，光线L在体素中穿过的路径长度分别为l₁、l₂、…、l_n，且像元p到第一个体素的距离为l₀；像元的灰度值向量I为灰度值组成。

4.根据权利要求3所述的一种基于路径长度权重的等离子体发射光谱强度三维重建方法，其特征在于，所述步骤3包括：

步骤31：根据世界坐标系下三维坐标点与投影平面上的二维投影点的几何关系，确定像素坐标系与图像坐标系的关系；

步骤32：根据像素坐标系与图像坐标系的关系、摄像机坐标系与世界坐标系之间的关系，得到像元在世界坐标系下的坐标；

步骤33：将图像平面上像元在世界坐标系下的齐次坐标，与摄像机光心在世界坐标系下的三维齐次坐标连接，得到从每一幅等离子体图像像元的四个顶点射出的光线穿过空间体素的路径；

步骤34：计算四个路径穿过空间每一个体素的积分路径长度，并对四个积分路径长度求取平均值，得到该像元对应体素的积分路径长度。

5.根据权利要求4所述的一种基于路径长度权重的等离子体发射光谱强度三维重建方法，其特征在于，

像素坐标系与图像坐标系的关系为

其中，像元p在像素坐标系下的坐标为(u,v)^T，在图像坐标系下的二维坐标为(x,y)^T，在摄像机坐标系下的三维坐标为(X_c，Y_c，Z_c)^T，在世界坐标系下的坐标为(X_w，Y_w，Z_w)^T，dx和dy分别为像元在水平和垂直方向的物理尺寸；

像元在世界坐标系下的坐标的关系为

其中，f为摄相机的焦距，像元在摄像机坐标系下的三维坐标(X_c，Y_c，Z_c)^T＝(x，y，f)^T，R为摄像机坐标系相对于世界坐标系的旋转矩阵，t为摄像机坐标系相对于世界坐标系的平移矩阵，(u0，v0)^T、焦距f，R，t可通过摄相机标定获得；

像元对于体素的积分路径长度为

其中，像元左下角顶点坐标为(u,v)，像元左上角顶点坐标为(u,v+1)，像元右上角顶点坐标为(u+1,v+1)，像元右下角顶点坐标为(u,v+1)。