(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210924543.7 (22)申请日 2022.08.02 (71)申请人 西安电子科技大 学 地址 710071 陕西省西安市太白南路2号 (72)发明人 贾静　李小平　江枫宜　李瑞　 (74)专利代理 机构 西安嘉思特知识产权代理事 务所(普通 合伙) 6123 0 专利代理师 万艳艳 (51)Int.Cl. G06T 17/00(2006.01) G06T 7/80(2017.01) G06T 7/73(2017.01) (54)发明名称 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 (57)摘要 本发明提供的一种基于路径长度权重矩阵 的等离子体发射光谱强度三维重建方法， 计算在 每一幅等离子体图像中从像元四个顶点射出光 线穿过空间体素的积分路径长度平均值， 作为该 体素对该像元的贡献度； 将贡献度作为权重系 数， 构建权重投影矩阵； 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。 本发明考虑到光线穿过相机透镜时会发生折射 因素以及体素之间的间隙影 响， 在计算时利用投 影光线穿过单位体素时的三维路径长度信息， 因 此本发明较精确地计算权重投影矩阵， 从而可以 更精确地对等离子体发射光谱强度进行三维重 建。 权利要求书2页 说明书7页 附图5页 CN 115359179 A 2022.11.18 CN 115359179 A 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ih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、…、 xn， 光线L在体素中 穿过的路径长度分别为l1、 l2、…、 ln， 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权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115359179 A 2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(Xc， Yc， Zc)T， 在世界坐 标系下的坐 标为(Xw， Yw， Zw)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(Xc， Yc， Zc)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)。 6.根据权利要求5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， 每一个 体素对每 个像元的贡献度为： whk＝lhk 其中， whk代表第k个体 素对第h个像元的贡献， lhk代表经过第h个像元的光线L在第k个体 素内的积分路径长度。 7.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， 步骤6中权重投影矩阵、 等离子体图像的像元的灰度值向量与体素的发射 光谱强度之间的关系为： WX＝I I是二维图像像元灰度值向量， W为投影权重矩阵， X是体素的发射光谱强度矩阵， 为待 求未知量。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115359179 A 3