题目：三维火焰温度场层析重建技术研究

基于视觉的火焰模拟从图像序列出发，重建得到具有真实数据支持的火焰模型，能够模拟出火焰丰富的细节，带来很强的视觉感，在虚拟现实等领域有重要的应用价值。但是，现有的火焰重建方法缺少温度等物理参数的支持，而传统的侵入式测温法只能对火焰的温度范围进行一定的测量，无法取得温度的三维分布，在可信度上存在较大限制。论文研究了基于图像的三维火焰温度层析重建，把火焰图像对应的二维辐射照度看成是火焰三维辐射力沿特定方向的累积，通过层析重建方法求解辐射力场，并结合双色测温法计算火焰的温度场分布，主要工作内容如下：

1、设计火焰多幅单波长辐照度图的同步计算方法。利用多次曝光算法标定出相机响应函数，建立火焰图像像素亮度与辐射照度之间的关系；由不同中心波长窄带滤光片的透光系数，得到全波长辐射照度到单波长辐射照度的衰减，进而计算出火焰图像对应的不同单波长辐射照度图。该方法避免了复杂分光系统的使用，简化了硬件系统。

2、搭建火焰图像采集平台，将体素辐射力场计算转换为凸优化问题，在此基础上给出了火焰温度场的层析重建算法。基于八叉树实现火焰可视外壳的快速重建，约束了能量在空间中的分布。空间重采样后得到火焰的体素模型，根据火焰辐射模型和体素与像素的空间位置关系，逐体素逐像素计算影响因子，建立体素辐射力和像素辐射照度之间的关系，由权重矩阵构造凸优化问题，得到火焰在两种不同波长下的辐射力场，进而由双色测温公式计算每个体素的温度。

3、实现了基于温度场的三维火焰渲染。在已知温度的情况下，假设火焰满足黑体辐射定律，从火焰温度直接得到颜色的三通道数值，实现了基于温度场的火焰渲染。火焰温度场的重建方法解除了颜色通道间的耦合关系，渲染结果表明消除了RGB火焰层析重建中的色差现象。

针对主要研究内容，分别设计实验进行算法验证，并使用各自对应评价参数进行结果精度分析。将计算得到的与采集得到的单波长辐射照度图进行对比，平均相对误差在10%以内；统计了火焰温度分布规律，并对温度场重建结果进行了分析，平均反投影误差小于5%。