【摘要】：優(yōu)化的等離子體放電需要準確控制諸如等離子體位形等參量。對于位形控制來說,在無法直接測量的情況下,需要利用診斷數(shù)據(jù)重建等離子體邊緣,從而提供優(yōu)化控制參量。同時,物理診斷數(shù)據(jù)分析需要準確可靠的等離子體邊緣重建結果作為參考。因此,進行精確且快速的EAST等離子體平衡重建研究意義重大。隨著計算機視覺技術和高速CCD相機軟硬件技術手段的高速發(fā)展,將高速計算機視覺技術用作聚變裝置診斷成為一個重要的趨勢。EAST裝置是世界上首座全超導托卡馬克裝置,隨著裝置運行水平的不斷提升和主機以及診斷系統(tǒng)的逐年升級,通過可見光診斷重建等離子體邊緣成為可能。為了實現(xiàn)通過可見光診斷數(shù)據(jù)來重建等離子體邊緣,首先需要提取可見光圖像中的等離子體邊緣。本文提出了兩種邊緣提取的圖像處理算法,分別是基于二階梯度的邊緣提取算法(離線算法),和基于感興趣區(qū)域的局域顯著性邊緣提取算法(實時算法)。將算法結果與常用邊緣提取算法、其他裝置的邊緣提取算法結果進行了縱向和橫向對比。結果表明實時算法可以達到用于實時等離子體位形控制的快速性要求和精度要求,離線算法的優(yōu)勢在于精度更高和無需人工劃分圖像中的感興趣區(qū)域。為了完成等離子體位形的光學重建,本文開發(fā)了將等離子體邊緣的圖像坐標系到世界坐標系的一整套算法。首先介紹了標定過程中的非線性畸變模型,詳細介紹了Tsai算法作為本文重建算法中的標定方法的實現(xiàn)。與此同時,考慮到大型托卡馬克裝置的特殊實驗工況,開發(fā)了基于回歸分析的重建算法,即利用多元非線性回歸分析或者BP神經網絡,結合Harris角點檢測的重建算法。每輪實驗之前的光路精確標定可以直接給出實驗初期的坐標系轉換單應性矩陣,同時,在裝置發(fā)生振動后,可以通過回歸分析來矯正這個單應性矩陣結果。而Harris角點檢測算法的加入可以實現(xiàn)圖像中特征點的圖像坐標值采集。在算法開發(fā)的基礎上,搭建了EAST可見光圖像等離子體邊緣實時重建的計算機硬件系統(tǒng)平臺。并且依托于現(xiàn)有的光路條件,展示了2019年春季EAST實驗的系統(tǒng)實時實驗結果。結果表明,搭載本論文重建算法的系統(tǒng)平臺可以在100微秒內完成中平面的等離子體邊緣提取,將離線EFIT結果作為回歸分析獲取重建單應性矩陣后,最終的重建結果與離線EFIT對比誤差范圍在2cm以內。最后,介紹了實時光學重建診斷系統(tǒng)的算法和數(shù)據(jù)傳輸加速的初步研究。
【圖文】：

■逡逑圖１．２國際熱核聚變實驗堆ＩＴＥＲ逡逑圖１．３中顯示了托卡馬克用于限制環(huán)形等離子體柱的磁場。用環(huán)向場線圈（藍逡逑色）產生最強的縱向（環(huán)向）磁場ＢＴ，初級變壓器線圈中的電流逐漸變大（綠逡逑色），其在導電等離子體中誘導產生環(huán)向電場ＥＴ，，這與在變壓器的次級線圈感應逡逑原理類似，環(huán)向電場驅動產生等離子體電流ＩＰ，等離子體電流產生磁場N希蟈義戲較潁飧齟懦∮爰虺∠呷λ拇懦〉有緯尚碌募虼懦�。通过调整辶x舷呷Φ縉閱懿問圓煌幕旌洗懦�，磦蝤实现毒壢离转q宓目刂坪頭從π藻義夏芨納啤ｅ義希村義

本文編號：2699901