中文摘要：

高能闪光照相是诊断武器内爆动力学的有效工具。高能闪光照相系统的成像质量较差，在单视面投影且模糊较大、信噪比较低的情况下得到高质量的闪光重建图像是一个很困难的问题，目前高能闪光照相重建算法大都采用二维重建模型，不能精确模拟成像过程。为提高闪光照相图像重建的精度，本项目研究基于约束共轭梯度的闪光照相三维整体重建算法，建立包含面光源、锥形束和图像接收系统模糊的三维整体重建模型；设计包含非线性因素的整体等效线性正向投影矩阵；建立多准则重建方程；研究快速、稳定、收敛的约束共轭梯度迭代算法；实现重建程序的并行化。算法将应用于高能闪光照相图像处理技术中，提高我国武器内爆动力学高能闪光实验的界面和密度信息提取精度，并为进一步建立更为精确的正向投影模型（考虑成像过程中的能谱硬化问题、散射问题等）和未来研究双轴多脉冲照相系统的重建算法奠定基础。

结论摘要：

高能闪光照相诊断技术是研究核武器初级内爆过程中弹芯的物理特性和几何特性的一种有效手段。核禁试条约在全球实施后，闪光照相是继续开展核武器研究工作，以及检验库存产品可靠性的主要检测手段。世界上有核国家都十分重视闪光照相技术的研究工作。目前国内尚未有高精度密度重建结果的报道，其原因主要有两点一、高能闪光照相中散射、能谱效应、模糊和噪声等因素降低了图像品质，且这些因素的影响难以通过实验技术的改进而减小；二、研发的图像处理和重建多种方法算法都侧重于投影过程的逆求解，对闪光照相正向成像物理过程的模拟能力不强。本项目通过建立更为准确的正向投影模型来提高重建算法精度。主要工作包括建立了面光源锥形束下的整体正向投影模型；在模型中加入图像接收系统模糊；针对单轴闪光照相的特点，提出了重建客体的网格划分方法——三维同心圆环网格划分方法。在投影过程的逆求解过程中，针对问题的非线性，设计了包含非线性因素的整体等效线性正向投影矩阵，提出了针对等效矩阵的预优矩阵选取方法，建立了多准则重建模型，确立了有效的先验约束条件及实现形式；研究了快速、稳定、收敛的约束共轭梯度迭代算法，实现了重建程序的并行化。在数值重建试验中，以FTO等客体为例，将本项目提出的算法与传统的FBP等方法进行了图像重建的数值试验和分析。数值试验表明本项目建立的包含更多物理因素的正向投影模型，与扇形束、平行束等近似模型相比更为接近实际成像模型，多准则重建技术及引入非负和光滑先验的约束算法能大幅度提高精度；等效线性投影矩阵及引入的预优技术，可以加快算法的收敛速度，保证迭代稳定收敛；总体来看本项目重建方法在噪声抵抗能力、重建精度、重建图像的边界保持等方面都具有优势。本项目算法已被应用于高能闪光照相实验图像处理技术中，提高了我国武器内爆动力学高能闪光实验的密度信息提取精度，并为进一步建立更为精确的正向投影模型（考虑成像过程中的能谱硬化问题、散射问题等）和未来研究双轴多脉冲照相系统的重建算法奠定基础。