钟鸣宇， 周海金， 司福祺*， 王 煜， 窦 科， 苏静明

1. 安徽理工大学电气与信息工程学院， 安徽 淮南 232001 2. 中国科学院安徽光学精密机械研究所环境光学与技术重点实验室， 安徽 合肥 230031 3. 中国科学技术大学研究生院科学岛分院， 安徽 合肥 230031

引 言

大气中的二氧化硫对人民的身体健康造成了严重危害， 火电站化石能源的使用极大增加了空气中的二氧化硫的含量， 成为国内外的重点研究对象[1-4]。 差分吸收光谱技术(DOAS)具有探测范围大、 非接触、 高灵敏度和可测量气体种类多等优点。 将测量得到的光谱数据进行解释， 是DOAS技术的重要内容， 然而光谱反演得到的是路径积分浓度。 为了得到浓度的空间分布， 一种方法是将DOAS技术与计算机断层技术(CT)相结合[5]， 称之为tom-DOAS技术。 在该技术中， 常用两台被动DOAS采集光谱， 该条件下的CT重建属于极端的不完全角度重建。 低三阶导数法(LTD)[6-7]给出了气体扩散的模型作为先验信息， 在某些条件下重建效果更好， 被广泛用于研究工业气体泄露、 电厂烟囱烟羽等气体空间分布。

为了进一步提高重建图像的抗误差能力， 本文创新性的使用安光所的IDOAS组成实验系统采集光谱数据， 并提出了一种结合压缩感知理论和低三阶导数模型的烟羽断层重建算法——投影凸函数集低三阶导数法。 根据压缩感知理论， 即使图像在严重的稀疏角度采样和噪声影响的条件下， 图像采样减少90%时， 仍然能重建出高质量的图像[8-9]， 本文通过数值模拟， 证实了算法在稀疏采样和噪声影响下对重建质量的改善。……