Abel逆变换及其求解方法
数学表达式:
1. Abel变换(Abel transform)是一种积分变换,常用于球对称或轴对称函数的分析,其数学表达式为:
(1)
2.Abel逆变换( inverse Abel transform),其数学表达式为:
(2)
应用:
Abel逆变换常应用在轴对称的、光学薄的火焰、羽流或等离子体重建。
通常在对等离子体柱或火焰等物体的光学测量是沿着视线积分的,如图所示,观测者(I)沿着一条与x轴平行的直线观察,距离原点y。观察者看到的是圆对称函数f(r)沿视线的投影(即积分)。函数f(r)在图中用灰色表示。利用Abel逆变换可以从测量的投影中还原出原有光源的光强三维分布。
Abel逆变换的求解:
Abel逆变换存在许多求解方法,分为两大类,即解析法和数值法。解析法包括:三次样条函数法,积分算子法等。数值法包括:直接离散法(direct-discretization,DD),Hankel - Fourier变换法,Nestor-Olsen法(NO)等。
需要注意公式(2)在y=r处不连续,需要平滑处理避免不连续。
1.直接离散法:
直接将方程(2)离散为:
(3)
分母轻微改动是为了避免y=r处的不连续。
2.Hankel-Fourier变换法:
通过将积分变量y改为 来避免不连续。
对F(y)进行Fourier变换,得:
(4)
将式(1)代入式(4),得:
(5)
其中,是0阶Bessel函数,是f(r)得0阶Hankel变换。
因此,f(r)可以从Hankel逆变换得到:
(6)
由于上式不存在奇异点,直接对式(6)离散,得:
(7)
3. Nestor-Olsen法:
该算法由Nestor和Olsen提出,f(r)与F(r)之间得关系由下式给出:
(8)
其中,Bj,i满足:
(9)
其中, (10)
4.三次样条函数法:
该方法的基本思路是利用已知得离散像函数点F(y),还原出连续的原函数f(r),再进行求导。首先对所有点进行分段,利用局部三阶多项式在每一对相邻测量点之间,多项式及其导数的连续性,推导f(r)。
Abel逆变换简化为下式:
(11)
5.积分算子法:
基本思路:对Abel逆变换的定义是进行分部积分。
今天太晚了,明天继续写吧。
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