飞行器高超声速飞行时,由于气动加热,使其表面产生了“等离子体鞘套”,会引发一系列的电磁效应,使通信和探测信号产生畸变。为了研究等离子体鞘套与电磁波相互作用的机理,解决“黑障”带来的通信问题,需要对高瞬态变化、高能量密度以及空间分布不均匀的电磁波作用下的等离子体进行诊断,这对现有的等离子体诊断方法提出了挑战。目前的诊断方法包括采用单点测量的探针法,单积分线测量的微波干涉法、远红外激光干涉法以及光谱法等,但是单点测量与单积分线测量得不到等离子体物理参数的三维空间分布情况。本文主要研究了等离子体、火焰的光强三维重建方法,并对从等离子体的光强分布得到等离子体的电子密度分布的新途径进行了探索。采用光学相机拍摄沿不同方向积分的等离子体辐射光强,可以实现对等离子体的实时、无接触光强参数测量;并且,通过与其它诊断方法的结果进行标定,可以从光强三维空间分布得到等离子体的电子密度参数的三维分布。本文的工作包括:1、对等离子体进行了基于面层析方法的光强三维重建。将等离子体分解为若干个“切片”截面圆,从相机拍摄的图像中获取每一层截面圆的光强积分,采用Radon逆变换方法可得出每一个“切片”截面圆的光强,最终由各层截面圆堆叠组成等离子体整体的光强三维分布。并且根据光强重建结果,结合光强与电子密度的比例关系,进行了电子密度的三维重建,实验结果表明,在相同条件下,等离子体的光强与电子密度成正比例关系。2、提出了一种符合相机投影几何模型的体层析方法。分析了逆Radon变换成立的几何条件与实际相机成像几何模型之间的差异,提出相机成像的几何模型只有在一定理想条件下才能满足面层析方法中的平行假设条件。研究了两种不同的多相机外参数联合标定方法1)利用棋盘格标定板进行外参数联合标定。由于棋盘格平面不能被各个不同视角的相机同时可视,本文提出一种坐标转换方法,将相机分组进行外参数标定,再通过坐标转换的方法将所有相机的外参数统一到同一世界坐标系中。2)利用圆球标定物联合标定多相机的外参数。圆球标定物可以被多个不同视角的相机同时可视,虽然标定算法原理复杂,但是标定的操作过程简单。3、采用丁烷火焰模拟等离子体,采用本论文提出的体层析方法对其进行了光强分布的三维重建,并且对上述两种外参数标定方法下的实验精度进行了比较。当火焰的空间分辨率为0.5mm时,除垂直方向外,重建误差约为10%～16.5%。本实验结果表明,相较于利用圆球标定物标定外参数,利用棋盘格标定板标定方法所得的外参数使得重建精度更高,这是由于实验所用的圆球标定物的圆度较差造成的。由于丁烷火焰尺寸较小,相机距离火焰较近(约0.5m),而实际需要拍摄的等离子体距离相机较远(约3.5m)。论文采用仿真方法研究了相机距离待测体的距离远近对重建精度的影响。结果表明,在空间分辨率、图像分辨率不变的情况下,距离越远,重建误差越大,4m距离的误差约增大为0.5m距离重建误差的3倍。所以当等离子体距离相机较远时,考虑通过提高图像分辨率来获得更多的方程约束,以抵消距离带来的精度损失。4、设计了一种适合远距离控制(50米)和强电磁干扰环境下工作的相机同步触发硬件系统,为后期等离子体的多相机同步拍摄奠定了硬件基础。