闪光照相底片成像非线性校正技术研究

介绍了利用黑密度~穿透光程关系曲线对底片接收方式下的闪光照相图像进行非线性校正的方法. 根据闪光照相成像原理, 在光场均匀、散射均匀的条件下, 图像的黑密度是照相客体的穿透光程的单调函数. 当有一定的散射分布时, 相当于校正图像中叠加了一本底成分, 利用先验知识可以扣除. 因此可以用黑密度~穿透光程关系曲线进行闪光照相图像的非线性校正. 利用本方法对一三棱柱照相客体的图像进行了非线性校正, 处理结果证实了该方法的有效性.     

高能闪光照相密度测量的LEPM方法

研究了利用高能闪光照相方法实现密度分布测量的技术.根据闪光照相投影成像原理,将成像过程中的非线性成像因素看成一个综合性的非线性算子,利用先验测量的方法该非线性算子的响应曲线,利用该曲线校正成像图像得到待测客体的光程分布图像.采用以最小误差为重建准则的代数重建法,从光程分布图像中重建出照相客体的线吸收系数分布.最后利用相对等效质量吸收系数以及客体总质量不变的约束条件,获得照相客体的空间密度分布.在高能闪光照相实验平台上进行了静态客体的密度测量实验,测量的均方根误差约为10%.     

高能闪光照相密度测量的LEPM方法

研究了利用高能闪光照相方法实现密度分布测量的技术.根据闪光照相投影成像原理,将成像过程中的非线性成像因素看成一个综合性的非线性算子,利用先验测量的方法该非线性算子的响应曲线,利用该曲线校正成像图像得到待测客体的光程分布图像.采用以最小误差为重建准则的代数重建法,从光程分布图像中重建出照相客体的线吸收系数分布.最后利用相对等效质量吸收系数以及客体总质量不变的约束条件,获得照相客体的空间密度分布.在高能闪光照相实验平台上进行了静态客体的密度测量实验,测量的均方根误差约为10％.     

高能闪光照相光源位置测量

介绍了一种高能闪光照相系统的光源位置重复性测量方法。相同客体不同次实验图像的位置可以反映闪光照相系统的光源位置重复性。首先从球形客体实验图像中检测出客体的钨飞层外界面,然后利用界面数据拟合得到对应的圆心位置。多次照相图像圆心位置的重复性反映了光源位置的重复性。实验测量了闪光照相系统的光源位置重复性,实验结果表明,某闪光照相系统光源位置的重复性好于0.1 mm。     

闪光照相中散射分布均匀性的影响因素

 为了在客体密度重建过程中采用迭代法扣除散射X射线的影响,提出了以散射分布均匀为主要目的的闪光照相系统设计思想。在介绍散射分布均匀性定义的基础上,分析了均匀扣除散射所带来的光程差。采用蒙特卡罗方法研究了系统放大倍数、照相距离以及后防护锥到图像接收系统的距离对散射分布均匀性的影响。结果表明：后防护锥到图像接收系统的距离是影响散射分布形状和散射照射量大小的一个主要因素;当后防护锥到图像接收系统的距离为55 cm左右时,散射分布均匀性近似最佳,而且照相距离越大,散射分布均匀性越好。这些研究结果可用于实际闪光照相系统的优化设计,在图像接收系统的响应范围内达到使散射分布均匀和降低光源模糊影响的目的。     

由边界退化确定模糊尺寸

在高能闪光照相流体动力学实验中,模糊问题严重影响诊断结果的精度。模糊图像的边界检测结果与真实边界之间往往存在位置偏移,称为边界退化量。在照相布局和客体确定的条件下,模糊尺寸越大,边界退化量越大。利用边界退化量与模糊尺寸的这一关系,提出一种从边界检测中测量系统模糊尺寸的新想法,从闪光照相成像物理过程角度阐释了方法的原理,然后通过数值实验分析了方法的处理过程,建议测量实验利用倒锥准直器对球形客体成像。模拟结果表明:采用该方法模糊函数的FWHM误差小于1个像素。最后借助数值模拟对台阶客体照相实现了对模糊尺寸测量结果的验证。     

闪光照相中的定量测量方法研究

对闪光X射线照相中的定量测量方法进行了初步研究。研究表明，基于台阶样品的对比块标定法是图像探测系统刻度的较好方法，该方法直接建立了在一定的实验条件下底片黑密度与待测物体（客体）厚度的关系（D-L曲线），并较好地解决了X光能谱的影响。针对轴对称旋转体物体成像的特点，建立了从一幅投影图像重建物体的三维图像的常数逼近法。     

利用数值模拟测量闪光照相中H-D曲线

 在分析高能闪光照相中传统实验方法不足的基础上，提出了采用Monte Carlo模拟结果来建立底片光学密度与照射量之间的关系，并对一个球对称客体进行了实验照相。采用Monte Carlo方法分析了底片光学密度分布左右不对称的各种因素，认为底片光学密度分布左右不对称主要是照相器件几何对中不理想造成的，并说明了底片光学密度左右平均的合理性。在此基础上介绍了H-D曲线的生成方法，采用Silberstein理论得到了具有较高精度的H D曲线。这种结合Monte Carlo模拟的H-D曲线测量方法不但避免了照射量测量误差，而且还考虑了H-D曲线对X射线能谱的依赖关系，更能体现实际情况，具有较高的精度。可用于球对称客体或柱对称客体的辐射照相。     

闪光照相图像缺陷消除方法

 介绍了一种检测闪光照相图像缺陷以及消除这些缺陷的方法。在闪光照相实验中,底片图像会出现一些小尺寸的缺陷影响了底片信息的精确提取。根据闪光照相实验中采用完全一样的多张底片接收的特点,提出了一种闪光照相多底片图像的缺陷消除方法。首先对这些底片图像进行精确配准,将这些图像进行简单平均以获得均值图像,利用均值图像与各底片图像的差值获得缺陷图像,然后根据缺陷图像的特点对缺陷进行分割并判断各缺陷的归属。最后根据均值图像与缺陷图像以及缺陷分割与判断结果获得修补后的底片图像。实验结果证明该方法可以有效地消除多底片图像中的各类缺陷。     

闪光照相条件下相对质量吸收系数的测量

 介绍了闪光照相中X光传播规律的等效单能模型。针对闪光照相出光重复性差、能谱测量困难的特点提出了相对质量吸收系数的概念。阐述了闪光照相中相对质量吸收系数的测量原理和方法。在闪光照相实验设备上采用整条D～L曲线对钨材料相对质量吸收系数进行了测量，得到的实验结果为1.23，与数值模拟结果1.26符合较好。     

Retinal cone mosaic imaged with transverse scanning optical coherence tomography

We improved our recently reported retinal OCT system based on transverse priority scanning to achieve high resolution in both the transverse and the axial directions. The implementation of an additional SLO channel enables precise on-line focusing. The system enables imaging of the human retinal cone mosaic off the foveal center without adaptive optics. We demonstrate, for what is believed to be the first time, cone mosaic imaging simultaneously in the scanning laser ophthalmoscope and optical coherence tomography (OCT) channels. OCT B-scan images demonstrate that the cone mosaic is observable in two adjacent layers. Furthermore, we present what are believed to be the first C-scan OCT images of the cone mosaic and show that the major part of light backscattered from below the photoreceptor layer is not guided back toward the pupil by the photoreceptors.     

后向动态光散射系统的像差分析与校正

针对后向动态光散射颗粒测量系统信噪比较低的问题,从光学系统的像差入手,采用Zemax对其进行了仿真和分析,并提出了校正方案。首先介绍了后向动态光散射颗粒测量系统的基本原理和光学系统,从校正像差的角度出发,采用Zemax对后向动态光散射系统进行仿真,并对其像差进行分析。然后根据仿真结果,提出了校正方案,采用Ze-max设计了方案中的参数,得出了理论上的校正结果。最后采用优化好的结果进行后向动态光实验,得到了实验数据。均值误差和重复性误差分别达到了1.52%和1.24%。满足国标均值误差和重复性误差小于2%的要求。     

高动态范围X射线成像检测方法

传统X射线数字成像方法通常固定X光机参数,但是受工件结构及材料衰减系数和光电器件物理动态范围的制约,当同一场景中透射X射线通量的最大值和最小值超出成像器件动态范围时,会出现通量大的区域高于成像器件的电荷容纳能力而达到饱和状态,当通量低的区域产生的光电荷低于设备热噪声水平时,该区域信息将淹没在噪声中而无法正常成像。为有效解决传统X射线数字成像技术在获取宽动态范围透射X光通量内容时的局限性,提出一种管电压递变高动态成像方法。首先分析了光电探测器电荷容量对有效透照厚度范围的影响;结合标准样块试验及相关数据分析,得到任意厚度特定材质试块达到最佳灵敏度时对应的透照X光管电压范围的关系函数,在此基础上提出管电压递变控制策略和有效子图提取方法。最终对0～20 mm厚度范围工件进行管电压递变高动态成像,结果表明：管电压递变高动态成像能够有效地实现透照厚度差异大的工件的高动态范围成像,最终融合结果能够保留较宽范围厚度上的细节信息。     

基于平行平晶的三步相干衍射成像系统

传统单光束多强度重建(SBMIR)系统中,多次平移图像传感器所积累的误差导致光电成像系统的成像效果及有效分辨率降低,为了解决这一问题。本文提出基于平行平晶的三步相干衍射成像系统,采取插入或抽取2块平行平晶的方法获取3个不同的衍射面,实现了对复振幅型物体的成像及恢复重建。数值模拟及实验表明,系统有效克服了SBMIR系统中数次平移的误差积累问题,且仅需记录3个衍射面,避免过采样。而且光学系统实现简便、可重复性高。     

四通道球面弯晶成像系统设计及实验研究

基于动态X射线荧光成像技术对高集光效率、单色化成像诊断设备的需求,提出了一种四通道球面弯晶成像系统设计。采用“圆锥体”空间排布方式,解决了多个通道耦合问题。通过调整弯晶姿态,实现了像点的合理分布。针对4.51 keV能点,采用Ge(400)球面弯晶作为成像元件,给出了四通道弯晶成像系统的光学初始结构参数。在实验中利用Ti靶X射线光管,对单个通道进行了网格背光成像,获得的二维图像放大倍数为7.8倍,空间分辨率达到15 μm,初步验证了系统的成像性能。四通道弯晶成像系统与分幅相机结合,能有效解决动态X射线荧光成像技术信号弱、图像信噪比低的技术难点。     

基于非周期多层膜的X射线成像研究

设计了惯性约束聚变（ICF）诊断实验用X射线Kirkpatrick-Baez（KB）显微镜,给出了系统的结构参量.使用ZEMAX光学软件对KB型显微镜进行了性能模拟,结果表明：在8 keV能点,放大率为8倍时,轴上点的最佳空间分辨率小于2 μm,200微米视场的空间分辨率优于10μm.采用磁控溅射方法制备了W/B4C非周期多层膜,经X射线衍射仪（XRD,工作能量8 keV）测量,其反射率为20％,带宽为0.3°,达到了KB型显微镜成像系统的要求.使用Cu靶X射线管进行了成像实验,得到了放大倍数分别为1倍和2倍的一维X射线像.     

FABRICATION AND APPLICATION OF NEAR-FIELD OPTICAL FIBRE PROBE

In this paper, the fabrication of a large cone angle near-field optical fibre probe, using the two-step chemical etching method and bent probe, is introduced, and the controlling parameters of the coated Cr－Al film at the probe tip are presented. The scanning electron microscopy images display that the tip diameter of the uncoated large cone angle fibre probe obtained is less than 50nm, the cone angle over 90°, and the diameter of light aperture at the coated probe tip is less than 100nm. The measured results of the optical transmission efficiency for various probe tips show that the uncoated straight optical fibre probe, film-coated straight probe and film-coated bent probe are 3×10^-1, 2×10^-3, and 1×10^-4 times that of the flat fibre probe, respectively. In addition, the force images and near-field optical images of a standard sample are acquired using a large cone angle and film-coated bent probe.     

Film thickness measurement and defect inspection using optical coherence tomography

An optical sensing technology based on optical coherence tomography is presented for film thickness measurement and defect inspection. In order to improve the imaging quality, a simple interference spectrum processing procedure is proposed to eliminate the DC and the autocorrelation noise. With the proposed method, we obtain high quality one-dimensional depth and two-dimensional cross-sectional images of the films. Then, the thickness and the defect information of the film can be obtained from the acquired images. The experiment result demonstrates that this nondestructive imaging technique is applicable for measuring film thickness and inspecting defects.     

非平行光干涉照明显微镜三维形貌检测研究

为实现表面微观形貌快速而较简单的检测, 一种使用非平行光干涉照明的光学显微三维形貌检测方法被提出。该方法使用空间光调制器对激光光束进行衍射, 选取光强相近的2个衍射级通过显微物镜, 双光束干涉可得到周期接近图像分辨率、相位可精确调节的照明条纹, 被测样本的三维形貌可通过拍摄4帧等相位差的条纹照明图像来计算得到。该方法不需借助干涉物镜产生条纹, 不需要轴向扫描装置记录条纹变化, 相位调节精确, 成像直观。此外, 该方法所产生干涉条纹的相位随坐标线性变化, 不需对条纹周期进行修正。因为照明条纹参数调节光路独立于显微成像光路, 系统装置具有光路简洁、易于调节的优点。为验证所提出三维检测精度, 以粗糙度100 nm的粗糙度对比模块和硅片为被测样品进行了三维轮廓重建实验, 实验结果显示, 所提出方法轴向重复性测量精度为8.6 nm(2σ)。