扫描透射离子显微成像系统的建立和实验研究

基于上海应用物理研究所的扫描质子微探针系统,对扫描透射离子显微成像（STIM）技术进行了仿真分析和实验研究,建立了基于中值滤波方法的数据处理程序,获得了大鼠股骨切片的面密度分布和薄壁小球的离轴STIM图像。理论分析和实验结果显示：由在轴探测数据的中值滤波结果可以计算出定量的面密度分布信息,由能量窗滤波的离轴探测数据则可以给出高分辨的定性图像,这在薄样品、强束流、以及质子激发X荧光（PIXE）分析同时进行的STIM分析中尤为有用;增加获取的事件数、选择合适的滤波方法可以使测量误差远小于阻止本领计算带来的误差。该方法可以用于测量几十μm尺度样品的绝对质量以及辅助PIXE技术进行元素定量分布分析。     

扫描透射离子显微术（STIM）研究的现状和进展

综述了国内外扫描透射离子显微术的现状和进展，讨论ＳＴＩＭ的主要研究内容和发展趋势     

核子微探针技术的发展及其应用研究

核子微探针的发展提供了一种在微米尺度内分析微量元素的强有力的工具,用它研究海洋矿物已成为一项热门的课题．因为象海洋锰结核和海山锰结壳这种海洋矿物的生长速率很慢,一百万年只长几毫米,用核子微探针能够直接地、仔细地观察这些矿物缓慢的生长过程．核子激探针能够测量单个细胞中微量元素的成分和分布,以及它们对生物的作用．它还能研究在球墨铸铁中微量元素的含量,以及它们对球化过程的影响．目前,ＳＩＮＲ核子微探针的空间分辨率是２ｍｍ,通过改进聚焦系统和扫描图像解卷积技术,分辨率将进一步提高．三维成像技术已经发展成一个重要分支,其中扫描透射显微技术（ＳＴＩＭ）是一个成功的例子．因为成像技术只需要非常小的束流强度,它有可能使核子微探针的分辨率达到纳米水平． The development of nuclear microprobe techniques provides a powerful means for micro-analysis in areas with micron scales. Great interest has been shown in the applications of the nuclear microprobe for investigating marine ores. Because the accumulations of marine ores, such as deep-sea ferromanganese nodules and seamount ferromanganese crusts,are very slow, about a few millimeters per million years, the ability of microscopic analysis of trace elements brings the nuclear microprobe...     

连续太赫兹激光透射扫描成像实验研究

太赫兹成像可用于安检、反恐和工业生产等领域,已成为研究热点。由于连续太赫兹激光源体积较小、操作简单,因此,近几年对连续太赫兹激光成像的研究越来越多。基于C02激光泵浦甲醇气体生成的118．83μm激光,采用室温单元探测器、二维位移平台、聚乙烯透镜、光阑和计算机等器件组成的扫描透射成像系统对物体进行了成像实验,比较分析了扫描步长分别为1mm和0．5mm的成像结果。实验结果表明,由于增加光阑,实际成像功率下降,但此套成像系统在激光输出功率约为20mW时,仍成像清晰,且步长为0．5mm的成像效果更好。     

多功能扫描质子核探针信号探测和数据获取系统

为了在一次扫描质子核探针实验中能获取多种物理信息,研制了多功能信号探测与数据获取系统。系统由组合探测器、多站多参量数据采集与束流扫描、样品台控制与显微观测三个子系统组成。组合探测器包括了Si(Li)X射线探测器,高纯Geγ射线探测器,以及Au(Si)面垒带电粒子探测器,可完成多种物理参数的同时获取。系统的核心数据采集与束流扫描系统基于NI公司的PXI-7852R数据采集卡和LabVIEW软件平台,具备了多个物理信号采集、多能谱显示以及束流扫描和二维成像等功能。六轴高精度真空样品台由计算机控制,可实现显微图像对样品的定位及对扫描区域的可视化选择。初步实验验证了该系统的可靠性与稳定性。     

基于局部梯度插值的显微热成像系统微扫描误差修正技术

显微热成像系统可观测、记录分析细微目标的温度变化过程,在需要细微热分析的诸多方面有着广泛的发展前景。由于设备加工及工作过程中存在误差,影响微扫描系统的精度,使得微扫描系统扫描过程中偏离标准位置,故采集得到的四幅低分辨力图像会存在误差,最终影响显微热成像系统高分辨力图像的重建质量。为尽可能降低微扫描误差,文章提出了基于局部梯度插值与预处理相结合的微扫描误差修正技术,通过进行模拟仿真和实验证实该技术可以降低系统微扫描误差,提高系统的空间分辨力。     

光学微扫描显微热成像扫描零点定标方法研究

为改善已研制光学微扫描显微热成像系统的空间分辩力,微扫描零点需要确定.基于几何原理,研究提出了一种利用数字图像处理技术进行零点定标的方法.给出了微扫描零点的定义、详细分析了零点定标原理及方法,完成了实际显微热成像系统的微扫描零点定标.针对红外热图像,模拟零点定标前后的实际系统,采用不同重构方法进行了仿真研究,给出了评价参数;利用零点定标后的光学微扫描显微热成像系统采集低分辨力显微热图像序列进行过采样重构研究,仿真和实验结果表明了该方法的有效性,从而得到了高分辨力光学微扫描显微热成像系统,可应用于需要显微热分析的场合.     

显微热成像系统像素相关度插值微扫描图像重建技术

显微热成像技术根据温度变化对细微目标进行热成像,是国内外光电成像领域重要的研究方向.由于加工技术精度有限,前期研制的光学微扫描显微热成像系统存在扫描位置误差,该误差使基于微扫描图像直接融合形成的图像质量下降.提出一种结合图像预处理思想、微扫描原理和通过计算像素相关度进行微扫描图像插值重建的算法.仿真及实验表明:方法能改...     

基于点扫描的超分辨显微成像进展

光学显微镜一直推动着现代科学技术的发展.随着科学的进步,对显微成像分辨率的要求在生物、材料等领域日渐凸显,而常规宽场显微成像一直面临着成像分辨率衍射受限的问题.1968年出现的共聚焦显微镜作为点扫描显微镜的开端第一次实现了远场下成像分辨率的突破,它具有层切性好、信噪比高等优点.在1994年出现的受激辐射荧光损耗显微镜将显微成像能力突破到2.8 nm左右,并成为目前效果最佳、应用较广泛的超分辨显微技术.荧光差分显微和饱和荧光吸收竞争等点扫描技术具有无荧光染剂限制、饱和光强低、光路简单等优势,并且能取得1/6波长的分辨能力,进而在超分辨显微领域仍有着发挥空间.Airyscan技术作为以上方法的补充可以弥补点扫描系统中由于探测小孔半径减小而带来的信号丢失,从而提高成像信噪比和分辨率,但阵列探测器成本较高.上述点扫描显微镜通过改变照明或者探测的方式实现了分辨率突破.本文详细讨论了点扫描超分辨方法的原理、成像效果及面临的瓶颈,并分析了点扫描超分辨显微镜在应用和技术上的趋势.     

随机扫描多光子荧光显微成像系统

多光子荧光显微成像是生物学研究的有力手段,但目前的成像速度难以满足神经成像中快事件检测的需要。针对这一问题,提出了一套随机扫描快速多光子荧光显微成像系统。系统采用二维声光偏转器快速扫描飞秒激发光束,能够以每点10μs的速度对特定的感兴趣区域进行跳跃式扫描,即随机扫描,使得有效的扫描速度大为提高。引入单棱镜补偿方法解决应用声光偏转器带来的色散问题。以170 nm荧光小球为样品,测得系统的横向分辨力为0.3μm,纵向分辨力为1.3μm。给出了随机扫描系统和商品化多光子荧光显微镜对同一个荧光细胞的成像结果,证明了新系统的成像能力。     

微束核反应及其对流体包裹体的应用

本文主要介绍了扫描质子探针中微束核反应分析原理。给出了用８７２ｋｅＶ质子能量的＾１９Ｆ（ｐ,αγ）＾１６Ｏ共振反应测量氟元素的方法,并利用扫描质子探针对地幔流体包裹体内的氟元素含量进行了测量。     

扫描质子微探针质子束刻写

质子束刻写技术利用MeV能量的聚焦质子束对抗蚀剂材料直接刻写m甚至nm尺度微结构。研究了质子束刻写中抗蚀剂胶层样品厚度与涂层机旋转速度的关系以及曝光对抗蚀剂的影响,解决了质子束刻写中抗蚀剂厚胶层样品的制备、固化、显影等技术问题,利用扫描质子微探针系统,在正型抗蚀剂胶层上刻写出m尺度的海宝图形、 双矩形结构,在负型抗蚀剂上刻写出m尺度的平行线条、十字形微结构。     

扫描质子微探针质子束刻写

质子束刻写技术利用MeV能量的聚焦质子束对抗蚀剂材料直接刻写m甚至nm尺度微结构。研究了质子束刻写中抗蚀剂胶层样品厚度与涂层机旋转速度的关系以及曝光对抗蚀剂的影响,解决了质子束刻写中抗蚀剂厚胶层样品的制备、固化、显影等技术问题,利用扫描质子微探针系统,在正型抗蚀剂胶层上刻写出m尺度的海宝图形、 双矩形结构,在负型抗蚀剂上刻写出m尺度的平行线条、十字形微结构。     

基于自适应提升小波变换的图像压缩

介绍一种用基于提升算法的中值滤波构造自适应小波变换方法.其思想是设计自适应的“预测算子”及自适应的“更新”运算以更好的逼近信号,从而达到更“紧凑”的信号表示.实验表明,在图像压缩应用中,在峰值信噪比(PSNR)上,虽然本文算法比不上D9/7小波,但在主观评价上更好.     

等价权修正的Kalman抗野值滤波算法

水声工程实际数据中野点的存在影响标准Kalman滤波精度。借鉴抗差惯性导航定位中等价权思想,构造反映观测值误差的统计量,以其协方差矩阵作为判断滤波精度的指标,依据莱特准则设计了三种不同权重因子,充分利用正确观测,限制利用可用观测,排除有害粗差。仿真结果表明,这种等价权修正Kalman抗差算法,抗差性可媲美中位数滤波,证明当模型正确时,其在抑制零星和斑点型野值方面,效果很好。     

基于旋滤波法的干涉条纹预处理技术

 提出了一种新的基于旋滤波法的干涉条纹预处理方法。该方法根据条纹图灰度值梯度分布规律,只在干涉条纹切线方向进行中值滤波,它能有效地处理各种相干噪声而不会使条纹变模糊。实验证明该方法能有效地去除随机噪声、椒盐噪声以及由于光照不均匀引起的较大面积的亮斑或暗斑等噪声。对于亮斑或暗斑,其滤波效果要明显优于Gerchberg外插迭代算法。以WYKO相移干涉仪5次测量的面形平均值作为被测面形的参考值,则经过预处理后,抑制了噪声引起的局部误差,傅里叶变换法计算得到PV值的误差从未预处理的14.4%(全口径)、131%(95%口径)分别减小到3.4%(全口径)、1.5%(95%口径);RMS误差从28.7%(全口径)、23.3%(95%口径)分别减小到5.0%(全口径)、2.3%(95%口径)。     

小波域高斯混合模型与中值滤波的混合图像去噪研究

基于高斯混合模型的小波去噪方法并结合中值滤波法对脉冲噪音有较好滤除效果的特点,将这两种方法结合起来,对含有高斯脉冲混合噪音图像进行去噪处理.该算法采用Matlab语言进行仿真.实验结果表明,这种混合去噪方法的效果要优于单纯使用中值滤波或者小波去噪的效果.     

DNB引出束流功率及剖面分布测量

 利用束流截止板热量计原理,测量了诊断中性束(DNB)注入托卡马克的束流功率及束流剖面分布。基于热量截止板上正交分布的13只K型热电偶探针测量出DNB引出束流,在加速极电源49 kV,6 A,100 ms的脉冲放电时,采样铜靶上的最高温升为14 ℃,从而计算出注入束流功率达到160 kW并得到束剖面分布。同时通过对热量截止板冷却循环水温升测量值在时间上的积分数值计算,也获得了注入束流总功率,为130 kW。分析了两种测量结果存在差异的原因,实验结果表明惯性束截止板热量计方法是测量粒子束流功率及剖面分布的有效手段。     

离子微束技术及其多学科应用

通过微米孔准直或电磁聚焦技术可将加速器产生的MeV离子束形成微米尺寸的离子束斑(微束), 从而用来研究固体和生物样品的微米空间分辨的材料信息和辐照响应。 结合MeV离子微束的发展历史综述了微束技术和跨学科应用, 包括利用微束开展具有空间分辨的离子束分析、 单粒子效应、 微纳加工和细胞辐射响应等研究。 介绍了中国科学院近代物理研究所的高能重离子微束辐照装置, 该装置成功地将总能量为1 GeV的C离子在大气中聚焦为1 μm×2 μm的微米束斑。 Beam of MeV ions from particle accelerators can be confined by collimators or focused by electrical/magnetic quadruples into micrometer size, and this microbeam can be used to obtain spatial information or radiation effect in solids and biological samples. This paper reviews the technical developments and the multi disciplinary applications of microbeam, including ion beam analysis, single event effect in semiconductor devices, proton beam writing and cellular response to targeted particle irradiations. Finally, the high energy heavy ion microbeam facility at the Institute of Modern Physics of Chinese Academy of Sciences is introduced, which has successfully focused 1 GeV Carbon ions into a beam spot of 1 μm×2 μm in air.