Implementation of the direct demodulation method for natural gamma ray spectral logging

Spectrum analysis of natural gamma ray spectral logging （SGR） data is a critical part of surface informa- tion processing systems. Due to the low resolution, which is an inherent weakness of SGR, and the low signal-to-noise ratio problem of logging measurements, SGR is usually treated with a low confidence level. The Direct Demodulation （DD） method is an advanced technique to solve modulation equations interactively under physical constraints. It has higher sensitivity and spatial resolution than the traditional methods and can effectively suppress the logging noise. Based on standard count rate spectral data obtained from the China Offshore Oil Logging Company SGR Calibration Facility, this paper presents the application of the DD method to gamma-ray logging. The results are compared with four traditional algorithmic methods, showing that the DD method is a credible choice, with higher sensitivity and higher spatial resolution in gamma-ray log interpretation. The Point-Spread-Function of the Shengli Oil Logging Company＇s natural gamma ray spectroscopy instrument is obtained for the first time. The quantities of various radionuclides in their calibration pits are also obtained. The DD method was applied successfully to gamma-ray logging, offering a new option for SGR logging algorithm selection.     

Monte-Carlo simulation of a compact gamma-ray detector using wavelength-shifting fibers coupled to a YAP scintillation crystal

The production and transportation of fluorescent light produced in wavelength-shifting fibers (WSFs) coupled to YAP scintillation crystal is simulated using the GEANT4 codes.An advantage of the wavelength-shifting fiber readout technique over a direct readout with a position-sensitive photo-sensor is the reduced requirement for position sensitive photomultiplier tube photocathode area.With this gamma-ray detector,the gamma camera is small and flexible and has larger effective field of view and low cost.Simulation results show that a) a mean 12 of photons per 59.5 keV gamma ray interaction is produced in the WSF located nearest to the incident gamma ray,and a spatial resolution of 3.6 mm FWHM is obtained,b)a mean 27 of photons per 140 keV gamma ray interaction is produced and a spatial resolution of 3.1 mm FWHM is obtained.Results demonstrate the feasibility of this concept of a compact gamma-ray detector based on wavelength-shifting fibers readout.However,since the very low photoelectron levels,it is very important to use a photon counting device with good single photo-electron response to readout the WSFs.     

Monte-Carlo simulation of a compact gamma-ray detector using wavelength-shifting fibers coupled to a YAP scintillation crystal

The production and transportation of fluorescent light produced in wavelength-shifting fibers (WSFs) coupled to YAP scintillation crystal is simulated using the GEANT4 codes. An advantage of the wavelength-shifting fiber readout technique over a direct readout with a position-sensitive photo-sensor is the reduced requirement for position sensitive photomultiplier tube photocathode area. With this gamma-ray detector, the gamma camera is small and flexible and has larger effective field of view and low cost. Simulation results show that a) a mean 12 of photons per 59.5 keV gamma ray interaction is produced in the WSF located nearest to the incident gamma ray, and a spatial resolution of 3.6 mm FWHM is obtained, b) a mean 27 of photons per 140 keV gamma ray interaction is produced and a spatial resolution of 3.1 mm FWHM is obtained. Results demonstrate the feasibility of this concept of a compact gamma-ray detector based on wavelength-shifting fibers readout. However, since the very low photoelectron levels, it is very important to use a photon counting device with good single photo-electron response to readout the WSFs.     

Z箍缩等离子体高分辨X辐射谱诊断

 为了获取丝阵Z箍缩等离子体高能谱分辨的X辐射图像,建立了云母球面弯晶X光摄谱仪,根据色散平面内球面弯晶诊断空间分布X光源的几何模型分析了摄谱仪的能谱分辨,计算结果与光线追迹方法得到的结果吻合。当探测器位于罗兰圆上时,系统具备最优能谱分辨。在“强光一号”装置上,利用该摄谱仪诊断了镀镁铝丝阵负载Z箍缩等离子体的X辐射图像,结果表明,该球面弯晶摄谱仪的能谱分辨率高于1 000。     

数字相机传感器光谱灵敏度的测量

为了测量数字相机传感器的光谱灵敏度,提出了一种数字图像测量方法。在自然日光下,用被测相机采集一副标准色卡的图像,在对图像进行均匀性和线性校正后,从标准色卡图像各色块的相机响应中计算出光谱灵敏度,并在不同的照明光源下,用成像方法验证数字图像测量方法与传统的单色仪测量方法的结果,比较了两种测量方法的优缺点和精确度。实验结果表明,两种测量方法均能获得较高精度的光谱灵敏度。     

窄带快照式多光谱成像色彩还原方法

由于兼具光谱分辨和空间分辨能力, 快照式窄带多光谱成像在资源遥感、精准农业、医疗检测等领域将有广泛应用。由于该方法使用窄带成像来提高光谱分辨率及图像对比度,所获得的图像是灰度信息,失去了场景的色彩信息,不便专家对图像鉴别、评价与赏析。已有的色彩还原算法主要针对光谱波段带宽较宽或者多个波段叠加基本覆盖整个可见光谱范围等两种光谱成像仪,不适合窄带多光谱成像方法的色彩还原。该研究适合于快照式窄带多光谱成像的色彩还原方法,提出建立窄带多光谱彩色相机的概念。首先,提出两种窄带多光谱色彩还原方法：(1)基于CIE色度系统三刺激值色的,(2)基于贝尔阵列插值算法的;其次,分别应用两种算法还原快照式窄带多光谱相机所获得的植物、手臂及宫颈组织等三种代表性场景窄带多光谱灰度图像;之后,计算并比较表征两种算法所得的代表性场景彩色图像的均值、方差、熵及梯度等表征图像质量的参数数值,确定出适合快照式窄带多光谱成像的色彩还原方法;最后,对所确定的色彩还原算法进行色偏校正。实验结果表明,基于CIE三刺激值色彩还原方法比贝尔阵列插值法更适用于窄带多光谱成像颜色复原。配合使用CIE三刺激值色彩还原方法及灰度图象校正算法,从窄带光谱成像所获得的植物、手臂皮肤及宫颈组织的灰度图像所还原出的近彩色图像逼近物体真实色彩,满足人眼观察习惯。介绍了仅覆盖可见光光谱范围30%的窄带多光谱图像进行色彩还原的方法,该方法证明快照式窄带多光谱成像可以兼具光谱分辨能力,同时保持可供人主观辨识的色彩信息。所提出实现快照式窄带多光谱彩色成像的方法,有望设计不同于传统RGB相机的彩色相机实施方案。     

基于压缩感知理论的非线性γ谱分析方法

γ谱分析是一种重要的放射性核素定量分析方法. 弱峰的检测和重叠峰的分解是γ 谱分析中的难点. 为了解决这两个问题, 基于压缩感知理论, 提出了一种新的γ 谱分析方法. 这一方法从谱仪对γ 谱调制的物理机理出发, 通过数学建模, 将γ 谱分析转化为一个以真实γ 谱为解的求逆问题, 并在压缩感知理论框架下, 运用γ 谱特征峰的稀疏性, 进行逆问题的求解, 直接获得γ 谱的估计结果. 数值模拟结果和蒙特卡洛模拟结果表明: 该方法能在降低统计涨落的同时, 有效减小谱仪调制带来的能谱展宽, 从而提高γ 谱分析精度. 关键词： γ谱分析')" href="#">γ谱分析 压缩感知 非线性 逆问题     

成像板伽马图像测量研究

研究了成像板辐射图像测量的基本原理及其物理机制,并将其应用于伽马图像测量。建立了MS,SR和TR三种类型成像板数值模拟模型,分别使用MCNPX程序和基于Geant4开发的NPE程序计算了三种成像板对不同能量伽马射线的能量沉积,计算结果表明:SR和MS成像板比TR成像板能量沉积在低能部分大3~5倍,高能部分大7~9倍。实验测量了MS成像板灵敏度随铜膜厚度的变化关系,测量结果与理论计算结果有较好的一致性。理论与实验结果表明:成像板伽马图像测量的空间分辨力优于50 m。     

高谱分辨X光能谱诊断技术

 采用国内首次研制出的2 000线/mm的自支撑透射光栅配上背照射软X光CCD(charge coupled device)组成了高谱分辨透射光栅谱仪。通过实验标定和理论模型计算相结合得到了高线对透射光栅的绝对衍射效率；同时建立了透射光栅谱仪测谱解谱方法，编制了相应的解谱程序。在“神光”激光装置上利用该谱仪通过激光打靶实验获得了金腔靶注入口发射的X光能谱定量实验结果，实验结果表明，该谱仪测谱范围在高能区达到6 000eV,谱分辨达到0.1nm，能够清晰地分辨金等离子体M带三峰分布X光谱结构。     

一种光谱分辨率可调的新型空间调制傅里叶变换光谱仪

调整光谱仪的光谱分辨率,可使光谱仪在满足不同目标测量需求的同时,减少数据采集、处理和存储的时间,提高仪器的整体性能。为克服传统傅里叶变换光谱仪的光谱分辨率固定的缺点,提出了一种分辨率可调的空间调制傅里叶变换光谱仪。介绍了该新型光谱仪及其干涉仪的工作原理,利用光线追迹的方法推导了光程差和横向剪切量的计算公式,并分析了新型干涉仪的光程等效模型。在此基础上,分析了光谱分辨率的调节原理。结果表明,该光谱分辨率可调的新型空间调制傅里叶变换光谱仪克服了传统光谱仪分辨率固定、稳定性差等缺点,具有分辨率可调、高稳定性、结构灵活和易于装调等特点。该研究内容为分辨率可调的干涉光谱仪的设计提供了理论基础,扩展了傅里叶变换光谱仪的实用范围。     

双狭缝透射光栅软X光时空分辨谱仪

 利用双狭缝、透射光栅配亚仟X光条纹相机做了具有一维空间、时间和能谱分辨的三维软X光测量仪器(双狭缝透射光栅软X光时空分辨谱仪), 并成功地获得了金盘靶的N带X光(中心波长1.7nm)时空分辨图象 。该仪器空间分辨可达23μm, 时间分辨可达003ns, 能谱分辨(当源大小为100～300μm时对波长1.7nm的X光)可达0.4～ 0.7nm, 只需稍加改动, 即可用于其它波段的X光测量。     

探测系统能量分辨在中子能谱数值模拟中的应用

针对中子能谱实验的数值模拟研究中涉及到的探测系统能量分辨问题,基于系统探测伽玛和中子的对应关系以及对伽玛射线的能量分辨率,介绍了一种简便实用的数值模拟方案,利用探测系统对中子、伽玛的光响应对应关系以及其对伽玛的能量分辨率,得到系统对中子的能量分辨率,再进一步把它应用到中子能谱的数值模拟中,并对数值计算结果与相关实验数据进行比较分析。结果表明,该方法可以很好地应用于中子能谱的数值模拟研究。     

基于HI-13串列加速器的中子俘获反应截面测量方法

利用BaF₂晶体对γ射线探测效率高、时间分辨率好的特点,研制了国内首套由40个BaF₂探测器单元组成的γ全吸收型探测装置,用于在线测量中子俘获反应截面。在HI-13串列加速器上建立250～850 keV的中子源,其0°角的源强约为5.09×106 n/（Sr·s）,使用γ全吸收型探测装置,通过瞬发γ射线法测量了93Nb、197Au、natC和空样品的实验数据。根据BaF₂探测器信号的特征,采用了基线补偿、软件阈值设置、时间窗限定、脉冲幅度积分增长率设置和快慢成分比设置等多种数字化波形分析方法,剔除噪声信号以提高效应本底比。以197Au样品数据为标准,natC样品数据为样品相关性本底,空样品数据为样品无关性本底,采用相对测量法得到了93Nb的中子俘获反应截面实验数据。通过与ENDF评价库数据的比较,验证了测量装置和技术方法的可行性。     

先进焦平面与光谱成像技术现状

深入分析先进的焦平面技术和光谱成像技术的发展趋势,为探测器及光谱成像仪的研究提供参考。对光谱成像技术的现状和发展趋势、焦平面技术、先进焦平面技术对光谱成像系统技术的推动作用三个方面进行详细的分析总结,认为焦平面技术向着高性能、大规模面阵规格、高灵敏度、宽谱响应的方向发展;并推动光谱成像系统向着高分辨率、宽幅、多波段、更短重访周期和简化系统方向发展。成像光谱仪的发展趋势和需求指明焦平面技术的发展方向,同时焦平面技术的发展也会引领成像光谱仪系统进步和革新。     

The Marple algorithm for the autoregressive spectral estimates of the SMMW fourier transform spectroscopy data

The Marple algorthm for the autoregressive spectral estimates has been applied to the SMMW Fourier transform spectrum analysis. The experimental results have shown that this method yields AR spectra with three times higher resolution than the FFT method does. The improvements obtained from the Marple algorithm over the maximum entropy algorithm include higher resolution, less bias in the spectral peak frequency estimation and absence of observed spectral line splitting. The effects of the structure of the spectral lines and the noise on the resolution are discussed.Projects supported by National Natural Science Foundation of China     

MC模拟在随钻方位伽马成像正演中的应用

蒙特卡罗模拟是放射性测井一种重要的数值模拟方法,利用通用程序MCNP可方便地建立各种地层模型,为放射性测井研究提供了简便有效的方法。借助于蒙特卡罗方法建立随钻条件下地层模型,正演模拟随钻方位伽马成像特征。结果表明,随钻方位伽马成像图呈现正弦线特征,利用成像图可准确反演井眼相对倾角和放射性地层厚度;井眼相对倾角越大,放射性地层厚度越厚,成像图的正弦线高度值及在井轴方向上的展布高度值越大;井眼尺寸对利用成像图求取井眼相对倾角没有影响,但对计算放射性地层厚度有影响,仪器偏心对利用成像图求取井眼相对倾角和放射性地层厚度都有较大影响,若伽马计数满足测井计数统计性,可忽略井眼流体对成像图的影响。     

基于中阶梯光栅的波长定标方法研究

波长定标是仪器遥感数据定量化的前提和基础。针对星载大气微量成分探测仪视场大、波长宽、空间分辨率和波长分辨率高的特点,建立了基于中阶梯衍射光栅的波长定标装置。中阶梯光栅因其较少的线密度和较大的闪耀角工作在较高的闪耀级次,光谱范围宽且具有较高的分辨率,可在工作波段内一次性输出多条分布较为均匀的谱线,克服了传统定标方式的缺点,提高了定标精度。本文首先介绍了波长定标装置的工作原理,接着利用该装置对高光谱大气微量成份探测仪进行波长定标,通过寻峰和回归分析给出载荷的波长定标方程,并利用标准汞灯谱线对定标结果进行检验。结果表明:高光谱大气微量成份探测仪的像元和波长近似满足线性分布规律,定标不确定度为0.025 8 nm,汞灯特征谱线的定标值和标准值偏差最大不超过0.043 5 nm,证明了定标结果的准确性。     

液晶光谱成像技术研究进展

液晶光谱成像技术是基于液晶可调滤光片的新型光谱成像技术.利用向列相液晶材料的电控双折射效应,液晶可调滤光片可在工作谱段内进行连续光谱调谐,实现光谱成像系统的小型化、多用途、实时控制.获取高空间分辫率和高光谱分辫率的光谱图像,是今后航天航空遥感的一个重要发展方向.结合液晶光谱成像技术的国内外研究进展,分析了其目前存在的主...     

岩心显微拉曼光谱成像方法的研究

虽然用激光拉曼光谱显微探针研究岩心中碳质物的工作已有很大进展,但是通常对诸如岩心等样品物性的光谱学(红外、拉曼和荧光等)微探针实验研究多是局限于对经过复杂处理分离出的微小样品或样品中个别点得到的结果,缺乏对复杂样品各组分(或基团)的空间分布及其相互关系的研究。近年来新发展起来的光谱成像分析系统将光谱技术与成像技术有机地结合起来融为一体,可在光谱和空间两个方面对目标样品进行分析和识别,但是用拉曼显微成像光谱研究岩心的工作则少有报道。文章报道了应用“串行-成像”(series-or indirect-imaging,Mapping)和“并行-成像”(parallel-or direct-imaging, Imaging)两种方式对含油岩心进行了显微拉曼光谱成像的研究。从光谱分辨率和空间分辨率以及工作效率等方面对两种方式所得试验结果进行了比较和评估。     

基于光谱响应函数的遥感图像融合对比研究

遥感图像融合是一个十分重要的问题,目前已出现了很多融合方法.一些现有方法可以从高空间分辨率全色数据中提取细节特征,并注入到低空间分辨牢多光谱数据中,同时尽可能保持多光谱数据的光谱特性.现有方法一般都不能利用遥感成像系统的物理信息,因此可能导致融合结果发生严重的光谱扭曲.该文采用适当的遥感图像融合模型对图像融合问题进行分解,将融合问题归结为空间细节调制参数构建与空间细节信息提取两个子问题,在对传感器光谱响应函数(SRF)的分析基础上,构建合理的空间细节调制参数.依据对现有方法的分类,文章将三种基于SRF的空间细节调制参数构建方法,与高斯高通滤波提取的空间细节信息结合,产生三种基于SRF的遥感图像融合方法.这些方法在Ikonos数据上进行了试验和分析,并与GS和HPM方法进行对比.