中子数字图像几何不锐度校正算法研究

以中子数字成像系统的开发为背景,提出一种用于中子数字图像几何不锐度校正的图像复原算法。首先分析了中子数字成像的准直成像系统,得到引起中子数字图像几何不锐度的点扩展函数。据此,提出一种正则化的Lucy-Richardson(LR)算法,该算法利用贝叶斯(Bayes)最大后验估计理论研究了小波系数的双变量层间模型,推导出一种有效的小波降噪方法,并将小波降噪引入LR算法的迭代过程,此方法可有效解决原始LR算法的噪声放大问题。将改进的LR算法用于一个测试样品中子数字图像的几何不锐度校正,结果表明,该算法可以克服原始LR算法的不足,并优于频域小波域联合正则化图像复原算法。该方法还可以推广到其他图像复原的应用中。     

中子半影成像的散射中子对点扩展函数的影响

基于ICF中子半影成像分辨力的要求,利用蒙特卡罗方法,模拟了4种系统模型的点扩展函数,分析半影孔装置、靶室和中子束流通道的钢管、高密度内爆靶丸的散射中子对点扩展函数的影响;模拟了平面中子源在4种模型中的半影成像,并用维纳滤波方法重建,分析了散射中子对中子半影成像诊断的影响。模拟结果表明:半影孔装置、靶室等的散射中子不会造成点扩展函数的变形,仅仅增加本底,对诊断的影响可以忽略;高密度内爆靶丸的散射中子会造成点扩展函数的平滑,但对诊断的影响有限。     

X射线成像的一种点扩展函数模型

X射线成像系统可以通过其点扩展函数来表行,其点扩展函数分为一次射线点扩展函数和散射点扩展函数两部分。在分析点扩展函数各个影响因素的基础上,建立了以物体厚度、物体到探测器距离以及成像几何设置为参量的解析模型。利用该模型推导出了特定入射射线能谱和射线源到探测器距离情况下散射比的计算公式。它是以物体厚度和物体到探测器距离为变量的函数。在利用实验数据对模型参量进行最优估计的基础上,利用散射比实验验证了模型的正确性。为散射和几何不清晰度的消除提供了一种实用的模型依据。     

X射线成像系统点扩展函数理论模型及其实验验证

X射线成像系统点扩展函数是影响X射线成像空间分辨率和密度分辨率的决定性因素,在系统分析X射线成像物理过程基础上,建立了X射线成像系统点扩展函数的一种数学解析模型,推导出了射束有效宽度计算公式,最后通过实验验证了模型的正确性。该模型为X射线成像系统空间分辨率和密度分辨率的初步设计和评定提供了理论依据,可作为X射线图像恢复算法中模糊函数的先验信息。     

基于数字射线成像的运动降质图像的恢复

当利用X射线数字成像技术对在流水线上运动的工件进行检测时,图像采集系统与工件在曝光时间内发生相对运动,造成了采集到的图像运动模糊降质。通过对运动降质产生机理的理论分析,建立了图像降质的离散退化模型。提出了利用运动模糊降质点扩展函数频域特性加上投影均值最大法来测量模糊运动方向的方法。旋转运动模糊图像的幅度谱图像,利用整列投影值最小法提取运动模糊降质点扩展函数长度。利用维纳滤波法对模糊降质图像进行了恢复,取得了较好的效果。     

强散射体内部目标的实时高分辨率成像方法

由于强散射介质的散射作用,使得传统光学成像系统难以有效探测其内部目标。针对这一难点,提出了一种对强散射介质内部目标进行高分辨率实时成像的方法。基于强散射介质波前校正原理,采用汇聚照明方式,通过纯相位型空间光调制器,对散射介质表面点目标进行校正,使其清晰成像。在此基础上,保持调制图样不变,将汇聚照明改为扩展照明,即可实现对校正点附近较大视场和景深范围内目标的实时清晰成像。基于此方法搭建的实验系统很好地实现了强散射介质内部目标的实时成像,通过比较传统光学系统在无散射介质条件下和散射成像系统在有强散射介质条件下的成像质量,结果表明,散射成像系统具有更高的成像锐度。     

中子针孔成像点扩展函数模拟研究

应用Geant4系统对中子针孔成像的点扩展函数进行了模拟研究.建立了点扩展函数的数学模型,并将其分布图像与能量沉积数据的分布图像作了比较,可看出点扩展函数与能量沉积数据吻合得较好.研究结果表明,在一定偏移量范围内,拟合得到的点扩展函数更好,能得到较好的图像分辨率.通过对不同入射能量在一定偏移量入射下的点扩展函数讨论认为,入射能量增大虽然会增强图像的对比度,但会降低分辨率.     

小尺寸样品CARS图像信号分布实验研究

通过设计实验与分析模型,研究相干反斯托克斯拉曼散射成像对于样品尺寸小于系统点扩展函数尺寸的情况,分析相干反斯托克斯拉曼散射图像周围的depth的形成原因。分析过程首次引入轴向传输动态位移光线（此光线由相干体积元内轴心光线抽象出）对球形或柱形样品直径小于系统点扩展函数横向与轴向尺寸进行建模解析,对于所建模型定量分析结果表明,对于样品尺寸小于系统点扩展函数尺寸样品折射率调制了有效作用深度。Gouy相移只是其表观现象,是一个伴随性特征,因为物理学中存在的另一个极端,当样品尺寸足够小且具有相当的折射率,Gouy相移的作用近似为0,此时,样品周围的depth主要与样品的折射率及系统相干层析体积元内有效作用长度有关,相干反斯托克斯拉曼散射参量信号,具有自身的波矢匹配条件,不仅有大小,有方向,而且还受到样品自身材料折射率的影响比较明显。也就是对于参量过程波矢匹配条件是因,Gouy相移是伴随性特征。自此,通过相干反斯托克斯拉曼散射间接说明所用的紧聚焦参量信号成像过程,正是因为波矢匹配条件的存在使二次信号继承了激发光的紧聚焦特性,而拥有了继承性的Gouy相移,结合实验结果采用物理学的极端假设表明,Gouy相移不是产生depth的主要原因,主要原因是样品及周围的环境的折射率与系统相干层析体积元内有效作用长度之间共同作用的结果。而实验结果与模型定量分析的结果相吻合,此实验帮我们找到了影响CARS图像样品周围depth的成因机制,对于其他小尺寸样品的参量成像结果的分析具有一定的借鉴意义。通过设计实验,结合定量模型分析,首次明确造成小尺寸样品CARS图像周围的depth的真正原因,此抽象模型的拓展性对纳观参量过程的分析具有得天独厚的优势。抽象出的主能量光线动态位移模型成功分析纳观成像结果表明,相干作用长度之内有效作用长度及其行进路径的过程论的主因分析方法是研究纳观作用机制的最佳方法。     

小尺寸样品CARS图像信号分布实验研究（英文）

通过设计实验与分析模型,研究相干反斯托克斯拉曼散射成像对于样品尺寸小于系统点扩展函数尺寸的情况,分析相干反斯托克斯拉曼散射图像周围的depth的形成原因。分析过程首次引入轴向传输动态位移光线(此光线由相干体积元内轴心光线抽象出)对球形或柱形样品直径小于系统点扩展函数横向与轴向尺寸进行建模解析,对于所建模型定量分析结果表明,对于样品尺寸小于系统点扩展函数尺寸样品折射率调制了有效作用深度。Gouy相移只是其表观现象,是一个伴随性特征,因为物理学中存在的另一个极端,当样品尺寸足够小且具有相当的折射率,Gouy相移的作用近似为0,此时,样品周围的depth主要与样品的折射率及系统相干层析体积元内有效作用长度有关,相干反斯托克斯拉曼散射参量信号,具有自身的波矢匹配条件,不仅有大小,有方向,而且还受到样品自身材料折射率的影响比较明显。也就是对于参量过程波矢匹配条件是因,Gouy相移是伴随性特征。自此,通过相干反斯托克斯拉曼散射间接说明所用的紧聚焦参量信号成像过程,正是因为波矢匹配条件的存在使二次信号继承了激发光的紧聚焦特性,而拥有了继承性的Gouy相移,结合实验结果采用物理学的极端假设表明,Gouy相移不是产生depth的主要原因,主要原因是样品及周围的环境的折射率与系统相干层析体积元内有效作用长度之间共同作用的结果。而实验结果与模型定量分析的结果相吻合,此实验帮我们找到了影响CARS图像样品周围depth的成因机制,对于其他小尺寸样品的参量成像结果的分析具有一定的借鉴意义。通过设计实验,结合定量模型分析,首次明确造成小尺寸样品CARS图像周围的depth的真正原因,此抽象模型的拓展性对纳观参量过程的分析具有得天独厚的优势。抽象出的主能量光线动态位移模型成功分析纳观成像结果表明,相干作用长度之内有效作用长度及其行进路径的过程论的主因分析方法是研究纳观作用机制的最佳方法。     

超分辨定位成像中的像差表征和校正

超分辨定位成像技术凭借对数千甚至数万张采集的原始图像进行单分子定位及重建,可以获得几十纳米的超高分辨率,观察到之前看不到的细胞结构以及生物现象。然而,在实际的成像过程中,采集到的图像会受到像差(来源于光学系统的不完美或样品本身的不均匀性)的影响而导致分辨率下降,甚至会造成错误结果。为此,定量表征了几种典型像差对超分辨定位成像的影响,并提出了一种基于样品图像本身的像差校正方法。仿真和实验结果表明,像差会造成系统点扩展函数的变形以及成像分辨率的下降,使用基于图像本身的像差校正方法可以恢复图像的成像质量。     

图像传输方法测量海水的点扩展函数

海水水体的点扩展函数（PSF）及光学传递函数（OTF）描述了海水中光或图像传输的性质,是研究海水光学性质及水下图像系统的基本参数。探讨了用图像传输的理论测量海水点扩展函数或光学传递数的方法,在实验室中建立了一套测量和计算系统;对不同长度的散射水体进行了测量,得到了一维和二维的海水点扩展函数曲线,测量结果与理论分析相符合。     

利用维纳滤波改善声透镜光声成像系统的分辨率

为了克服衍射效应对光声成像系统分辨率的限制,需要采用逆卷积方法进行图像反演.从理论上分析了声透镜成像原理,模拟仿真了声透镜的点扩展函数对声透镜成像系统分辨率的影响和维纳滤波解卷积方法复原光声成像的过程,并利用自搭建的声透镜光声成像系统进行了深入的实验研究,得到了物平面上相距4 mm和3 mm的两个黑胶带点的直接成像光声...     

数值模拟快中子针孔成像系统的PSF

采用蒙特卡罗方法对中子针孔成像系统进行了点扩展函数（PSF）的模拟研究, 利用高斯拟合的数学方法分析比较了几种不同条件下该系统的PSF。 研究结果表明, 在偏离量较小时, 利用高斯拟合得到的中子针孔成像系统的PSF是可行的, 而采用挡板可以很显著地减少拟合误差和提高其空间分辨率。 The point spread function (PSF) of a pinhole imaging system for fast neutron has been studied through Monte Carlo method. The PSFs under different conditions have been obtained and analyzed by fitting the simulating data with Gauss function. As the results show, when the excursion is little, the PSF obtained by Gauss function fitting is feasible. A baffle will reduce the error and improve the spatial resolution remarkably.     

X光能点、放大倍率及针孔尺寸对空间分辨的影响

X光针孔成像是惯性约束聚变(ICF)研究中重要的诊断方法,对其点扩散函数的计算可用于图像重建和系统空间分辨的判断。对菲涅耳衍射公式进行了化简,分析了X光能点、针孔尺寸及放大倍率对针孔点扩散函数的影响。实验在保证成像能获得足够高信噪比的条件下,通过模拟获得在最佳空间分辨时所要的针孔大小、放大倍率和X光能点等参数。在流体力学不稳定性的静态样品定标实验中,通过模拟获得了针孔的调制传递函数(MTF),结合实验测量的结果反推获得分幅相机本身的MTF值。同时采用测刀边函数的方法获得了分幅相机本身的刀边函数,进而得到相机在各空间频率下的MTF值。两种方法得到的分幅相机MTF值一致,验证了通过菲涅耳衍射模拟X光针孔成像的可行性。     

强γ背景下中子针孔成像的点扩展函数

 利用基于Geant4建立起来的针孔成像模型获得了不同偏移量下γ与中子的好事例、能量沉积的比值,并模拟分析了强γ背景对中子针孔成像点扩展函数的影响。研究结果表明:在偏移量小于1 cm时,γ与中子的好事例之比、γ与中子的能量沉积峰值之比以及γ与中子的能量沉积总和之比分别在0.40～0.42,0.63～0.65以及0.46～0.49之间;偏移量大于1 cm时,比值下降明显,γ对中子的影响减小。在同一偏移量下,γ射线的点扩展函数的分布范围要比中子的小,两者叠加后所获得的点扩展函数的分布范围介于两者之间。在一定入射偏移范围内的成像质量优于在针孔中心位置入射时的成像质量。     

惯性约束聚变的中子半影成像诊断系统的优化研究

在激光驱动的惯性约束聚变实验中,中子半影成像是重要的诊断方法.基于分辨率的要求,模拟了中子源与半影孔装置间不同距离、半影孔装置不同厚度、半影孔装置不同外径以及不同孔型的系统点扩展函数,通过分析点扩展函数的尖锐性和等晕性优化诊断系统.同时还给出了系统的装配误差要求,并发现系统在线性重建时能达到15 μm分辨率,而非线性重建时能满足5 μm分辨率的诊断要求. 关键词： 中子半影成像 Monte Carlo方法 系统优化 分辨率     

基于空间光调制器的计算全息成像特性

把基于高分辨空间光调制器(SLM)的动态计算全息波面变换系统看作一个相干光学成像系统,分析并推导了该系统的点扩展函数（PSF）,进而研究了SLM像素结构所引起的固有切趾和展宽效应. 通过计算机模拟考察了SLM填充因子和衍射距离对系统分辨率的影响,给出了满足抽样定理所要求的系统的最小衍射距离. 最后提出了一种消除SLM像素结构影响的物波频谱预处理方法. 这一研究为优化系统设计,完善波面变换系统提供了新的途径.     

透过散射介质对直线运动目标的全光成像及追踪技术

光散射是限制光传输以及降低和破坏光学成像性能的主要因素,透过复杂散射介质对运动目标的全光成像是光学领域极具挑战性的技术之一.本文提出一种利用散斑差值自相关透过散射介质对运动目标进行实时追踪的方法.采用赝热光照明,基于光学记忆效应理论,通过对运动目标采集的两帧散斑做差值,然后做自相关运算,计算目标移动的距离,实现对目标的实时追踪,并且利用相位恢复算法进行简单处理就可以重建隐藏目标.对该方法进行了实验验证,成功地对隐藏的运动目标实现了成像与追踪.这种透过散射介质对运动目标的全光成像及实时追踪技术,在生物医学等领域具有重要应用潜力.