PIE成像中周期性重建误差的研究

本文分析了PIE技术中周期性误差出现的根本原因,并在此基础上提出一种能明显减小此种误差的方法.通过将现有PIE成像技术中的定步长二维周期扫描变为步长和方向都不确定的随机二维扫描,可以根本上去除样品重建像中的周期性误差,从而得到准确的相位和振幅像,对提高PIE成像的精度有较好的现实意义.     

照明方式对PIE成像质量影响的研究

系统研究了照明光的波前曲率对PIE成像分辨力的影响,证明采用弯曲波前的照明光可以显著提升PIE对随机噪声和量化误差的抗干扰能力,从而能够使重建图像的分辨力提高3倍以上,为实际实验中照明光的选择提供了指导。     

基于电子束剪切干涉的PIE成像技术研究

提出了基于M?llenstedt电子双棱镜的电压扫描剪切干涉全场ptychographic iterative engine(PIE)显微成像技术.从低到高逐步改变电子双棱镜的电压,并同时记录所形成的剪切干涉条纹,待测样品透射电子束的强度和相位分布就可以用PIE算法得以快速重建,而且双棱镜的方向、位置和实际电场强度分布等诸多实验中不可避免地偏差都可以在迭代过程中自动得以更正.所提技术能够克服现阶段用电子束进行PIE成像的诸多技术困扰,从而有望推动PIE技术在电子显微成像领域的发展和应用.     

基于压缩感知理论的PIE显微成像研究

为了克服PIE成像中所面临的数据量过大的问题,将压缩感知理论用于PIE成像。将采样到的衍射斑稀疏变换并压缩后,可以显著减少需要存贮的数据量。再现过程中选用子空间匹配追踪算法(SP)或者正交匹配追踪算法(OMP)重构出散射斑的原始分布,用常规的PIE算法进行图像重建。模拟和实验结果均表明,当压缩采样率在30%的时候就能重构出很好的图像。和OMP重构算法相比,SP算法更适合在PIE成像中应用。     

基于光栅分光法的相干衍射成像

提出一种可以通过单次曝光实现 PIE(ptychographic imaging engine)成像的方法, 该方法用正交光栅将入射细光束衍射为传播方向不同的子光束簇以对样品进行照明, 并用CCD同时记录各个子光束所形成的衍射光斑阵列. 该方法很好地克服了现有PIE方法的成像质量易受机械扫描误差影响和数据采集时间过长两个缺点, 具有很好的实用价值. 关键词： 相干衍射成像 相位恢复 显微成像 迭代算法     

部分相干条件下的弱散射样品ptychography iterative engine成像

分析了照明相干性对ptychography iterative engine(PIE)成像技术的影响机理,指出利用零级衍射光范围内的衍射斑进行图像重建,可以避免由于部分相干性所引入的矛盾因素,并大幅度提高再现像质量,但再现像的对比度会明显降低.而采用散射斑强度的高次方进行图像重建时,相位的倍增作用可使相干性不足所引起的对比度降低大部分得以弥补,从而大大降低PIE技术对光源相干性的依赖并拓展其可应用范围.     

双光束照明3PIE层析成像

在单光束照明3PIE(Ptychographic Iterative Engine)方法中,照明光垂直照射在待测样品表面,没有考虑照明光倾斜对重构结果的影响。在单光束照明3PIE方法的基础上提出了双光束照明3PIE方法,同时模拟分析了初始猜测照明光中相位倾斜因子对成像质量的影响。双光束照明3PIE方法在迭代恢复样品的过程中,两束照明光均用于更新同一样品的复振幅分布,理论分析和实验结果均表明,双光束照明3PIE方法能够提高算法的收敛速度,有效减弱恢复样品不同层次之间的串扰,适用于三维层析成像。     

非相干照明条件下的ptychographic iterative engine成像技术

在传统多波长相干衍射成像理论的基础上提出适用于 X-射线和电子束等非相干光源照明成像的改进多波长ptychographic iterative engine 方法, 同时将小孔形状和照明光谱信息用于叠代计算, 可以在非相干照明条件下精确重建出物体的强度透射像和相位透射像, 并对光源带宽对重建精度的影响进行了分析, 对于解决如何在非相干照明条件下对大尺寸物体进行精确相位成像的问题具有较好的科研和实用价值.     

基于小型加速器的编码中子源成像研究

编码中子源成像可以在对中子注量率影响不大的情况下大大提高成像的准直比, 从而提高成像质量.北京大学开展了基于小型加速器的编码中子源成像技术研究工作. 不同于已有的基于反应堆的小面积编码板的研究工作, 北京大学建立了基于小型加速器的大面积编码板的编码中子源成像实验平台, 并对加速器中子源上的实验方法和数据处理进行了探索, 对比了重建算法, 获得了初步的重建照片.研究工作表明, 编码中子源成像技术可用于加速器中子源, 但重建图像质量仍须提高. 关键词： 加速器中子源 中子成像 编码源成像 图像重建     

X射线光场成像技术研究

X射线三维成像技术是目前国内外X射线成像研究领域的一个研究热点.但针对一些特殊成像目标,传统X射线计算层析(CT)成像模式易出现投影信息缺失等问题,影响CT重建的图像质量,使得CT成像的应用受到一定的限制.本文主要研究了基于光场成像理论的X射线三维立体成像技术.首先从同步辐射光源模型出发,对X射线光场成像进行建模;然后,基于光场成像数字重聚焦理论,对成像目标场在深度方向上进行切片重建.结果表明:该方法可以实现对成像目标任一视角下任一深度的内部切片重建,但是由于光学聚焦过程中的离焦现象,会引入较为严重的背景噪声.当对其原始数据进行滤波后,再进行X射线光场重聚焦,可以有效消除重建伪影,提高图像的重建质量.本研究既有算法理论意义,又可应用于工业、医疗等较复杂目标的快速检测,具有较大的应用价值.     

相干X射线衍射成像三维重建的数字模拟研究

利用相干X射线衍射成像“过采样”采集样品的远场相干衍射图样, 结合相位重建迭代算法重建物空间样品信息. 三维重建过程中, 边界约束条件是相位重建算法中最为关键的部分. 本文采用数字模拟的方法, 利用灰度值图像作为物空间的样品, 研究并实现了边界条件的自动寻找, 重建结果显示比以往采用较“松”的边界约束更为精确. 利用噪声模拟方法, 研究了衍射图样中不同噪声类型的滤除对重建结果的影响. 研究发现传统的去噪方法在高噪声情况下不能直接应用于相干X射线衍射成像, 并找到了适用于相干X射线衍射成像噪声滤除的有效方法. 研究表明, 此方法能非常有效地降低噪声对重建结果的影响. 利用模拟三维纳米金颗粒作为样品, 完成了对纳米金颗粒中电子密度分布的三维重建, 在有随机噪声的影响下, 也得到了很好的重建结果, 并找到了成功实现三维重建的噪声限为信噪比不低于27. 关键词： X射线相干衍射成像 过采样 三维相位重建 显微成像     

关于轴向距离误差对PIE成像质量影响的研究

在对拓展重叠关联迭代引擎算法(ePIE)成像的轴向距离偏差问题进行详细分析的基础上指出,轴向距离偏差对再现图像所造成的影响在本质上和横向扫描步长误差所造成的影响完全一样;用含有位置搜索的ePIE算法进行图像重建时,轴向距离偏差所造成的影响理论上可以自动得以更正。     

中子半影成像的计算机断层重建技术

实际用于中子半影成像重建的方法都是线性方法,而计算机断层重建是一种能够用于中子半影成像重建的新方法.介绍了中子半影成像的断层重建原理,将半影成像的诊断图像沿径向等角度提取、微分后就可以使用断层重建方法重建.给出了使用卷积反投影方法重建不同噪声诊断图像的结果,并分析了断层重建的优缺点.重建结果表明,断层重建方法能够重建出...     

基于深度递归级联卷积神经网络的并行磁共振成像方法

快速磁共振成像是磁共振研究领域重要的课题之一.随着大数据和深度学习的兴起,神经网络成为快速磁共振技术的重要方法.然而网络性能表现和网络参数量之间较难取得平衡,且对于多通道数据重建的并行成像问题,相关研究较少.本文构建了一种深度递归级联卷积神经网络结构,用于处理并行成像问题.这种网络结构在减少网络参数量的同时,能够尽可能地提高网络的表达能力,提高网络重建的精确度.实验结果表明,相较于传统并行成像方法,通过训练好的神经网络对欠采样磁共振数据进行重建,可以得到更准确的重建结果,且重建时间大大缩短.     

A general phase retrieval algorithm based on a ptychographical iterative engine for coherent diffractive imaging

Coherent diffractive imaging (CDI) is a lensless imaging technique and can achieve a resolution beyond the Rayleigh or Abbe limit. The ptychographical iterative engine (PIE) is a CDI phase retrieval algorithm that uses multiple diffraction patterns obtained through the scan of a localized illumination on the specimen, which has been demonstrated successfully at optical and X-ray wavelengths. In this paper, a general PIE algorithm (gPIE) is presented and demonstrated with an He-Ne laser light diffraction dataset. This algorithm not only permits the removal of the accurate model of the illumination function in PIE, but also provides improved convergence speed and retrieval quality.     

结构光饱和区域分区投射优化补偿方法

结构光在三维形貌测量中应用十分广泛,但对于表面反射率较高的物体,对其投影一定强度的结构光,易在被测物表面形成局部亮度饱和,使得该区域在重建过程中出现较大误差甚至无法重建。为了提高表面高反射率物体的三维重建质量,提出了一种基于分区投射的结构光饱和区域主动补偿方法。首先通过投射区域格雷编码灰度图计算饱和区域在投影平面的位置。然后增加过渡补偿区域,平滑降低饱和区域的条纹光栅投射强度。最后,通过实验对饱和区域分区投射优化补偿方法进行了验证。结果表明,所提方法能够减少计算补偿区域所需投影图片的数量,实现饱和区域边界平滑过渡,提高计算效率,有效抑制亮度饱和引起的重建误差,提高三维重建精度。     

连续太赫兹波双物距叠层定量相衬成像

针对连续太赫兹波叠层成像重建算法收敛较为迟滞的问题,提出一种连续太赫兹波双物距叠层成像方法及相关重建算法,使用不同记录距离形成的差异化衍射图幅值作为重建算法记录平面的约束条件,增加了记录平面数据多样性和衍射信息冗余度.仿真结果表明,本方法可以加快算法收敛速率,有效减少迭代次数,提高连续太赫兹波定量相衬成像计算效率.随后构建了基于2.52 THz光泵连续太赫兹激光器的双物距叠层成像实验装置,应用双物距记录方法及改进算法重建获得了聚丙烯基字母图案样品的幅值和相位分布,结果表明改进方法可以减少算法迭代次数,提升计算效率,同时改善相位像重建结果保真度.     

一种用于中子散射成像的快速反投影重建方法

针对中子散射成像建立了一种快速反投影重建方法,这种方法首先根据每一个散射事件确定粒子可能所在的空间范围,然后该空间范围中进行重建,大大减少了重建的运行时间。应用所建立的方法对模拟的成像数据进行处理,结果表明:重建源与实际源的位向一致,对1000个散射数据进行处理,用时约3 s;对5探测单元成像得到的模拟数据处理,得到重建后点源的位向分辨为8.0°;重建源的位向分辨不随设定重建平面的位置而改变,但重建平面距探测平面越近,重建速度越快;当重建平面达到一定尺寸时,继续增加大重建平面尺寸,重建的运行时间增加不明显,该方法在大视场空间探测成像应用中,具有较高的重建效率。     

基于CUDA的多GPU加速SART迭代重建算法

为解决SART迭代重建算法计算耗时的问题,在单GPU基础上,利用多块GPU 的并行计算能力,提出了一种多GPU加速迭代重建算法。实验结果表明,与CPU重建相比,在不影响重建图像质量的情况下,采用GPU重建速度有明显提高,且增加GPU数量可以进一步提高重建速度。     

光谱编码成像系统的数据压缩技术

利用时间拉伸显微成像系统观察并记录非重复动态随机现象,在其超高成像速度和高空间分辨率下必定会产生大量的数据。一种基于差分检测和游程编码的数据压缩方法,可以有效地解决时间拉伸成像系统的数据存储问题。差分检测可以消除连续相同的信号,只检测出相邻信号的差异,从而提高游程编码算法的有效性。实验中,采用扫描频率为77.76 MHz的时间拉伸显微成像对分辨率板、人红细胞和人乳腺癌细胞线性扫描成像。实验结果表明,数据压缩比可以达到8.47,对比分析发现经过差分检测方法可以获得更高的压缩比。另外,通过计算重建后的图像与原图的结构相似性(SSIM)值发现,经过数据压缩后高质量的图像可以被重建。