X射线荧光全息术中入射能量对原子像的影响

X射线荧光全息术是一种新型的显微成像技术，它能在原子水平上直接观察到晶体内部的三维结构。然而它所得到的原子像存在明显的孪生像现象。因此，采用多重能量的全息记录来消除孪生像。分别以单个和多个铁原子为模型，数值模拟了它们在4π立体角范围内、不同范围的入射能量的情况下记录的全息图。比较由这些全息图重构得到的原子像，发现入射能量范围越宽，其消除孪生像的效果越好，而且随着入射能量的提高，其原子像的分辨力也越高。     

光学扫描全息术中的孪生像噪音及消除

阐述了光学扫描全息术的基本原理,分析了孪生像噪音的来源,提出了一种新的数字滤波方法.计算机仿真结果表明:孪生像噪音以振荡形式传播,降低了重构图像的信噪比,影响了重构图像的分辨率;用电子复用技术,即用复全息图函数代替实全息图函数的方法可以有效地消除孪生像噪音;采用单一通道对信号进行处理,即只用一个实全息图函数,通过数字滤波方法同样可以消除孪生像噪音,该方法简便、实用而有效.     

一种减少空间调制快拍成像测偏仪伪信息的方法

空间调制快拍成像测偏技术能将偏振信息编码到一幅干涉图中,通过一次测量同时获取目标全部斯托克斯参量.针对空间调制快拍成像测偏技术中,目标像的高频部分对偏振信息通道产生串扰,导致重构的偏振信息包含有伪信息和频域重构目标像的空间分辨率低等问题,提出一种消除伪信息和获取全分辨率目标像的方法.该方法通过对两次快拍测量获得的干涉图进行简单加减运算,便可获得探测目标清晰的纯图像和高信噪比的偏振分量干涉图.本文对该方法进行了详细的理论分析,并通过计算机仿真和搭建实验平台,验证了该方法的可行性.这为空间调制快拍成像测偏技术获取全分辨率目标像和高质量重构偏振信息提供了新思路.     

投影光学系统中的偏振像差分析

当光束斜入射时，光学薄膜存在一定的偏振效应。在飞利浦棱镜系统中，当一定大小孔径角的照明光束斜入射到分色合色薄膜后，S偏振分量和P偏振分量存在一定的相位差，使得线偏振光变成椭圆偏振光。利用琼斯矩阵偏振光线追迹的方法，分析了投影光学系统中由于两偏振分量相位差引起的偏振像差，以及它与暗态泄漏光强和系统衬比度的关系。得出了系统出瞳面上的光波偏振特性，以及在不同大小孔径角的照明光束入射下偏振像差的变化。分析了膜厚监控误差对光学系统偏振像差的影响，发现膜厚监控误差对偏振像差和系统衬比度有很大的影响。所使用的分析方法可以应用于其他大口径光学系统。     

不同线偏振光对水体吸收系数测量的影响

通过对紫外-可见光分光光度计的光源偏振性进行系统测量,并开展了光源偏振性对水体黄色物质和颗粒物光谱吸收系数测量影响的实验研究,结果表明,紫外-可见光分光光度计光源具有显著的偏振性,但分光光度计光源偏振对水体黄色物质光谱吸收系数测量的影响可忽略不计,对水体颗粒物光谱吸收系数测量的影响也较小。     

紫外可见偏振成像光谱仪的光谱定标与匹配方法

紫外可见偏振成像光谱仪中沃拉斯顿棱镜的色散效应会导致探测器同一空间通道的中心坐标发生偏移，影响目标信号探测精度。根据偏振解调算法，利用沃拉斯顿棱镜出射的两正交分量调制光谱(S光和P光)实现偏振信息解调时，还需要完成光谱匹配。针对这一问题，提出了一种光谱定标与匹配方法。首先利用平行光源标定了仪器视场角与空间维像元的对应关系，提取出各空间通道对应的像元坐标集合并确定了视场定标方程；在同一空间通道内，通过低压汞灯标准光源对波长与像元的对应关系进行标定，得出光谱定标方程；利用视场定标和光谱定标结果完成正交分量光谱的匹配；最后利用太阳光谱中Fraunhofer线的特征波长对定标结果进行了检验。结果表明：紫外可见偏振成像光谱仪正交分量的光谱吸收峰位具有较好的一致性，定标值和标准值的偏差在0.1 nm以内，这验证了定标结果的准确性。     

EMCCD集成偏振-微光一体化成像技术研究

单一探测器实现多维度信息获取是光电探测未来的发展方向。针对目标探测中能量和偏振信息不能兼顾的问题，提出了一种同时具有偏振-微光功能的像元阵列结构。通过引入白光通道和精简偏振通道，可在EMCCD器件上实现偏振和微光探测的一体化集成。实验结果表明，在微光条件下，探测器高灵敏性能被保持，低照度下的成像质量几乎不衰减；偏振模式下，白光通道和两个偏振角度使探测器能够获得足够的偏振信息，实现对目标的偏振探测。该方法实现了高灵敏度成像探测和偏振信息探测的同步获取，是一种通过算法处理就能够实现探测模式可重构的新方法。     

X射线荧光全息术中记录全息图的角度范围对原子像的影响

X射线荧光全息术,通过记录样品的荧光全息图并利用计算机重构,能够得到晶体内部原子的三维排列信息,这对于材料科学将有着非凡的意义.理论上,在一个X射线荧光全息实验中,实验者必须在4π立体角范围内高角度分辨率地探测荧光的强度,才能得到高空间分辨率的三维的原子像.但在实际的X射线荧光全息实验中,因为实验的装置安排限制,不允许探测到整个球面上的荧光强度振幅.因为取样范围的不完全而引起的全息信息的损失将直接导致重构的原子像失真.本文通过数值模拟在不同角度范围和取样步长情况下铁单晶的X射线荧光全息图并对其进行数字重构,研究了记录全息图的角度范围及取样步长对重构得到的原子像的影响.方位角范围的不完全导致原子像在x和y方向上被拉长,而且导致原子像的亮度不均匀.而极角范围的不完全则导致了原子像在z方向上被拉长.至于步长的影响,则是可以忽略的,如果步长不是太大的话.     

全息模拟再现像的三维重构

提出一种全息模拟再现像的三维重构方法，可以模拟再现得到三维再现像.计算机模拟再现许多幅在不同深度位置的二维光强分布；利用灰度级变化的聚焦度评价方法，通过寻找最大聚焦度值，确定再现三维像各像点的深度信息.实验证明,该方法能实现模拟再现像的三维重构，使数字全息术有希望成为一种全新的三维面形检测技术.再现像三维重构的实现可以更客观地对全息图进行像质评价，并验证计算机制全息术算法的正确性.     

基于Pancharatnam-Berry相位调控产生混合偏振矢量光束

提出了一种基于Pancharatnam-Berry(PB)相位调控产生混合偏振矢量光束的方法.按照光轴随空间坐标变化的规律,用相位延迟为π的PB相位元件对PB相位进行操控,获得局域偏振为线偏振的矢量光束,将此矢量光束入射到四分之一波片,产生混合偏振矢量光束.通过测定斯托克斯参数重构输出光场的偏振分布,实验结果表明:当以θ0=0的线偏振光入射时,输出光场包含庞加莱球上垂直于S3轴经线圆上所有偏振态的混合矢量光场;当以θ0=π/2的线偏振光入射时,输出光场包含庞加莱球上垂直于S1轴经线圆上所有偏振态的混合矢量光场.     

低轨空间目标地基偏振成像系统偏振定标方法

针对地基大口径望远镜的机上自适应光学系统构建的低轨空间目标偏振成像系统，提出一种基于非偏振标准星和机上起偏装置的宽带偏振定标方法。该方法以非偏振标准星作为光源，并在望远镜系统的一次像面处加入起偏装置对入射光的偏振态进行调制，再结合基于非线性最小二乘拟合的偏振定标方法分两步对整个偏振成像系统进行宽带偏振定标。为验证该偏振定标方法的效果，利用Matlab软件基于相干矩阵和偏振追迹构建了相应的模型进行仿真分析，仿真结果表明该偏振定标方法可以有效减小望远镜系统偏振效应对偏振探测准确性的影响，并且偏振定标元件的初始角度误差在±5°范围内时对偏振定标准确性的影响极小。     

Research on true color computer generated hologram by lensless Fourier transform

Based on the theory of scalar diffraction, this paper makes research on the process of hologram reconstruction of true color calculation by lensless Fourier transform, and gives its algorithm on the basis of the angular spectrum theory as well as the instances of color image reconstruction under the red, green and blue colors wavelength. In order to eliminate the influence of color difference on the reconstructive image, this paper analyzes the causes of the color difference, and puts forward the method of interpolation reconstruction to the object information in the process of hologram reconstruction, so as to eliminate the color difference. With the advantages of computer generated holographic, the high-quality color hologram by lensless Fourier transform based on the angular spectrum theory has been realized, and the results of corresponding numerical simulation are given. The results show that the method in the paper can effectively eliminate the color difference caused by different wavelength, and the experimental results validate its feasibility.     

高通滤波法数字重现同轴全息图

提出并实现了高通滤波法重现同轴全息图，消除孪生象的影响，详细解释了这种方法的原理，通过数字模拟，证明了这种方法的可行性。     

Z箍缩中子编码诊断系统模拟平台搭建

开发了基于Geant4的Z箍缩中子编码成像系统模拟平台,实现聚变中子编码成像诊断系统各关键部件的完整模拟。获得了低中子产额（约1010量级）下,中子经编码孔编码后在闪烁体阵列中形成的发光分布图像。利用维纳滤波、Richardson-Lucy（RL）及遗传算法（GA）对低中子产额下获得的极低信噪比图像进行重建,并对信噪比、中子产额及重建效果进行了对比研究,结果表明:遗传算法对低信噪比中子编码图像的重建具有很强的鲁棒性;中子编码图像的信噪比与遗传算法重建结果的准确性呈正比。     

Twin image removal in X-ray fluorescence holography with two energies

In the last decade, X-ray fluorescence holography has been developed for the study of 3D atomic arrangements in solids. However, it encounters the twin image problem which may disturb the reconstructed atomic images. In this paper, the formation of twin image is discussed and we propose a modified two-energy algorithm to remove the twin image. The simulation shows that the method is valid and more efficient than the multiple-energy algorithm proposed by Barton.     

Twin image removal in X-ray fluorescence holography with two energies

In the last decade,X-ray fluorescence holography has been developed for the study of 3D atomic arrangements in solids.However,it encounters the twin image problem which may disturb the reconstructed atomic images.In this paper,the formation of twin image is discussed and we propose a modified two-energy algorithm to remove the twin image.The simulation shows that the method is valid and more efficient than the multiple-energy algorithm proposed by Barton.     

利用定量相衬成像消除X射线同轴轮廓成像中散射的影响

在所有的相衬成像方法中，X射线同轴轮廓成像由于光路简单、不需要任何光学元件而备受关注.其缺点是无法直接消除散射的影响，从而限制了它在生物医学等领域中的应用.利用数字模拟方法研究了引入散射前后轮廓像的质量随样品到探测器距离的变化情况.模拟结果表明直接轮廓成像存在一个最佳成像距离，因而无法通过改变样品到探测器距离来减小散射的影响.利用定量相衬成像不受成像距离限制的特点，研究了远距离成像时散射的影响.结果表明，样品到探测器的距离增大到一个临界值时，散射对重构像的影响可降到一个极值，此时成像质量得到了明显改善. 关键词： 散射 X射线同轴轮廓成像 定量相衬成像     

基于差分曲率的各项异性扩散小波图像降噪算法研究

在$\gamma $放射性内污染修正均匀冗余阵列编码成像中,为了进一步减少使用最大似然估计(Maximum Likelihood Expectation Maximisation,MLEM)算法进行编码图像重建的伪影,并且提高重建的效率,本文提出了基于差分曲率的各项异性扩散小波图像降噪(Anisotropic Diffusion Wavelet Image Denoising based on Differential Curvature, 简称ADWIDDC)算法, 结合MLEM算法得到了改进的应用于编码成像的MLEM-ADWIDDC算法。该算法首先采用MLEM算法对探测器得到的投影数据进行图像重建,再利用互补成像方法消减近场伪影,最后采用ADWIDDC算法进一步降低图像伪影。模拟结果表明,对于131I源呈圆环分布的编码图像,以重建算法运行时间为195 s为截止条件,MLEM-ADWIDDC算法能够更好地去除伪影,重建的$\gamma $放射源图像纹理也更加清晰;对于131I源呈“CDUT”分布的编码图像,以重建图像信噪比达到5.10 dB为截止条件,本文的MLEM-ADWIDDC算法运行时间为98.36 s,比仅采用MLEM算法消耗的时间缩短了49%。     

无透镜傅里叶变换全息图数值再现中的图像处理

针对无透镜傅里叶变换全息图数值再现过程的特点，提出了一套不同于以往的削弱或消除全息图0级衍射和孪生像的数字图像处理算法。该算法分为三步。首先，对所拍摄的数字全息图通过高通滤波实现衬比度增强预处理，以提高全息图的衍射效率并消除再现图像的0级衍射斑；其次，对再现图像进行带通及Ⅴ型滤波，以降低背景噪声并使再现视场均匀；最后，对所得到的再现像进行平滑处理，通过小波滤噪和中值滤波进一步提高再现像的信噪比。实验结果表明，该方法只需记录一幅数字全息图，通过简单的数字图像处理，便可明显改善图像质量，尤其适用于无透镜傅里叶变换全息图的数值再现，并且更加实用化。     

基于同态信号处理的数字全息广义线性重建算法研究

为了提高数字全息图的重建速度和精度,本文提出了一种基于同态信号处理的数字全息广义线性重建算法. 首先利用预放大数字全息显微系统并结合同态信号处理原理进行了理论分析,得到了广义线性重建算法的实现条件及重建步骤,并对该算法的优点进行了分析;然后利用计算机模拟和实验相结合的方法对理论分析进行了验证. 结果表明：数字全息广义线性重建算法不仅可以有效的消除全息图频谱中零级项的干扰,实现高精度再现,而且由于采用一个完整象限的固定区域滤波,避免了常规线性算法的手动滤波操作,极大地提高了重建速度,同时最大限度地保留了原始像中的高频成分,实现全息图的高分辨重建. 关键词： 数字全息显微术 同态信号处理 傅里叶变换 分辨率