微聚焦管硬x射线位相衬度成像

利用微聚焦管硬x射线光源进行同轴位相衬度成像实验，所用的光源聚焦尺寸最小可达0.5μm.根据微聚焦硬x射线管的光学传递函数，对光源尺寸、相干长度等因素对成像分辨率的影响进行了分析.对新鲜的未经任何处理的生物样品进行了位相衬度成像，分辨率在10μm左右，并和吸收衬度成像进行了对比.实验结果表明利用微聚焦管作为硬x射线光源，多色硬x射线位相衬度成像可以得到比吸收衬度成像高得多的分辨率. 关键词： 位相衬度成像 微聚焦管x射线源 吸收衬度成像 光学传递函数     

近场X射线位相衬度成像及位相恢复算法

理论分析了X射线衍射位相成像和近场位相恢复算法。定义了一个最佳成像距离，给出了基于最佳成像距离和特征空间频率的衍射场光强分布新的表达形式。基于模拟位相物体给出了数值模拟结果。由此得出了探测距离和多色辐照对相衬图像和位相恢复结果的影响。本文给出的结果将对同轴x射线相衬成像实验具有一定的指导作用。     

X射线同轴相衬成像的参数优化系统

通过对具有2维高斯型相位分布特征的物体的X射线同轴相衬成像技术进行理论分析,建立了成像系统参数优化系统。优化系统明确了图像衬度、信噪比、分辨力和探测器抽样数等成像质量评价参数对射线源能量、源焦斑尺寸、探测器分辨力、成像几何和物体结构特性等系统参数的依赖关系。采用数值模拟,分别对亚微焦点源、激光驱动微焦点源和同步辐射源3种X射线源下的成像系统相关参数进行了优化。结果表明,优化系统很好地完成了系统的优化工作。     

基于图像信噪比的X射线同轴相衬成像系统设计

通过对具有二维高斯型相位分布特征物体的X射线同轴相衬成像技术进行理论分析,提出了一种基于图像信噪比的成像系统优化设计方法。采用数值模拟的方式分别对亚微焦点源、激光驱动微焦点源和同步辐射源三种X射线源下的成像系统进行了优化设计,结果表明:相对于最大化衬度的系统优化设计方法,信噪比优化设计方法在较小降低衬度的前提下,可以较好地改善图像信噪比并得到更为合理的成像距离。     

微焦点源X射线相衬成像技术

 相衬成像方法利用硬X射线对低密度弱吸收物质成像，可获得高衬度图像。用菲涅尔衍射理论分析了X射线图像的形成机理。在频域中根据光学传递函数，对物像距离、样品空间频率等对图像相位衬度的影响进行了分析。分辨率和衬度是决定图像可见度的两个依据，分辨率主要依赖于光源的空间相干性，空间相干性又决定于源点尺寸，而时间相干性（单色性）是一个不重要的影响因子。利用多色微焦点源实现了X射线相衬成像技术，获得了有价值的相衬图像，如低原子序数低密度泡沫材料的硬X射线相衬图像，与吸收衬度成像相比，其图像质量得到了很大提高，能观察到泡沫材料的细微结构，分辨率可达μm量级。     

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     

X射线相衬成像法在线表征冷冻靶技术

阐述了冷冻靶类球面物体X射线相衬成像机理;Tracepro软件模拟研究证明了X射线相衬成像法能用于冷冻靶燃料层参数的表征;研制了在线表征冷冻靶的X射线相衬成像实验装置,利用该装置开展了二乙烯基苯泡沫球壳及实际氘氘冷冻靶的X射线相衬成像实验研究,获得了玻璃微球内氘氘冷冻层X射线相衬图像,成像分辨力达1.5 m;利用X射线相衬成像法可同时表征烧蚀球壳及冷冻燃料层,为惯性约束聚变实验提供冷冻靶参数。     

硬x射线同轴相衬成像的相位恢复

基于角谱的概念，分析了硬x射线同轴相衬成像过程，在传统相位恢复算法GS算法的基础上 ，提出了基于角谱传播的相位恢复算法——迭代角谱法（IASA），并利用数值法模拟研究了 相衬成像和相位恢复过程，从理论上验证了这一相位恢复算法. 关键词： 相位恢复 相位衬度 角谱 硬x射线     

数字全息显微系统结构参量对再现像质的影响

为了获取高质量的数字全息显微再现像,分析了同轴相移数字全息显微系统结构参量对再现像质的影响.首先经过计算得出理想成像时,像空间物光波频率完全由物体面形结构频率和系统放大倍率决定.然后基于显微成像时物光波的所有频率分量都应该被有效记录的分析,得出在同轴相移系统中放大倍率必须使物光波的空间频率缩小到满足采样要求|并得出在相同的放大倍率下记录距离会影响有效记录的物体尺寸,记录器件离开像平面的距离越小,有效记录的物体尺寸越大,在像平面上时有效记录的物体尺寸最大.计算机仿真和光学实验都证明了上述结论的正确性.     

硬X射线微分相衬成像的噪声特性分析

量子噪声引起光强随机波动是影响X射线相衬图像质量的一个重要因素.提出了一种针对硬X射线微分相衬成像噪声特性的分析方法,通过数值模拟获得了量子噪声对成像结果的作用规律.模拟结果表明,折射像和散射像的噪声均方差与叠栅条纹对比度成反比关系,叠栅条纹对比度越大,统计所得的均方差值越小.在保证X射线探测效率的前提下,提高叠栅条纹对比度将有利于获得高质量的相衬图像,并为有效减少X射线曝光剂量提供条件.     

A spatial domain constraint iterative phase retrieval method for the propagation based X ray phase contrast imaging

Based on the propagation X ray phase contrast imaging theory, a spatial domain constraint iterative phase retrieval method is described in detail. This algorithm limits the object spatial domain according to the actual sample size firstly, and modify the image plane data with the actual test data, then the iteration can be terminated until iteration precision or the number of iterations meet the preset requirements. Finally the numerical simulation is made to evaluate the rapid phase retrieval algorithm performance, and a real column fiber material experiment is carried out using a micro focus X ray phase contrast imaging experiment platform, the phase distribution image of the column fiber is calculated out by this algorithm. The results show that this phase retrieval algorithm is effective, and the method has a potential stability and accuracy for X ray phase contrast imaging technology.     

Realtime 3D profile measurement by using the composite pattern based on the binary stripe pattern

In this paper, a one-shot composite pattern based on three-step binary stripe pattern is developed to meet the demand of real-time 3D shape measurement for complicated objects. Theoretical analysis and numerical simulation prove that the proposed pattern can provide higher accuracy than the composite pattern based on the traditional three-step phase shifting. Furthermore, the significant advantage for the proposed composite pattern is that it can provide the unique location of the stripe boundary, resulting in the elimination of the ambiguity which usually arises for measurement of complicated object with the phase shifting method. The proposed composite pattern has been implemented to measure three different complicated objects. The results demonstrate that it is appropriate for the real-time 3D shape measurement.     

X射线菲涅耳波带板成像和投影式相衬成像的数值模拟比较

通过解析分析和数值模拟,比较了钛K线（4.5 keV）与铜K线（8.0 keV）等X射线源背光透视物体情况下,菲涅耳波带板直接成像与投影式相衬成像对被透视物体的空间分辨能力。结果表明,波带板成像可实现优于1 m的高空间分辨能力,而且使用较大尺度背光源更有利于成像。对于高透射或弱吸收的透视物体,波带板难以成像,可采用投影式相衬成像实现m级空间分辨。计入了以前文献没有考虑到的更高阶影响后,解析给出了点光源照射下相衬像的强度分布与对比度。模拟了微焦点X射线源照射存在厚度起伏的薄膜靶以及密度空间调制靶的相衬成像,点光源情况下模拟结果和解析结果相符。讨论了光源大小、成像距离等参数对相衬成像对比度和空间分辨能力的影响,结果表明,通过减小光源尺度和调节物体到探测面的距离,空间分辨能力可优化到1～4 m。     

Wavefront sensing with random amplitude mask and phase retrieval

A light beam with an ideal wavefront that is transmitted or reflected from an object is modified by different characteristics of the object such as shape, refractive index, density, or temperature. Wavefront sensing therefore yields valuable information about the system or the changes happening to the system. A new method for wavefront sensing using a random amplitude mask and a phase retrieval method based on the Rayleigh-Sommerfeld wave propagation equation is described. The proposed method has many potential applications ranging from phase contrast imaging and measurement of lens aberration to shape measurement of three-dimensional objects.     

Transfer characteristics of rectangular phase gratings in interference microscopy

In this Letter, the transfer characteristics of rectangular periodic phase objects are studied. It turns out that there are significant differences compared to amplitude objects. The imaging of an amplitude object can be understood as a linear process, whereas phase objects behave nonlinearly. It is shown that under certain conditions the correct shape of a rectangular phase grating can be obtained by an interference microscope as long as the first order diffraction component passes the optical imaging system. This result is in a good agreement with experimental observations and computer simulation results.     

用条纹图形拼接法测量三维大物体面形

三维物体面形的测量在各个领域中有着广泛的应用，用莫尔法、调制光场分析法测量具有非接触性、高精度、快速的特点，但对于大物体的测量却存在着许多困难，诸如阴影噪声难以消除、条纹对比度低。考虑到图形的相关性，本文提出了一种基于多孔径拼接原理的测量三维大物体面形的方法：条纹图形拼接法，给出了数学模型、计算机模拟结果和实验结果。     

电视摄象机测量误差探讨

本文简述了用电视摄象机进行工业尺寸测量的微分法与拟合法的基本原理,同时详细的讨论了各自所能达到的精度极限。本文用实验验证了理论计算的结果,最后对二维工件测量时,如何根据工件的不同形状与位置以及光学系统的特点,提出了在测量时工件的放置应该注意的问题以及对工件拐角处如何进行处理的方法。     

X射线衍射增强成像中的定量测量

提出了一种基于X射线衍射增强成像(DEI)断层计算机X射线层析术(CT)图像的物体尺寸精确测量方法.X射线衍射增强成像是一种基于相位衬度的成像技术.通过建立DEI的简化模型,研究衍射成像过程中品体转角、投影图像谷点位置、成像系统等效模糊等因素之间关系,由此具体探讨了系统模糊效应对圆物体边界成像带来的位置偏移,并以圆形被测样品为例.提出可精确测定直径的简单有效算法.通过理论仿真模型数据和北京同步辐射装置上的实测数据验证了该算法的精度.该方法实现了利用DEI图像对被测物体几何尺寸的精确测量,可用于对牛物组织样品等物体内部微小结构的尺寸的精确测量.     

超声平面波经颅成像相位校正方法*

超声平面波经颅成像时,由于颅骨对超声传播的影响引起图像质量下降,需要对颅骨造成的超声相位畸变进行校正。为此,该文研究了两种相位补偿方法:基于近似射线声学的理论方法和基于时间反转的数值计算方法,并利用数值仿真对比了两种方法的补偿和成像效果。结果表明:无论使用近似射线法还是时间反转法,都能够有效地校正因颅骨造成的相位畸变;时间反转法成像的精度和结果要好于近似射线法,但所需的计算资源和时间都要远远大于近似射线法;两种方法与平面波相干复合方法结合都能够一定程度上提高成像的对比度和分辨率。该研究结果为超声经颅脑成像方法研究和设备研发提供了理论指导和技术支持。     

中子-中子碰撞非线性输运的确定论模拟

从几个方面着手提高确定论方法的计算精度:首先,中子输运计算的相空间离散采用间断有限元处理方法,并使用较大的角度离散数和散射阶数;其次,使用蒙特卡罗直接统计方法得到高精度多群截面;最后,引入收敛于真解的中子-中子碰撞源迭代。数值算例验证表明,经过改进的确定论方法具有良好的稳定性和精度,能以可靠的精度求解考虑中子-中子碰撞过程的非线性问题。