高能闪光照相密度测量的LEPM方法

研究了利用高能闪光照相方法实现密度分布测量的技术.根据闪光照相投影成像原理,将成像过程中的非线性成像因素看成一个综合性的非线性算子,利用先验测量的方法该非线性算子的响应曲线,利用该曲线校正成像图像得到待测客体的光程分布图像.采用以最小误差为重建准则的代数重建法,从光程分布图像中重建出照相客体的线吸收系数分布.最后利用相对等效质量吸收系数以及客体总质量不变的约束条件,获得照相客体的空间密度分布.在高能闪光照相实验平台上进行了静态客体的密度测量实验,测量的均方根误差约为10%.     

高能闪光照相密度测量的LEPM方法

研究了利用高能闪光照相方法实现密度分布测量的技术.根据闪光照相投影成像原理,将成像过程中的非线性成像因素看成一个综合性的非线性算子,利用先验测量的方法该非线性算子的响应曲线,利用该曲线校正成像图像得到待测客体的光程分布图像.采用以最小误差为重建准则的代数重建法,从光程分布图像中重建出照相客体的线吸收系数分布.最后利用相对等效质量吸收系数以及客体总质量不变的约束条件,获得照相客体的空间密度分布.在高能闪光照相实验平台上进行了静态客体的密度测量实验,测量的均方根误差约为10％.     

闪光照相中散射分布均匀性的影响因素

 为了在客体密度重建过程中采用迭代法扣除散射X射线的影响,提出了以散射分布均匀为主要目的的闪光照相系统设计思想。在介绍散射分布均匀性定义的基础上,分析了均匀扣除散射所带来的光程差。采用蒙特卡罗方法研究了系统放大倍数、照相距离以及后防护锥到图像接收系统的距离对散射分布均匀性的影响。结果表明：后防护锥到图像接收系统的距离是影响散射分布形状和散射照射量大小的一个主要因素;当后防护锥到图像接收系统的距离为55 cm左右时,散射分布均匀性近似最佳,而且照相距离越大,散射分布均匀性越好。这些研究结果可用于实际闪光照相系统的优化设计,在图像接收系统的响应范围内达到使散射分布均匀和降低光源模糊影响的目的。     

闪光照相散射模拟结果实验检验

在介绍照射量计算方法的基础上,依据散射的主要来源,给出了一种从实验上检验蒙特卡罗散射模拟精度的方法。该方法的核心是:构造一对有关联的照相布局二者具有相同的直穿强度和不同的散射强度,两种照相布局的成像图像之差对应于它们的散射之差,其中前者可以用实验测量得到而后者可以用蒙特卡罗模拟得到,我们对三组客体模型进行了闪光照相实验和蒙特卡罗数值模拟,发现每一种客体模型下的成像图像之差及散射之差的分布形状都非常相似,并且具有几乎一致的比例系数约为4.95。     

闪光照相散射定量技术初步研究北大核心CSCD

高能MeV闪光照相所针对的客体通常具有极高的面密度。当X射线穿过客体时,直穿X射线的强度将被极大衰减,到达成像面的直穿信号可能被散射“噪声”所淹没,若直接对图像进行反演将严重影响照相重建精度。从散射抑制角度出发,目前主要采用网柵相机即阵列型准直孔阻挡散射,但网栅相机的应用效果受光源位置稳定性影响较大,且网栅不易加工。提出了一种可实时定量散射强度的照相方案,该方案利用狭缝准直器对散射的抑制能力不随散射强度变化而改变这一特点,对现有照相布局进行小改进,利用已知客体实验结果标定狭缝准直器对散射的抑制能力,进一步自洽确定待测客体的散射量大小。基于蒙卡方法的仿真照相实验结果表明,当采用低面密度客体标定散射抑制系数时,高面密度客体散射强度的估计值与模拟真实值偏差可小于2%。     

闪光照相系统成像重复性的测量

为了更直观利用照像图像信息考察照相系统的重复性,提出了利用等光程条件下的黑密度分布曲线对成像重复性进行测量的方法,通过两次成像的黑密度分布曲线的线性拟合参数来评估成像系统的成像重复性。实验测量了有无后锥条件下的闪光照相系统的重复性以及底片接收系统的成像重复性,实验结果表明:后锥的存在对成像重复性没有明显影响,底片接收时闪光照相系统的成像重复性约为5%,底片本身引入的成像重复误差约为1.6%。     

FTO客体3m闪光照相的Monte Carlo研究

 研究了客体模型FTO的闪光照相系统X光输运过程，给出了直穿照射量、散射照射量、直散比、直穿照射量能谱、散射照射量能谱、直穿X光通量能谱和散射X光通量能谱在记录平面的空间分布。结果表明：后锥是照射量散射成分的主要来源，后锥照射量占总散射量97%；后锥也是造成散射的空间分布不均匀的主要器件，这一不均匀性高达58%。照相系统的最小直散比非常小，表明锥造成的散射已经严重地淹没了直穿（轫致辐射）信号。计算中使用高空间分辨率记录法进行分点，合成图像对吸收系数的复原结果与国外报道的结果相符。     

高能闪光照相中的能谱优化

在高能闪光照相技术中,提高图像接收平面上直穿与散射的比值有利于有效信息的提取。利用蒙特卡罗方法对法国实验客体的照相过程进行模拟,得到图像接收区域直穿分量与散射分量的能谱分布,依据其分布的特点提出了利用能谱优化来提高接收区域直散比的方法,指出添加衰减屏可以达到能谱优化的效果。依据线吸收系数的变化趋势以及实际加工的难度选择钽作为优化能谱的材料,并根据最小照射量的限制得到了最大的衰减屏厚度。最后通过蒙特卡罗模拟,指出添加9 mm的衰减屏能够对照相结果的优化程度最好,照射量满足要求,而直散比上升到原来的3倍左右。     

不同准直角双轴闪光照相

 为了降低闪光照相中散射的影响和提高法国试验客体（French test object,FTO）重建的精度,结合不同准直角下散射不同的特性,提出了不同准直角的双轴闪光照相布局,并进行了相应的数值模拟实验。研究结果表明：不同准直角双轴闪光照相中散射的相互干扰非常严重,且主要来于前保护器件,需使用铅板屏蔽。根据信息融合特性和降低散射影响的要求确定了FTO不同准直角双轴闪光照相的两个准直角分别为2.24°和1.15°。从该不同准直角的双轴闪光照相系统模拟得到的图像重建出了均方根误差小于5.8%的密度分布,结果远优于单轴照相23％的均方根误差。     

闪光照相中的定量测量方法研究

对闪光X射线照相中的定量测量方法进行了初步研究。研究表明，基于台阶样品的对比块标定法是图像探测系统刻度的较好方法，该方法直接建立了在一定的实验条件下底片黑密度与待测物体（客体）厚度的关系（D-L曲线），并较好地解决了X光能谱的影响。针对轴对称旋转体物体成像的特点，建立了从一幅投影图像重建物体的三维图像的常数逼近法。     

高能闪光照相中影响光程确定的几个因素

 利用闪光照相基本原理和成像原理，在直接记录法和转换屏记录法的情况下，研究了闪光照相中影响X射线在材料中光程确定的主要因素。结果表明，影响光程确定的几个因素是：散射效应、光源角分布效应、立体角效应和能谱效应。对于高能闪光照相，散射效应是影响光程确定的最主要因素，散射的存在使光程的测量值比实际值降低20%～40%。因此必须在做CT之前，对散射的影响进行修正。     

闪光照相系统的散射分布与降散射的数值模拟

 对法国试验客体（FTO）的3 m照相系统建模，利用Monte-Carlo方法模拟X光子输运过程，得到了系统的散射分布和系统器件对散射的贡献。结果表明：后保护锥是系统散射的主要来源，对于任意一点，后保护锥的散射占总散射的75%以上。FTO的散射主要是FTO外层材料和边缘的散射，这部分散射占客体总散射的90%以上。利用坡度准直器对系统散射严重的区域进行的降散射，表明坡度准直器是一个很好的降散射器件，能有效提高图像质量。     

闪光照相中源尺寸和散射对成像的影响

 利用Monte Carlo(MC)模拟技术解释实验中心线灰度曲线的各部分波形。结果发现，系统中的散射照射量、光源的尺寸和H-D特征曲线的形状对实验灰度曲线的各部分波形均有影响：散射量越大，中心信号幅度越低;H-D曲线趾部的非线性越严重，中心信号幅度也越低;光源尺寸造成图像越模糊。指出了用实验波形可以半定量确定系统散射程度和光源尺寸。在测量照射量时，应该尽可能避免散射的干扰,用台阶法测量H-D曲线时，应使台阶远离剂量片而前移。     

基于卷积法TV模型的锥束CT散射校正方法

为了解决CT图像中散射伪影问题,提出并使用修正的泊松分布函数作为散射函数,然后利用卷积模型生成多个散射基图像,将基图像与原始重建图像的线性组合作为最终重建图像,最后,通过使重建图像的全变分函数最小求取线性组合系数最优解。该算法具有计算复杂度小、能够灵活应用于不同的成像对象的特点。实验结果表明,算法能够有效抑制散射导致的杯状和黑色带状伪影,提高图像对比度。     

闪光照相条件下相对质量吸收系数的测量

 介绍了闪光照相中X光传播规律的等效单能模型。针对闪光照相出光重复性差、能谱测量困难的特点提出了相对质量吸收系数的概念。阐述了闪光照相中相对质量吸收系数的测量原理和方法。在闪光照相实验设备上采用整条D～L曲线对钨材料相对质量吸收系数进行了测量，得到的实验结果为1.23，与数值模拟结果1.26符合较好。     

基于椭圆检测的离轴抛物镜定心装调方法

针对一种高精度线偏振辐射计的离轴抛物镜定心装调问题,提出了基于椭圆检测的定心装调方法。逆光路使视场光阑在相机焦面成像为光斑,采集视频图像,使用基于最小二乘拟合法的椭圆检测方法得到光斑中心运动轨迹,从而得到离轴抛物镜的光轴倾斜误差。编写装调专用辅助软件用于相机控制和图像的处理、显示,实现定心装调的定量化可视化。技师通过观察软件界面中的光斑中心轨迹的变化,判断装调的方向和力度。经验证,该方法使定心装调误差检测精度不再受限于人眼观察,有效地指导了技师装调,最终装调误差由1.33降到0.3,满足装调需求。     

用于闪光照相的准直器设计及性能

为了实现高度准直同时较好地保留飞层界面信息,针对高能闪光照相实验中常用的准直技术,改进了设计方法,以法国实验客体(FTO)为例,利用蒙特卡罗程序对光子电子耦合输运过程进行数值模拟实验,验证了所提出的准直器的性能,对采用该准直器技术下的模拟照相结果进行了准直器光程扣除方法研究,结果表明:改进的准直器将客体芯部区域的散射照射量降低99.8%,接收平面处的客体信号动态范围降低99.7%,同时在图像中完整地保留了客体外界面信息;对准直器轴向分层照相的方法可以获得误差小于0.1的客体光程。     

Scatter correction for cone-beam computedtomography using self-adaptive scatterkernel superposition

The authors propose a combined scatter reduction and correction method to improve image quality in cone beam computed tomography (CBCT). The scatter kernel superposition (SKS) method has been used occasionally in previous studies. However, this method differs in that a scatter detecting blocker (SDB) was used between the X-ray source and the tested object to model the self-adaptive scatter kernel. This study first evaluates the scatter kernel parameters using the SDB, and then isolates the scatter distribution based on the SKS. The quality of image can be improved by removing the scatter distribution. The results show that the method can effectively reduce the scatter artifacts, and increase the image quality. Our approach increases the image contrast and reduces the magnitude of cupping. The accuracy of the SKS technique can be significantly improved in our method by using a self-adaptive scatter kernel. This method is computationally efficient, easy to implement, and provides scatter correction using a single scan acquisition.     

Scatter correction for cone-beam computed tomography using self-adaptive scatter kernel superposition

The authors propose a combined scatter reduction and correction method to improve image quality in cone beam computed tomography (CBCT). The scatter kernel superposition (SKS) method has been used occasionally in previous studies. However, this method differs in that a scatter detecting blocker (SDB) was used between the X-ray source and the tested object to model the self-adaptive scatter kernel. This study first evaluates the scatter kernel parameters using the SDB, and then isolates the scatter distribution based on the SKS. The quality of image can be improved by removing the scatter distribution. The results show that the method can effectively reduce the scatter artifacts, and increase the image quality. Our approach increases the image contrast and reduces the magnitude of cupping. The accuracy of the SKS technique can be significantly improved in our method by using a self-adaptive scatter kernel. This method is computationally efficient, easy to implement, and provides scatter correction using a single scan acquisition.