基于折线采样的高分辨率成像系统设计

针对现有的提高线阵电荷耦合器件(CCD)成像系统的图像空间分辨率的方法存在的不足,提出了一种新的采样模式,并设计了一种高分辨率成像系统。该系统利用两个相同的线阵CCD相机进行特定的空间排列,即使得相机1和相机2的CCD阵列都倾斜θ来进行扫描取像,并利用图像校正和像素插值等图像重建方法,得到高分辨率的图像。实验结果表明,倾斜角取60°的情况下,相对于单个线阵相机在θ=0°的正常采样模式下得到的采样图像,图像的空间分辨率提高了1倍,且保持了成像的视野不变。本系统工程上实现简单,十分经济且便于维护,仅利用现有的成像装置即可获取更高分辨率的图像。     

一种基于毛细管X光透镜的微型锥束CT扫描仪

活体小动物成像系统是疾病研究、新药开发的重要组成部分.其中,X射线微型锥束计算机断层成像(X-ray micro cone-beam computed tomography,Micro-CBCT)能实现数十至数百微米空间分辨率的解剖结构成像研究.Micro-CBCT成像仪的一个关键挑战是其空间和对比度分辨率主要取决于X射线源焦斑大小、探测器分辨率和系统几何结构等因素.为提高Micro-CBCT的空间分辨率、对比度分辨率和成像均一性,本文基于毛细管X光透镜研制了一款能够调控照射X射线束斑孔径的Micro-CBCT扫描仪,用于小动物成像研究.此系统由微焦斑X射线源、非晶硅平板探测器、旋转工作台和控制电脑组成,并采用Feldkamp-Daivs-Kress算法重建投影图像.对该系统的性能进行了测试,结果表明,系统在10%调制传递函数下的空间分辨率为9.1 lp/mm,提高了1.35倍.同时,由于毛细管X光透镜对低能X射线的吸收和散射抑制作用,实现了2倍以上的对比度增强,减轻了多色X射线束硬化效应引起的图像均一性恶化问题.应用该Micro-CBCT系统对麻醉小鼠进行了活体成像,验证了该系统在小...     

X射线检测中高分辨率CCD相机及图像采集装置设计

通过选择ISD0 17AP型化妆品级CCD芯片和分析其主要性能 ,设计微光高分辨率制冷CCD相机的制冷电路 ,驱动时钟电路 ,输出信号A/D转换电路及微机EPP(增强并行口 )方式快速数据采集电路 ,研制X射线数字成像检测中慢扫描、高分辨率制冷CCD相机和图像采集装置 ,并和射线转换屏、光学系统等组成X射线数字成像系统。实验表明相机及其数据采集装置达到设计要求     

252Cf源辐射背景对X光闪光照相光电接收系统的影响

 在有核环境下的X光闪光照相中,为保证CCD光电接收系统的安全和有效使用,开展了科研所需剂量的辐射背景对闪光照相光电接收系统影响的研究。理论分析结果表明:科研要求的辐射剂量远小于X光闪光照相光电接收系统各器件的辐射损伤阈值,不会造成辐射损伤;辐射背景在CCD相机图像上形成的本底灰度对成像质量的影响很小。实验结果显示,通过建立和选择适当的屏蔽方式可以保证以下两点:一是科研所需剂量的辐射背景在CCD相机图像上形成的本底灰度要小于科学级相机的固有本底噪声,可以保证图像质量;二是在科研所需剂量的粒子和射线辐射下,X光闪光照相光电接收系统工作正常。     

干涉成像光谱仪CCD象元响应非均匀性校正研究

在阐述一般成像系统中CCD象元响应非均匀性校正的原理与算法的基础上,通过对星载可见光干涉成像光谱仪CCD象元响应非均匀性校正的相对辐射定标原理及所获定标数据的深入分析,研究出了一种适于对可见光及红外干涉成像光谱仪系统CCD象元响应非均匀性进行校正的方法,有效解决了干涉成像光谱仪系统探测器阵列非均匀性校正这一工程技术难题.     

星载微光成像仪CCD像元异常响应动态检测与校正

地球的夜间微光信号强度是白天反射的可见光强度的百万分之一，星载微光CCD成像载荷像元响应特性的微小变化将显著影响成像质量。针对CCD推扫式载荷在轨响应特性的分析表明，异常响应导致微光图像中出现多条强弱不一的沿轨亮线，且具有数量时变性、位置随机性和响应非线性的特征。针对异常响应校正中无统一参考目标以及像元响应差异的非线性问题，提出了一种空间域松弛匹配而辐射域严格映射的修正方法。通过计算沿轨方向像元辐射均值的相对偏差，利用直方图分析确定亮线检测阈值并实现自动检测。在此基础上，针对每一条亮线采取先建立参考辐射值、后排序映射的方法实现亮线校正。为验证算法效果，分别选取包含海表、沙漠、湖冰、大雾和冰川等5种典型均匀场景的微光观测数据进行测试。测试结果表明，校正处理后图像中亮线基本消失，整体非均匀性相对改进44%、强亮线非均匀性相对改进60%,典型暗背景图像的信噪比由2提升至4.2。该方法具有逐像元实时检测与校正的特点，适用于无星上定标装置的推扫式CCD光学遥感卫星业务化辐射校正处理。     

高分辨率电子工业用数字化Ｘ射线检测系统

提出一种高分辨率电子工业用数字化Ｘ射线检测系统的总体设计方案,选择微焦斑X射线源和双近贴式X射线像增强器作为该系统的关键器件,分析了微焦斑X射线源的焦斑尺寸对系统分辨率的影响,并且建立了微焦斑X射线源和双近贴式X射线像增强器自身分辨率及成像的几何放大率对系统最终分辨率影响的数学模型。通过数学模型得出了几何放大率同系统分辨率的关系曲线。设计了光路及图像采集装置,并用VC 6.0完成了实用的X射线图像处理软件,研制了完整的成像系统样机并进行了调试与实验。这种成像系统有效视野可达75 mm,分辨率为160 lp/cm。     

干涉成像光谱仪CCD象元响应非均匀性校正技术

通过对星载可见光干涉成像光谱仪CCD象元响应非均匀性校正的相对辐射定标原理及所获定标数据的深入分析,研究出了一种适于对可见光及红外干涉成像光谱仪系统CCD象元响应非均匀性进行校正的方法,给出了探测器非均匀性大小对干涉图校正及光谱复原精度影响的定量关系,有效解决了干涉成像光谱仪系统探测器阵列非均匀性校正这一工程技术难题。在此基础上,提出了一种在仪器组装完成之后再进行定标及非均匀性校正的改进新方案,该方法省时省力省资金,不仅可以校正CCD本身的非均匀性,而且可校正干涉成像光谱仪系统其他原因引起的非均匀性,且定标数据也能根据系统工作环境变化而重新标定,能更有效地提高整个光谱仪系统非均匀性的校正精度。     

用于X射线诊断的晶体布喇格成像系统

为了评估惯性约束聚变实验中激光辐射驱动的对称性和均匀性,分析靶丸的运动过程,设计一种新型诊断单色X射线的弯曲晶体布喇格成像系统,该系统核心部件由色散元件球面弯曲晶体和探测装置组成.利用光线追踪软件对该成像系统进行模拟验证,并搭建了晶体布喇格成像系统进行X射线背光成像测试实验.实验获得了清晰的Cr靶单色X射线背光二维网格信息,石英球面晶体布喇格成像系统空间分辨率为83μm,表明该成像系统可以用于等离子体X射线的背光成像诊断.     

M′型LuTaO_4∶Eu~(3+)透明闪烁厚膜的制备及性能研究

X射线成像在生命科学和物质微结构分析等许多方面有着非常重要的应用,X射线成像仪器核心部件之一为X射线-可见光转换屏。透明闪烁薄膜是实现高空间分辨率X射线成像的一条有效途径。铕掺杂M′型LuTaO_4是一种性能优越的闪烁材料,其密度高达9.75g·cm~(-3),化学性质稳定,辐照硬度大,有望制备成透明薄膜型高空间分辨率X射线转换屏。以2-甲氧基乙醇为溶剂、PVP为胶粘剂,采用溶胶-凝胶法成功制备出M′型LuTaO_4∶Eu~(3+)透明闪烁厚膜,并对透射率、光致发光、X射线激发发射光谱和空间分辨率等一系列的薄膜性能进行表征。经过8次旋涂之后,膜层均匀、无裂纹,厚度为2.1μm,发光波段的透射率为70%以上,成像空间分辨率达到1.5μm。将厚膜作为X射线-可见光转换屏,成功对果蝇进行了X射线成像,其复眼结构清晰可见。此外,紫外和X射线激发下闪烁膜的发光特性研究表明,该厚膜具有优良的发光性能,已基本满足高分辨率X射线成像的要求,有望在显微X射线成像方面获得很好应用。     

杆箍缩二极管X射线焦斑的成像法测量

 X射线源的焦斑尺寸是反映杆箍缩二极管射线源成像性能的重要参数。利用针孔成像法对MeV级脉冲X射线源的焦斑进行了2维图像测量。厚针孔采用直孔段加单锥体结构,直孔段孔径为0.2 mm。对于0.5 MeV的X射线,5倍成像倍率下调制传递函数值为0.5时空间分辨达到2.0 lp·mm^-1。图像采集系统由闪烁体、物镜和CCD相机组成,物镜的成像倍率约0.34。实验结果经过模糊校正后,得到了焦斑的图像和调制传递函数。根据调制传递函数值为0.5时对应的空间频率值,给出X射线源焦斑的尺寸。阳极杆直径为1.2 mm时,X射线源焦斑的高斯分布等效直径为0.86 mm。     

450 kV数字化X光照相诊断系统

介绍了450 kV数字化X光照相诊断系统的研制,该系统由450 kV脉冲X光机和抗辐照X光CCD相机组成。450 kV脉冲X光机输出的X射线脉冲半高宽为40 ns,1 m处剂量为5.210-6 C/kg,焦斑2~5 mm,2.5 m处可穿透20 mm的Fe。抗辐照X光CCD相机接收X光能谱范围为10~450 keV,有效成像面积最高可达100 mm100 mm,空间分辨率最高可达3 lp/mm,具有很强的抗电磁干扰能力。进行爆轰实验时在总防护为40 mm铝板的情况下,450 kV数字化X光照相诊断系统的照相视场可视范围超过70 mm,空间分辨率优于1.2 lp/mm。     

硬X光光电成像系统面密度分辨能力

 针对基于将X光转换成可见光接收的硬X光光电成像系统,研究了系统面密度分辨能力的理论模型,获得了系统面密度分辨能力的上下限的表达式;建立了对硬X光成像系统对面密度分辨能力的测量方法。利用自制面密度分辨率板,实验测量了由射频X光机、转换屏、光纤锥耦合和CCD相机组成的硬X光光电成像系统在不同照射量下的面密度极限分辨能力的上下限值。实验结果与理论分析模型分析趋势一致,在未饱和条件下面密度分辨力上限随着照射量的增加而不断增加,而面密度分辨力下限随着照射量的增加将减小。     

高速线扫描共焦检眼镜

高速线扫描共焦检眼镜使用线光束照明眼底视网膜,同时利用线阵CCD对视网膜平面的单次散射线光束探测成像。系统光学放大率为7倍,横向分辨率小于10μm,对于58kHz线频的1024pixel×512pixel成像模式,成像帧频高达110frame/s。该系统实现了高分辨率、高帧频模拟人眼实验图像的获取。     

Applying LED in full-field optical coherence tomography for gastrointestinal endoscopy

Optical coherence tomography (OCT) has become an important medical imaging technology due to its non-invasiveness and high resolution. Full-field optical coherence tomography (FF-OCT) is a scanning scheme especially suitable for en face imaging as it employs a CMOS/CCD device for parallel pixels processing. FF-OCT can also be applied to high-speed endoscopic imaging. Applying cylindrical scanning and a right-angle prism, we successfully obtained a 360° tomography of the inner wall of an intestinal cavity through an FF-OCT system with an LED source. The 10-μm scale resolution enables the early detection of gastrointestinal lesions, which can increase detection rates for esophageal, stomach, or vaginal cancer. All devices used in this system can be integrated by MOEMS technology to contribute to the studies of gastrointestinal medicine and advanced endoscopy technology.     

用于活体人眼视网膜观察的自适应光学成像系统

利用自适应光学技术,研制了两套活体人眼视网膜高分辨力成像系统,在实时校正人眼波前误差的基础上,实现活体人眼视网膜细胞尺度的高分辨力成像。这两套系统分别采用19和37单元小型压电变形反射镜作为波前校正元件,哈特曼-夏克(Hartmann-Shack)波前传感器测量波前误差,用眼底反射的半导体激光作为波前探测的信标。在用计算机控制自适应光学系统实现人眼波前误差校正后,触发闪光灯照明视网膜,用CCD相机记录视网膜的高分辨力图像。校正后的残余波前误差的均方根值已分别小于1／6和1／10波长,相当于视网膜上成像分辨力分别为3．4μm和2．6μm,接近衍射极限。试验表明37单元系统的成像质量更好。     

Detailed calibration of the PI-LCX:1300 high performance single photon counting hard x-ray CCD camera

X-ray charge-coupled-device(CCD) camera working in single photon counting mode is a type of x-ray spectrometer with high-sensitivity and superior signal-to-noise performance. In this study, two single photon counting CCD cameras with the same mode(model: PI-LCX: 1300) are calibrated with quasi-monochromatic x-rays from radioactive sources and a conventional x-ray tube. The details of the CCD response to x-rays are analyzed by using a computer program of multi-pixel analyzing and event-distinguishing capability. The detection efficiency, energy resolution, fraction of multi-pixel events each as a function of x-ray energy, and consistence of two CCD cameras are obtained. The calibrated detection efficiency is consistent with the detection efficiency from Monte Carlo calculations with XOP program. When the multi-pixel event analysis is applied, the CCDs may be used to measure x-rays up to 60 ke V with good energy resolution(E /?E ≈ 100 at60 ke V). The difference in detection efficiency between two CCD cameras is small(5.6% at 5.89 ke V), but the difference in fraction of the single pixel event between them is much larger(25% at 8.04 ke V). The obtained small relative error of detection efficiency(2.4% at 5.89 ke V) makes the high accurate measurement of x-ray yield possible in the laser plasma interaction studies. Based on the discrete calibration results, the calculated detection efficiency with XOP can be used for the whole range of 5 ke V–30 ke V.     

基于渥拉斯顿棱镜的单路实时偏振成像系统设计

针对非实时成像中动态场景偏振探测产生的虚假偏振信息问题,充分利用渥拉斯顿棱镜的分光特性,设计了一种新型实时偏振成像系统.采用像方远心望远透镜系统、准直透镜系统并设计匹配的成像镜系统,在单探测器阵列上同时获取偏振态相互垂直的两幅偏振图像.通过全系统联动设计与优化,系统的调制传递函数在截止频率处不小于0.55,全系统弥散斑均方根半径小于5.3μm,即小于探测器像元尺寸,满足成像设计要求.仿真结果证明该成像系统可有效解决传统分振幅偏振成像系统的实时性差的不足,分孔径偏振成像系统的能量利用率和分辨率低的问题以及偏振焦平面方法中光路串扰的缺陷,应用前景广阔.     

高速多光谱 TDI CCD 成像电路系统

为实现多光谱TDI CCD的高速高信噪比成像,利用可空间应用的多光谱TDI CCD传感器研制出了高性能成像电路系统。该系统以现场可编程门阵列（ FPGA）为核心逻辑单元,带有RS422外围通信控制接口,并采用CAMERALINK接口输出图像数据。系统具有动态推扫成像的能力,可同时输出全色和彩色两种模式的图像数据。利用灰度条纹的靶标对传感器的3个多光谱（ R、G、B）感光区标定白平衡,利用彩色条纹的靶标对系统进行成像测试,在驱动频率为15 MHz的情况下,系统单片CCD输出的图像数据率达到1.2 Gbps。试验结果表明,获取全色图像的信噪比达到了53.56 dB,各多光谱图像的信噪比较高的也在40 dB以上,满足空间对地高分辨多光谱遥感成像的技术指标要求,对高速空间多光谱遥感相机的研制具有借鉴意义。