螺旋锥束计算机断层成像倾斜扇束反投影滤波局部重建算法

螺旋锥束计算机断层成像(CT)作为常用的临床诊断工具,如何尽可能地减少其辐射剂量是热点研究领域之一.局部成像利用准直器减小射线直照区域,能够有效降低CT辐射剂量.然而,局部成像会造成投影数据横向截断,产生局部重建问题.现有螺旋反投影滤波(BPF)算法只能实现局部曲面重建,难以实现局部体区域重建.在圆轨迹扇束BPF算法的基础上,通过加权修正和坐标扩展,提出了螺旋锥束CT倾斜扇束反投影滤波(TFB-BPF)重建算法.该算法把重建区域按层划分,对各层构建倾斜的扇形束几何,并使用经过加权修正的TFB-BPF算法逐层进行重建.该算法最大的优势是滤波线(与原始螺旋锥束BPF算法中PI线等价)在二维平面内选择,算法更加简洁高效,并且能够应用于局部体区域的重建.实验结果表明,算法能够有效重建物体局部体区域,并且重建图像质量较好,没有明显的截断伪影.     

相对平行直线扫描CT滤波反投影图像重建

射线源和探测器作相对平行直线运动的计算机层析成像扫描系统(OPLCT)结构简单,成本低,易于实现便携或可移动的应用需求。该扫描方式的前期研究采用顺序子集-同时迭代重建算法,该算法存在图像重建时间长、不能实现快速成像等问题。从傅里叶积分定理出发,推导OPLCT滤波反投影(OPLFBP)图像重建算法。构建的一次直线扫描(1T)图像重建模型属于有限角问题,OPLFBP算法不能完全重建出目标图像;进一步提出多次线性扫描并构建了两次垂直(2T)和三次圆周均匀分布(3T)的CT直线扫描模型。1T、2T和3T模型下的仿真结果表明OPLFBP算法正确可行,且2T、3T扫描与相似参数下圆周扇束扫描滤波反投影算法得到的重建图像相近。     

探测器偏置重建算法在工业CT检测中的应用

工业CT检测对象的大小是不固定的,最大限度地利用已有探测器的成像面积非常重要。采用探测器偏置来获得更大的扫描视野,并推导相应的重建算法。该算法首先使用Parker类型函数对采集到的投影数据中的冗余部分进行加权,然后采用扇束滤波反投影重建算法重建得到断层图像。在实验中使用实际工业CT系统分别采集钢制线对块与铝合金变速器外壳的投影数据进行重建算法的验证,重建结果证明了使用的探测器偏置重建算法的正确性与有效性,且空间分辨率和标准扫描的重建结果保持一致,这个方法可以在工业CT成像上有效使用。     

一种单相机流场速度场三维测量方法

提出了一种用单CCD摄像机进行大型流场三维速度场的测量方法 ,该方法通过利用片光的厚度特征和粒子跟踪算法实现三维速度场的重建 ,通过对模拟脱硫塔中的流场测量证明 ,该方法可以测量定常或低速流场。     

锥束射线RT扫描大视场三维CT成像方法研究

受探测器尺寸和重建锥角的限制,基于单圆轨道扫描和FDK算法的三维CT成像方法难以对大物体进行三维CT成像。提出了一种基于平板探测器,采用锥束RT扫描方式的成像方法,推导了其三维CT成像算法。首先把对回转物体进行三次锥束平移透照的投影数据重新排成为更大范围的倾斜平行投影数据,然后经过加权滤波和反投影重建,获得物体的三维层析结果。仿真结果表明,该方法在重构大物体图像时,获得了满意的图像质量。水平方向视场是单圆轨道FDK算法视场的2.88倍,在垂直方向减少了锥角过大形成的伪影,提高了物体的重构精度。     

炉膛三维温度场重建中Tikhonov正则化和截断奇异值分解算法比较

在煤粉锅炉诊断中火焰辐射能图像扮演着越来越重要的角色, 通过电荷耦合器件(CCD)获得的辐射能图像可以重建出炉内火焰三维温度场, CCD 用于获取视场角内的辐射能图像. 温度场重建的矩阵方程是一个严重病态的方程, 本文使用两种算法(Tikhonov正则化算法和截断奇异值分解(TSVD)算法)来重建温度场. 应用广义交叉检验算法来选取正确的正则化参数. 数值模拟的环境为一个10 m×10 m×10 m的三维炉膛, 系统被划分为10×10×10的1000个网格, 每个网格单元都是边长为1 m的立方体. 在正问题求解所得到的CCD接受信号基础上加上不同随机误差以模拟测量时的CCD接受信号. 研究两种算法重建后的温度重建误差、两者的重建时间, 以及最高温度的重建效果. 初步的研究结果显示, 一般情况下基于Tikhonov算法重建的温度场比基于TSVD算法重建的温度场误差要小, 计算所需时间短, 最高温度重建更准确.     

基于阻尼LSQR-LMBC的火焰三维温度场重建

光场相机可以解决辐射测温多相机系统光路复杂、同步触发难等问题,在辐射成像三维温度重建时有其独特优势. LSQR是求解基于大型稀疏矩阵最小二乘问题的经典算法,该算法用于重建三维温度场时对温度初值依赖较大,在信噪比较低的情况下重建精度不理想.本文提出阻尼LSQR-LMBC重建算法,通过在LSQR方法中添加阻尼正则化项,提高火焰三维温度场重建的抗噪性能,并结合LMBC算法,实现吸收系数和三维温度场同时求解.在数值模拟部分,随着信噪比逐渐降低,阻尼LSQR的重建效果比LSQR更加稳定,在信噪比达到13.86 d B时,重建精度大约提高30%.阻尼LSQR-LMBC的平均重建误差为6.63%.用丁烷火焰进行了实验,重建的丁烷火焰三维温度场分布符合辐射火焰燃烧的特征,和热电偶的测温数据结果进行对比,相对误差在6.8%左右.     

基于偏折光谱的非线性迭代层析数值模拟

模拟流场,校验自研发的偏折层析系统。根据光线偏折的光学原理,以及层析的数学、物理意义,研究开发了偏折层析程序。结合自研发的简单自相关代数迭代重建技术(simple self-correlative algebraic reconstruction technique：SSART),开发了一种新的层析系统,文章称“基于偏折光谱的非线性迭代层析系统”。用Gauss函数模拟复杂流场的一个切片,根据偏折层析算法计算该切片的偏折光谱,从偏折光谱中提取投影。采用SSART迭代重建算法重建截面。比较模拟重建结果与原场的差别,采用均方差 (mean-square error：MSE)和峰差(peak error：PE)指数标定重建效果,以检验算法的有效性。结果发现,应用开发的偏折层析程序,采用SSART迭代算法,能够精确重建模拟场,MSE稳定在0.000 09～0.000 11范围,PE稳定在0.007～0.013之间。因此,基于偏折光谱的非线性迭代层析系统能够根据偏折信息精确重建复杂流场。     

HL-1M装置等离子体的MARFE现象

在HL-1M装置上用分子束注入等离子体的气体加料方法提高了等离子体的电子密度。当线平均电子密度从 4× 10 13cm-3 上升到 7× 10 13cm-3 时 ,利用多道辐射损失测量系统测量到来自等离子体边缘的非对称辐射现象。在强场侧等离子体辐射损失功率密度大大高于弱场侧而线平均电子密度、OⅥ杂质谱线和Hα 谱线明显增加     

锥束射线三维大视场工业CT成像方法研究

基于FDK重建算法和圆轨道锥束扫描的三维ICT(industrial computed tomography)因算法的简洁性和工程实现的可行性已成为目前主要的3D-ICT成像技术。由于受探测器长度的限制,该技术的扫描视场小,所以可检构件尺寸受到限制。为解决较大尺寸构件3D-ICT的检测问题,讨论了一种仅需旋转检台偏置的大视场3D-ICT成像方法,推导了基于FDK原理的滤波反投影(filter back-projection,FBP)重建算法。计算机模拟和实验结果证明了该技术的正确性。分析表明,其水平方向的有效扫描视野比基于FDK的圆轨道锥束扫描三维CT提高了80%以上。     

一种少投影光学层析新算法及其应用

研究少投影数情况下等离子体温度场重建问题。结合光学层析重建算法及等离子体光谱诊断中的谱线绝对强度法进行自由电弧等离子体温度场重建实验。理论上，详细讨论了一种基于最大熵准则及最优化原理的光学层析图像重建新算法。通过计算机数值模拟，考察了该算法对非对称温度场分布的重建效果。详细分析了投影噪声、投影方向数、场分布性质对重建精度的影响，并与代数迭代重建算法结果进行对比．结果表明，该算法以两个正交方向投影数据重建单峰余弦模拟场平均误差仅为0.3％，而代数迭代重建算法为3．81％；该算法以四个均匀角度间隔投影数据重建三峰随机高斯模拟场平均误差为1．77％，而代数迭代重建算法为2．02％。实验中，运用该算法结合谱线绝对强度法重建了自由电弧等离子体的温度分布。     

1 MeV电子辐照下晶格匹配与晶格失配GaInP/GaInAs/Ge三结太阳电池辐射效应研究

对采用MOCVD方法制备的晶格匹配(LM)与晶格失配(UMM)GaInP/GaInAs/Ge三结太阳电池进行了1MeV电子辐射效应研究。结果表明:在电子辐照下,两种电池的I-V特性参数(开路电压Voc,短路电流Isc,最大输出功率Pmax)均发生衰降,且晶格失配电池的I-V特性参数衰降均大于晶格匹配电池。在光谱响应方面,对于顶电池,晶格匹配电池的衰降大于晶格失配电池;而中间电池则前者衰降小于后者;另外,Ge底电池的光谱响应表现特殊,辐照后光谱响应变强。     

高气压微波氢等离子体发射光谱诊断

在2.45GHz,800W级的高气压微波等离子体放电系统中,通过测量不同微波功率和放电气压下氢等离子体的Balmer线系的发射光谱,从测量的谱线总展宽中卷积去掉具有高斯线形的Doppler展宽和仪器展宽得到谱线的Stark展宽,并通过Stark展宽测量氢等离子体的电子数密度和电场强度。结果表明:等离子体的电子数密度和电场强度随着放电气压的升高都是先增大后减小,随着微波功率的增加呈现逐渐增大的趋势。微波功率为800W时,气压在25kPa时电子数密度和电场强度都达到最大值,等离子体的电子数密度和内部的电场强度分别为3.55×1012cm-3及4.01kV/cm。     

退火对Er3+离子注入ZnSe晶体电致发光的影响

本文研究了低阻ZnSe晶体在室温下经Er3+离子注入后,退火对它的电学及电致发光性能的影响。文中指出,经N2气保护退火所制备的ZnSe:Er3+二极管具有MIS结构,I层是由于晶格损伤造成的。文中根据对I层起因的分析,首次提出和实现了在熔融锌中退火可使品格损伤墓本消除,从而制备了掺Er的ZnSeMS二极管,在反向电压下得到Er3+离子的特征发光。     

FI-STM STUDY OF HYDROGEN ADSORPTION ON Si(100) SURFACE

Chemisorption of atomic hydrogen on the Si(100)2×1 surface has been investigated in detail by using a field ion-scanning tunneling microscope (FI-STM). The results showed that the adsorption geometry changed from the 2×1 monohydride phase to the 1×1 dihydride phase with increasing exposure of hydrogen. The data of desorption of the hydrogen-saturated Si surface showed that on annealing at 670K the surface becomes highly disordered: the 1×1 dihydride structure is eliminated and the 2×1 reconstructed monohydride is also hardly to identify. When the temperature rises to as high as 730 K, the surface is domi-nated by the 2×1 structure with missing dimer rows, and some adatom chains occur on the Si substrate ler-races. We attribute the formation of these atomic chains to an epitaxial growth of Si atoms which are formed by the dissociation of SiH_x (x= 1, 2, 3 or 4) compounds on the Si surface.     

6H-SiC高场输运特性的多粒子蒙特卡罗研究

采用非抛物性能带模型,对6H-SiC高场电子输运特性进行了多粒子蒙特卡罗(Ensemble Monte Carlo)研究.研究表明：温度为296 K时,电子横向漂移速度在电场为2.0×104 V/cm处偏离线性区,5.0×105 V/cm处达到饱和.由EMC方法得到的电子横向饱和漂移速度为1.95×107 cm/s,纵向为6.0×106 cm/s,各向异性较为显著.当电场小于1.0×106 V/cm时,碰撞电离效应对高场电子漂移速度影响较小.另一方面,高场下电子平均能量的各向异性非常明显.电场大于2.0×105 V/cm时,极化光学声子散射对电子横向能量驰豫时间影响较大.当电场一定时,c轴方向的电子碰撞电离率随着温度的上升而增大.对非稳态高场输运特性的分析表明：阶跃电场强度为1.0×106 V/cm时,电子横向瞬态速度峰值接近3.0×107 cm/s,反应时间仅为百分之几皮秒量级.     

La0.67Ca0.33MnO3(001)薄膜表面结构的扫描隧道显微术研究

利用Scanning Tunneling Microscope(STM)和Scanning Tunneling Spectroscopy(STS)技术研究了La_0.67Ca_0.33MnO₃(001)表面性质,研究发现表面呈现多相分离现象,在锰氧终端面观察到了绝缘性的( 2 × 2 )R45°重构表面和金属性的(1×1)重构表面,在镧钙氧终端面,观察到了表面呈现条纹状结构.La_0.67Ca_{0.33 关键词： 镧钙锰氧薄膜 终端面 绝缘金属转变}     

高气压空气环状感性耦合等离子体实验研究和参数诊断

等离子体的电子密度分布, 电子碰撞频率分布, 覆盖面积, 厚度是影响其覆盖目标电磁散射特征的关键属性. 对此, 本文开展了在20 cm×20 cm×7 cm石英腔内感性耦合等离子体(ICP)的放电实验, 观察了在高气压条件下, 空气ICP的环形放电形态, E-H模式跳变现象和分层结构, 测量了其电负性核心区和电正性边缘区宽度和厚度随功率、气压的变化趋势, 并通过COMSOL Multiphysics对平板线圈磁场强度分布的分析和电负性气体扩散理论给予上述现象合理的解释, 同时, 利用微波透射干涉法测量了核心区域的电子密度随功率和气压的变化曲线, 利用理论模型计算了边缘区域的电子密度分布, 最后通过辅助气体Ar发射谱线的玻尔兹曼图形法得到了核心区和边缘区的电子激发温度.     

532nm连续激光晶化非晶硅薄膜的原位拉曼光谱研究

用磁控溅射制备了非晶硅薄膜,用波长为532 nm的连续激光退火和显微Raman光谱原位测试技术和场发射扫描电子显微镜研究了非晶硅薄膜在不同激光功率密度和不同扫描速度下的晶化状态。结果表明,激光照射时间10 s,激光功率密度大于2.929×105W/cm2时,能实现非晶硅薄膜晶化。在激光功率密度为5.093×105W/cm2,扫描速度为10 mm/s时非晶硅开始向多晶硅转化。在5.093×105W/cm2的功率密度下,以1.0 mm/s的扫描速度退火非晶硅薄膜,得到的晶粒直径为740 nm。     

Algorithm Study on Reconstruction of Refractive Angles in Fan Beam Diffraction Enhanced Computed Tomography

Based on the 360° computing method of refractive angle for parallel beam diffraction enhanced imaging computed tomography （DE-CT） technique, a new algorithm used to calculate the refractive angle for fan-beam DE-CT technique is developed. The refractive index gradient can be obtained by using the new algorithm with projection data of an object in the range of 0 - 360°, and the new algorithm only needs to set the analyser at half slope position of the rocking curve.