基于三投影方向的层析重建分析

针对传统的层析方法中,投影方向多、系统复杂等特点,提出了基于三个投影方向的层析重建方法.论文选取适用于少投影方向的代数迭代重建算法,采用参量修正方法,能较好的提高重建准确度和抑制椒盐噪音.同时对影响重建图像质量和速度的迭代次数、不同原图像结构对重建图像质量的影响进行了分析,给出了相应分析模拟结果.结果表明,迭代300次后,重建结果基本稳定.同时对于具有轴对称结构物体,三个方向投影数据能够较好地实现三维层析重建.分析结果为后期开展的基于单幅层析全息图的三维层析重建实验研究提供了理论依据.     

少数投影局部基函数展开层析重建

对6种常见的基函数展开通过计算机仿真分析、比较其重建效能.结果表明,对于少数投影计算机层析重建,采用连续可导的局部基函数展开比采用非连续可导的脉冲基函数展开具有更高的重建精度.而对于各种连续可导的基函数,其重建精度大致相当,基函数的选取应重点考虑其投影矩阵计算的难易程度.     

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。     

少量投影数字全息层析重建实验研究

提出了少量投影数字全息层析重建技术.以具有轴对称结构的光纤和非轴对称结构的石膏头像为实验样本,开展了基于单幅全息图和代数迭代重建算法的层析重建模拟分析及实验研究.模拟分析表明,代数迭代重建算法中的加权因子以及松弛因子对重建图像质量影响显著,因此对加权因子采用非线性加权计算方法,以及通过多次模拟重建结果的比较选择合适的松弛因子.层析重建实验结果表明,无论被测物体是轴对称结构或是非轴对称结构,少量投影数字全息层析重建是可行的,也是有效的.这为下一步针对生物样本内部多层折射率检测和基于单幅层析全息图实现三向实时数字全息层析重建技术研究提供了必要的基础.     

光学投影层析的快速图像重建和影响因素分析

介绍了光学投影层析(Optical Projection Tomography,OPT)图像重建中的滤波反投影(Filtered Back-projection,FBP)算法,针对该算法中运算量最大的射束运算,提出了利用像素点坐标对称性来减少运算量的FBP快速实现方法,可使重建时间缩短约15%.并对影响图像重建质量的投影角数目、旋转台步进精度、CCD中心像素偏离等因素进行了分析,得出的结论对OPT系统设计具有重要参考价值.     

光学层析重建算法改进的研究

光学层析技术在温度、密度等流场的非接触测试中有着广泛的应用前景，然而光学层析的重建是非完全数据的投影重建，通常采用的代数迭代法不能很好地解决重建精度这一难题。为此提出了一种新的光学层析技术的代数迭代重建算法，在算法中引入了包含先验知识的属性矩阵，并摒弃了通常所采用的对超松弛系数人为的确定取法，采用了变超松弛系数。实验计算结果表明，引入属性矩阵和变超松弛系数的代数迭代法能够较好的重建非完全数据投影的待测场，极大地提高重建精度，较好地与实测结果吻合。     

单幅层析全息图的记录及数据重建

进行了数字单幅离轴层析全息图记录和数值处理模拟分析及实验研究.首先定义了单幅层析全息图并分析了基于多向投影的数字单幅离轴层析全息图频谱分布特点, 由此表明它的可处理性.在此基础上,数值模拟分析了基于三向投影的单幅离轴层析全 息图记录与各向投影信息的分离提取, 最后选择了具有周期结构的透明光栅(周期为100 μm)作为实验样本, 实现了三向投影的单幅层析全息图的记录以及数值重建, 三束物光波重建周期值误差在4%-5%范围内.模拟分析及实验结果验证了单幅层 析全息图记录与信息分离的可行性,同时为实现具备实时检测功能的极少量投影数字全息 层析系统提供了重要的技术基础.     

光谱法分析代数迭代重建算法及改进

采用光谱分析技术,系列研究了已有代数迭代重建算法,并进一步研制了改进算法—简单自相关代数迭代重建算法(SSART)。采用数值模拟的方法模拟重建一个含遮挡物场,研究了SSART模拟效果和重建精度。作为对照,分析了已有的传统代数迭代算法同条件下的重建结果,包括基本代数迭代重建算法(ART)、联合代数迭代重建法(SART)和改进的联合代数迭代重建法(MSART)。重建精度用均方误差(MSE),绝对平均误差(AVE)和峰值相对误差(PE)三种误差指数标定。结果发现,SSART重建结果的三种误差指数都明显减小,其中MSE在10-4数量级上比ART的降低了26.6%,PE在10-2数量级降低了77.6%。因此,SSART重建含遮挡物模型场时,重建精度大幅度提高,重建效果明显改善,对传统代数迭代重建算法显著改进。     

光谱法分析场频对重建精度的影响

数值模拟重建场,采用光谱法讨论了场的属性,尤其频率对重建精度的影响。用Gauss函数建立了双峰模型场,并对其进行了Fourier频谱分析。使用代数迭代法对模型场进行了重建,并对重建场进行了误差分析,结果发现重建场的峰分布、方向和形状都与原场相似,但峰高有所下降,边界出现波动。文章认为出现这种现象的主要原因是滤波造成的,并通过改变Gauss函数的收敛因子来改变场频,采用数值分析方法对这一观点进行论证,结果证明该观点是正确的。同时发现,边界对重建精度影响较大,边界为零的近似误差增大时,重建精度下降,甚至导致迭代不收敛。所以应用代数迭代重建场时,必须注意边界为零的条件。     

光谱法分析迭代重建过程中的滤波

应用光谱法讨论了滤波器及其滤波方案对重建效果的影响。数值模拟重建场,应用光谱法分析了1/4,1/5,1/8均值滤波器,1/5中值滤波器,1/3行、列滤波器,在内嵌、外置等情况下对代数迭代重建的场滤波效果的影响。结果发现：用代数迭代法重建的场含有较大噪声,需要平滑处理;采用1/4,1/5或1/8均值滤波器仅对迭代结果滤波,会严重降低重建精度;采用1/4,1/8均值滤波器内嵌在迭代过程中按一定的迭代次数滤波,可以在一定程度上改善重建精度;采用1/5中值滤波器内嵌在迭代过程中比相应的均值滤波器重建效果更好;内嵌1/5中值滤波器和均值滤波器交替滤波,效果比单一的滤波器滤波更好。采用不同的滤波器和滤波方案对重建结果的影响差别较大。     

基于相位重建的叠栅层析技术

针对叠栅层析研究中采用基于相位重建方法处理叠栅条纹图像的问题,用标量衍射理论对叠栅偏折仪的叠栅条纹形成原理进行分析.通过小孔滤波分别提取光场的零级和一级频谱,分析结果与传统的通过几何叠加原理的结果一致,在形式上更加精确.结论表明,叠栅条纹是多波面剪切干涉的结果,且一级频谱滤波下的叠栅条纹图像满足严格的余弦强度分布.采用基于多重网格相位展开的傅里叶变换方法和叠栅层析滤波反投影算法对丙烷燃烧场进行了层析重建.     

基于时间分辨测量的近红外光三维层析成像研究

针对近红外漫射光层析成像中的三维成像问题展开了理论和实验研究.利用开发的以强度和平均飞行时间作为数据类型的三维重建算法对数值仿真模型进行了重建,同时采用多通道时间相关单光子计数层析成像系统对固体样品进行了三维成像.结果表明：所发展的算法较忠实地重建出了样品内部的异质体结构;采用的差分重建方法有利于提高重建的抗噪性能;提出的单层测头配置模式对于三维成像具有实际意义.     

基于相位展开的三维流场干涉层析术

提出用傅里叶变换进行干涉图相位展开（ＰｈａｓｅＵｎｗｒａｐｐｉｎｇ）的办法直接恢复变形波面，从而可以提取轴向任意截在上的投影数据，实现真正意义上的三维层析，模拟温度场实验证明基于相位展开的投影数据提取方法能够更好的完成层析计算。     

基于改进的多轴差分吸收光谱层析技术的烟羽浓度峰重建

建立了被动多轴差分吸收光谱层析系统,实现烟羽气体的时空浓度分布测量,分别采用传统的同步迭代重建算法(SIRT)和改进的SIRT对测量数据进行了重建分析,克服了一些实际测试中不能获 取大量投影数据或投影分布不均匀、存在噪声的问题,精确地重建出大气痕量气体的二维空间分布．在不同的模型及评价指标下,通过数值模拟对两种重建算法的效果进行比较,改变改进的SIRT算法中的松弛因子,在5500次的迭代过程中,指标d从0.435降到了0.044,指标r从0.376降到了0.044,改进的SIRT算法具有更好的重建效果．外场重建试验中成功重建了大气痕量气体的二维空间．     

Microscopic Computed Tomography Based on Generalized Analytic Reconstruction from Discrete Samples

We propose a computed tomography (CT) for the incoherent optical system based on a generalized analytic reconstruction method from discrete samples (GARDS), by which an object image defined in a continuous space is reconstructed from discrete images acquired through the imaging system. We apply this method to reconstruct depth structures of micro-specimens using conventional fluorescence microscopes. Also, we discuss the optimal sampling distance in the depth direction through a generalized singular value decomposition of a continuous-to-discrete imaging system. We next apply the GARDS-based CT method to a double-axis microscope, in which two microscopes are set up perpendicularly to cover a missing frequency band of each microscopic imaging system. We show simulation results which verify the effectiveness of our proposed method.     

荧光分子层析中的全时间分辨图像重建法

在荧光分子层析(Fluorescence molecular tomography,FMT)中.全时间分辨(Time Resolved.TR)测量包含了最多的光子传输信息.基于有限元一有限差分扩散方程的正向模型和Newtown-Raphson的逆向模型,将全时间分辨方法用于时域荧光分子层析中.用模拟数据对算法在空间分辨率、定量性、重建尺寸和灰度的保真度以及噪声稳健性等方面进行了验证.结果表明,此方法能够实时重建荧光产率和荧光寿命图像.与以前发展的基于广义脉冲谱技术(Generalized pulse spectrum technique,GPST)的特征数据法进行图像重建相比较.整体上优于广义脉冲谱技术.     

基于观察矩阵的频域光学相干层析成像图像重构算法

频域光学相干层析成像技术是一种新型的医学成像技术,其传统的图像重构算法主要是基于傅里叶变换。但这种重构算法的主要缺陷在于其纵向分辨率随着深度位置的变化而明显下降。为了使频域光学相干层析成像系统的纵向分辨率在整个成像深度内基本保持不变,提出了一种基于观察矩阵的图像重构法,并用该法重构了平面镜以及皮肤信号。结果表明,这种图像重构法能够使频域光学相干层析成像系统保持纵向分辨率不变。与文献报道相比,这种方法在保持系统简单性的同时,还保持了高的纵向分辨率,并在成像深度范围内使得纵向分辨率基本保持不变。     

Optimization of Mass Reconstruction Algorithm for Atom Probe Tomography Analysis

Physics of Atomic Nuclei - Atom probe tomography (ATP) is a technique that has actively been developed in recent years. This method allows one to investigate three-dimensional distributions of...     

稀疏计算层析成像重构中迭代去噪方法的分析

研究了稀疏计算层析成像重构中的迭代去噪模型及其求解算法,理论推导及模拟实验验证了代数重构技术的抑噪能力.根据稀疏计算层析成像成像过程的噪音特征,提出了基于欧氏范数不等式约束和基于无穷范数不等式约束的去噪模型.提出了基于凸集投影方法求解去噪模型的算法,并给出了算法推导过程.结果表明:欧氏范数去噪模型优于无穷范数去噪模型,代数重构技术具有抑制噪音的作用.