X射线成像的一种点扩展函数模型

X射线成像系统可以通过其点扩展函数来表行,其点扩展函数分为一次射线点扩展函数和散射点扩展函数两部分。在分析点扩展函数各个影响因素的基础上,建立了以物体厚度、物体到探测器距离以及成像几何设置为参量的解析模型。利用该模型推导出了特定入射射线能谱和射线源到探测器距离情况下散射比的计算公式。它是以物体厚度和物体到探测器距离为变量的函数。在利用实验数据对模型参量进行最优估计的基础上,利用散射比实验验证了模型的正确性。为散射和几何不清晰度的消除提供了一种实用的模型依据。     

射束有效宽度与成像系统MTF关系的研究

射线成像系统的射线有效宽度是评定系统成像分辨率的重要成像指标。以试验的方法,通过测试系统成像的MTF,通过对成像分辨率与射线有效宽度的关系进行研究,为射线数字成像(DR)及工业CT系统设计提供了参考。     

X射线背光成像的实现

为了实现对惯性约束聚变的诊断,获取聚爆过程中高温等离子体X射线能谱信息和内爆靶丸的二维空间分辨信息,利用晶体的布拉格衍射特性设计制作了球面晶体分析器,晶体弯曲半径为125 mm。为了验证球面晶体的空间分辨能力,搭建了背光成像平台进行了背光成像实验,石英球面晶体为衍射核心元件,接收装置IP板得到了Cu靶的二维空间分辨信息,基于石英球面晶体的成像平台得到的空间分辨率约为100 μm。     

偏离中心入射的γ针孔成像系统点扩展函数

基于蒙特卡罗方法,对γ射线针孔成像系统进行了点扩展函数的模拟研究.采用高斯拟合法比较了入射点中心入射及分别偏离0.5像素、1像素、1.5像素和2像素五种条件下γ射线针孔成像系统的点扩展函数,得出相应系统的调制传递函数,并对空间分辨率进行比较.研究结果表明,当偏离量较小时,利用高斯拟合方法得到的γ针孔成像系统的点扩展函数误差较小,能够满足精度要求;当偏离量较大时拟合误差较大.另外,在针孔与探测器之间加一层理想挡板来减少散射,可以显著地减少拟合误差,提高其空间分辨率.     

中子针孔成像点扩展函数模拟研究

应用Geant4系统对中子针孔成像的点扩展函数进行了模拟研究.建立了点扩展函数的数学模型,并将其分布图像与能量沉积数据的分布图像作了比较,可看出点扩展函数与能量沉积数据吻合得较好.研究结果表明,在一定偏移量范围内,拟合得到的点扩展函数更好,能得到较好的图像分辨率.通过对不同入射能量在一定偏移量入射下的点扩展函数讨论认为,入射能量增大虽然会增强图像的对比度,但会降低分辨率.     

神光Ⅲ原型X射线荧光成像原理验证实验

X射线荧光成像技术具有局域探测能力,适合诊断复杂几何构型流体运动,在实验室天体物理、惯性约束聚变等高能量密度物理领域具有重要的应用前景。基于神光Ⅲ原型激光装置,开展了X射线荧光成像的原理验证实验。实验采用聚4-甲基-1-戊烯泡沫掺杂TiO₂纳米颗粒为静态客体,以钒等离子体辐射为荧光泵浦源,以平晶谱仪为分光和成像设备,成功获得了钛原子K壳层荧光的一维空间分辨强度轮廓。基于荧光产生和平晶成像原理,对荧光信号强度进行了定量估算,结果表明,模拟和实测荧光强度轮廓符合较好。该工作可为X射线荧光成像技术在复杂几何构型流体实验中的应用提供参考。     

X射线编码孔径成像中的一种高精度图像重构方法

在惯性约束聚变实验的过程诊断研究中,采用环形编码孔径成像技术可以同时获得高的空间分辨力和时间分辨力。获得高的空间分辨力的关键之一是如何准确地获得目标的点扩展函数。通常采用直接投影法。但这种方法忽略了X射线的衍射效应,因此限制了分辨力的提高。依据光的标量衍射理论,考虑X射线的衍射效应,导出了环形编码孔径的点扩展函数。并在此基础上制作了维纳滤波器。在激光等离子体重点实验室,用内直径为250μm,外直径为260μm的环形孔径板,对惯性约束聚变（ICF）的过程进行成像实验,得到了靶标的编码图像。采用以衍射为基础的维钠滤波器进行重构,获得的重构图像明显的优于用直接投影法得到的结果。     

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.     

X射线单能成像技术

利用平面晶体谱仪对内爆压缩靶丸内燃料区发射的X射线进行色散分光，可以获得λ／△λ1000分辨的线谱。在一定程度上，晶体分光的线谱可以认为是单一能量的X射线。利用针孔成像原理，若将若干个等间距针孔中心连线与线谱成一定夹角，每一个针孔形成单能的X射线源的像，再将若干单能像进行叠加，可以获得单能图像的二维空间分布。若阵列针孔设计合理、X射线探测器的灵敏度足够，可以获得高分辨的X射线光源二维的单能空间分布图像，其原理见图1。     

用阶跃法测量光声成像系统的点扩展函数

从理论上证明了光声成像系统的点扩展函数是边缘响应函数的一阶导数,提出了用阶跃法测量光声成像系统的点扩展函数,用染色琼脂对本方法进行了实验验证,理论计算结果和实验测量数据有很好的一致性,为复杂光声成像系统提供了一种简单实用的点扩展函数测量方法。     

空变环形编码孔成像模拟与图像复原

环形编码孔成像技术具有高的探测效率和信噪比,是一种解决低强度脉冲辐射源成像较好的技术。基于该技术,利用Geant4建立环形编码孔中子成像的模拟过程,获取6个不同位置的点扩散函数(PSF)和编码图像。根据空间移变图像分块原理,将图像分成矩形和圆形分块,每一块图像用RL迭代法复原,去除边界明显畸变的像素,这些像素强度由相邻的图像块像素到边界距离的加权系数叠加而成。模拟结果表明,该方法提高了图像复原效果,能够更好地诊断射线区域的空间分布情况。     

X光能点、放大倍率及针孔尺寸对空间分辨的影响

X光针孔成像是惯性约束聚变（ICF）研究中重要的诊断方法,对其点扩散函数的计算可用于图像重建和系统空间分辨的判断。对菲涅耳衍射公式进行了化简,分析了X光能点、针孔尺寸及放大倍率对针孔点扩散函数的影响。实验在保证成像能获得足够高信噪比的条件下,通过模拟获得在最佳空间分辨时所要的针孔大小、放大倍率和X光能点等参数。在流体力学不稳定性的静态样品定标实验中,通过模拟获得了针孔的调制传递函数（MTF）,结合实验测量的结果反推获得分幅相机本身的MTF值。同时采用测刀边函数的方法获得了分幅相机本身的刀边函数,进而得到相机在各空间频率下的MTF值。两种方法得到的分幅相机MTF值一致,验证了通过菲涅耳衍射模拟Ｘ光针孔成像的可行性。     

中子半影成像的散射中子对点扩展函数的影响

基于ICF中子半影成像分辨力的要求,利用蒙特卡罗方法,模拟了4种系统模型的点扩展函数,分析半影孔装置、靶室和中子束流通道的钢管、高密度内爆靶丸的散射中子对点扩展函数的影响;模拟了平面中子源在4种模型中的半影成像,并用维纳滤波方法重建,分析了散射中子对中子半影成像诊断的影响。模拟结果表明:半影孔装置、靶室等的散射中子不会造成点扩展函数的变形,仅仅增加本底,对诊断的影响可以忽略;高密度内爆靶丸的散射中子会造成点扩展函数的平滑,但对诊断的影响有限。     

轴锥镜成像系统的点扩散函数分析

为了使大景深光学镜头在工业视觉检测中的测量结果更准确,必须对中间图像进行复原,点扩散函数是图像复原的关键。根据轴锥镜最大无衍射距离公式设计了无衍射成像系统,以标量衍射理论为基础,在频域范围内利用稳定相法推导出系统的点扩散函数公式。利用准单色光理论,分析非相干光照明下的点扩散函数与锥镜夹角和离焦量的关系。仿真和实验结果表明:轴锥镜夹角越大,点扩散函数中心光强越强,衍射条纹越密;离焦像差对点扩散函数的影响与之相反。     

Optimization of the in-line X-ray phase-contrast imaging setup considering edge-contrast enhancement and spatial resolution

Employing the approximation theory based on refraction and the definition of the total point-spread-function of the imaging system, the variation in the edge contrast of simple model samples is discussed with different source-to-sample and sample-to-detector distances, which actually means different spatial resolutions of the imaging system. The experiments were carried out with the Beamline 4W1A imaging setup at the Beijing Synchrotron Radiation Facility for simple model and insect samples. The results show that to obtain clear phase-contrast images of biologic tissues for the X-ray in-line imaging setup, with determined parameters such as the size of the X-ray source, the pixel size of the detector and the fixed source-to-sample distance, there is a range of optimized sample-to-detector distances. The analysis method discussed in this article can be helpful in optimizing the setup of X-ray in-line phase-contrast imaging.     

超衍射成像中 双螺旋点扩展函数的三维定位精度

开关效应和单分子定位的结合可以实现样品的超衍射分辨成像, 双螺旋点扩展函数将单分子定位纳米分辨从二维扩展到了三维.本文对双螺旋点扩展函数的三维定位精度展开了探讨.首先, 基于费希尔信息量, 计算了双螺旋点扩展函数的无偏估计, 得出其理论定位精度, 并分析了光子数、背景噪声以及有效像元尺寸大小对其定位精度的影响; 其次, 基于单分子定位实验过程中对于数据分析通常采用的高斯拟合质心定位算法, 通过误差传递函数定律求得双螺旋点扩展函数的轴向定位精度.计算机模拟结果表明, 在光子数大于1000的条件下, 高斯拟合质心定位精度和费希尔信息量理论定位精度符合较好. 本文的讨论不仅为双螺旋点扩展函数的三维定位精度提供了理论依据, 同时也可为实验提供理论指导. 关键词： 双螺旋点扩展函数 费希尔信息量 定位精度 高斯拟合     

高效双螺旋点扩展函数相位片的设计与实验研究

双螺旋点扩展函数具有随离焦连续旋转变化的特性, 结合单分子定位方法可用于厚样品三维超分辨成像及分子定位追踪研究. 但双螺旋点扩展函数不足之处是光能利用率低, 对于光子数受限的荧光显微成像而言其应用受限. 本文通过对双螺旋点扩展函数在空域、频域和拉盖尔-高斯模式面等三个不同域中进行约束优化. 模拟结果表明, 优化后的双螺旋点扩展函数的光能效率提高了30多倍. 同时, 基于最优设计方案制备了相位片, 并实验验证了该设计的正确性. 与文献报道相比较, 本文结果在成像深度和光能利用率方面都有所改善. 关键词： 双螺旋点扩展函数 超分辨成像 轴向定位 优化算法     

X光能点、放大倍率及针孔尺寸对空间分辨的影响

X光针孔成像是惯性约束聚变(ICF)研究中重要的诊断方法,对其点扩散函数的计算可用于图像重建和系统空间分辨的判断。对菲涅耳衍射公式进行了化简,分析了X光能点、针孔尺寸及放大倍率对针孔点扩散函数的影响。实验在保证成像能获得足够高信噪比的条件下,通过模拟获得在最佳空间分辨时所要的针孔大小、放大倍率和X光能点等参数。在流体力学不稳定性的静态样品定标实验中,通过模拟获得了针孔的调制传递函数(MTF),结合实验测量的结果反推获得分幅相机本身的MTF值。同时采用测刀边函数的方法获得了分幅相机本身的刀边函数,进而得到相机在各空间频率下的MTF值。两种方法得到的分幅相机MTF值一致,验证了通过菲涅耳衍射模拟X光针孔成像的可行性。     

强γ背景下中子针孔成像的点扩展函数

利用基于Geant4建立起来的针孔成像模型获得了不同偏移量下γ与中子的好事例、能量沉积的比值,并模拟分析了强γ背景对中子针孔成像点扩展函数的影响。研究结果表明:在偏移量小于1 cm时,γ与中子的好事例之比、γ与中子的能量沉积峰值之比以及γ与中子的能量沉积总和之比分别在0.40～0.42,0.63～0.65以及0.46～0.49之间;偏移量大于1 cm时,比值下降明显,γ对中子的影响减小。在同一偏移量下,γ射线的点扩展函数的分布范围要比中子的小,两者叠加后所获得的点扩展函数的分布范围介于两者之间。在一定入射偏移范围内的成像质量优于在针孔中心位置入射时的成像质量。