高能电子三维成像技术实验研究

高能电子成像技术被首次提出作为温稠密物质和惯性约束聚变实验研究的高时空分辨诊断工具之一,现已通过前期实验证明其对中尺度科学诊断的可行性.为了进一步提高高能电子成像技术诊断样品的能力,来获取样品内部信息,将高能电子成像技术和三维重建算法结合,提出了高能电子三维成像技术.本文主要通过实验研究了高能电子三维成像技术的可行性.不同三维重建算法重建样品的结果首次证实了高能电子三维成像技术的可行性,使用的三维重建算法包括滤波反投影算法、迭代算法-代数重建技术和联立代数重建技术,最终重建的x,y,z方向上的不同重建切片图像清楚地显示了样品的详细结构.实验证实的高能电子三维成像技术将有利于拓展高能电子成像技术的应用领域,尤其是在中尺度科学领域.     

高能电子成像暗场成像技术特性研究及改进方案

基于EGS5与PARMELA模拟软件组成的高能电子成像系统,对暗场成像的模拟研究发现,通过调节光阑位置实现的暗场成像结果存在失真现象。针对该失真现象提出的改进方案,消除了暗场成像结果的失真。通过对40 MeV电子透射7~224 μm的铝样品开展的成像模拟结果表明:40 MeV高能电子暗场成像技术在铝样品厚度小于25 μm情况下具有明显的面密度分辨优势,且空间分辨率达到μm量级,非常适用于高能量密度物质诊断。     

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％.     

强激光与高密度气体相互作用中电子和离子加速的数值模拟

在现有的一维粒子模拟程序的基础上发展了带光电离和碰撞电离及蒙特卡罗两体碰撞的模拟程序(1D PIC-MCC). 用此程序模拟研究了短脉冲激光与He气靶相互作用时电子和离子的加速过程. 研究表明当强激光与过临界密度的微米厚度的平面靶相互作用时，靶前表面物质将被激光脉冲前沿迅速离化；新生的电子被激光场有质动力加速成为高能电子，这些电子穿入到靶内，通过电子碰撞电离离化靶内物质；一部分高能电子穿透靶后，会在靶的后表面形成强的电荷分离场，该场迅速离化靶后表面物质，同时使得后表面离子得到加速. 部分穿透靶的超热电子将被电荷分离场重新拉回靶内，在靶的前后表面振荡. 一些振荡电子在此过程中得到电荷分离场加速，离开前表面，在前表面也形成电荷分离场，使前表面离子得到加速. 关键词： 激光等离子体 光电离和碰撞电离 电子加速 离子加速     

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%.     

强流重离子束驱动的高能量密度物理研究进展

强流高能离子束可以准等容加热任何高密度样品,制备出尺度大、状态均匀、内部无冲击波的高能量密度物质,为实验室研究高能量密度物理提供了一种独特的新手段。介绍了国内外典型的强流重离子加速器装置及其与高能量密度物理相关的关键参数设计和研究规划;展示了基于粒子和流体模拟的离子束驱动高能量密度物质产生和状态演化规律进展;介绍了一套兼具高时空分辨和高穿透力的高能电子成像诊断技术;分析了中低能区离子束与等离子体相互作用过程中的碰撞和电荷交换微观机制,以及激光加速超短超强离子束在等离子体中的非线性输运和欧姆能损机制。     

高能X射线双能成像法中的物质识别

研究了边界能量为1—10MeV的高能X射线成像系统中采用双能成像法识别物质问题. 通过研究其物理机理, 提出了一个近似线性的数学模型; 定义了物质识别灵敏度用于评价物质识别效果; 发现了双能X射线的最优能谱分布区间. 提出并验证了面向最优能谱分布区间的双能X射线能谱调制方法, 大大提高了物质识别灵敏度, 并较好解决了不易识别薄物质的问题. 建成了9MeV/6MeV交替双能成像实验样机, 获得了物质识别着色图像. 相关实验研究结果与理论研究符合得很好.     

高能X射线辐射成像的定量模拟与密度重建

利用蒙特卡罗方法得到的数值图像研究高能X射线辐射成像的密度重建,提出多能X射线源、多材料客体辐射成像的密度重建方法.这种方法不仅能够对包括光源能谱、角分布和尺寸在内的密度重建,而且具有显含质量吸收系数的优点.利用约束共轭梯度算法和变分正则化技术进行法国试验客体的密度重建.结果表明,该方法能够有效地进行高能X射线辐射成像的密度重建,成像光子的能谱效应对于精确的密度重建十分重要.     

晶粒尺寸对1 MeV电子在金属Ni中能量沉积的影响

采用脉冲电沉积方法制备出高致密、高质量的纳米晶Ni, 并对其密度、组织成分和微观结构进行了表征. 利用高能粒子加速器产生的1 MeV高能电子为辐照源, 研究高能电子在纳米晶Ni和常规粗晶Ni中的能量损失. 通过辐照过程中放置的吸收剂量片来准确表征其电子的能量沉积. 结果表明, 晶粒尺寸对高能电子在材料中的能量沉积有明显的影响, 1 MeV电子在穿过一定厚度的金属Ni后, 在晶粒尺寸细小的纳米晶Ni中测得总的吸收剂量较大, 证明了高能电子在纳米材料中的总能量沉积较小, 从而表现出纳米材料抗辐照的优异性能. 关键词： 高能电子 纳米金属 辐射损伤     

强激光与细锥靶相互作用产生强流高能电子束的研究

本文提出采用了强激光与细锥形靶作用, 产生大量定向高能电子, 用于快点火激光聚变方案研究. 通过PIC 模拟, 研究了细锥靶和激光脉冲的各项参数, 对产生高能电子的影响. 模拟发现, 细锥靶开口10° 时能够产生较多的高能电子, 当开口角度逐渐增大时, 高能电子的能量和数目都有一定程度下降. 若为细锥靶加上预等离子体, 产生的高能电子的数目将大大提高, 而最高的电子能量将会下降. 中等能量的电子加速主要由于激光有质动力加速, 而高能量的电子加速主要由于电子感应加速. 随着激光脉宽的增加, 高能电子的数量直线上升. 关键词： 细锥形靶 电子加速 感应共振加速     

高密度差多层球壳双能CT图像重建方法

对含高密度差材料的大尺寸多层球壳构件采用双能CT方法进行无损检测,当采用高能射线扫描时,低Z材料区对射线基本无阻挡,而采用低能射线扫描时又会被高Z材料区截断,因此需要根据双能射线投影特征开展针对性的图像重建方法研究。首先,根据材料结构特征建立仿真模型,分别模拟得到高、低能射线的投影正弦图,然后采用滤波反投影和代数重建法等算法进行图像重建。通过仿真和比较分析,得出先融合投影再重建图像的方法要整体优于先分别重建再融合图像的方法。另外,为保证图像重建质量,在进行扫描射线能量选择时,要考虑提高局部投影质量,更要尽量减少被截断的总投影量。     

基于不可控微扫描的高分辨力图像重构方法

针对存在不可控微位移的序列低分辨力图像,提出了一种基于2×2不可控微扫描的高分辨力图像重构方法,采用投影法估算出低分辨力图像LR的微位移量,采用基于泰勒级数展开的重构算法由4帧图像重构高分辨力图像.模拟表明：该算法能精确地估计序列图像的帧间位移量并取得较好的重构效果,且算法简单有效可行,处理量小,有利于实现快速处理,在一定程度可满足同步轨道卫星、公安监视等领域对高分辨力成像处理的需求.       

基于代数重建算法的有限角度扫描的光声成像

由于滤波反投影重建算法要求对成像区域进行全方位扫描以获取完全投影数据,它需要较长时间采集大量数据,使其在医学上的应用受到限制。研究了在有限角度下采用代数重建算法进行光声成像的方法,实验用的光源为YAG激光器,波长为1064nm,重复频率20Hz,脉宽为6ns,探测器为针状的磺化聚二氟乙烯(PVDF)膜水听器,接收面积的直径为1mm,从仿真和实验结果表明该方法适用于“非完备投影数据”的光声层析成像。从图像重建效果上与滤波反投影算法相比较,该成像算法提高了重建图像的分辨率和对比度。采用代数重建算法的有限角度的光声成像方法,对临床医学的无损伤检测,具有重要的意义。     

超声换能器辐射场应力定量测量方法研究

提出了一种基于动态光弹观测系统的超声换能器在透明固体中辐射场应力定量测量新方法。该方法关注到激光束穿过非均匀应力区时的双折射累积效应和Senarmont补偿法均匀应力假设与真实应力非均匀分布之间的差异,利用滤波反投影算法重建出应力场;根据应力与换能器激励电压的线性关系,用4种激励电压动态校准重建后的应力数据。实验定量测量了圆形晶片超声换能器在固体内部辐射的瞬态纵波场的应力分布,结果表明应力幅值与激励电压成正比,符合线性规律。     

有限角光学计算机层析重建中的投影采样研究

针对光学计算机层析术(Optical Computerized Tomography,OCT)中有限角条件下的严重非完全数据重建问题,提出了正交投影采样,结合基于改进的代数重建术(ART)的先验知识算法,以在尽可能少的投影方向数下较好地重建含遮挡物的三维流场。通过计算机模拟,详细讨论了在有限角条件下含遮挡物的三维流场的非完全数据重建精度及误差分析。结果表明,在有限角及含遮挡物条件下,采用正交投影采样可以极大地减少严重非完全数据重建中的误差,提高重建精度,从而为将光学计算机层析术应用于非完全数据的实测中提供了参考。     

基于压缩传感和代数重建法的CT图像重建

代数重建法(ART)是一种重要的CT图像重建方法,适合于不完全投影数据的图像重建,其缺点是重建速度慢。为提高图像重建的质量和速度,利用压缩传感理论提出了一种基于ART的高质量图像重建算法。该算法将CT图像的梯度稀疏性结合到ART图像重建中,在每次迭代中的投影操作结束后用梯度下降法调整全变差,减小图像梯度的l1范数。实验结果验证了该算法的有效性。     

三维磁共振电阻抗成像的改进分层灵敏度算法

针对人体组织电导率的三维成像问题,提出一种改进的分层灵敏度磁共振电阻抗重建算法.利用单方向磁感应强度信息,对三维电导率图像实行分层重建,每层重建仅利用该层磁通密度分量测量数据,然后对单层重建结果进行修正以获得三维电导率重建图像.三介质长方体模型上的仿真实验证明,改进的分层重建算法改善了层间串扰现象,可以获得比一般分层算法甚至整体算法更高的图像分辨率,而且重建时间较整体算法显著减少;基于人体腿模型的仿真实验表明该算法对复杂模型三维重构的可行性;最后通过仿体实验验证算法的重建效果.改进的分层灵敏度重建算法降低了灵敏度矩阵法的计算机硬件需求,减少了重建时间,对MREIT的三维重建具有较高的成像精度和求解效率.     

光子计数集成成像的压缩与重构

集成成像技术作为一种重要的裸眼三维显示技术,在完整记录三维场景信息的同时,庞大的数据量给传输和存储带来了压力。为了实现图像的有效压缩和重构,根据光子计数集成成像的特点,基于分布式压缩感知理论,提出用于图像压缩与重构的方案。该方案将图像分为参考图像和非参考图像两类,对其设置不同的测量率并分别进行重构。为保证非参考图像的重构质量,提出一种联合重构算法。该算法首先对非参考图像进行分块测量,依据与参考图像之间的相关性进行图像块分类,然后结合参考图像测量值信息构建新的测量矢量,利用新的测量矢量完成初次图像重构。为了进一步提升图像重构质量,对初次重构结果进行二次残差补偿重构,获得最终重构结果。最后通过设置不同的测量率进行了大量实验,实验结果表明,所提算法在测量率为0.25时,图像重构质量可以达到30 dB,测量率为0.4时,图像质量可以达到35 dB,算法性能具有一定的优越性。     

三维混合域重建算法在太赫兹全息成像中的应用

提出了一种三维混合域重建算法,该算法在垂直方位向采用空间波数域匹配滤波,结合距离水平方位域后向投影技术完成目标三维重建。与三维波数域算法相比,该算法不仅避免了复杂的三维Stolt插值,还继承了后向投影技术便于处理运动补偿的优点。相比传统的三维时域后向投影算法,该算法通过在垂直方位向的波数域处理,运算量显著减少。通过对0.2 THz波段仿真和实验数据的重建,验证了算法的正确性和有效性。