三维显微CT扫描系统的X射线源焦点投影坐标测量方法

针对实际的三维显微CT成像系统射线源焦点和探测器成像面位置不能直接测量的问题,提出了一种简单易行的射线源焦点投影坐标精确测量方法.基于球体在锥束射线场中的投影为椭圆的原理,利用双球目标体成像获得的数字射线投影图像,配合图像、图形处理方法和最小二乘拟合技术求取二椭圆的长轴交点,该点坐标即为射线源焦点的投影坐标.实验结果表明,所提出方法的测量精度达到了实际显微CT扫描系统的重建要求,并且实现简单、具有较强的抗噪能力.     

基于激光尾波加速的涡轮叶片高能X射线CT

发展微焦点高能X射线源技术是实现高精度高能工业CT突破的关键,基于激光尾波加速驱动高能轫致辐射源开展了微焦点高能X射线源产生以及对涡轮叶片高能CT成像研究。利用一台20 TW钛蓝宝石超快超强激光器,通过电离注入的方式获得了（140±44）pC的高能电子束,并使用1.5 mm厚钨靶产生了累积源尺寸为25 μm的高能轫致辐射X射线。利用该微焦点高能X射线源,采用基于压缩感知的CT重建算法,在获取较少角度投影（31个角度）的情况下,获得了对涡轮叶片叶榫结构的CT重建。     

线焦斑X射线源成像

为解决普通X射线源光通量和空间相干性的矛盾,本文提出一种焦斑为线状的新型X射线源.理论上,本文所提的射线焦斑为理想的线,沿线方向上提供高通量光子;垂直线方向光源为空间相干光,可为系统提供高分辨率图像.沿着线方向上,图像会损失细节,为补偿该方向上图像的损失,利用旋转叠加的方法,重构出高分辨率图像.在频率域,分析了旋转叠加空间频率传递函数值的分布特性,其结果表明:相对单个图像,频率传递函数在频域的各个方向,传递函数特性有大幅度提高,从而可以传递图像高空间频率成分.基于普通X射线管,实现了该种射线源,并利用实验验证了该方法的有效性.     

基于二维直方图和模糊熵准则的阈值化方法

图像分割是图像分析、识别和理解的基础。图像分割主要是指将图像分成各具特性的区域并提取出感兴趣目标的技术,其研究多年来一直受到人们的高度重视;阈值化法是图像分割的一种重要方法,在图像处理与识别中广为应用;针对图像分割中细节往往被忽略导致后续处理困难的问题,基于模糊关系和最大模糊熵原理提出了一种阈值化方法,对二维直方图进行模糊分割;为了获得图像分割中的细节,提出的方法根据最大熵原则自动确定模糊区域和门限,进而获得二维模糊熵和遗传算法最优解,最后获得图像细节;通过对不同灰度水平和颜色类型图像进行实验比较,实验结果表明提出的方法优于二维非模糊方法和一维模糊熵分割法,得到该方法在图像分割中获得细节的结论。     

基于全局约束的监督稀疏保持投影降维方法研究

非约束环境下采集的人脸图像复杂多变,稀疏保持投影降维效果不理想。鉴于此,提出一种基于全局约束的监督稀疏保持投影(SSPP-GC)算法。通过引入监督超完备字典和类内紧凑度约束,增强同类非近邻样本的重构关系;并且,在低维投影时增加全局约束因子,使得投影矩阵既考虑了样本的局部稀疏关系,也考虑了全局分布特性,进一步消除异类伪近邻样本的低维映射影响。在AR库、Extended Yale B库、LFW库和PubFig库上进行实验仿真,大量实验结果验证了本文算法的有效性。     

基于声光折射的聚焦超声焦点声压检测

提出了一种基于声光折射对聚焦超声焦点声压进行非侵入式检测的方法。当一束直径小于声波长的平行光束入射穿过聚焦超声的焦点时,通过研究焦点声压与光线偏转的具体关系,建立了光线最大偏转距离与焦点声压变化的关系模型,从而计算出焦点峰值声压。为了对理论模型进行验证,采用凹球面型聚焦换能器进行实验研究。通过与采用光纤水听器测量的结果进行对比,证明理论模型的可行性。结果表明实验得到的光斑图像与理论分析的结果一致,且用该方法测得的焦点峰值声压与光纤水听器测量的结果相比,相对误差小于15%,证明该方法具有可行性,能够定量检测焦点峰值声压。模型的提出也为将声光折射效应用于整个聚焦声场的定量检测提供了实验依据和理论依据。     

聚焦电子束对透射式微焦点X射线源的影响

微焦点X射线源是微计算机断层扫描技术设备的核心部件。研究了电子束在靶材中的横向扩散引起的透射式微焦点射线源的焦点尺寸和强度的变化规律。结果表明:当打靶电子束的束流密度遵循高斯分布时,其产生的X射线强度也遵循高斯分布,该分布的标准差可以用来精确表示X射线的焦点尺寸;当靶材厚度可以使沉积电子束的能量达到60%时,对应的靶材产生的X射线强度最高;随着靶材厚度增加,X射线的焦点尺寸逐渐变大;增大电子束的加速电压可以适当减小X射线的焦点。本研究为透射式微焦斑X射线源的靶材选择和设计提供了理论依据。     

基于约束优化的闪光照相图像重建算法

针对闪光照相图像受模糊及噪声影响的问题,提出了一种基于约束优化的闪光照相图像重建算法。该算法建立基于平行束投影的正向成像矩阵,并通过嵌入模糊矩阵表达成像过程中的模糊因素,采用最速下降法求解重建问题。在算法中设计了预优矩阵以提高迭代重建速度,利用客体密度值非负、密度分布分段光滑并含有阶跃性边界的先验知识,设计和采用了非负约束、光滑约束及广义变分边界约束条件。对仿真FTO客体图像及实际闪光照相图像的重建结果表明,基于约束优化的重建算法具有良好的边界保持能力及噪声抑制能力,可以有效提高图像重建质量。     

9MeV,小于0.1mm微焦点X射线源验证实验

密度高、成像分辨率高、成像速度快的X射线数字成像检测需要高能微焦点大剂量X射线源,高品质电子源是实现这一X射线源的关键手段。基于中国工程物理研究院太赫兹自由电子激光的主加速器,验证了低发射度、低能散度的高亮度电子束实现高能微焦点的可行性,得到电子束半高全宽尺寸小于70μm的9 MeV微焦点,并初步开展成像实验,双丝像质计焦斑清晰分辨9D号丝,丝直径0.13 mm。     

含系统模糊的闪光照相正向成像技术研究及应用

<正>向成像技术是正向计算与反演相结合的密度重建技术的基础。为了正确获取闪光照相面光源下复杂客体的正向计算数值图像,提出了面光源点源化的思想,并用窗口化的探测系统模糊、径迹法等技术得到了更加准确的、含系统模糊的正向投影矩阵以及方程。利用含系统模糊的正向投影方程计算实验客体的正向投影,获得了与实验结果一致的边界信息。含系统模糊的正向投影方程和逆问题求解的约束共轭梯度法合成了整体密度重建方法。整体密度重建方法应用于FTO客体的模拟图像和实验图像,都能够将模糊控制在1~2个像素。     

基于人工蚁群的红外图像分割算法

基于人工蚁群的红外图像分割方法利用模糊非线性增强算子作为启发信息,与信息素共同指导蚂蚁的行为。通过蚂蚁行走路径上的信息素分布进行更新,使得分布在目标路径上的信息素逐渐增大,逐渐向分割图像收敛,最后根据信息素分布提取分割结果。仿真和实验表明,该算法对真实图像得到了理想的分割结果。     

联合梯度预测与导引滤波的图像运动模糊复原

针对由相机与所摄景物之间发生相对位置移动所导致的图像运动模糊,提出了一种鲁棒的基于单幅运动模糊图像的盲反卷积算法。该方法首先通过预测图像中的较强边缘信息,实现用简单、易于求解的优化问题在傅里叶域中快速、准确地估计出点扩散函数。然后利用得到的点扩散函数,使用基于梯度约束的非盲反卷积算法复原清晰图像,同时采用一种新的边缘保持滤波器-导引滤波来消除噪声并抑制振铃效应。实验结果表明：本文的算法能够快速地从单幅运动模糊图像复原出具有清晰边缘和纹理的高质量图像,并且运算时间不超过20 s。     

移动视觉测量中基于空间交会的匹配方法

移动视觉测量中大量非编码点粘贴在被测物表面。由于图像点在不同站位图像中形状相似,因此无法提供足够多的信息来对其进行分类识别,匹配不同图像间的非编码点是移动视觉测量中的一项重要任务。大量研究证明,极线匹配方法是实现图像点匹配的有效方法。然而移动视觉测量的相机是未经过标定的,在利用极线匹配方法时,图像畸变会使基本矩阵求解精度较低,从而导致大量误匹配情况出现。为了解决该问题,提出一种基于空间交会的非编码点匹配方法。该方法通过不同图像间编码点的自动匹配,结合平差优化算法初步获取各站位的内外参数。然后利用这些参数将二维图像点重投影成对应的三维空间直线,在空间中利用直线间的交会关系确定图像匹配点。大量实验证明,该方法可以比极线匹配方法寻找更多的匹配点,更适合用于移动视觉测量。     

基于Mojette频域最小冗余覆盖的有限角度计算机层析成像重建

基于Mojette投影变换的空域与频域性质,提出频域最小冗余覆盖的有限角度计算机断层成像(CT)重建算法。其中频域最小冗余覆盖即空域投影采样最少,也就是重建图像的投影数目最少、效率最高。通过研究发现了Mojette投影数据在其频域上的等效关系,将投影压缩在有限角度范围内,实现了有限角度CT图像重建。实验结果表明利用所提方法可得到较好的重建结果。     

基于数字射线成像的运动降质图像的恢复

当利用X射线数字成像技术对在流水线上运动的工件进行检测时,图像采集系统与工件在曝光时间内发生相对运动,造成了采集到的图像运动模糊降质。通过对运动降质产生机理的理论分析,建立了图像降质的离散退化模型。提出了利用运动模糊降质点扩展函数频域特性加上投影均值最大法来测量模糊运动方向的方法。旋转运动模糊图像的幅度谱图像,利用整列投影值最小法提取运动模糊降质点扩展函数长度。利用维纳滤波法对模糊降质图像进行了恢复,取得了较好的效果。     

基于双阈值视觉注意模型的图像关注焦点检测

 图像关注焦点（FOA）检测是基于人眼视觉关注模型的图像感兴趣区提取的关键技术。为了更加精确、合理地搜索图像关注焦点,提出一种基于双阈值视觉关注模型的FOA检测算法。算法首先提取图像的亮度、颜色、方向和离散矩变换（DMT）特征,生成各个特征对应的特征图;然后将各特征图合并为一张包含多种特征的显著图;最后根据显著图的灰度直方图建立静态阈值与动态阈值,确定图像关注焦点的位置与数量。实验结果表明：新算法在图像关注焦点检测的准确性上较Itti模型有更为优秀的表现,更符合人眼视觉的关注习惯。     

联合深度去噪先验图像盲去模糊

目前,基于统计先验的图像去模糊方法对噪声敏感,细节恢复能力有限,而基于先验学习的算法对图像及其模糊类型、噪声水平等适应性较差。针对上述问题,基于图像模糊前后像素直方图统计,首先提出一种简单有效的低值像素先验。然后针对现有方法对图像去模糊后出现大量噪声或伪影等问题,设计深度卷积神经网络学习图像深度去噪先验,并联合低值像素先验、梯度稀疏先验提出新的去模糊模型。同时,在模糊核估计过程中,利用图像分解方法分离出图像的结构层,并在结构层估计模糊核,获得更为准确的估计结果。大量实验结果表明,本文算法不仅具有很好的细节恢复能力,且对图像及其模糊类型、噪声水平等更具稳健性。与现有主流算法相比,本文方法优势明显。     

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。     

用于计算成像系统的基于信噪比自适应估计的图像去模糊研究

实现有效的图像去模糊对提高基于球面光学的计算成像系统性能具有极为重要的意义。分析了球面光学系统中的成像模糊模型,并介绍了基于维纳去卷积的图像去模糊算法。针对基于维纳去卷积的图像去模糊需要准确地估计模糊图像信噪比的问题,提出了一种新的基于图像去噪的图像信噪比自适应估计算法。分别使用Zemax光学仿真软件获得的图像和研制的基于球面光学的计算成像系统原理样机获得的图像开展实验研究,结果表明提出的算法能准确地估计出模糊图像的噪声方差和信噪比,利用估计得到的信噪比,使用维纳去卷积能得到比较理想的图像去模糊结果。因此,结合提出的方法,基于球面光学的计算成像系统能得到清晰的高分辨率图像。     

非全息衍射投影（英文）

提出了一种无需全息计算和相干照明的衍射投影方法和投影系统,利用非相干的准直LED光源和傅里叶变换透镜取代全息迭代计算获得被投影图像的空间频谱,再利用空间频谱在自由空间中的瑞利索墨菲衍射实现了小投射比、无限景深的图像投影.详细推导了投影方法的成像过程,解析了投影系统的强度脉冲响应函数.实验搭建了一套非全息衍射投影系统,对投影过程中产生的像差和亮度不均匀进行矫正,获得了无相干噪音的高品质衍射图像,实现了投射比为0.87的无限景深的衍射投影.在相距大于800 mm的不同深度平面上同时获得了清晰的投影图像,从而验证了方法的可行性.该投影方法和系统在球幕投影、任意曲面屏幕投影和增强现实投影等领域具有潜在的应用.