含散射闪光照相系统的布局优化

为了提高现有照相系统的图像品质,对使用CCD探测器的法国客体(FTO)照相布局进行了优化,获得最佳图像品质因子下的照相布局。研究结果为：在模糊实验测量结果和高斯分布近似下,系统放大倍率为2.0;后保护器件距离客体50 cm;系统布局总长与探测系统的噪声相关,噪声越大,布局总长越短,最优布局总长的范围为3~5 m;实验验证了这一结果。     

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。     

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。     

闪光照相散射模拟结果实验检验

在介绍照射量计算方法的基础上,依据散射的主要来源,给出了一种从实验上检验蒙特卡罗散射模拟精度的方法。该方法的核心是：构造一对有关联的照相布局二者具有相同的直穿强度和不同的散射强度,两种照相布局的成像图像之差对应于它们的散射之差,其中前者可以用实验测量得到而后者可以用蒙特卡罗模拟得到,我们对三组客体模型进行了闪光照相实验和蒙特卡罗数值模拟,发现每一种客体模型下的成像图像之差及散射之差的分布形状都非常相似,并且具有几乎一致的比例系数约为4.95。     

模糊和散射对闪光照相边界检测的影响

借助蒙特卡罗方法模拟闪光照相过程,研究了模糊和散射因素对边界检测的影响。结果表明：模糊与边界退化量的变化关系依赖于相邻飞层的材料、密度和尺寸;相同客体结构下,模糊越大,边界退化量也越大;客体结构不同,相同模糊下的边界退化量也不同;散直比越大,散射对边界检测结果的影响也越大,当散直比大于50时,散射引起的边界检测误差超过1个像素。     

闪光照相系统的散射分布与降散射的数值模拟

对法国试验客体（FTO）的3 m照相系统建模,利用Monte-Carlo方法模拟X光子输运过程,得到了系统的散射分布和系统器件对散射的贡献。结果表明：后保护锥是系统散射的主要来源,对于任意一点,后保护锥的散射占总散射的75%以上。FTO的散射主要是FTO外层材料和边缘的散射,这部分散射占客体总散射的90%以上。利用坡度准直器对系统散射严重的区域进行的降散射,表明坡度准直器是一个很好的降散射器件,能有效提高图像质量。     

闪光照相中的后锥散射

高能闪光照相中散射辐射严重影响信息的提取。后保护系统（后锥）是散射的最主要来源，这一结论已被实验和数值模拟所证明。虽然利用X射线输运的MC计算程序可以给出散射分布，但在高散射情况下程序计算结果的正确性和可靠性必须经实验的检验。     

闪光照相中侧向散射的数值模拟

散射是闪光照相诊断技术中需要重点考虑的一个关键性问题,弄清散射的影响因素及其来源对于提高客体信息诊断精度具有十分重要的促进作用。针对法国实验客体照相系统,采用蒙特卡罗方法,系统研究了侧向散射的影响因素及其来源。结果表明:在没有侧向保护器的情况下,前保护器是侧向散射的主要来源,对任一点,前保护器的散射贡献均达到50%以上,并且侧向散射沿光轴方向呈递增或递减分布。在有侧向保护器情况下,侧向散射照射量有所减小,在与光轴垂直方向呈中间高两边低的单峰分布。增大侧向记录距离不一定带来侧向散射的降低。在适当的记录距离下,得到了较为均匀的散射分布。     

闪光照相系统的散射分布与降散射的数值模拟

 对法国试验客体（FTO）的3 m照相系统建模,利用Monte-Carlo方法模拟X光子输运过程,得到了系统的散射分布和系统器件对散射的贡献。结果表明：后保护锥是系统散射的主要来源,对于任意一点,后保护锥的散射占总散射的75%以上。FTO的散射主要是FTO外层材料和边缘的散射,这部分散射占客体总散射的90%以上。利用坡度准直器对系统散射严重的区域进行的降散射,表明坡度准直器是一个很好的降散射器件,能有效提高图像质量。     

闪光照相中侧向散射的数值模拟

散射是闪光照相诊断技术中需要重点考虑的一个关键性问题,弄清散射的影响因素及其来源对于提高客体信息诊断精度具有十分重要的促进作用。针对法国实验客体照相系统,采用蒙特卡罗方法,系统研究了侧向散射的影响因素及其来源。结果表明：在没有侧向保护器的情况下,前保护器是侧向散射的主要来源,对任一点,前保护器的散射贡献均达到50%以上,并且侧向散射沿光轴方向呈递增或递减分布。在有侧向保护器情况下,侧向散射照射量有所减小,在与光轴垂直方向呈中间高两边低的单峰分布。增大侧向记录距离不一定带来侧向散射的降低。在适当的记录距离下,得到了较为均匀的散射分布。     

闪光照相中散射分布均匀性的影响因素

为了在客体密度重建过程中采用迭代法扣除散射X射线的影响,提出了以散射分布均匀为主要目的的闪光照相系统设计思想。在介绍散射分布均匀性定义的基础上,分析了均匀扣除散射所带来的光程差。采用蒙特卡罗方法研究了系统放大倍数、照相距离以及后防护锥到图像接收系统的距离对散射分布均匀性的影响。结果表明：后防护锥到图像接收系统的距离是影响散射分布形状和散射照射量大小的一个主要因素;当后防护锥到图像接收系统的距离为55 cm左右时,散射分布均匀性近似最佳,而且照相距离越大,散射分布均匀性越好。这些研究结果可用于实际闪光照相系统的优化设计,在图像接收系统的响应范围内达到使散射分布均匀和降低光源模糊影响的目的。     

高能闪光照相中的能谱优化

在高能闪光照相技术中,提高图像接收平面上直穿与散射的比值有利于有效信息的提取。利用蒙特卡罗方法对法国实验客体的照相过程进行模拟,得到图像接收区域直穿分量与散射分量的能谱分布,依据其分布的特点提出了利用能谱优化来提高接收区域直散比的方法,指出添加衰减屏可以达到能谱优化的效果。依据线吸收系数的变化趋势以及实际加工的难度选择钽作为优化能谱的材料,并根据最小照射量的限制得到了最大的衰减屏厚度。最后通过蒙特卡罗模拟,指出添加9 mm的衰减屏能够对照相结果的优化程度最好,照射量满足要求,而直散比上升到原来的3倍左右。     

高能闪光照相中的能谱优化

在高能闪光照相技术中,提高图像接收平面上直穿与散射的比值有利于有效信息的提取。利用蒙特卡罗方法对法国实验客体的照相过程进行模拟,得到图像接收区域直穿分量与散射分量的能谱分布,依据其分布的特点提出了利用能谱优化来提高接收区域直散比的方法,指出添加衰减屏可以达到能谱优化的效果。依据线吸收系数的变化趋势以及实际加工的难度选择钽作为优化能谱的材料,并根据最小照射量的限制得到了最大的衰减屏厚度。最后通过蒙特卡罗模拟,指出添加9 mm的衰减屏能够对照相结果的优化程度最好,照射量满足要求,而直散比上升到原来的3倍左右。     

X射线闪光照相杆箍缩二极管技术最新进展

综合介绍了杆箍缩二极管的应用背景、工作原理和目前的研究概况,并阐述了目前较为典型的两种二极管,即真空杆箍缩二极管和等离子体填充杆箍缩二极管的性能。详细介绍了已经用于地下实验的Cygnus装置的运行参数和实验结果。最后分析了杆箍缩二极管在X射线闪光照相领域的发展前景。     

用于闪光照相的准直器设计及性能

为了实现高度准直同时较好地保留飞层界面信息,针对高能闪光照相实验中常用的准直技术,改进了设计方法,以法国实验客体（FTO）为例,利用蒙特卡罗程序对光子电子耦合输运过程进行数值模拟实验,验证了所提出的准直器的性能,对采用该准直器技术下的模拟照相结果进行了准直器光程扣除方法研究,结果表明：改进的准直器将客体芯部区域的散射照射量降低99.8%,接收平面处的客体信号动态范围降低99.7%,同时在图像中完整地保留了客体外界面信息;对准直器轴向分层照相的方法可以获得误差小于0.1的客体光程。     

种基于偏微分方程约束的闪光照相图像重建算法

针对闪光照相图像信噪比低的特点,提出了一种基于偏微分方程基于非线性PDE的约束的图像重建算法,该算法在重建迭代过程中引入了基于非线性PDE的平滑约束来抑制图像噪声,同时保护图像边缘。数值试验结果表明:相比于Landweber和预优约束共轭梯度（PCCG）重建算法,新算法具有更强的抗噪能力和边缘保护能力,是一种更加有效的闪光照相图像重建算法。