高通量层析成像光谱仪的仿真研究

介绍了高通量层析成像光谱仪的基本原理和原理装置 ,并且提出了直视棱镜等三种色散方案。设计了基于分块矩阵的迭代算法 ,降低了丢失锥体对重构数据立方体的影响。通过计算机仿真实验 ,得到了 6 1× 6 1的空间分辨率和 13个波段的光谱像 ,试验结果证实了该原理是正确的 ,算法是快速、收敛、可靠的。     

光谱分辨率可调的新型干涉成像光谱技术研究

针对色散型和静态干涉型成像光谱仪光谱分辨率固定、系统效能得不到充分发挥等问题,提出了一种光谱分辨率可调的静态双折射干涉成像光谱技术.该技术的创新点之一在于,仪器的光谱分辨能力可调,且调节范围较宽.对于不同的探测目标,利用这一技术,只获取有用的光谱数据,既能满足多目标、多任务光谱图像探测的需要,又可大幅减少对存储空间和通信带宽的占用,有效缩短数据处理时间,提高系统信噪比,从而使仪器总体性能达到最优.本文给出了新技术的具体实现方案及理论模型,对核心元件—横向剪切量可调的新型双Wollaston平行平板分束器进行了光线追迹,给出了其横向剪切量的精确理论计算公式,深入分析了其分光及横向剪切量调节原理.在此基础上,研究了新技术的光谱分辨率调节特性,给出了其光谱调节范围,并对其光谱调节原理进行了实验验证.     

计算层析成像光谱仪的仿真研究

介绍一种无需时间或空间扫描的新型成像光谱仪计算层析成像光谱仪 (CTIS) ,并对其基本原理进行了详细叙述和方程式表达。系统的投影矩阵是由理论推导得出 ,采用广义矩阵的截断奇异值分解法作为计算机层析成像重建算法。为了便于计算机仿真 ,建立了一种简单的数理模型。仿真实验表明该理论、数理模型和算法准确合理 ,且算法的重建效率高、系统误差小     

层析型线阵推扫成象光谱技术及其仿真研究

本文设计了一种层析型线阵推扫成象光谱仪。与色散型推扫成象光谱仪或干涉型推扫成象光谱仪不同的是,它用线阵CCD代替面阵CCD,同时又具有高通量、多通道、高信噪比、结构简单、轻量等优点。其基本原理是利用光栅的多级衍射实现视场条带目标的一维空间和一维光谱组成的“空间-光谱平面”到一维投影象的Radon变换,然后由逆Radon变换重构二维数据(一维光谱和一维空间),另一维空间信息通过推扫便可得到。文章还提供了重构算法和计算机仿真试验结果,验证了算法和方案的可行性。     

正则化处理在层析成象光谱技术中的应用

本文首先介绍了层析成象光谱技术的基本原理和奇异值分解法在层析成象光谱技术中的一般应用。其次,为了改善层析成象系统的病态性,在硬件上,可通过设计光栅各衍射级数的衍射效率从而降低投影矩阵的谱条件数;在软件上,通过引入正则化处理,改善了层析成象系统的稳定性,降低了噪音对重建的光谱图象的影响。最后,我们通过计算机模拟试验进一步证实了理论的合理性和准确性。     

利用成像光谱技术的光纤光栅多传感器复用

根据光纤光栅多传感器复用时信号的光谱特征，提出了采用成像光谱技术对复用信号进行解调的方案。在分析了成像光谱复用方案原理、推导了其测量分辨率及复用能力等主要性能指标的基础上，给出了验证实验系统及相应实验的结果。     

连续推扫计算光谱成像技术

计算光谱成像技术具有高通量、快照成像等优点,但快照成像采样数据量不足,导致利用压缩感知方法重构图谱精度很低。通过对计算光谱成像技术各个环节进行系统研究,提出一种新型的连续推扫计算光谱成像技术,利用正交循环编码孔径代替传统的随机编码孔径,通过逐行扫描方式及正交变换可完整重构图谱数据。仿真和实际成像结果表明,连续推扫计算光谱成像技术可消除图谱混叠影响,理论上可完全重构图谱信息,重构图谱精度明显优于传统的计算光谱成像技术。相比国际上提出的多次曝光计算光谱成像技术,连续推扫计算光谱成像技术不需要改变编码孔径与探测器间的相对位置,也不需要凝视成像,系统中没有活动元件,稳定性高,适用于常规航空航天遥感推扫成像。     

并行压缩感知计算层析成像光谱

计算层析成像光谱既有传统成像光谱仪获取目标二维空间和一维光谱“图谱合一”的能力,还具有高通量测量和免扫描特性,在光谱成像领域拥有广泛应用场景并得到大量研究。根据中心切片定理,计算层析成像光谱仪性能主要受焦平面阵列探测器(FPA)和二维色散元件的性能制约,以往研究主要在改进二维色散元件设计以增加衍射级次和投影角度以提高精确重建光谱所需的采样量。从FPA二维色散投影测量入手,提出并行压缩感知理论和计算层析成像光谱结合的方法,构建并行压缩感知计算层析成像光谱模型,利用低分辨FPA实现更高分辨率的色散投影测量,最终实现高于传统计算层析直接测量的性能水平。该研究为验证该成像光谱模型的正确性与可行性,先选用高光谱数据集对色散投影直接测量模型进行了三光谱立方体到二维色散投影和并行压缩感知测量模型重建的仿真实验,在仿真结果正确的前提下使用连续谱激光器和反射式数字微镜进行了相应的光学系统实验,完成了投影矩阵的逐点精确标定,并提出提高标定效率的并行标定方法,将标定时间降低到单点标定的四分之一。结果显示并行压缩感知计算层析成像光谱可以获得更高的光谱重建质量,能获得高于FPA自身性能的高分辨光谱投影并大幅提高...     

深空探测拉曼光谱技术研究进展

拉曼光谱是一种新型且强大的月球与深空探测工具。介绍了深空拉曼光谱技术的原理及技术特点,梳理了国际上深空拉曼光谱技术的发展现状,介绍了目前国际上在研/在轨的5台拉曼光谱载荷的设计情况。在此基础上,对深空探测拉曼光谱技术的关键问题进行了分析总结,对该技术的下一步发展进行了展望。     

计算光谱成像技术的成像质量评价

计算光谱成像是一种新型的光谱成像技术,具有高通量、快照式成像等优点,但关于其成像质量评价的研究还很少。工作中探索了一种计算光谱成像系统成像质量的定量评价方法。该方法利用ISO 12233靶标作为目标源,进行成像、图谱信息重构,并通过测量重构图的调制传递函数(MTF)作为计算光谱成像系统的成像质量评价标准。结果表明,对于单帧采样,随着混叠谱段数的增加,重构图MTF迅速下降,当混叠波段的数目达到9个时,重构图MTF与目标场景图像相比已下降50%。该研究有助于理解计算光谱成像技术的优缺点,合理安排混叠谱段的数量,以精确地复原目标信息。     

CT计算机断层扫描成像实验

根据投影和断层成像原理,设计了CT计算机断层扫描成像原理性装置.使用该装置学生可以做硬件调试,软件编写、算法研究和系统测试等一系列实验,研究样品的投影成像和断层成像.本文从教学内容和教学方法上对CT计算机断层扫描成像实验进行了探讨.     

Magnetic resonance imaging and computed tomography in Pelizaeus-Merzbacher disease

Six patients with the classical form of Pelizaeus-Merzbacher disease (PMD) were studied with computed tomography (CT) and magnetic resonance imaging (MRI) of the brain. While final diagnosis of PMD should be made on the basis of histopathologic findings in the brain, findings in this group support the fact that MRI can be used for tentative early diagnosis when computer tomographic examination is normal or nondiagnostic. All patients had MRI findings reflecting a pattern of diffuse white matter disease that can be considered characteristic in the appropriate clinical setting.     

衍射增强计算机断层技术研究

对衍射增强计算机断层技术进行了分析研究，提出了一种新方法.应用该方法只需在摇摆曲线一点处对物体进行360°范围内旋转投影成像，即可获得物体的折射率梯度分布以及吸收系数与散射系数和分布.该方法较以前的方法，大大简化了实验步骤. 关键词： 同步辐射 衍射增强 计算机断层     

Attenuation correction of L-shell X-ray fluorescence computed tomography imaging

X-ray Fluorescence Computed Tomography (XFCT) is a widely-used experimental technique for investigating the spatial distribution of elements in a sample. However, image reconstruction for this technique is more difficult than for transmission tomography, one problem being self-absorption. In this work, we make use of known quantities and unknown density of elements of interest to express unknown attenuation maps. The attenuation maps are added to the contribution value of the pixel in the Maximum Likelihood Expectation Maximization (MLEM) reconstruction method. Results indicate that the relative error is less than 14.1%, which shows that this method can effectively correct L-shell XFCT.     

Magnetic resonance imaging of the chest: A diagnostic comparison with computed tomography and hilar tomography

Computed tomography (with and without contrast enhancement) provides excellent diagnostic accuracy for the evaluation of the chest. Oblique (55°) and anteroposterior hilar tomography is accurate for the evaluation of hilar nodes and masses. Magnetic resonance techniques provide excellent differentiation of vascular and nonvascular structures and therefore should be useful in the hilum and mediastinum. Magnetic resonance imaging was used in 55 patients with known pathologic conditions in the mediastinum, hilum, and lungs to determine the accuracy and efficacy of this technique compared with computed and hilar tomography. The pathologic conditions included primary and metastatic neoplasms, benign masses, vascular abnormalities, and pulmonary nodules and infiltrates. Spatial resolution with magnetic resonance imaging is less than with computed tomography with our instrument (0.15 T resistive magnet). However, in the hilum and mediastinum, magnetic resonance imaging provided diagnostic information equal to that of computed tomography with contrast in 90% of patients. Vascular and nonvascular structures were more easily differentiated than with hilar tomography. Computed tomography was far superior in the evaluation of multiple pulmonary nodules. Lesions of the chest wall were better seen with magnetic resonance imaging because of the improved soft tissue contrast.     

临边成像光谱仪的发展现状与进展

介绍了临边观测模式的探测原理及其特点,给出了美国、欧洲等发达国家关于临边成像光谱仪的研究状况,并列出了各临边成像光谱仪的核心设计方案及具体的技术指标。最后,介绍了国内唯一一例临边成像光谱仪的开展情况,包括设计方案到技术指标。通过对比分析国内外临边成像光谱仪的研究进展,为我国进一步提高临边成像光谱仪的性能及技术指标提供了理论基础。     

针孔单光子发射计算机断层成像的空间分辨率研究

针孔单光子发射计算机断层(SPECT)成像的空间分辨率通常是根据Anger经验公式来进行估算,与实际测量存在较大偏差.本文通过对针孔成像的物理过程进行分析,提出了一个近似度更高的计算公式.利用精确的蒙特卡罗方法模拟针孔SPECT成像,采用OSEM(ordered subsets expectation maximization)算法对投影数据进行图像重建,并与模具实验进行比较,验证了理论公式的适用性.同时还讨论了体素尺寸、几何映射获取投影矩阵以及探测器尺寸与成像物体尺寸比值对断层图像空间分辨率的影响.实验结果显示,该理论公式所估算的空间分辨率比实验值平均偏小约10%,而Anger经验公式所估算的空间分辨率比实验值平均偏大约60%.因此,该理论公式能更好地估算针孔SPECT成像的空间分辨率,可为针孔SPECT系统的设计和使用提供有价值的参考.     

环形阵列超声断层扫描高分辨率成像方法

介绍了针对环形阵列超声断层扫描的高分辨率全波形反演成像方法,不同于传统的延时叠加和渡越时间断层扫描,该方法充分考虑声传播的透射、反射、散射等特点,通过数据匹配的方法重构目标体声学参数图像。开发了环形超声换能器阵列构建超声断层扫描成像系统,并设计了适合检验成像算法的数值和物理模型,分别使用基于射线理论的回波延时叠加和初至波渡越时间断层扫描、以及基于波动理论的全波形反演方法对目标体进行图像重建,并对比其原理、分辨率、计算量等方面的特点,系统性分析了波动方法相对传统射线方法的优点和不足。结果表明,全波形反演这类充分考虑接收信号多种物理特征的方法可用于较高分辨率的声参数成像,适合与传统方法结合设计有效的超声断层扫描成像系统。     

Magnetic resonance imaging of soft-tissue tumors: Comparison with computed tomography

Twenty-seven patients with soft-tissue tumors were examined with a Picker 0.15-tesla resistive magnet and by computed tomography (CT). In all but one patient, MRI was better than or equal to CT in defining the anatomic extent of the tumor. We could determine whether major vascular structures were engulfed by the tumor in 80% of the MRI examinations but only in 62% of the CT scans. MRI and CT were equally effective in determining the presence or absence of bony invasion. The MRI images of all the tumors showed increased signal intensity relative to normal muscle when spin-echo (SE) sulse sequences with long repeat times were used (SE: echo time [TE], 60 ms; repetition time [TR], 2,000 ms). When T1 weighted pulse sequences were used (SE: TE, 30 ms; TR, 500 ms or inversion recovery: inversion time, 500 ms; TE, 40 ms; TR, 2,000 ms) the malignant tumors showed decreased signal intensity compared to normal muscle. Only lipomas showed high signal intensity on both T1 and T2 weighted pulse sequences.     

An ART iterative reconstruction algorithm for computed tomography of diffraction enhanced imaging

X-ray diffraction enhanced imaging （DEI） has extremely high sensitivity for weakly absorbing low- Z samples in medical and biological fields. In this paper, we propose an Algebra Reconstruction Technique （ART） iterative reconstruction algorithm for computed tomography of diffraction enhanced imaging （DEI-CT）. An Ordered Subsets （OS） technique is used to accelerate the ART reconstruction. Few-view reconstruction is also studied, and a partial differential equation （PDE） type filter which has the ability of edge-preserving and denoising is used to improve the image quality and eliminate the artifacts. The proposed algorithm is validated with both the numerical simulations and the experiment at the Beijing synchrotron radiation facility （BSRF）.