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无吸收光栅的X射线相位衬度成像实验研究

物理学报 2012年第16期61卷 130-134页

作者：杨强刘鑫郭金川雷耀虎黄建衡牛憨笨深圳大学光电工程学院光电子器件与系统教育部重点实验室深圳518060

通过对基于空间相干源和具有分析光栅功能的X射线转换屏的微分干涉X射线相位衬度成像系统的理论分析,利用线发射体阵列结构阳极X射线管和光助电化学刻蚀技术研制的相位光栅和具有分析光栅功能的X射线转换屏,组建了一种无吸收光栅的X射... 详细信息

通过对基于空间相干源和具有分析光栅功能的X射线转换屏的微分干涉X射线相位衬度成像系统的理论分析,利用线发射体阵列结构阳极X射线管和光助电化学刻蚀技术研制的相位光栅和具有分析光栅功能的X射线转换屏,组建了一种无吸收光栅的X射线微分干涉相衬成像系统.在此系统上开展了生物样品的实验研究,获得了较传统吸收成像更为清晰和更多样品结构信息的相位衬度图像.从而试验验证了该系统方案设计的可行性,为X射线相衬成像技术从实验室走向临床应用提供了有效途径.

关键词： X射线相衬成像阵列结构阳极相位光栅具有分析光栅功能的转换屏

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非线性体效应的逆问题

光子学报 2021年第2期50卷 13-20页

作者：黄建衡刘鑫雷耀虎李冀郭金川深圳大学物理与光电工程学院光电子器件与系统(教育部、广东省)重点实验室广东深圳518060

非线性体效应在计算机断层扫描重构的理论与应用中,仍然是一个悬而未决的问题。本文利用优化重构算法来解决非线性体效应,建立了离散非线性X射线投影变换模型,将X射线投影变换的逆问题变为一个非凸的优化问题,通过裁剪原用于求解凸优化... 详细信息

非线性体效应在计算机断层扫描重构的理论与应用中,仍然是一个悬而未决的问题。本文利用优化重构算法来解决非线性体效应,建立了离散非线性X射线投影变换模型,将X射线投影变换的逆问题变为一个非凸的优化问题,通过裁剪原用于求解凸优化问题的一阶原对偶算法,提出非线性迭代重构算法来解决非凸问题。通过构建成像系统模型对算法的收敛性和重构精度进行了模拟验证,模拟中重建的图像首先通过检验在极窄的显示窗口中显示小于1%的对比度,然后使用相对于真实图像的差异的l2范数进行定量分析。模拟结果表明,在计算精度范围内,非线性重构算法可以收敛到真实图像,而且对于图像衬度小于1%的细节,重构图像也可以显示出来。该研究结果可为设计有效补偿非线性体效应伪影的计算机断层扫描成像应用算法提供参考。

关键词： X射线计算机断层扫描非线性非凸优化迭代算法

CMOS图像传感器LUPA-4000具有开窗读出功能成像系统的实现

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传感技术学报 2010年第5期23卷 670-675页

作者：赵志刚郭金川杜杨黄建衡牛憨笨王健华中科技大学光电子科学与工程学院武汉430074 深圳大学光电子研究所光电子器件与系统教育部重点实验室深圳518060 深圳市信桥科技有限公司深圳518000

针对高端面阵CMOS图像传感器LUPA-4000驱动时序的特点,通过设计一套基于FPGA和ARM的成像系统,实现了LUPA-4000开窗读出功能。LUPA-4000工作模式、开窗位置及大小等拍照参数均可经上位PC机设置后,通过以太网发送至FPGA。所获取的图像信息... 详细信息

针对高端面阵CMOS图像传感器LUPA-4000驱动时序的特点,通过设计一套基于FPGA和ARM的成像系统,实现了LUPA-4000开窗读出功能。LUPA-4000工作模式、开窗位置及大小等拍照参数均可经上位PC机设置后,通过以太网发送至FPGA。所获取的图像信息在PC机中存储,并可按照实际窗口大小转换为bmp格式后进行显示。本文对在实现开窗功能过程中需要解决的三个主要问题:拍照参数的传递、LUPA-4000驱动时序的FPGA实现以及PC机端图像数据的格式转换,都进行了详细的描述。

关键词：成像系统开窗读出 FPGA CMOS图像传感器 Verilog 开窗以太网 JAVA

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X射线光栅微分相衬成像视场分析

物理学报 2016年第5期65卷 355-360页

作者：杜杨刘鑫雷耀虎黄建衡赵志刚林丹樱郭金川李冀牛憨笨深圳大学光电工程学院光电子器件与系统(教育部、广东省)重点实验室深圳518060

X射线光栅微分相衬成像对由轻元素构成的物质的内部探测具有传统吸收成像无法比拟的优势,尤其在癌症的早期诊断和轻元素材料及器件的无损检测等领域应用潜力巨大.大视场成像是影响该技术从实验室走向实际应用的重要因素.针对大视场成像... 详细信息

X射线光栅微分相衬成像对由轻元素构成的物质的内部探测具有传统吸收成像无法比拟的优势,尤其在癌症的早期诊断和轻元素材料及器件的无损检测等领域应用潜力巨大.大视场成像是影响该技术从实验室走向实际应用的重要因素.针对大视场成像的客观需求,基于菲涅耳衍射原理和光栅结构特征,建立了量化物理模型用于分析影响成像视场的因素,提出了实现大成像视场的有效途径,为未来大视场光栅微分相衬成像方法的设计和应用提供理论依据.

关键词： X射线成像光栅微分相衬成像成像视场

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硬X射线微分相衬成像的噪声特性分析

物理学报 2014年第16期63卷 443-449页

作者：黄建衡杜杨雷耀虎刘鑫郭金川牛憨笨深圳大学光电工程学院光电子器件与系统教育部重点实验室广东省光电子器件与系统重点实验室深圳518060 深圳大学光电工程学院光电子器件与系统教育部重点实验室广东省光电子器件与系统重点实验室深圳518060

量子噪声引起光强随机波动是影响X射线相衬图像质量的一个重要因素.提出了一种针对硬X射线微分相衬成像噪声特性的分析方法,通过数值模拟获得了量子噪声对成像结果的作用规律.模拟结果表明,折射像和散射像的噪声均方差与叠栅条纹对比度... 详细信息

量子噪声引起光强随机波动是影响X射线相衬图像质量的一个重要因素.提出了一种针对硬X射线微分相衬成像噪声特性的分析方法,通过数值模拟获得了量子噪声对成像结果的作用规律.模拟结果表明,折射像和散射像的噪声均方差与叠栅条纹对比度成反比关系,叠栅条纹对比度越大,统计所得的均方差值越小.在保证X射线探测效率的前提下,提高叠栅条纹对比度将有利于获得高质量的相衬图像,并为有效减少X射线曝光剂量提供条件.

关键词： X射线光学光栅相衬成像量子噪声叠栅条纹对比度

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利用劳条件求取双相位光栅干涉仪灵敏度

光子学报 2023年第1期52卷 162-170页

作者：杨君黄建衡单雨征雷耀虎宗方轲郭金川深圳大学物理与光电工程学院光电子器件与系统教育部/广东省重点实验室深圳518060

目前针对双相位光栅干涉仪灵敏度的分析存在着灵敏度模型不合理、理论结果不完整等问题,制约着系统灵敏度的提高。对此,提出了新的灵敏度模型,即物体所产生的条纹移动与光源位置变化产生的条纹移动是等效的。该灵敏度模型将物体对X射线... 详细信息

目前针对双相位光栅干涉仪灵敏度的分析存在着灵敏度模型不合理、理论结果不完整等问题,制约着系统灵敏度的提高。对此,提出了新的灵敏度模型,即物体所产生的条纹移动与光源位置变化产生的条纹移动是等效的。该灵敏度模型将物体对X射线的折射作用转化成了光源的移动,同时巧妙地利用了系统的劳条件将光源移动与成像条纹移动联系起来。利用新的灵敏度模型,成功获取了双相位光栅干涉仪和Talbot-Lau干涉仪的灵敏度,为优化系统灵敏度提供了理论指导。

关键词： X射线相衬成像 Talbot-Lau干涉仪双相位光栅干涉仪灵敏度劳条件

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基于级联光栅的X射线相衬成像实验研究

光子学报 2019年第1期48卷 38-42页

作者：李冀黄建衡雷耀虎刘鑫赵志刚深圳大学光电工程学院光电子器件与系统(教育部广东省)重点实验室广东深圳518060 深圳技术大学(筹)新材料与新能源学院广东深圳518118

为避免小周期高宽比吸收光栅的制作,提出了由泰伯-劳干涉仪和逆泰伯-劳干涉仪组成的级联光栅X射线相衬成像装置,该装置利用泰伯-劳干涉仪的自成像作为逆泰伯-劳干涉仪的源.通过实验验证了该方法的有效性,得到了成像系统的莫尔条纹和强... 详细信息

为避免小周期高宽比吸收光栅的制作,提出了由泰伯-劳干涉仪和逆泰伯-劳干涉仪组成的级联光栅X射线相衬成像装置,该装置利用泰伯-劳干涉仪的自成像作为逆泰伯-劳干涉仪的源.通过实验验证了该方法的有效性,得到了成像系统的莫尔条纹和强度振荡曲线.条纹最高对比度为17.4%,随着吸收光栅偏离零点位置,条纹对比度逐渐降低,但是在其位置跨越从-17mm到12mm的范围内,条纹对比度仍保持在10%以上.实验讨论了样品位置对成像灵敏度的影响,结果表明当样品位置靠近相位光栅两侧时,其成像灵敏度最高.本文的研究可应用于生物医学成像的大视场X射线相衬成像系统的设计.

关键词： X射线成像相位衬度泰伯-劳干涉仪逆泰伯-劳干涉仪灵敏度

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用于高分辨X射线显微镜的相衬方法研究进展

激光与光电子学进展 2013年第6期50卷 24-29页

作者：陈剑钊林丹樱黄建衡刘振伟牛憨笨深圳大学光电工程学院教育部和广东省光电子器件与系统重点实验室广东深圳518060

X射线显微镜具有很高的分辨率,但随着光子能量的增加和研究物体尺寸的减小,物体对X射线的吸收减少,X射线穿透物体后携带出来的信息很弱,成像对比度很低,因此对生物样品等轻元素组成的物质进行显微成像时需要借助相位衬度成像方法。介绍... 详细信息

X射线显微镜具有很高的分辨率,但随着光子能量的增加和研究物体尺寸的减小,物体对X射线的吸收减少,X射线穿透物体后携带出来的信息很弱,成像对比度很低,因此对生物样品等轻元素组成的物质进行显微成像时需要借助相位衬度成像方法。介绍了近年来新发展的几种应用于高分辨X射线显微镜的相衬方法,主要包括泽尼克(Zernike)相衬法、微分干涉法和离轴全息法。着重介绍了这几种相衬显微成像方法的基本原理和主要研究进展,并比较了各自的优缺点,力图通过X射线相衬显微成像技术的发展历程呈现其在生物样品内部结构检测中的潜在优势和主要问题。

关键词： X射线光学 X射线显微镜相衬成像泽尼克微分干涉离轴全息

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铋光栅X射线相衬成像条纹对比度的定量计算

光学学报 2017年第4期37卷 376-382页

作者：黄建衡雷耀虎杜杨刘鑫郭金川李冀郭宝平深圳大学光电工程学院广东省/教育部光电子器件与系统重点实验室广东深圳518060 深圳大学信息工程学院广东深圳518060

吸收光栅是X射线相衬成像系统的关键器件,铋吸收光栅由于其制作成本低廉且适于在普通实验室开展制作而受到青睐。提出了一种针对铋光栅X射线相衬成像条纹对比度的定量计算方法,通过建立模型,数值计算了不同铋层厚度的吸收光栅所对应的... 详细信息

吸收光栅是X射线相衬成像系统的关键器件,铋吸收光栅由于其制作成本低廉且适于在普通实验室开展制作而受到青睐。提出了一种针对铋光栅X射线相衬成像条纹对比度的定量计算方法,通过建立模型,数值计算了不同铋层厚度的吸收光栅所对应的叠栅条纹对比度,并比较了π和π/2相位光栅两种情形下的结果。结果显示,随着吸收光栅铋层厚度的增加,条纹对比度逐渐增加,当源光栅和分析光栅的铋层厚度分别达到150μm和110μm时,利用π相位光栅在40kV管电压下其条纹对比度可达48%,60kV管电压下其条纹对比度只能达到22%。而在两个吸收光栅铋层厚度相同的情况下,采用π/2相位光栅所得条纹对比度略优于π相位光栅的结果。对铋光栅X射线相衬成像条纹对比度的计算分析,可作为X射线相衬成像系统设计的参考依据,推动该成像技术走向实用化。

关键词： X射线光学 X射线相衬成像条纹对比度数值计算铋吸收光栅