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有耗媒质中目标的无相位衍射层析成像方法

电子学报 2011年第6期39卷 1341-1346页

作者：刘艳丽李廉林李芳中国科学院电子学研究所北京100190 中国科学院研究生院北京100049

提出一种新的应用于有耗媒质的无相位衍射层析成像方法:只需测量总场的幅度,不需相位信息,实现损耗媒质中二维弱散射目标重建.该方法首先基于测量到的场幅值确定出目标函数在复二维空间中的"伪Fourier谱",将"伪Fourier谱"构造关于目标... 详细信息

提出一种新的应用于有耗媒质的无相位衍射层析成像方法:只需测量总场的幅度,不需相位信息,实现损耗媒质中二维弱散射目标重建.该方法首先基于测量到的场幅值确定出目标函数在复二维空间中的"伪Fourier谱",将"伪Fourier谱"构造关于目标函数的Fourier级数展开系数的方程组,对此病态方程组作正则化处理求解目标函数的Fourier级数展开系数,即可反演出目标.论文的仿真结果表明,该无相位成像方法能够很好地重建损耗背景中目标的位置、尺寸及电特性参数,证明了无相位衍射层析成像方法在有耗媒质中应用的可行性和有效性.

关键词：电磁逆散射衍射层析成像损耗媒质无相位测量弱散射

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基于空间谱域分布的衍射层析成像分析

上海交通大学学报 2005年第4期39卷 590-593,597页

作者：薛睿峰袁斌毛军发刘烨上海交通大学电子工程系上海200030

提出从空间谱域分布的角度定性评价衍射层析成像特性,通过分析成像系统对应的空间谱域分布的面积和形状即可判断系统结构的优劣,进而衡量成像质量.基于空间谱域分析的理论基础,导出理想情况下衍射层析成像系统采用转角、频率扫描数据采... 详细信息

提出从空间谱域分布的角度定性评价衍射层析成像特性,通过分析成像系统对应的空间谱域分布的面积和形状即可判断系统结构的优劣,进而衡量成像质量.基于空间谱域分析的理论基础,导出理想情况下衍射层析成像系统采用转角、频率扫描数据采集方式对应的空间谱域分布,分析传输和反射两种工作模式的成像特性,然后考虑实际情况下有限孔径的影响,并将该方法推广应用于合成孔径雷达成像.理论和数值结果表明,该方法简单、直观、物理概念明晰,利于选择优化成像系统结构,且可推广应用于一般性的成像系统.

关键词：衍射层析成像空间谱域分析成像合成孔径雷达

超声衍射层析成像的高精度核卷积插值重建算法

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西安交通大学学报 2009年第10期43卷 94-98页

作者：方杰韦穗霍修坤安徽大学安徽省现代成像与显示技术重点实验室合肥230039 皖西学院机械与电子工程系安徽六安237009

针对超声衍射层析成像传统采用的双线性插值法重建精度不高的问题,提出一种高精度的核卷积插值重建算法.首先,根据标准的sheep and Logan体模算出重建数据点的值,再选用最小二乘非均匀快速傅里叶变换(LS-NUFFT)算法里的核矩阵作为卷积核... 详细信息

针对超声衍射层析成像传统采用的双线性插值法重建精度不高的问题,提出一种高精度的核卷积插值重建算法.首先,根据标准的sheep and Logan体模算出重建数据点的值,再选用最小二乘非均匀快速傅里叶变换(LS-NUFFT)算法里的核矩阵作为卷积核,并用此核矩阵将非笛卡儿分布的重建数据点插值到笛卡儿网格内,最后用二维的傅里叶逆变换完成图像的重建.与双线性插值法和高斯核卷积法相比较,LS-NUFFT核矩阵法所得重建图像的2-范数误差比双线性法减少了40%以上,重建时间比高斯核卷积法减少约50%.

关键词：衍射层析成像非均匀快速傅里叶变换核矩阵

基于整体变分降噪算法下的多频率超声衍射层析成像

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电子学报 2009年第4期37卷 828-832页

作者：方杰韦穗苏守宝安徽大学计算智能与信号处理教育部重点实验室安徽合肥230039 安徽大学安徽省现代成像与显示技术重点实验室安徽合肥230039

根据傅立叶衍射投影定理,不同频率超声波得到的投影数据的傅立叶变换分布在复平面为不同半径的圆弧,提出了多频率超声衍射层析成像思想,并进行了实验研究,重建的时间比单频率法短约70%.由于多频率投影数据傅立叶变换比单频率法在复平面... 详细信息

根据傅立叶衍射投影定理,不同频率超声波得到的投影数据的傅立叶变换分布在复平面为不同半径的圆弧,提出了多频率超声衍射层析成像思想,并进行了实验研究,重建的时间比单频率法短约70%.由于多频率投影数据傅立叶变换比单频率法在复平面上分布更加不均匀,故重建的噪声也更大,整体变分法将图像恢复的数学模型转化为带有整体变分正则化项的能量泛函问题,采用变分原理将其中的最小化问题转为偏微分方程的求解.降噪后的多频率超声图像的误差比降噪前的图像小约50%.

关键词：衍射层析成像傅立叶衍射投影定理整体变分正则化

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衍射层析成像及双聚焦与三维成像系统的研究

衍射层析成像及双聚焦与三维成像系统的研究

作者：刘杰太原理工大学

学位级别：硕士

基于傅里叶的衍射投影定理的衍射层析成像系统在成像与目标识别方面具有突出的优势,因此被广泛的应用于各种不同领域,尤其是医学检测,因其无创伤性,高精度的优点,被人视为是能够替代传统的计算机断层扫描(Computed Tomography,CT)的一... 详细信息

基于傅里叶的衍射投影定理的衍射层析成像系统在成像与目标识别方面具有突出的优势,因此被广泛的应用于各种不同领域,尤其是医学检测,因其无创伤性,高精度的优点,被人视为是能够替代传统的计算机断层扫描(Computed Tomography,CT)的一个新技术,是国内外研究热点。与传统雷达成像相比,衍射层析成像是一种重建目标函数的新技术。成像依照重建后所携带的目标信息可分为两类:一类是获取目标的大小、位置、形状以及内部结构等信息的成像可被称为几何成像或视觉成像;另一类旨在反映目标的物理或电学性质变化,如折射率、介电常数、磁导率等信息,这类成像可被称为物理成像。传统雷达成像通常是对目标进行视觉成像,而基于衍射层析成像的雷达则是关注于目标电特性的变化。现今已被成熟运用的物理成像的工业成品有计算机断层扫描,因当时计算机技术的不足,成像算法都是以物理光学近似为前提将问题简单化,因此,信号源只能采用X高频射线等高频信号,对人体辐射性强,无法适用于常规检测。当目标尺寸与电磁波波长为同一量级时,此时衍射现象明显,电磁波传播路径不能简单的看作直线传播,因此傅里叶衍射投影定理被提出,该定理以波动方程为基础,通过计算包含衍射信息的散射场还原目标函数,本质上属于逆散射问题。本文利用惠更斯原理,引入了原生源和次生源概念,通过公式推导,研究了源和场的关系,以及在射线理论或弱散射的条件下,场和源能互相线性表示。接着本文推导衍射层析成像原理的基本公式,讨论了限制成像质量的理论因素和实际因素。论文的主要工作即创新点如下述两点所示。(1)分析了限制成像的因素,首次提出了双聚焦成像系统,同时采用视觉成像和物理成像的双聚焦模式,达到高质量的目标重建。视觉成像弥补了投影模式下衍射层析成像频谱域的缺陷,还原目标轮廓信息,结合衍射层析成像提供的目标电特性变化,重建完备的目标图像。论文通过理论分析与数据仿真,验证该双聚焦成像系统的可行性。(2)建立了基于双聚焦的三维成像系统,给出了完整的系统模型,论文通过仿真建模,分析了成像质量与旋转角度的关系。验证了三维成像系统的可行性。本文提出了双聚焦成像及三维成像系统,论文对系统的成像性能进行了初步的探索,通过仿真对理论进行验证。该研究对衍射层析成像的应用有重要意义和潜在价值。

关键词：衍射层析成像雷达成像双聚焦三维成像

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地球物理衍射层析成像技术若干问题探讨

石油物探 1990年第4期29卷 67-74页

作者：陆国纯东南大学

本文较为系统地研究了地球物理衍射层析成像技术的理论和实验结果。对实际应用中存在的问题进行了有益的探讨,特别是对2(1/2)D反演问题和如何充分利用测量信息进一步提高图象质量等,提出了今后发展的方向。

关键词：衍射层析成像 2(1/2)D反演散射场波数谱

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非干涉无标记三维折射率显微成像的研究进展

激光与光电子学进展 2024年第4期61卷 1-28页

作者：仝展任雪松张子晗苗玉彬孟国香上海交通大学机械与动力工程学院上海200240

光学衍射层析成像以折射率为内源性染剂,非侵入式地获取生物样本的三维结构信息,并有希望实现对活体样本(如活细胞等)的长时间动态观测,在生物医学和生命科学领域具有重要的意义。然而,光学衍射层析成像依赖于弱散射近似和干涉测量,前... 详细信息

光学衍射层析成像以折射率为内源性染剂,非侵入式地获取生物样本的三维结构信息,并有希望实现对活体样本(如活细胞等)的长时间动态观测,在生物医学和生命科学领域具有重要的意义。然而,光学衍射层析成像依赖于弱散射近似和干涉测量,前者极大地限制此项技术在集群细胞和组织等厚样本上的观测表现,后者则会显著地增加成像系统的复杂度。针对上述问题,研究人员开发了一类基于非干涉强度测量原理的衍射层析成像技术。首先,对非干涉强度衍射层析成像进行基本描述,包括其成像系统、成像指标和重建问题等;接下来从非干涉相位恢复、三维光学传递函数、多层递归正向传播模型和神经网络4条技术路线介绍非干涉强度衍射层析成像的研究成果和最新进展,并对上述方法进行对比;最后讨论当前面临的问题和挑战以及未来的研究方向。

关键词：衍射层析成像非干涉强度测量正向物理成像模型三维折射率重建

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声衍射层析成像研究进展

声学技术 2010年第2期29卷 117-122页

作者：王朔中方针上海大学通信与信息工程学院上海200072

在计算机层析成像中用声波或电磁波取代X射线照射目标时波长不能再看作无限小,需要将Fourier切片定理修改为Fourier衍射投影定理,基于射线的CT相应地推广为衍射CT。概述了近年来衍射CT的发展,特别是声衍射CT。在理论和算法方面讨论了非... 详细信息

在计算机层析成像中用声波或电磁波取代X射线照射目标时波长不能再看作无限小,需要将Fourier切片定理修改为Fourier衍射投影定理,基于射线的CT相应地推广为衍射CT。概述了近年来衍射CT的发展,特别是声衍射CT。在理论和算法方面讨论了非均匀Fourier变换算法及其实现、仅根据强度信息的图像重建方法、多频率入射的情况、不完整测量数据条件下的图像重建等问题。此外还扼要介绍了不同领域中衍射CT的研究和应用情况。

关键词：衍射层析成像 Fourier衍射投影定理非均匀Fourier变换

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基于多角度照明的数字全息衍射层析成像研究

基于多角度照明的数字全息衍射层析成像研究

作者：迟卫宁北京工业大学

学位级别：硕士

数字全息衍射层析成像技术是近年来光学成像领域的研究热点之一,它是一种新型的三维成像技术,结合了数字全息与衍射层析两种技术的优势,既具有数字全息技术全视场、非接触、无损、非标记成像的优点,又具有衍射层析技术对微小样品高精度... 详细信息

数字全息衍射层析成像技术是近年来光学成像领域的研究热点之一,它是一种新型的三维成像技术,结合了数字全息与衍射层析两种技术的优势,既具有数字全息技术全视场、非接触、无损、非标记成像的优点,又具有衍射层析技术对微小样品高精度、定量的三维成像的优势。目前数字全息衍射层析成像技术已经应用到了生物医学、微光学器件检测、温度场等领域,具有重要的研究意义和应用前景。数字全息衍射层析成像的成像过程分为两个步骤,首先利用数字全息成像方法获取样品在不同照明角度下的全息图,对全息图进行数值再现可获得样品在各个方向上的散射场分布,然后以多角度下的散射场分布为基础数据,利用衍射层析再现算法即可重建出物体三维折射率的分布。本文分析了数字全息衍射层析成像理论,并围绕多角度照明数字全息衍射层析成像质量的优化、实验系统的构建和成像验证展开研究,主要内容如下:阐明了数字全息衍射层析成像的理论模型,一方面分析了数字全息成像技术,主要针对预放大离轴菲涅尔数字全息的记录和再现,通过不同角度照明情况下记录相应的全息图,利用数值再现算法可获取各个照明角度下的复振幅分布;另一方面,阐述了光学衍射层析重建的理论模型,分析了各个角度得到的复振幅分布与物体函数三维频谱之间的关系。优化了光学衍射层析三维成像再现算法。由于在物体函数三维频率域中频谱点离散化的问题,提出了基于单次赋值的最近邻插值算法;同时在基于多角度照明的数字全息衍射层析成像系统中,由于探测器的记录视角会受到系统数值孔径的限制,因此,在三维物体函数的频率域中会产生“锥形频谱缺失”的问题,针对这个问题,研究了正约束迭代的方法以恢复缺失的频谱,通过最近邻插值算法和正约束迭代算法提高了三维重建精度。设计并搭建了基于数字全息的衍射层析成像系统。在预放大离轴菲涅尔像面数字全息的成像系统的基础上,设计了多角度照明样品的实验系统,包括基于平移扫描和振镜扫描两个实验系统,编写了labview程序控制振镜和图像采集设备CCD的程序。根据光学衍射层析理论,将透明样品放在一个弱散射场的环境中,以满足光学衍射层析中一阶Rytov的近似条件。在此分析的基础上,我们使用特定折射率的匹配液对样品的周围环境进行相应的匹配,并通过实验验证了数字全息衍射层析算法三维成像的有效性。该成像技术为微小样品内部结构的无损、定量测量提供了一种有效方法。

关键词：数字全息衍射层析成像折射率测量三维成像