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线焦斑x射线源成像

物理学报 2016年第21期65卷 334-340页

作者：刘鑫易明皓郭金川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

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... 详细信息

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.

关键词： x射线 x射线成像图像重构

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x射线光场成像技术研究

物理学报 2019年第2期68卷 96-101页

作者：戚俊成刘宾陈荣昌夏正德肖体乔中北大学信息与通信工程学院太原030051 中国科学院上海应用物理研究所上海201800

x射线三维成像技术是目前国内外x射线成像研究领域的一个研究热点.但针对一些特殊成像目标,传统x射线计算层析(CT)成像模式易出现投影信息缺失等问题,影响CT重建的图像质量,使得CT成像的应用受到一定的限制.本文主要研究了基于光场成像... 详细信息

x射线三维成像技术是目前国内外x射线成像研究领域的一个研究热点.但针对一些特殊成像目标,传统x射线计算层析(CT)成像模式易出现投影信息缺失等问题,影响CT重建的图像质量,使得CT成像的应用受到一定的限制.本文主要研究了基于光场成像理论的x射线三维立体成像技术.首先从同步辐射光源模型出发,对x射线光场成像进行建模;然后,基于光场成像数字重聚焦理论,对成像目标场在深度方向上进行切片重建.结果表明:该方法可以实现对成像目标任一视角下任一深度的内部切片重建,但是由于光学聚焦过程中的离焦现象,会引入较为严重的背景噪声.当对其原始数据进行滤波后,再进行x射线光场重聚焦,可以有效消除重建伪影,提高图像的重建质量.本研究既有算法理论意义,又可应用于工业、医疗等较复杂目标的快速检测,具有较大的应用价值.

关键词： x射线成像光场成像深度切片三维重建

基于x射线成像技术的板栗缺陷检测与储藏特性研究

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基于X射线成像技术的板栗缺陷检测与储藏特性研究

作者：鲁泽林武汉轻工大学

学位级别：硕士

板栗是我国重要的经济树种,其果实口感鲜甜,富含蛋白质、碳水化合物、脂肪、维生素等多种营养成分。但采后板栗的含水量很高,呼吸作用旺盛,其品质易受储存条件的影响。例如,在不适的温度或湿度条件下,会导致栗子出现霉变、虫蛀、钙化等... 详细信息

板栗是我国重要的经济树种,其果实口感鲜甜,富含蛋白质、碳水化合物、脂肪、维生素等多种营养成分。但采后板栗的含水量很高,呼吸作用旺盛,其品质易受储存条件的影响。例如,在不适的温度或湿度条件下,会导致栗子出现霉变、虫蛀、钙化等内部缺陷,而且这些缺陷是无法通过外部观察到的。传统的破坏观察法只能是抽样评估,会造成样品浪费,且主观性强。商业上对次品板栗的筛选方法主要为浮选法,不仅可靠性低,潮湿环境还容易增加板栗的腐坏风险。本文利用x射线成像技术对板栗缺陷检测与储藏特性进行研究,主要内容如下:1.利用x射线数字成像系统的原理与特性,根据板栗内部品质差异及射线衰减规律无损判别板栗的内部品质。确定了x射线成像设备扫描板栗的最佳参数并获取原始图像,再通过去除图像背景干扰、内部特征增强及图像分割的方法对x射线图像进行预处理。观察到板栗内部的缺陷特征会影响x射线成像效果,通过射线图像的灰度分析得出板栗的品质越差,射线图像的整体灰度越低。最后通过搜寻图像上的局部最小值能够成功找到板栗上的缺陷,以此筛选出部分的不健康板栗。2.由于x射线数字成像的局限性,只适合粗略判定板栗的内部品质,进而提出x射线计算机断层扫描(CT)技术对板栗品质进行精确分析与判别。利用图像处理软件计算板栗CT图像的体灰度参数与孔隙率,由此从268个验证集中区分出了47个严重缺陷的板栗,精确度为93.7%。通过对CT图像与板栗的切片对比,确定了正常组织的灰度值在600到1200之间,此范围外属于高灰度的钙化组织与低灰度的虫洞、霉斑、空腔或内皮。基于低灰度缺陷的形态差异,计算每个特征形态的各向异性与球形度对此进行进一步的区分,最终找到了85个轻度缺陷板栗,精确度为83.6%。3.为研究板栗品质及储藏条件的差异对采后板栗品质的影响,对“迁西”和“罗田”板栗在三种常见储藏条件下(常温、冷藏和冻藏)储藏的失重率、水分含量和多糖含量进行了测定。研究得出CT图像的孔隙率与板栗的失重率相关,而水分含量比多糖含量对CT图像的灰度影响更大。在常温储藏环境下,前5周是板栗霉和虫害病发的高峰期,而冷藏与冻藏条件下的板栗品质始终比较稳定。

关键词：板栗 x射线成像内部缺陷无损检测储藏特性

基于Betatron的数字化x射线成像系统的设计与实现

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基于Betatron的数字化X射线成像系统的设计与实现

作者：罗程远东华理工大学

学位级别：硕士

x射线成像技术从最早的胶片成像发展到现在数字化成像,被广泛应用于医疗、安检、工业探伤、无损检测等领域。市面上大部分x射线成像系统结构复杂、操作难度大、造价昂贵,且射线源为剂量较低的x光机,无法穿透厚度较大的物体,限制了检测... 详细信息

x射线成像技术从最早的胶片成像发展到现在数字化成像,被广泛应用于医疗、安检、工业探伤、无损检测等领域。市面上大部分x射线成像系统结构复杂、操作难度大、造价昂贵,且射线源为剂量较低的x光机,无法穿透厚度较大的物体,限制了检测范围。因此,开发一套结构简单、穿透力强、成像质量高的数字x射线成像系统具有广阔的应用前景。针对上述问题,本文通过实现对中小型被检样品的精细透视需求,开发了一套以小型电子感应加速器(Betatron)为射线源的数字化x射线成像系统。本文主要做了以下研究:(1)分析x射线与成像原理,设计了一套以Betatron、移动架台、成像线阵探测器、以及Betatron成像软件的高精度x射线成像系统解决方案;(2)针对x射线成像非均匀性,研究了校正算法,对算法做了改进,并验证了改进算法的有效性;分析了x射线成像过程中的噪声问题,研究了相关降噪算法,对算法优化后验证了有效性;(3)对采集图像偏暗、对比度不高给出了增强方案,提出了双能成像的技术方案,对结构复杂的检测物体分别进行高低能扫描成像,引用了SIFT算法进行配准融合,验证了SIFT算法的适用性;(4)基于Python在PyCharm环境中编写了成像系统软件,该软件集图像采集、图像处理和图像管理功能于一体,能够有效实现本课题的算法并呈现在软件内,界面简洁明了且高效。通过本文的一体化解决方案,利用铁件摆放的小十字架对被检样品的精细透视进行了测试,测试表明本文方法可清晰辨别物体的内部结构,证明了本文方法的有效性及可用性,满足用户单位教学及实际科研工作需求。

关键词： x射线成像非均匀校正图像降噪图像增强双能成像

基于梯度场和非局部均值的复杂工件图像增强算法

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测试技术学报 2024年第4期38卷 401-406页

作者：韩美蓉陈平潘晋孝李坤陈洪中北大学数学学院山西太原030051 中北大学信息探测与处理山西省重点实验室山西太原030051 中国电子科技集团公司第二研究所山西太原030024

由于高动态x射线成像系统与工件自身结构复杂性,复杂异形工件的射线图像往往呈现对比度低或特征信息不明确的问题。针对该问题,本文提出基于梯度场和非局部均值降噪的图像增强算法,提高视觉质量。首先,基于梯度场和局部方差构建对比度... 详细信息

由于高动态x射线成像系统与工件自身结构复杂性,复杂异形工件的射线图像往往呈现对比度低或特征信息不明确的问题。针对该问题,本文提出基于梯度场和非局部均值降噪的图像增强算法,提高视觉质量。首先,基于梯度场和局部方差构建对比度的自适应增强模型,提高射线图像的对比度;然后,利用非局部均值对图像进行去噪,特别地,本文构建了基于泊松分布的非局部均值算法进行图像去噪,从而得到增强的对比度场;最后,建立能量泛函并用梯度下降法求解来获得具有微小细节的更高质量的图像。实验部分对3个复杂异形工件的x射线图像进行图像增强和缺陷检测实验,结果证实了本文算法的有效性。

关键词： x射线成像图像增强梯度场泊松分布非局部均值

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x射线成像和深度学习的交叉融合

CT理论与应用研究（中英文） 2022年第1期31卷 1-12页

作者：王革李亮美国伦斯勒理工学院工学院生物医学工程系纽约12180美国美国伦斯勒理工学院工学院生物医学成像中心纽约12180美国美国伦斯勒理工学院工学院生物技术与跨学科研究中心纽约12180美国清华大学工程物理系北京100084

作为人工智能(artificial intelligence,AI)的主流,深度学习在计算机视觉、图像多尺度特征提取领域已有所进展。2016年以来,深度学习方法在计算机断层成像(从积分特性,如线积分,实现内部结构的图像重建)方面也取得了进步。总体而言,在... 详细信息

作为人工智能(artificial intelligence,AI)的主流,深度学习在计算机视觉、图像多尺度特征提取领域已有所进展。2016年以来,深度学习方法在计算机断层成像(从积分特性,如线积分,实现内部结构的图像重建)方面也取得了进步。总体而言,在人工智能领域,尤其是基于人工智能的成像领域,令人兴奋的前景和挑战并存,包括准确性、鲁棒性、泛化性、可解释性等一系列问题。基于2021年8月2日SPIE Optics+Photonics上的大会邀请报告,本文介绍x射线成像和深度学习的背景,低剂量CT、稀疏数据CT、深度影像组学的代表性成果,讨论对于x射线CT、其他成像模式以及多模态成像而言,数据驱动和模型驱动方法融合带来的机会,以期显著促进精准医疗的进步。

关键词：深度学习机器学习人工智能生物医学成像 x射线成像 CT 多模态成像

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基于新型闪烁体的x射线探测与成像技术研究

基于新型闪烁体的X射线探测与成像技术研究

作者：周昶重庆大学

学位级别：硕士

x射线成像技术可以探测物体内部结构并以图像形式直观显示出来,其凭借无损伤、非接触式探测的特点,目前在医学疾病诊断和工业无损检测等领域得到广泛的运用。x射线探测器是x射线成像系统的核心部件,也是影响成像性能的主要因素。当前主... 详细信息

x射线成像技术可以探测物体内部结构并以图像形式直观显示出来,其凭借无损伤、非接触式探测的特点,目前在医学疾病诊断和工业无损检测等领域得到广泛的运用。x射线探测器是x射线成像系统的核心部件,也是影响成像性能的主要因素。当前主流x射线探测技术选用的是闪烁体间接探测方式,即通过闪烁体将x射线转换成可见光,然后用光电传感器接收并将其转换成电信号。然而,当前商用的闪烁体器件大多存在制备工艺复杂、稳定性差、制备成本高等问题。近几年,钙钛矿材料在x射线辐射发光中表现出优异的性能,如光产额高、x射线衰减速度快等优点,在x射线检测方面展示出巨大的潜力。本论文的研究内容结合钙钛矿材料制备新型x射线闪烁体器件,研究闪烁体的x射线辐射特性,研制高分辨率的x射线探测系统,并进行成像实验研究。本论文的主要研究内容如下:(1)在研究x射线探测机理的基础上,理论分析了x射线DR(Digital Radiography)成像和CT(Computed Tomography)成像原理,以及图像重建算法,为后文开展基于钙钛矿闪烁体的x射线探测和成像研究奠定相应的理论基础。(2)通过常温溶液法制备了不同Bi掺杂浓度的CsZr Cl微晶,并对这些钙钛矿材料的特性进行分析,研究Bi:CsZr Cl的发光机理。设计了两种闪烁屏制备工艺,分别是基于光纤面板的闪烁屏制备工艺和柔性闪烁屏制备工艺。针对12%Bi:CsZr Cl柔性闪烁屏,分析其x射线特性,测得Bi:CsZr Cl闪烁体的辐射发光衰减时间为8.01 ns,最低检出剂量为469 n Gy/s,光产额为27 388 photons/Me V。(3)将Bi:CsZr Cl柔性闪烁屏与课题组研发的高分辨率面阵CCD探测器相结合,搭建了一个x射线间接探测成像系统,并使用搭建的x射线成像系统进行成像实验研究。首先详细阐述了从探测数据到投影图像的数据处理过程,并获得内部结构清晰的鸡爪和USB接口投影图像。其次对圆珠笔做计算机断层成像实验,成功获得圆珠笔的二维断层图像以及轮廓清晰的三维可视化图像,并计算出x射线探测器的分辨率极限为15.9 lp/mm。研究结果表明,本文制备的12%Bi:CsZr Cl柔性闪烁体作为一种新型x射线闪烁体,可应用于x射线探测与成像领域。

关键词： x射线成像闪烁体钙钛矿间接探测器 Bi3+:Cs2ZrCl6

相位型波带板应用于大尺度x射线源成像的分析与模拟

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物理学报 2013年第1期62卷 286-292页

作者：陈晓虎王晓方张巍巍汪文慧中国科学技术大学近代物理系合肥230026

针对大尺度物体的keV-x射线高分辨成像,分析了相位型菲涅耳波带板(FPZP)对物平面1mm区域内点源的成像,确定像的空间分布具有不变性,提出了一种FPZP对扩展光源成像的计算方法.使用这一方法,模拟了放大倍数为10的典型实验条件下最外环宽0... 详细信息

针对大尺度物体的keV-x射线高分辨成像,分析了相位型菲涅耳波带板(FPZP)对物平面1mm区域内点源的成像,确定像的空间分布具有不变性,提出了一种FPZP对扩展光源成像的计算方法.使用这一方法,模拟了放大倍数为10的典型实验条件下最外环宽0.35μm的FPZP对扩展单色光源的成像.结果表明,随着扩展光源尺度的增加,像的对比度降低.FPZP的负1级和0级衍射是导致像的背景增强和对比度降低的主要因素,并相应导致成像对物方的空间分辨能力下降.对于强度空间分布为正弦调制、对比度为1的1mm尺度方形光源,像的对比度低于0.4,物方分辨能力为0.75μm.

关键词： x射线成像扩展光源菲涅耳波带板高级衍射

x射线光栅相衬成像中保留源光栅的探测器校正方法

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原子能科学技术 2018年第1期52卷 150-155页

作者：胡仁芳冯大敏吴朝高昆潘志云刘刚中国科学技术大学国家同步辐射实验室安徽合肥230029

本文提出了一种x射线光栅相衬成像探测器校正方法,该方法无需移除靠近光源的源光栅,而是将其与光源作为一个整体参与增益校正。在基于几何投影的光栅相衬成像系统上,开展了利用传统的探测器校正与本文提出的探测器校正方法的对比实验,... 详细信息

本文提出了一种x射线光栅相衬成像探测器校正方法,该方法无需移除靠近光源的源光栅,而是将其与光源作为一个整体参与增益校正。在基于几何投影的光栅相衬成像系统上,开展了利用传统的探测器校正与本文提出的探测器校正方法的对比实验,两种方法获得了一致的结果。实验结果表明,本文方法大幅简化了实验操作流程,提高了系统的稳定性,对于实现x射线相衬成像的临床应用有一定的推进意义。

关键词： x射线成像光栅相衬成像探测器校正