基于图像反卷积的平板探测器信号串扰校正

平板探测器是锥束CT的关键组成部件，像元间的信号串扰是造成平板探测器投影图像空间分辨率低于极限值的主要因素，校正平板探测器信号串扰对提高锥束CT检测精度具有重要意义。本文基于点扩散函数矩阵反卷积投影图像去串扰校正思路，研究了点扩散函数矩阵的准确性对投影图像串扰校正的影响、点扩散函数和线扩散函数的关系及其与X射线成像的相似性，提出一种结合刀口法测量线扩散函数与平行束CT扫描重建的平板探测器点扩散函数矩阵测算方法。DR/CT扫描成像实验中，应用本文方法校正信号串扰后，DR成像空间分辨率由约10 lp/mm提升至优于25 lp/mm,高能CT成像空间分辨率由不到4 lp/mm提升至优于5 lp/mm,实验证明，应用本文方法能有效校正平板探测器信号串扰，提升锥束CT图像的空间分辨率和对比度。     

窄角锥束CT的改进扫描方式

基于圆形扫描轨道的FDK算法因其机械实现简单、算法效率高，已成为目前主要使用的三维锥束CT重建算法。但在工业CT（ICT）中，当探测器面阵的尺寸较小、射线束的水平张角较小，而待检测的工件较大时，单圆扫描的FDK重建算法受到限制。为解决小尺寸探测器检测大尺寸工件问题，本文研究了一种大步距平移加小分度旋转的扫描方式。与Ⅱ代锥束CT比，这种改进的扫描方式既可以节省扫描时间，数据的冗余量也比较少。仿真实验结果表明，这种改进的扫描方式具有良好的空间分辨率和密度分辨率。     

激光共振电离质谱实验中的光束定位及合束装置

本文介绍了一种在激光共振电离质谱 ( LRIMS)实验中 ,用于定位和合成脉冲激光束的实用装置。在此装置中 ,采用同步式电荷耦合器件 ( CCD)相机对强激光散射光斑和弱背景进行不等时曝光来获取离子源内部图像。此方法解决了由于激光散射光斑和背景光强相差太远 ,从而使得采用视频 CCD相机无法同时获取两者图像的问题。同时 ,采用了一种新的四象限探测器对光束进行精确合束     

质谱仪在深空探测中的应用

深空探测是对太阳系、银河系乃至宇宙空间的探测活动。质谱仪在深空探测活动中起着重要的作用。本研究首先介绍了各国探测器的探测任务,以及有效载荷中质谱仪的质量、体积、功耗、质量探测范围和分辨率等主要参数;然后,进一步分析了每种质谱仪的离子源类型、质量分析器类型和针对特殊任务做的改进;最后,通过比较各种类型质谱仪的性能,对质谱仪在今后深空探测任务中的应用前景进行了展望。     

空间探测小型质谱仪关键技术研究

小型质谱仪的理论和应用研究对于空间探测具有非常重要的意义,针对商用质谱仪存在的缺点,采用静电双平方离子势阱和离子聚焦技术设计了空间有机分子小型质谱探测器。探测器由质谱传感器、分压控制电路及微电流检测放大电路构成。圆柱形传感器腔体内置多个不同电位的环形电极,在腔体轴向上形成双平方离子势阱,离子在势阱中可形成稳定振荡,振动频率与离子质量成一定的反比关系。通过测量法拉第杯产生的电信号,经FFT提取振动频率,从而探测有机分子质量。在理论上,其主要技术指标为：质量扫描范围 m/z 1~2 000,分辨率>400,灵敏度>100 cps/ppb,总质量<4.5 kg,功耗<5 W,码速率>1.5 kbps。初步调试结果验证了该技术具有一定的可行性,后期可通过对离子源及其与质谱传感器配合的研究来完成整机的具体性能指标测试。     

飞行时间二次离子质谱在生物材料和生命科学中的应用(下)

随着仪器性能的不断提高,飞行时间二次离子质谱(TOF-SIMS)在材料表面化学分析中起着越来越重要的作用。TOF-SIMS的主要测试功能包括表面质谱、化学成像及深度剖析,本工作对TOF-SIMS的化学成像及深度剖析2种功能在生物材料和生命科学中的应用做了简单综述,重点介绍了TOF-SIMS成像技术在生物芯片制备工艺中的应用和TOF-SIMS成像和深度剖析技术对生物分子在细胞和生物体组织上空间分布的表征方法;另外,对生物样品的低温制备方法,样品表面添加基质以增强信号强度的实验手段,使用团簇一次离子源提高分子二次离子产额和利用对样品损伤小的C60离子源为轰击源做深度剖析等实验做了简单的介绍;最后,对TOF-SIMS在生物生命材料领域的应用做了展望。     

利用异形像元探测器的超分辨成像方法

随着光学成像全面进入光电数字成像时代,大多数成像系统的空间分辨率受限于探测器,所以提高探测器分辨率成为高分辨光电成像系统中的核心问题。而探测器的低分辨率主要是由于低采样频率和像元感光区的孔径效应而造成。最直接的解决方法就是减小像元尺寸,但会降低其他性能参数;针对最主要的限制因素——采样频率不足,目前多采用基于过采样原理的超分辨重建技术,通过提高探测器采样的频率来提高探测器的空间分辨率,但是其提升效果受到像元孔径效应的制约。为了进一步提高探测器受限的成像系统的空间分辨率,提出一种基于异形像元探测器的超分辨成像方法,将两列线阵异形像元探测器亚像元推扫实现像元细分,然后利用两列探测器所输出的灰度矩阵信息,重建出最终的高分辨图像。并分别通过理论评估和具体实验两方面验证该方法可以同时提高探测器的采样频率和截止频率,拓展带宽,从而实现高分辨率的目的。     

基于3线阵探测器的亚像元成像超分辨率重构

虽然增加探测器的时间和空间采样频率可以提高亚像元成像系统空间分辨率,但探测器采集到的数据易发生混叠,使重构得到的图像的分辨率无法达到理想值。本文以3片线阵探测器亚像元成像为基础,提出一种超分辨率重构算法。首先,在高分辨率网格上建立插值模型;然后,辨识插值重构图像在线阵列方向和扫描方向的模糊核,得到整幅图像的模糊核;最后,采用带有Neumman边界条件的梯度平滑正则化模型去除模糊,抑制振铃效应。实验结果表明,该算法使亚像元成像系统分辨率为单线阵探测器无过采样成像系统分辨率的2.6倍;与双线性插值法相比,平均灰度等级(GMG)提高了7.71。该算法可以进一步实现对更多片线阵探测器亚像元成像的超分辨率重构,获取更高的系统分辨率。     

大气压基体辅助激光解析离子源的研制及其与高分辨飞行时间质谱仪的联用

介绍了自制大气压基体辅助激光解析离子源的原理及结构.考察了该离子源与高分辨率垂直引入式飞行时间质谱仪联用后的性能.实验结果表明,仪器灵敏度、质量分辨率和精度等达到了较高水平.     

小型飞行时间质谱装置的构建

飞行时间质谱仪（TOF MS）在准确度、分辨率、灵敏度、质量上限、分析速度等方面具有优势，在生命科学等领域发挥着重要作用。目前商用飞行时间质谱仪已经比较成熟，但仪器尺寸普遍较大，且价格昂贵，维护困难；而小型仪器则面临分辨率较低等问题。提高小型飞行时间质谱仪的分辨率，降低购置成本和维护成本，对于飞行时间质谱仪的大范围推广有着重要意义。本工作构建了一套分辨率较高的小型飞行时间质谱装置，包括真空系统、离子源、锥孔、引出加速及偏转模块、离子反射镜模块、探测器模块、电路系统等。该仪器主体尺寸较小（0.5 m×0.5 m×0.7 m），飞行管长度仅0.25 m。由于采用了模块化设计思路，各个模块之间独立封装，仪器的维护、升级工作简单易行。该仪器的关键模块采用创新设计，使得在m/z 2 000处分辨率可达4 200。     

X射线发光断层成像中笔束与锥束激发性能的对比

研究了X射线发光断层成像(XLCT)的激发性能,对笔束XLCT和锥束XLCT等两种主要的成像系统在不同激发方式下的扫描时间、重建精度、分辨率及重建时间等性能指标进行了对比研究。设计的对比实验中,笔束XLCT系统的扫描时间为436s,锥束XLCT系统的扫描时间仅为10s。目标实验中,笔束XLCT系统的重建时间为82.57s,重建误差为0.47mm;锥束XLCT系统的重建时间为172.63s,重建误差为1.59mm。在边距分别为1mm和0.5mm的两组双目标实验中,笔束XLCT系统均能准确分辨,重建误差均在0.8mm以内,而锥束XLCT系统对边距为1mm的双目标重建误差均达到了1.7mm左右;当目标边距缩小到0.5mm时,其已无法进行全域分辨。实验结果表明:相比于锥束XLCT,笔束XLCT利用自身的"激发先验"优势具有较短的重建时间、较高的定位能力和分辨率,但是其系统扫描时间要明显大于锥束XLCT。本文的工作为选择合适的XLCT成像系统提供了参考。     

质谱仪

质谱仪又称质谱计(Mass spectrometer),是一种进行质谱分析的仪器,即根据带电粒子在电磁场中能够偏转的原理,按物质原子、分子或分子碎片的质量差异进行分离和检测物质组成的一类仪器。质谱仪以离子源、质量分析器和离子检测器为核心。离子源是使试样分子在高真空条件下离子化的装置。     

基于线框模型的锥束CT几何参数校正方法

锥束CT几何参数偏差会导致重建图像畸变或图像模糊。针对工程实际中锥束CT系统初装和应用中的几何参数偏差与漂移,提出了一种改进的基于线框模型的几何参数测量与校正方法。通过对探测器两次不同径向位置的线框模型投影图像进行分析和处理,计算出源-探测器距离及源-旋转中心距离,并确定探测器纵向位置;通过对模型在两次互为180°的投影图像分析,确定探测器横向位置;在此基础上,根据模型参数及其投影图像的测量值求解其他几何参数;最后,用物体投影数据进行带参数重建,获得校正后的重建图像。实验结果表明,该方法能精确求解各几何参数偏差,通过校正可有效减少图像伪影,其主要参数探测器绕其法线旋转角的测量精度可达到0.03°,探测器沿其行和列方向的平移测量精度分别可达到0.03和0.06 pixel,其抗噪性好精度高。同时,该方法降低了对模型安装精度的严格要求,有较高工程实用价值。     

利用异形像元探测器提高空间分辨率

为了解决光电系统成像中探测器分辨率低的问题,针对造成探测器分辨率低的两大主要因素-采样率不足及感光区域的低通滤波效应,提出一种基于异形像元探测器的超分辨成像方法.综合现有的超分辨重建技术和减少像元尺寸方法的优缺点,将现有的探测器矩形像元逐一"变形",去除同一位置1/4象限;利用该异形像元探测器阵列获取一序列相互错位1/2像元的欠采样图像;最后利用图像算法计算出这些图像的灰度矩阵信息,重建最终的高分辨图像.该方法可同时提高探测器的采样频率和截止频率,拓展带宽,从而实现高分辨率成像.为了验证该方法的有效性,在试验中选取填充因子100%的46 μm×46 μm中波红外探测器,利用焦距为6 000 mm、口径为600 mm的红外平行光管和焦距为50 mm的中波红外镜头成像,如果不采用任何技术,物方分辨率为11.04 mm;过采样技术可将分辨率提高1.60倍,物方分辨率为6.9 mm;而采用异形像元探测器超分辨成像方法,在试验中将每个像元都抠掉23 μm×23 μm后, 物方分辨率为3.1 mm.     

基体辅助激光解吸电离飞行时间质谱仪的离子延时引出新技术研究

为了提高基体辅助激先解吸电离飞行时间质谱仪(MALDI-TOF-MS)的分辨率,在自行研制的研究级激光飞行时间质谱仪上进行了离子延时引出(Delay Extraction,DE)新技术的实验研究,建立了新结构离子源和离子延迟引出的电子控制系统及相应软件。通过电场模拟和实验,研究了样品相对质量、延迟引出时间、引出电压对提高分辨率的影响。在使用40MH_z瞬态记录仪的情况下,测得环十肽(m/z=1214)分辨率为1734,胰岛素(m/z=5375)分辨率为2124。     

一种有机分析高分辨双聚焦质谱计的设计和性能

按照MATSUDA完全二级双聚焦离子光学系统的理论,试制成功了有机分析高分辨本领质谱计ZhP5。仪器的最高分辨本领优于70000,除常规的电子轰击离子源(EI)外还配有场致电离、场解吸和电子轰击的组合离子源(FD/FI/EI)。接收器用闪烁探测器。仪器与计算机连用,其质量测量精度高于3mmu。本文对仪器的概况和某些实验结果作了一般的介绍。     

电感耦合等离子体离子源分析性能的影响因素探究

ICP(电感耦合等离子体)离子源是目前质谱分析中最常用的离子源之一,具有电离效率高、分析产物主要为单电荷离子等特点。因其优良的性能,现已广泛应用于不同行业中。为了继续提升ICP-MS(电感耦合等离子体质谱)的分析性能,拓宽应用领域,许多学者通过实验研究,建模仿真对ICP离子源进行了深入研究。本文对这些工作进行了阐述,介绍了不同的影响因素对等离子体特性的影响。如气体流速、功率大小、采样深度等,并对有无质谱采样接口时的等离子体的特性进行比较,为优化等离子体离子源提供思路。     

锥束螺旋CT半覆盖扫描重建

锥束螺旋CT能够解决长物体的检测问题,但其视场直径受限于面板探测器的宽度。为扩大锥束螺旋CT的视场直径,提出了一种螺旋CT视场区域半覆盖扫描的重建方法。扫描时,转台首先沿垂直于中心射线和转轴的方向平移一定距离,然后用普通螺旋CT的扫描方式来获得需要的投影数据。接着,利用推广的偏心锥束螺旋FDK算法进行重建,推广后的重建算法与标准的螺旋FDK算法具有同样的计算效率,而且不需要重排投影数据。实验结果表明,锥束螺旋CT半覆盖扫描能够将锥束螺旋CT的视场半径扩大1.86倍;重建图像的质量与使用大面板探测器全覆盖的标准FDK算法基本相当;由于投影数据量的减少,锥束螺旋CT半覆盖扫描的重建时间比使用大面板探测器的标准FDK算法减少了376.66s。因此,锥束螺旋CT的半覆盖扫描可以有效扩大视场直径,且具有较高的计算效率和较少的重建时间。     

实验用扇形磁质谱计

本文叙述了一台实验用的扇形磁质谱计。对离子源离子光学系统进行了离子轨迹的模拟实验,磁分析室用铜电铸而成,离子探测器采用单通道连续电子倍增管,对磁分析器离子光学系统的几何参数做了理论计算。仪器的分辨本领为380,对锶样品的灵敏度为2×10~4。     

光子计数探测器感应位敏阳极的电子云扩散

针对基于感应位敏阳极的光子计数成像探测器中非晶态Ge(α-Ge)膜的方块电阻对探测器成像性能的影响,研究了方块电阻的选配范围和方法。由于方块电阻的大小会影响Ge膜上的电子云的扩散特性从而影响探测器的计数率和分辨率,故本文根据菲克(Fick)扩散定律分析了吸收边界条件下非晶态薄膜上电子云的扩散特性。确定了电子云扩散时间与Ge膜方块电阻之间的数学关系,推导获得了探测器高质量成像时非晶态Ge膜方块电阻的阻值为30～2 700MΩ/□。采用具有不同方块电阻的感应位敏阳极进行了实际成像实验,结果表明:当Ge膜方块电阻在上述范围时,光子计数探测器在计数率为53kc/s时分辨率可以达到0.5mm。实验结果证明了推导得出的方块电阻选配范围的正确性。