基于石英球面弯曲晶体的X射线成像研究

为了诊断惯性约束聚变的聚爆靶的尺寸、形状、分布和均匀性等情况,利用X射线布拉格衍射理论,搭建了基于球面弯曲晶体的X射线背光成像系统。其核心元件是α-石英球面弯晶,α-石英晶体性质稳定,结构完整,反射率和分辨率高。弯曲晶体尺寸为65mm×20mm,弯曲半径为143.3mm。利用该背光成像系统进行了单色X射线背光成像实验。成像物体为3×3阵列的正方形不锈钢网格,利用接收装置磷屏成像板,得到清晰的Cr KαX射线背光源二维空间分辨,在9.6mm×28.7mm的视场范围内,其像的空间分辨率大约为83.3μm。实验结果表明α-石英球面弯曲晶体适合于X射线的背光诊断研究。     

激光等离子体X射线成像诊断研究

为了诊断激光等离 子体X射线二维空间信息,基于Bragg衍射原理建立了等离子体X射线背光成像系统,其核心 元件为石英球面弯曲晶 体,弯曲半径为143mm。在中国工程物理研究院神光III原型激光装 置上,利用建立的系统,进行了单色X射线背光成像实验,激光聚焦到平面 Mg靶中心聚爆产生高温等离子体X射线为背光源,成像物体为15μm ×15μm网格阵列,X射线CCD得到了清晰的Mg靶 单色X射线二维网格图像。通过对背光图像分析,在7.8mm×2.6mm的视场范围,成像系统得到空间分辨率为5μm。实验 结果表明,基于石英球面弯曲晶体的X射线背光成像系统可以用于等离子体X射线诊断研究。     

X射线背光成像诊断的球面晶体分析器研究

在激光约束聚变和箍缩聚爆实验中,为了分析内爆 靶丸推进层的运动过程和评估激光辐射驱动的对称性和均匀性, 需要得到靶丸内爆单色X射线二维空间分辨信息。为了诊断内爆高温等离子体X射线二维空间 信息,利用晶体布喇格衍射 原理研制了新型的成像系统。系统的核心元件为球面晶体分析器,球面晶体为云母球面晶体 ,弯曲半径为143.3mm。在中 国工程物理研究院进行了单色X射线背光成像实验,磷屏成像板获得了清晰的Cr靶单色X射线 二维网格图像。通过对实验 所得背光图像分析,云母球面晶体成像系统得到的空间分辨率为86 μm。实验结果表明,云母球面晶体可以应用于等离子体X射线的背光成像诊断研究。     

空间光通信中CCD亚像素的分辨率

在空间光通信跟踪、瞄准和捕获(APT)系统中,探测终端的位置分辨率对整个通信系统的性能起着巨大的影响,为了使终端探测器的分辨率达到系统的要求,进一步提高跟踪、瞄准和捕获系统的性能,提出了一种新的提高探测器CCD分辨率的方法,即多次采样处理。通过将两次采样的数据进行叠加处理,然后利用软件进行控制,可使CCD的位置分辨率提高到亚像素的精度。模拟结果表明,利用该多次采样处理可以将CCD的位置分辨率提高到1/2像素,1/4像素或更高的精度。同时该方法还可以抵消诸如散粒噪声、暗电流噪流起伏等噪声,从而使信噪比得到提高。     

星载光电成像系统建模与性能评估

星载光电成像系统可实现对空间目标的有效探测,而探测距离是评价系统性能的重要指标。以太阳辐射特性和深空背景特性为基础,分别建立了几何成像因素、探测器灵敏度、信噪比和成像分辨率影响下的系统作用距离的数学物理模型,推导了系统作用距离的表达式,对作用距离与曝光时间、探测器像元尺寸、有效通光口径等影响因素之间的关系进行了数值模拟研究。研究结果表明,对于有效尺寸为2 m×4 m、平均反射率为0.3的平面目标,当光学系统口径为100 mm、焦距为500 mm、探测器像元尺寸为3.5μm时,系统对目标的最大作用距离为12 km,作用距离主要受成像分辨率的限制。研究结果可为星载光电成像系统的设计以及系统性能评估提供一定的基础。     

极紫外光子计数成像探测器采集电路的研制

为了使极紫外光子计数成像探测器能够高速采集数据并显示光子位置信息,研制了一款数据采集电路系统。分析了基于感应电荷楔条形位置灵敏阳极光子计数成像探测器的成像原理,选用符合性能要求的模数(A/D)转换芯片,在现场可编程门阵列(FPGA)主控芯片的控制下对去除峰值保持电路模块的模拟信号进行采样和转换。FPGA将接收到的数字信号处理以后通过USB数据传输系统发送给计算机,上位机软件再进行解包、计算和成像等工作,将光子的位置图像显示出来。最后对所成图像的线性度和分辨率进行鉴定。实验结果表明,该电路系统具有最高为2 MHz的采样速度和3路同步采样能力,并且在没有峰值保持电路的情况下采集到的图像仍具有很好的线性度和高达5 lp/mm的空间分辨率。能快捷准确地完成数据采集和绘图成像,满足极紫外探测器对采集电路的性能要求。     

赋形像元探测器在超分辨重建中的应用

大多数光电成像系统的空间分辨率都与探测器的元数密切相关,增加探测器的元数是提高成像系统空间分辨率的核心问题之一.在不增加探测器元数的前提下,提高空间分辨率的技术途径之一就是超分辨重建技术,它通过增加探测器采样频率来提高探测器的空间分辨率.考虑到探测器的空间分辨率并不完全取决于采样作用,且受像元孔径效应的影响,提出了一种赋形像元探测器.基于巴比涅原理中的互补屏原则,将原有的红外探测器中的每个正矩形像元去掉1/4,用剩余部分来等效获取去掉部分的高截止频率;同时利用两列赋形像元探测器进行亚像元推扫,结合像元细分算法,实现超分辨重建.通过同时提高系统采样频率和探测器的截止频率来实现红外系统最终的高分辨率重建成像.     

光电成像系统的分辨率鉴定与测量技术

论述了光电成像系统中广泛使用的分辨率指标及分类,对空间分辨率模拟度量法的原理和测量方法进行了论述和分析。通过研究指出用空间分辨率指标来描述成像系统的质量,具有较好的直观性和归一性。由于单一的空间分辨率测量指标还不可能给出总的图像系统的性能,仅仅基于分辨率指标的图像评估不可能同时保证系统灵敏度设计的技术要求。因此,结合模拟度量法研究光电成像系统的分辨率测量法,给出成像分辨率测量准则。     

提高激光主动成像系统性能的匹配设计

光学系统及探测器的极限分辨率是影响激光主动成像系统分辨能力的主要因素,系统调制传递函数(MTF)是表征系统性能的重要指标。为了提高激光主动成像系统成像分辨率和MTF,分析了接收光学系统和探测器尺寸间的相互匹配关系,给出了光学系统参数的设计步骤,并对匹配条件和设计方法进行了实验验证。     

基于多锥晶体的多能点X射线光谱仪北大核心CSCD

为了克服传统弯曲晶体光谱仪存在检测的像差问题,基于衍射聚焦X射线特征能量谱范围、衍射光源位置、聚焦成像距离等关键的物理参数,设计了具有高光谱分辨力及宽光谱检测范围的多锥晶体X射线谱仪。从结构原理上讨论了该光谱仪的特点,研制完成了连续光滑的多锥表面X射线衍射聚焦弯曲晶体,通过单次X射线衍射聚焦诊断实验即能实现不同能量X射线无像差检测。对Ti的K_(α)与K_(β)射线光谱进行了多次衍射聚焦检测实验,获得了不同聚焦成像位置下的K_(α)与K_(β)特征谱线强度分布,并完成了光谱仪谱线聚焦能力与光谱分辨力分析。根据晶体对X射线聚焦程度与成像位置的关系,进行了不同聚焦成像位置处连续锥面光谱仪的聚焦性能分析,确定了最佳聚焦位置。实验结果表明:多锥晶体X射线光谱仪的聚焦能力得到显著提升,能谱检测范围可以覆盖4.51—5.14 keV,且在较大尺寸光源基础上仍能保证光谱分辨力达到600以上。     

Noninvasive imaging of bioimpedance distribution by means of current reconstruction magnetic resonance electrical impedance tomography

We have developed a novel magnetic resonance electrical impedance tomography (MREIT) algorithm-current reconstruction MREIT algorithm-for noninvasive imaging of electrical impedance distribution of a biological system using only one component of magnetic flux density. The newly proposed algorithm uses the inverse of Biot-Savart Law to reconstruct the current density distribution, and then, uses a modified J-substitution algorithm to reconstruct the conductivity image. A series of computer simulations has been conducted to evaluate the performance of the proposed current reconstruction MREIT algorithm with simulation settings for breast cancer imaging applications, with consideration of measurement noise, current injection strength, size of simulated tumors, spatial resolution, and position dependency. The present simulation results are highly promising, demonstrating the high spatial resolution, high accuracy in conductivity reconstruction, and robustness against noise of the proposed algorithm for imaging electrical impedance of a biological system. The present MREIT method may have potential applications to breast cancer imaging and imaging of other organs.     

用改进的透射光栅谱仪定量测量x射线能谱

利用最新研制的小型化透射光栅谱仪在“神光Ⅲ”原型实验装置上测量了激光注入金腔靶时激光注入口的X射线能谱,首次实现了在上极点附近对柱腔注入口辐射的测量,且实现对x射线的二维空间分辨和谱分辨的测量。改进后的透射光栅谱仪成像系统首次使用一种错位排布的狭缝阵列结构来解决因谱仪尺寸减小带来的能谱分辨问题,并同时达到提高系统空间分辨能力的目的,实现了ICF实验研究中对移动方便和高空间分辨的需求。     

一种基于石墨烯电场效应的软X射线探测器简

针对脉冲星导航对软X射线探测的实际要求,研究分析了一种基于石墨烯电场效应的软X射线探测器的性能.通过理论计算,并利用COMSOL Multiphysics有限元仿真软件,给出了探测器时间分辨率和能量分辨率的估值公式.在5.9 keV软X射线入射硅吸收层的情况下,时间分辨率的理论值可达7.2ns,能量分辨率的理论值约为90 eV(1.5％).结果表明,该探测器能够初步满足脉冲星软X射线的探测需求.     

用蒙特卡罗法研究高散射介质中的成像

用蒙特卡罗方法模拟了均匀介质中含有散射系数和吸收系数不同的物体时 ,物体的位置和大小对表面漫射强度时间响应函数的影响 ;在频率域分析了用幅度差和相位差成像时 ,物体位置和大小对成像质量的影响。结果表明相位的探测比幅度的探测灵敏 ,高频探测比低频探测灵敏 ;物体与光源的几何位置影响物体的像质 ,光源与物体共线时成像最灵敏 ,横向位置变化比纵向位置变化影响大 ;物体越大 ,成像效果越好 ,物体小到一定程度时 ,对幅度和相位的影响超出系统的探测能力 ,这决定成像系统的分辨率 ,它是诸多因素的综合     

单视点双曲面折反射红外全景成像系统设计与分析

在单视点结构约束条件下推导了给定红外探测器参数（像元规模和像元中心距）和俯仰角范围时,二次曲面反射镜面型（离心率）、反射镜厚度、反射镜与折射镜头之间的安装距离、折射镜头焦距等参数的数学公式,为建立单视点双曲面折反射红外全景成像系统提供了几何约束关系。与此同时,针对双曲面反射镜的特点,推导了其用于单视点折反射红外全景成像系统时空间分辨力（垂直方向瞬时视场和水平方向瞬时视场）的数学公式,并在理想大气、假设目标对比度足够高、探测方程相关参数最简化的条件下将其与现有的NVThermIP模型结合获得系统作用距离的公式。采用不同像元规模和灵敏度（噪声等效温差）进行了仿真,发现:（1）系统空间分辨力随像元规模的增大而增大;（2）系统作用距离随像元规模和灵敏度的增大而提高,但灵敏度的增大对作用距离的改善不明显。     

辐射照相中转换屏分辨率的实验研究

在高能闪光照相中,转换屏起着将高能X光转变成可见光的作用,它对系统的空间分辨率有重要影响.通过实验,分析了几种转换屏对系统调制传递函数MTF(空间分辨率)的影响.这些对于实验的布局以及对成像系统性能的定性分析都有很重要的实用价值.     

一维高斯分布物体X射线同轴相衬成像参数优化

采用图像衬度、信噪比、分辨率和探测器抽样数作为X射线同轴相衬成像质量的综合评价标准,针对具有广泛应用意义的一维高斯型分布特征的物体,建立了最大化衬度优化和信噪比优化两种参数优化方法的优化流程.通过数值模拟的方式分别对亚微焦点源、激光驱动微焦点源及同步辐射源3种不同X射线源下的成像系统相关参数进行了优化.结果表明,两种优化方法各具优势,可根据不同的相衬成像需求选择相应的优化方法.同步辐射源同轴相衬成像系统采用信噪比优化方法较为合适,而亚微焦点源和激光驱动微焦点源则需根据不同的需求来选择优化方法,必要时还可对优化方法进行一定的修正.研究为不同条件下有着不同要求的优质X射线同轴相衬成像实验提供了保证.     

薄板中的光声相控阵聚焦技术研究

光声技术以其声源空间分辨率高,易于产生而受到广泛关注,但因光声转化效率低下,如何利用多点光声产生声聚焦成为提高光声检测灵敏度的重要途径。为了利用多点光声产生声聚焦以提高光声检测灵敏度,该文开展了基于八阵元的光声声聚焦的研究。利用时间反转法,采用仿真加实验的方法,分析了空间激励位置、频率及阵元数对聚焦性能的影响。实验结果表明,该方法实现了10倍以上的聚焦效果。     

远程激光拉曼光谱探测系统前置光学系统设计

为实现远程物质高空间分辨力的拉曼光谱探测,设计了共孔径远程激光拉曼光谱探测系统的前置光学系统。光学系统采用共孔径结构,实现了激光发射系统、拉曼光收集系统及微区成像系统的共孔径、共光轴。设计的光学系统能够对激光进行聚焦以缩小激光光斑尺寸,使系统具有优于0.125 mrad的空间分辨率。该拉曼光收集透镜有效通光口径为50 mm,拉曼散射光在耦合透镜焦平面上的像高小于25m,可以与50m狭缝宽度的光谱仪进行空间光耦合,也可使用50m芯径的光纤来耦合光学系统与光谱仪。该系统可用于远距离物质的激光聚焦、拉曼光谱探测及微区成像。     

超大视场成像系统对空间目标的探测能力分析

随着大视场探测技术的发展,超大视场成像系统已被应用于导弹预警、航天器舱外摄像、机载预警等许多领域。探讨了超大视场成像系统的空间应用问题,分析了系统对典型目标的探测能力。结果表明:与小视场红外成像系统相比,超大视场系统空间漏警率大为降低,这使得系统探测盲区更小;超大视场系统的空间分辨力较大,这使得目标像在单个像元上驻留时间更长,有利于目标的提取和检测;但超大视场系统探测灵敏度和探测距离性能相对较差。综合考虑,超大视场成像系统难以适用于远距离目标的探测,但是系统大视场成像的特殊优势使其在近距离全向空间态势感知和强辐射威胁的实时预警方面有很大的应用潜力。