1 中国科学院上海应用物理研究所上海 201800
2 中国科学院上海高等研究院 上海同步辐射光源上海 201204
3 中国科学院大学北京 100049
与白光X射线动态显微CT（Micro Computed Tomography）相比，单色光X射线动态显微CT具有较低的辐射损伤和较高的密度分辨率，但是更难以平衡其空间和时间分辨率。目前，单色光X射线动态显微CT的最高时间分辨率可达到13.3 Hz，探测器有效像素尺寸为5 μm。为了构建具有更高时空分辨率的单色光X射线动态显微CT系统，基于上海光源快速X光成像线站（BL16U2）的高通量密度单色光，将高速转台与三镜头大数值孔径快速X射线成像探测器相结合，构建了实验系统。以速发型聚氨酯材料为研究对象进行了验证实验，在15 keV单色光下动态显微CT的时间分辨率达到了20 Hz，探测器有效像素尺寸为2.2 μm。对气泡运动进行相关定量分析，证明该系统具有高时空分辨率和高对比度分辨率，可以对复杂运动系统进行四维时空定量分析，为BL16U2线站用户进行高时空分辨率的复杂原位研究提供了强大的实验平台。
X射线动态显微CT 快速X射线成像 X射线单色光显微CT 同步辐射 X-ray dynamic Micro-CT Fast X-ray imaging Monochromatic X-ray Micro-CT Synchrotron radiation
1 中国科学院上海高等研究院上海光源科学中心，上海 201204
2 中国科学院上海应用物理研究所，上海 201800
3 中国科学院大学，北京 100049
全场透射X射线显微镜（TXM）具有纳米量级空间分辨、原位、无损和三维（3D）成像等优点，目前已被广泛应用到多个研究领域中。纳米三维成像线站是上海同步辐射光源（SSRF）二期工程建设内容之一，该线站瞄准前沿领域中的科学问题和国家战略需求，主要实验方法为TXM和纳米计算机断层扫描（CT），能量范围为5~14 keV，空间分辨率的设计指标为20 nm。该线站基于弯铁光源，光束线采用柱面准直镜、双晶单色器和超环面聚焦镜设计方案。实验线站采用自主设计、整体集成的全场TXM系统，实验站中单毛细管聚焦元件、TXM机械系统、纳米CT控制及数据采集软件均为自主研发。2021年SSRF纳米三维成像线站（BL18B）完成了带光调试与性能测试，实现了20 nm分辨率的TXM成像，是国际上首条基于弯铁光源并实现20 nm分辨率成像的光束线站，测试结果全部达到线站设计指标，2022年该线站将对用户开放使用。
X射线光学 透射X射线显微镜 同步辐射 单毛细管聚焦镜 自主研发 光学学报
2022, 42(23): 2334001
Author Affiliations
Abstract
1 Shanghai Institute of Applied Physics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 201800, China
2 Shanghai Synchrotron Radiation Facility/Zhangjiang Lab, Shanghai Advanced Research Institute, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 201204, China
3 University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
4 Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 201800, China
At present, reconstruction of megapixel and high-fidelity images with few measurements is a major challenge for X-ray ghost imaging (XGI). The available strategies require massive measurements and reconstruct low-fidelity images of less than pixels. Inspired by the concept of synthetic aperture radar, synthetic aperture XGI (SAXGI) integrated with compressive sensing is proposed to solve this problem with a binned detector in the object arm. Experimental results demonstrated that SAXGI can accurately reconstruct the pixels image of a binary sample of tangled strands of tungsten fiber from 660 measurements. Accordingly, SAXGI is a promising solution for the practical application of XGI.
X-ray ghost imaging compressive sensing megapixel imaging Chinese Optics Letters
2022, 20(3): 033401
1 中国科学院上海应用物理研究所, 上海 201800
2 中国科学院上海高等研究院, 张江实验室上海光源科学中心, 上海 201210
3 北京师范大学, 北京 100875
X射线荧光成像是一种可无损获得样品内部元素空间分布信息的实验技术, 可分为荧光mapping扫描成像与荧光CT成像, 其空间分辨率由X射线聚焦束斑的大小决定。 上海光源成像线站已建立X射线荧光成像系统并对用户开放, 在多个领域取得较好的研究成果, 该系统基于狭缝限束获取微束X射线, 束斑为150 μm, 限制了该方法的广泛应用。 椭球聚焦镜是反射面为椭球面的单次反射单毛细管光学元件, 基于全反射原理, 具有反射效率高、 工作距离长、 接收角宽、 适用X射线能量范围宽、 体积小等优点, 已应用到X射线聚焦、 全场纳米成像等领域。 由于对面型精度的要求较高, 制备椭球聚焦镜难度较大。 为满足广大用户对微束荧光成像的需求, 自行设计并成功研制了针对微束荧光成像系统的单毛细管椭球镜, 并对其进行了X射线聚焦性能检测, 结果显示可获得14 μm聚焦光斑, 焦点处增益可达255倍。 基于自主研制的椭球镜, 在上海光源BL13W搭建微束X射线荧光成像系统, 并开展了微束荧光mapping成像与微束荧光CT实验研究: (1)对中风鼠脑切片的荧光mapping扫描成像, 得到中风鼠脑中微量元素铜、 铁、 钙与锌的元素分布荧光光谱图； (2)对鼠脑及毛细管中浓度为0.5 mg·L-1的标准砷溶液进行同步辐射微束X射线荧光CT成像, 利用OSEM重构算法重构投影数据, 获得了鼠脑中铜元素和毛细管中砷元素二维分布的切片图。 两组实验表明, 基于自行设计与研制的单毛细管椭球镜的微束X射线荧光成像系统, 样品处的光通量密度增加, 空间分辨率得到提高, 单张荧光光谱的获取时间显著减少, 同时也提高了系统的元素探测限。
单毛细管椭球镜 荧光成像 元素分布 同步辐射 Ellipsoidal sing-bounce mono-capillary X-ray fluorescence imaging Distribution of element Synchrotron radiation 光谱学与光谱分析
2020, 40(7): 2011
1 中国科学院上海应用物理研究所, 上海 201204
2 国际竹藤中心, 北京 100102
第三代同步辐射光源X射线具有高亮度、 光谱连续、 宽频谱范围、 高空间分辨率、 高衬度分辨率等独特优越性, 可实现光谱精准计算及能量可调, 对低Z材料内部结构边缘增强图像方面也具有很强的优势。 利用上海同步辐射光源X射线双能减影和相衬成像技术, 实现铜唑防腐剂处理竹材的同步辐射无损检测研究, 并获得了Cu的分布图和处理材的内部结构, 该技术为防腐处理竹材解剖学研究提供了一个重要无损检测手段。
铜唑防腐剂 竹材 同步辐射 双能减影 相衬成像 CuAz preservative Bamboo Synchrotron radiation Dual energy subtraction imaging Phase contrast imaging
1 中国科学院上海应用物理研究所, 上海 201204
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 北京师范大学, 北京 100875
设计并成功研制了单毛细管椭球镜,并通过光学及X射线方法测试了它的特性。椭球镜的面形误差为15 μrad,能量为9 keV时聚焦光斑直径为40 μm,聚焦光斑发射角为1.75 mrad。基于研制的椭球镜,在上海光源X射线成像线站搭建X射线纳米成像系统,并实现了纳米成像,这表明该椭球镜可满足X射线纳米成像的需求。
X射线光学 X射线显微镜 单毛细管椭球镜 检测 同步辐射 光学学报
2017, 37(10): 1034002
1 中国科学院上海应用物理研究所, 上海 201800
2 中国科学院大学, 北京 100049
在同步辐射X 射线成像中，时常会出现对比度不高或对比度不均匀的问题，这将导致图像中样品的一些细节信息难以被观察和分析。针对这一问题，提出一种X 射线图像对比度增强的算法。该算法以同态滤波为核心，结合图像降噪预处理及灰度调整，以现图像的对比度增强，并提高图像质量。编写程序实现该算法，并通过对分辨率靶图像和海洋鱼类样品的X 射线图像进行测试。结果表明，该算法可以很好地增强灰度分布不均匀的低对比度X射线图像，使样品信息显示更清晰，灰度分布更均匀。同时，对X 射线图像的降噪效果明显。
图像处理 对比度增强 同态滤波 同步辐射 X 射线成像
中国科学院上海应用物理研究所, 上海 201800
作为具有国际先进水平的第三代同步辐射光源，上海光源的X射线亮度比普通X光管高12~16个量级，基于它的X射线成像具有高空间分辨、高衬度分辨和快时间分辨的特点，同步辐射X射线可对样品实现原位、无损、高分辨、三维和动态成像，而且可以实现相位衬度成像，从而将X射线成像的应用领域拓展到软组织、聚合物等低Z材料。自2009年正式向用户开放以来，上海光源已在生物医学、材料科学、古生物学、土壤学等领域取得了一大批重要研究成果。为更好地支持用户，上海光源X射线成像组在定量成像、CT成像、快速CT重构等成像方法学领域开展了较为全面、系统的研究，大幅提高了实验效率和对不同样品的适应性。本文简要介绍了上海光源X射线成像方法学发展及相关应用研究进展。
X射线光学 X射线成像 同步辐射
1 中国科学院上海应用物理研究所, 上海201204
2 中国林业科学研究院木材工业研究所北京100091
3 国际竹藤中心, 北京100102
4 广东省林业科学研究院, 广东 广州510520
5 中国科学院上海应用物理研究所, 上海201204
第三代同步辐射光源X射线相位衬度显微CT能获得样品内部结构的边缘增强图像, 实现对低Z材料成像。 利用上海同步辐射光源X射线相衬显微成像技术, 实现了竹木复合材料中EPI和MUF胶合界面和胶黏剂渗透特征的无损探测, 并基于这些特征分析了几种不同加工工艺对胶黏剂在木材和竹材中渗透的影响。 该技术为人造板工艺解剖学研究提供了一种重要无损检测手段。
同步辐射 相位衬度 竹木复合材料 胶黏剂 Synchrotron radiation Phase contrast Wood/bamboo composite material Adhesive
1 中国科学院上海应用物理研究所, 上海 201800
2 中国科学院研究生院, 北京 100049
3 中国科学院南京土壤研究所, 江苏 南京 201008
探测器像元响应的不一致、光源能不稳定等因素使得计算机层析(CT)图像中含有较多的环形伪影，严重降低了图像质量，影响了图像的三维重建和量化分析，为此提出了基于极坐标变换与傅里叶变换后低通滤波的算法去除环形伪影。通过极坐标变换将直角坐标下的环形伪影转化为极坐标下的线性伪影，然后对线性伪影图像进行傅里叶变换获得频谱图像，进而设计二维低通滤波器进行滤波处理，最后通过傅里叶逆变换与坐标逆变换获得校正后的图像。利用Matlab软件，编写程序对算法进行验证，结果表明，该算法能够有效地去除环形伪影，使图像内部细节清晰可见，并且保护了图像边缘信息，提高了图像的信噪比；另外，使用该方法处理100张切片图像只需3.5 min，可满足批量处理的需求。
X射线光学 环形伪影 线性伪影 极坐标变换 傅里叶变换
