林强 1马泽明 2刘斌 3王文健 1[ ... ]杨民 4,*
作者单位
摘要
1 西南交通大学轨道交通运载系统全国重点实验室摩擦学研究所,四川 成都 610031
2 西南交通大学唐山研究院,河北 唐山 063000
3 中国工程物理研究院核物理与化学研究所,四川 绵阳 621900
4 北京航空航天大学机械工程及自动化学院,北京 100191
中子偏置CT(computed tomography)扫描是一种有效的大尺寸样品层析检测方法,但投影数据截断会导致较大的CT系统转台旋转中心标定误差,严重影响成像质量。基于投影数据对称性原理,提出了一种计算旋转中心左侧和右侧投影数据和之间方差的偏置CT扫描旋转中心精确标定算法。设计了对称补数据重建算法和投影数据预处理重建算法,验证得到,对称补数据重建算法对旋转中心标定误差更为敏感,较小的误差值会导致补齐后投影数据出现拼接缝以及拼接错位问题。提出了一种中子投影数据噪声仿真方法,设计的三维仿真模体验证了所提标定算法与投影数据预处理重建算法在不同旋转中心偏置大小以及不同强度投影噪声条件下的性能优势。基于反应堆中子源开展了中子偏置CT扫描成像验证实验,获得了样品清晰的内外部结构细节,中子CT成像系统的成像视野扩大了31.4%。
计算机断层扫描成像 图像重建技术 中子 偏置扫描 旋转中心 computed tomography scanning imaging image reconstruction technology neutron displaced scanning center of rotation 
光学学报
2024, 44(3): 0334002
宋文龙 1,2李奉笑 1,2安康 1,2周日峰 1,2,*
作者单位
摘要
1 重庆大学光电技术及系统教育部重点实验室ICT研究中心,重庆 400044
2 重庆大学工业CT无损检测教育部工程研究中心,重庆 400044
电子直线加速器焦点尺寸是影响高能工业CT空间分辨率等关键技术指标的主要因素之一。IEC 62976-2021和GB/T 20129-2015的“三明治”法(或称叠片法)是现行的无损检测用电子直线加速器焦点测试标准。但在实际操作中,该方法不仅过程繁琐,且在胶片曝光、冲洗、条纹计数等过程中人为因素影响大。此外,理论仿真发现“三明治”测试模块的金属片及塑胶片厚度对测量结果影响的误差超过±12.5%。针对该方法的不足,研究并设计了一套焦点测量方法和装置——狭缝平移扫描法及装置,并进行焦点扫描测试和CT空间分辨率验证等实验。结果表明,所提方法相对于“三明治”法,测量结果客观、准确、重复性好,这对于电子直线加速器的焦点尺寸精确测量和高能工业CT系统性能评估和优化设计具有重要意义。
X射线光学 高能工业CT 电子直线加速器 焦点尺寸 蒙特卡罗方法 X-ray optics high-energy industrial CT electron linear accelerator focal spot size Monte Carlo method 
光学学报
2023, 43(23): 2334001
作者单位
摘要
1 中国科学院电工研究所,北京 100190
2 中国科学院大学,北京 100049
目前,国产大功率端窗X射线管存在束流和功率小于设计值的问题。从热电子发射理论和空间电荷受限发射理论出发,对大功率端窗X射线管的束流进行优化研究。在理论仿真中,计算两种理论模型下的电子束轨迹、束流大小和靶面焦斑。计算分析表明,现有问题主要是灯丝附近的电势分布不合理造成的。基于这一分析,对现有结构提出两种优化方案:一种不改变现有结构仅通过改变灯丝电势来克服灯丝附近的空间电荷效应;另一种通过改变灯丝位置来使灯丝附近的加速电压分布更加合理。基于这两种优化方案,再次进行仿真计算,计算结果显示,两种方案可以有效提高现有大功率X射线管的束流。最后设计了验证性实验,测得了该结构在额定最大灯丝电流下的温度限制束流大小,并验证了仿真计算的准确性,同时也验证了提出的两种优化方案的可行性。
X射线源 空间电荷限制 热电子发射 性能优化 X-ray source space charge limitation thermal electron emission performance optimization 
光学学报
2023, 43(22): 2234001
赵如歌 1冯鹏 1,2,*罗燕 1张颂 1[ ... ]刘亚楠 3,**
作者单位
摘要
1 重庆大学光电技术及系统教育部重点实验室,重庆 400044
2 重庆大学工业CT无损检测教育部工程研究中心,重庆 400044
3 重庆工商职业学院电子信息工程学院,重庆 400032
X射线荧光CT(XFCT)是X射线CT与X射线荧光分析相结合的新型成像方式,可用于探测被修饰后的纳米金颗粒在肿瘤内部的分布及质量分数,在早期癌症诊疗方面具有较好的应用潜力。如何抑制XFCT成像的康普顿散射噪声是当前的热点问题。本文基于深度学习方法,通过卷积神经网络学习图像中的噪声分布规律,从而抑制噪声。基于此,提出了一种基于噪声水平估计和卷积神经网络的XFCT去噪网络(NeCNN)算法,该算法运用噪声估计子网络及去噪主网络进行去噪。估计子网络通过去噪卷积神经网络(DnCNN)估计噪声水平并初步降噪,随后将估计结果输入去噪主网络——全卷积神经网络(FCN)用于学习康普顿散射的分布规律,同时为兼顾局部与全局最优解采用均方误差(MSE)及结构相似度(SSIM)作为损失函数。数据集通过Geant4软件模拟扫描填充各种金属纳米颗粒(Au、Bi、Ru、Gd)的空气模体及聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)模体来获取,且设置不同入射X射线的强度,以此模拟不同噪声水平,增强模型泛化能力。实验结果表明,与三维块匹配滤波(BM3D)及DnCNN算法相比,NeCNN算法的去噪结果最优,其SSIM为0.95066,峰值信噪比(PSNR)为29.01558,图像质量提高最为显著。
X射线荧光CT 康普顿散射 噪声估计 NeCNN算法 X-ray fluorescence computed tomography Compton scattering noise estimation NeCNN network 
光学学报
2023, 43(20): 2034001
钟肖彤 1,2刘会亚 3,*董全力 1,4,**康宁 3张杰 4,5
作者单位
摘要
1 哈尔滨工业大学(威海)理学院,山东 威海 264209
2 哈尔滨工业大学物理学院,黑龙江 哈尔滨 150001
3 中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光物理联合实验室,上海 201800
4 上海交通大学IFSA协同创新中心,上海 200240
5 中国科学院物理研究所北京凝聚态物理国家研究中心,北京 100190
在惯性约束聚变及实验室天体物理研究中,均需要对等离子体的形态进行清晰的成像,同时具有单色、高分辨、大视场的X射线球面弯晶背光成像是其中一项关键的诊断技术。本文首先对球面弯晶背光成像技术的成像性能进行分析,获得了空间分辨率、成像效率等性能参数随成像系统设计参数变化的关系。在此基础上,利用神光II高功率激光辐照Si靶,激发产生1.865 keV的Heα线,对球面弯晶背光成像系统的性能进行实验验证。实验得到清晰的网格图像和生物样品图像,实验结果与理论计算值相符,成像分辨率达到4.8 μm。该工作满足X射线弯晶成像高分辨率的要求,可用于惯性约束聚变等相关实验中激光等离子体的精密诊断。
X射线 球面弯晶 背光成像 空间分辨 X-ray spherically curved crystal backlight imaging spatial resolution 
光学学报
2023, 43(19): 1934001
李保权 1,2李帆 1,2曹阳 1,*桑鹏 1
作者单位
摘要
1 中国科学院国家空间科学中心,北京 100190
2 中国科学院大学,北京 100049
为了准确测量X射线脉冲星导航中的光子到达时间,提出了一种X射线探测器光子到达时间精度的测试系统,该系统主要由脉冲X射线发生器、任意波形发生器、雪崩光电二极管探测器和时间标记光子计数器组成。系统测量脉冲X射线发生器的控制脉冲信号与雪崩光电二极管探测器测量的输出信号之间的时间延迟,研究时间延迟的分布情况,该分布的标准差可以反映被测探测器的光子到达时间测量精度。实验结果显示,雪崩光电二极管探测器输出信号相比控制信号的时间延迟约9.03 ns,标准差为2.23 ns,即雪崩光电二极管探测器的光子到达时间精度为2.23 ns,表明其能够实现对X射线单光子的快时间响应与高精度标记。
X射线 X射线调制源 光子到达时间精度 雪崩光电二极管 脉冲星导航 X-ray X-ray modulation source Photon arrival time accuracy Avalanche photodiode Pulsar navigation 
光子学报
2023, 52(7): 0734003
作者单位
摘要
1 重庆真测科技股份有限公司,重庆 401332
2 国网江苏省电力有限公司电力科学研究院,南京 211103
为提高在役高压电缆X射线扫描图像重建速度,结合传统的滤波反投影算法,提出基于数据平滑的局部扫描重建算法。分析了源直线扫描局部计算机断层成像方法存在的有限角和数据截断问题,提出数据平滑方式解决方法。主要途径是利用余弦函数沿探测器方向和射线源方向分别进行数据平滑插值,避免投影数据值在这两个方向上突然降为零,起到抑制截断伪影和有限角伪影的作用。实验证明,所提方法能有效抑制图像伪影,有利于电缆阻水缓冲层缺陷识别。相较于原有的联合迭代重建算法,该方法缩短了重建时间且图像重建质量相当;相较于传统滤波反投影算法,重建图像质量提高但重建耗时基本一致。
计算机断层扫描 源直线扫描局部计算机断层成像 滤波反投影算法 数据平滑 有限角成像 数据截断 伪影抑制 Computed tomography Local source-translation computed tomography Filtered backprojection Projection smoothing Limited-angle imaging Projection truncation Artifact suppression 
光子学报
2023, 52(7): 0734002
余越 1,2司昊轩 1,2杨祖华 3伊圣振 1,2,**王占山 1,2,*
作者单位
摘要
1 同济大学 物理科学与工程学院 精密光学工程技术研究所,上海 200092
2 同济大学 先进微结构材料教育部重点实验室,上海 200092
3 中国工程物理研究院 激光聚变研究中心,绵阳 621900
提出了一种采用球面弯晶聚焦结构获得高亮度桌面型单能X射线的方法。在子午方向利用晶体色散实现单能、在弧矢方向通过球面镜聚焦提高光强。理论建模和光学仿真评估了该结构的色散和聚焦性能,验证了球面弯晶聚焦结构相对于柱面弯晶在聚焦特性上的显著优势。针对Al靶Kα1线单能需求,设计和装调了基于低功率Al靶X射线管的单能装置,并实验验证了其性能。结果显示,当X射线管工作在7 W功率条件下,CCD曝光10 min,Al靶Kα1线全视场光谱的探测器计数大于2×105,能谱展宽约为0.592 eV;引入200 μm限束光阑,能谱展宽进一步减小至0.493 eV,探测器计数约为2×104。研究结果证实了该装置可以有效获得高亮度Al靶Kα1谱线,也为精确测量光学器件和系统的光谱特性提供了一种新的获得高亮度单能X射线的技术途径。
球面弯晶聚焦 高亮度 高单能性 桌面型 X射线源 Spherical bent-crystal focusing structure High intensity High monochromaticity Desktop X-ray source 
光子学报
2023, 52(7): 0734001
曹阳 1,*桑鹏 1李保权 1,2,**牟欢 1[ ... ]刘亚宁 1
作者单位
摘要
1 中国科学院国家空间科学中心复杂航天系统电子信息技术重点实验室,北京 100190
2 中国科学院大学,北京 100049
基于微型X射线闭管的X射线荧光谱仪是深空探测新一代元素就位分析技术,研制了一款微型微焦斑X射线闭管作为X射线荧光分析的激发源。设计了一种新型的单极静电聚焦透镜,仿真模拟了电子聚焦光学结构尺寸对电子束运动轨迹的影响,并对静电聚焦结构的形状和尺寸进行了优化。完成了微型一体化X射线源的加工和装调,搭建了X射线源性能测试装置。微型一体化X射线源工作电压2~50 kV、X射线强度不稳定性为0.3%、高压不稳定性为0.21%。在高压50 kV、电子电流50 μA的情况下,微型一体化X射线源的总功耗5 W,焦斑尺寸177 μm×451 μm,可以满足深空探测行星表面物质成分原位分析需求。
元素原位分析 微型X射线闭管 微焦斑 静电聚焦透镜 in-situ elemental analysis miniature sealed X-ray tube micro-focus electrostatic focusing lens 
光学学报
2023, 43(14): 1434002
作者单位
摘要
信息工程大学成像与智能处理河南重点实验室,河南 郑州 450001
为降低X射线辐射剂量和提高成像效率,开发准确和高效的多能谱成像方法,提出一种具有双即插即用(PnP)框架的图像重建方法。该方法引入两个PnP正则化能量函数,分别对多通道图像内蕴低秩性与通道内图像稀疏性进行度量。首先以多通道图像间的相似块构造高维张量,然后引入张量加权核范数对张量低秩性进行刻画,并结合图像梯度域L0(伪)范数对通道内图像稀疏性进行刻画,最后设计基于交替方向乘子法的高效求解算法。为验证算法的可行性,开展模拟多通道光子计数采样图像重建实验。实验结果表明:与现有代表性方法相比,所提方法的峰值信噪比提升0.067 dB~1.89 dB,时间消耗约为代表性方法的25%;所提方法具有抑制伪影干扰和改善图像质量的优势,并且计算效率得到显著提升。
能谱计算机断层成像技术 低剂量采样 X射线成像 即插即用框架 multi-energy computed tomography low dose sampling X-ray imaging plug and play framework 
光学学报
2023, 43(14): 1434001

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