袁伟 1,2席雅睿 1,2谭川东 1,2刘川江 1,2[ ... ]刘丰林 1,2,*
作者单位
摘要
1 重庆大学ICT研究中心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
针对相对平行直线扫描CT(PTCT)图像重建存在的有限角伪影问题,提出一种学习局部和非局部正则项的深度迭代展开方法。该方法将具有固定迭代次数的梯度下降算法迭代展开到神经网络,利用具有坐标注意力(CA)机制的卷积模块和Swin-Transformer模块作为迭代模块交替级联部署,构成端到端的深度重建网络。卷积模块学习局部正则化,其中CA用于减少图像过平滑;Swin-Transformer模块学习非局部正则化,提高网络对图像细节的恢复能力;在相邻模块间,使用迭代连接(IC)增强模型提取深层特征的能力,提高每次迭代的效率。通过消融实验验证了网络各部分的有效性,并在两种类型的数据集上进行实验,结果证明了本文方法的效果。实验结果表明,本文方法在抑制PTCT重建图像有限角伪影的同时,能较好地保留重建图像细节,提高重建图像质量。
X射线光学 计算机断层成像 相对平行直线扫描 图像重建 有限角 深度学习 
光学学报
2024, 44(8): 0834001
作者单位
摘要
1 南京邮电大学电子与光学工程学院、柔性电子(未来技术)学院,江苏 南京 210023
2 美国伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校电子与计算机工程学院,伊利诺伊 厄巴纳61801,美国
3 北京邮电大学电子工程学院,北京 100876
提出一种基于盲源分离(BSS)从多角度投影提取出任意深度聚焦层的数字乳腺层析合成摄影(DBT)重建算法。首先,通过DBT成像设备采集乳腺的多角度投影,并对投影进行校正、对数变换等预处理工作;然后以中心投影为基准,根据成像几何将多角度投影通过位移聚焦到所选的重建深度z处;最后,将位移后的多角度投影视为由一个聚焦层内信息和若干层外信息构成的线性组合,进而通过BSS将聚焦层信息分离出来,由此快速重建出乳腺厚度范围内任意深度z处的层面。以中心投影为参考,将位移叠加(SAA)法、滤波反投影(FBP)法、最大似然期望最大化(MLEM)3种当前DBT重建的主要算法与所提重建算法进行比较,4种算法对原投影的噪声污染的改善程度分别为13.4%、18.8%、88.5%、73.6%,图像对比度分别下降83.7%、81.4%、74.6%、10.7%,与中心投影的特征相似性分别为0.841、0.866、0.861、0.886,结构相似性分别为0.596、0.594、0.628、0.787,伪影扩散平均值分别为0.571、0.254、0.189、0.146。此外所提算法的重建速度小于SAA、FBP,但比采用2次迭代的MLEM高56.0%,因此所提算法在降低噪声、保持细节、抑制伪影、重建速度方面的综合性能优秀,且随着BSS技术和计算机硬件水平的快速发展而不断提高其分离重建性能,因此所提算法是一种实用性强、极具发展潜力的DBT重建算法。
X射线光学 数字乳腺层析合成摄影 盲源分离 伪影扩散函数 聚焦层重建 
光学学报
2024, 44(8): 0817001
罗婷 1赵星 2,3,*赵云松 2,3李陶 4
作者单位
摘要
1 中国人民公安大学信息网络安全学院,北京 100038
2 首都师范大学数学科学学院,北京 100048
3 首都师范大学检测成像北京市高等学校工程研究中心,北京 100048
4 北京工商大学数学与统计学院,北京 100048
针对被测样品的组成物质已知且彼此不混合的情况,提出了一种结合能谱信息的单能谱计算机断层扫描(CT)图像重建方法。该方法利用已知物质作为基材料对CT投影数据的采集过程进行数学建模,然后对该非线性模型进行基材料图像的迭代求解。在求解中,通过将基材料“不混合”的性质转化为向量正交性,实现了迭代过程的快速收敛。本文方法充分考虑了X射线的能谱和被测样品材料的属性,可显著地校正传统CT图像中的硬化伪影和金属伪影,有效地提高该类样品的CT成像质量。实验验证了所提方法的有效性。
成像系统 X射线计算机断层扫描 硬化伪影 金属伪影 基材料分解 
光学学报
2024, 44(8): 0811001
作者单位
摘要
1 重庆大学机械与运载工程学院,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
在微焦CT成像中,通常利用增大X射线源管电压、管电流来提高扫描效率,但射线源功率增加会导致焦点尺寸增大,投影图像模糊,从而降低重建图像的空间分辨率。为了解决因非理想射线源焦点引起的图像模糊问题,本文提出利用深度学习在投影域映射非理想焦点与理想焦点投影之间的关系。推导了理想焦点投影与非理想焦点投影的正向关系,基于该关系构建配对数据集;提出一种基于自注意力机制的U-net网络(SU-net)学习非理想焦点投影到理想焦点投影的逆向关系。仿真实验和实际实验结果表明,提出的SU-net方法能准确地从非理想焦点投影中估计出理想焦点投影,可有效减少焦点导致的图像模糊。
计算机断层扫描 微焦点CT 空间分辨率 深度学习 X射线源焦点 
光学学报
2024, 44(7): 0734002
赵晋 1,3王成龙 2,*喻虹 1,2,3
作者单位
摘要
1 中国科学院上海光学精密机械研究所量子光学重点实验室,上海 201800
2 张江实验室,上海 201210
3 中国科学院大学,北京 100049
针对小角X射线散射(SAXS)测量图样中的宇宙线提出一种去除方法,以纳米结构的周期信息为物理先验计算得到周期性散射信号的坐标信息,对各光斑级次有效信号区域内的宇宙线进行检测并去除。数值模拟了含宇宙线的SAXS测量图样序列,测试该方法对SAXS测量图样序列宇宙线的检测和去除效果,并与现有的宇宙线去除方法进行对比。计算不同曝光时间下去噪前和各方法去噪后SAXS测量图样的评价指标,可以说明该方法对于SAXS测量图样中的宇宙线具有良好的去除效果,并能在长曝光条件下获得明显的信噪比增益。
X射线光学 小角X射线散射 周期性纳米结构 宇宙线 去噪 
光学学报
2024, 44(7): 0734001
李逵 1,4孟润宇 2,3李睿晅 1,4张光银 1,4[ ... ]樊仲维 4,*
作者单位
摘要
1 中国科学院空天信息创新研究院,北京 100094
2 云南大学物理与天文学院,云南 昆明 650216
3 中国科学院云南天文台,云南 昆明 650216
4 中国科学院大学光电学院,北京 100049
5 北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院,北京 100191
开发了由高重复频率(3 kHz)高能量(3 mJ)钛蓝宝石激光器驱动的极紫外和软X射线高次谐波激光光源。该光源系统在30 nm(光子能量为~45 eV)波长附近实现了大于120 μW的平均功率,在13.46 nm波长(光子能量为~92 eV)处实现了1.9 μW的平均功率,其中在13.46 nm波长处带宽为0.124 nm的单个谐波实现了0.32 μW的平均功率。此外,在该系统中,激光功率连续12 h的不稳定性均方根小于5%,连续8 h光束指向均方根小于10 µrad。该系统在生物成像、干涉光刻和芯片检测等领域中具有重要应用。
激光器 高次谐波 极紫外激光 13.5 nm光源 X射线 飞秒激光 
中国激光
2024, 51(7): 0701011
周涛 1,2彭彩月 1,2,*杜玉虎 1,2党培 1,2[ ... ]陆惠玲 3
作者单位
摘要
1 北方民族大学 计算机科学与工程学院,宁夏银川75002
2 北方民族大学 图像图形智能处理国家民委重点实验室,宁夏银川75001
3 宁夏医科大学 医学信息与工程学院,宁夏银川750004
针对肺部X射线图像的病灶区域较小、形状复杂,与正常组织间的边界模糊,使得肺炎图像中的病灶特征提取不充分的问题,提出了一个面向特征增强的双残差Res-Transformer肺炎识别模型,设计3种不同的特征增强策略对模型特征提取能力进行增强。设计了组注意力双残差模块(GADRM),采用双残差结构进行高效的特征融合,将双残差结构与通道混洗、通道注意力、空间注意力结合,增强模型对于病灶区域特征的提取能力;在网络的高层采用全局局部特征提取模块(GLFEM),结合CNN和Transformer的优势使网络充分提取图像的全局和局部特征,获得高层语义信息的全局特征,进一步增强网络的语义特征提取能力;设计了跨层双注意力特征融合模块(CDAFFM),融合浅层网络的空间信息以及深层网络的通道信息,对网络提取到的跨层特征进行增强。为了验证本文模型的有效性,分别在COVID-19 CHEST X-RAY数据集上进行消融实验和对比实验。实验结果表明,本文所提出网络的准确率、精确率、召回率,F1值和AUC值分别为98.41%,94.42%,94.20%,94.26%和99.65%。DRT Net能够帮助放射科医生使用胸部X光片对肺炎进行诊断,具有重要的临床作用。
肺炎识别 X射线图像 特征增强 双残差结构 Transformer pneumonia recognition X-ray image feature enhancement dual residual model Transformer 
光学 精密工程
2024, 32(5): 714
作者单位
摘要
1 天津工业大学纺织科学与工程学院 天津 300387
2 天津金发新材料有限公司 天津 300000
通过γ射线辐照技术引入“自掺杂”缺陷,优化硬碳层间尺寸和孔结构。通过扫描电镜、X射线衍射、拉曼光谱、等温氮气吸脱附等方法探究了吸收剂量对硬碳层间距与内部缺陷、无序结构的影响;通过恒电流充/放电研究了材料的电化学性能。结果表明:较低剂量辐照会提升硬碳表面结晶度,而随着吸收剂量的增加,硬碳无序结构增多,辐照后硬碳电化学性能得到明显改善。在140 kGy剂量辐照下,硬碳呈现出425.343 m2/g的高比表面积,硬碳在30 mA/g能够提供300 mAh/g的储钠容量,在1 A/g大电流密度容量仍然保持在195 mAh/g,对比未辐照处理的硬碳,电极容量提高了3倍,并且在大倍率充/放电过程中保持优良的稳定性能。这项工作为设计先进的纳米材料及缺陷工程在储能领域的应用提供了新的途径和思路。
γ射线 辐照 硬碳 缺陷 层间尺寸 储钠性能 γ-Ray Irradiation Hard carbon Defects Interlayer spacing Sodium storage properties 
辐射研究与辐射工艺学报
2024, 42(1): 010202
作者单位
摘要
四川大学 物理学院,成都 610064
针对传统γ射线探测实验装置定位精度不高、搭建麻烦、可开展的实验项目少,不利于实验重复与教学等缺点,该文设计开发了一款γ射线探测与测量综合实验教学平台,完成了平台的机械设计加工以及γ射线探测专用数字化多道分析器研制。基于该平台,可完成多个关于γ射线探测与应用的认知、基础、综合型、探究型实验项目。实践教学效果证明,该平台稳定性好,操作性强,实验结果准确,方便教师教学,能使学生更好地理解与掌握γ射线的性质、γ射线与物质相互作用的机制以及γ射线的应用。
γ射线 探测 实验教学平台 数字化多道 γ-ray detection experiment teaching platform digital energy spectrometer 
实验科学与技术
2024, 22(1): 143
作者单位
摘要
中国工程物理研究院 流体物理研究所,脉冲功率科学与技术重点实验室,四川 绵阳 621900
以减小直线感应加速器X射线光源横向尺寸为目标,开展轫致辐射转换靶的设计。对聚焦打靶过程中电子束运动轨迹进行分析,指出同一个电子束轨迹分布,既可以描述为电子束在某纵向位置处具有一定的横向展宽,也可以描述为电子束保持较小横向尺寸时的轴向分布展宽,由此提出在束腰附近放置多个小靶片实现聚焦电子束有效阻挡的小尺寸多层靶概念设计。采用EGS4程序对X射线产额进行计算,发现靶厚度在一定范围内改变时X射线产额变化较小,基于这一规律完成了小尺寸多层靶的结构设计。进一步考察了一个设计应用实例,当聚焦电子束最小包络直径3 mm、会聚角100 mrad时,对比大尺寸靶,采用小尺寸多层靶可以获得等效直径减小约50%、产额减小约10%的X射线光源。该设计方法有望在相同的电子束品质和聚焦条件下,获得横向尺寸小于电子束最小束包络直径的X射线光源,具有一定的应用价值。
直线感应电子加速器 X射线光源 强流电子束 聚焦 轫致辐射转换靶 linear induction electron accelerator X-ray light source high current electron beam focus bremsstrahlung conversion target 
强激光与粒子束
2024, 36(3): 034003

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