基于C型臂的Tomosynthesis快速重建方法

传统的层析X射线摄影合成(Tomosynthesis)算法不适合对C型臂X射线投影进行切片重建.提出了一种改进的Tomosynthesis算法CTS (C-arm based Tomosynthesis),依据C型臂成像原理,将不同角度的X射线投影按其映射关系在三维空间内旋转-叠加来重建切片.该算法可以对等中心C型臂连续采集的一组有限角度X射线投影进行切片重建.通过计算机模拟空心球和空心圆柱模型的C型臂X射线投影,用该算法对其二维投影进行切片重建,并利用重建结果分析了CTS算法的重建精度以及抗噪声干扰能力.最后给出了将CTS算法推广到可以对非等中心C型臂进行切片重建的步骤. CTS为基于C型臂的术中三维成像提供了一种参考方法.      

大尺寸构件工业CT成像方法

为解决大尺寸构件快速ICT(Industrial Computed Tomography)成像问题,提出了一种通过检台2次偏置扩大扫描视场的ICT成像方法,并基于三代ICT投影数据存在的冗余特征,推导了它的投影数据重排预处理方法和滤波反投影(FBP,Filter Back-Projection)重建算法.该重排预处理方法建立了扇束投影数据与平行束投影数据间的函数映射关系,可将探测器在2个扫描位置采集的2组不完整扇形射束投影数据重排成一组完整的平行射束投影,从而使后续重建得以进行.计算机仿真结果表明,该方法在重构大尺寸构件图像时,获得了满意的质量.分析表明,在增加一次360°回转扫描情况下,其有效扫描视野达到标准三代ICT方法的2.8倍左右.该方法仅需CT扫描台具备平移和旋转自由度,易于与现有三代ICT兼容,工程实现方便.      

X射线脉冲星/SINS组合导航研究

X射线脉冲星导航是一种新兴的天文导航方法, 该导航方法可靠、稳定, 不受近地空间的限制, 但在轨道机动过程中导航精度不高. 针对此问题提出了X射线脉冲星/SINS组合导航方法, 对该方法的应用效果进行了数值仿真分析. 结果表明, X射线脉冲星/SINS组合导航在轨道机动过程中具有较高的导航精度, 有效抑制了惯性导航误差随时间的漂移, 提高了X射线脉冲星导航方法的通用性, 为X射线脉冲星导航的工程应用奠定了理论基础.      

X射线天文卫星观测需求分析与控制总体设计

对X射线天文卫星观测需求进行了分析，提炼了观测任务对观测模式、源的高精度定位与对准、轨道、热控、测控数传等多项需求与约束；针对X射线观测的多需求、多约束难点，设计了集巡天观测、定点观测与小天区扫描观测于一体的观测模式，解决了一颗卫星同时实现全天扫描、银道面深度扫描、重要惯性区域扫描、重要及机遇目标深度观测以及伽马暴全天监测的多种观测需求的难题，该技术已在我国硬X射线调制望远镜卫星上得到应用.     

X射线实时成像器件缺陷校正方法的研究

对于由射线转换屏和CCD相机组成的X射线实时成像系统而言,成像器件缺陷是影响系统成像质量的重要因素.结合工程实践,分析了射线转换屏缺陷、CCD像元光响应不一致性等成像器件缺陷的特性及其成像规律,提出了一种数学模型和成像器件缺陷校正方法.实验结果表明,该方法对消除成像器件缺陷造成的图像降质有较好的效果.      

基于VA32TA5电荷测量系统的设计和实现

半导体探测器具有分辨率好、灵敏度高、线性范围宽等优点,是空间X/$\gamma$射线探测最常用的探测器.半导体探测系统对电子学系统的噪声水平和测量精度具有较严格的要求.针对半导体探测器对前端电子学的要求,构建了一个基于多通道电荷测量芯片VA32TA5的电荷测量系统,详细描述了该系统的设计原理和实现过程,并对其进行了初步测试.测试结果表明,该电荷测量系统具有噪声低和线性好的优点,适用于硅微条、碲锌镉等半导体探测器.      

X射线脉冲星导航在行星际轨道上的应用

X射线脉冲星导航技术被认为是新一代导航技术,非常适合于行星际探测.深入分析了利用搜索空间方法求解飞行器真实位置和估计位置相位差的脉冲整周期模糊数,解决了相位导航方法存在的周期模糊数问题.利用轨道动力学模型估计飞行器的位置,并以真实位置和估计位置上的脉冲相位之差作为反馈进行偏差校正.仿真表明,X射线脉冲星导航方法在行星际轨道上是可行和高效的.     

太阳X射线暴在地球大气中传输的Monte Carlo模拟

应用MonteCarlo方法对太阳X射线暴(1-8?及0.5-4?)与地球大气相互作用过程进行跟踪模拟,得到了X射线暴在电离层D层产生的电子产生率,并计算了由此产生的宇宙噪声吸收值。结果与作者在南极观测得到的X射线暴期间宇宙噪声吸收值符合较好.      

IXRF法用于航空发动机磨损在线监测的研究

 介绍了一种基于同位素X射线荧光法(IXRF法)的航空发动机磨损在线监测系统.航空发动机滑油中携带了大量的金属磨损屑末,利用不同金属释放出不同特征X射线的原理,可以检测出滑油中不同种类金属的成份及含量.此种方法具有快速、可靠、非接触等特点.实验结果表明,在线监测系统能够实时地检测出滑油中的铜、铁浓度.该项技术的研究和应用,可以对发动机的磨损故障进行早期预报,避免恶性事故的发生.     

美国航空航天局×射线脉冲星导航计划

脉冲星是大质量恒星演化、坍缩、超新星爆发的遗迹,属于高速旋转的中子星,具有极其稳定的周期性特征.X射线脉冲星导航就是在航天器上安装探测器,以脉冲星辐射的X射线信号作为外部输入,经过相应的信号和数据处理,实现航天器自主确定轨道、时间和姿态等导航参数.X射线脉冲星导航技术为解决近地轨道和深空探测航天器的持续高精度自主导航与控制难题提供了一种新思路,尤其是该技术能为导航星座提供独立的外部时空基准,从而实现导航星座的长时间自主运行.     

CT图像环状伪影校正方法

CT图像环状伪影是由探测器像元响应不理想等因素造成的,它导致CT重建图像的降质,影响了图像的后续处理和量化分析.提出了一套完整的算法完成CT伪影校正:基于探测器像元通道响应不一致性的校正,通过偏置和增益校正对硬件响应不一致性进行补偿;基于投影正弦图的校正,通过数字滤波提取正弦图上残余的线状伪影,属于CT图像重建前的一种预处理校正方法;基于重建图像的校正,通过坐标变换将直角坐标系中的环状伪影变为极坐标系中的线状伪影进行处理,属于一种图像后处理方法.这些算法已经用于基于YXLON XRS232 9″图像增强器的CT重建,在保证图像质量的基础上环状伪影得到有效校正.      

基于球投影的面阵探测器扭转角测量与校正

为了消除基于面阵探测器的锥束X射线计算机断层成像(XCT,X-ray Computed Tomography)检测系统中探测器的安装误差对重建断层图像的影响,使投影坐标系准确建立,并与重建坐标系精确配准,提出了基于椭圆拟合的平板探测器位姿参数的估计方法.并在此基础上,从锥束XCT的近似重建算法FDK(Feldkamp)出发,结合空间坐标变换原理,改进了重建算法中投影地址的计算方式,使之能在存在安装误差的情况下准确计算投影地址,重建出正确的断层图像.该方法简单有效,计算量小,无需对系统硬件进行调整.实验结果表明,利用该方法可以有效地消除由于探测器位姿引起的图像伪影.     

基于加权全变差最小化的中子外部CT重建算法

针对中子外部CT检测需求，提出了基于加权方向全变差（WDTV）最小化的中子外部CT重建算法。首先，利用平行束数据对称性原理将正弦图中旋转中心另一侧缺失的投影数据进行补充；其次，采用传统FBP算法进行了外部CT扫描模式下的CT重建。为了抑制传统FBP、SART算法重建图像中径向边缘伪影，采用WDTV算法计算沿径向和周向方向的局部方向差分并作加权和。另外，在重建模型的WDTV项中引入2个权重参数以控制径向边缘和切向边缘的不同响应强度。最后，采用所提算法研究了重建图像质量与投影数据量的关系。计算机仿真和真实冷中子实验表明:基于WDTV最小化的中子外部CT重建算法能够有效抑制径向边缘伪影，获得高质量重建图像。      

工业CT半扫描成像技术

工业CT即ICT(Industrial Computed Tomography)采用三代扫描方式对构件进行快速检测.但受探测器长度的限制,三代的扫描视场小,可检构件的尺寸受到限制.为解决较大尺寸构件ICT快速检测问题,讨论了一种工业CT半扫描成像技术,推导了其滤波反投影FBP(Filter Back-Projection)重构算法.该算法首先利用扇束三代CT重排原理,将半扫描形成的扇束投影数据修正为360°内不完备的平行束数据;然后利用平行束对称性,生成180°内完备的平行束数据;最后利用平行束重建算法实施重建.计算机模拟和实验结果证明了该技术的正确性.分析表明,其有效扫描视野比三代提高0.8倍以上.     

单圆轨道扫描的Grangeat改进算法

为减少ICT(Industrial Computed Tomography)重建图像的伪影,研究了Grangeat精确重建算法的原理.基于平板探测器依次通过对投影数据沿行、列一阶偏微分,求Radon导以及两步反投影等步骤仿真实现了Grangeat算法.针对单圆轨道锥束扫描投影数据的不完备性,分析了Radon空间的数据缺失情况,提出了通过近邻插值、线性插值、二次三点插值和一元线性回归插值的方法对Radon空间缺失数据进行插值改进该算法的几种途径.计算机仿真结果证明了改进算法的正确性和可行性.     

空间材料科学实验中的X光三维成像仿真

用于空间材料科学研究的X射线观察设备已列入空间站材料科学实验规划,仿真实现X光三维成像的流程可为X射线观察设备的研制提供设计依据.仿真流程主要包括三个步骤:使用锥束X光照射被扫描对象并旋转对象,获取多角度下的投影影像;根据投影影像和几何信息重建扫描对象,获取对象空间点数据;将扫描对象三维显示出来.使用线衰减系数不同且相互重叠的多个椭球组成的三维Shepp-Logan模型对算法进行了仿真测试,仿真结果能很好地将模型重建并显示出来.      

基于空间解析几何关系的焦点投影位置测量

为了抑制工业计算机层析成像(CT,Computed Tomography)过程中的重建伪影,研究了一种基于空间解析几何关系的射线源焦点投影位置测量方法,并完成了计算机仿真和实验验证.该方法根据工业CT扫描系统的几何结构关系建立射线源焦点投影位置和转台旋转中心投影位置之间的空间解析表达式,然后通过测量转台旋转中心在多个位置的投影来解析求解射线源焦点投影位置.该方法要求转台具有3个自由度:旋转,平行于探测器方向移动,和垂直于探测器方向移动.仿真和实验结果表明,该方法能够有效抑制重建伪影.该方法无需使用特殊模体,不需要任何先验几何参数,较现有方法更为方便.      

一种相噪测试系统误差修正技术的仿真分析

为提高相噪测试系统测量的准确性,本文提出了一种基于高斯白噪声多点注入技术的测试误差修正方法.根据鉴相法测量相位噪声时各环节的误差项分析,构建了系统的误差修正模型.通过对模型输出结果的仿真,计算了锁相环路特性、基带信号处理通路(由LPF、LNA等组成)频响不平坦特性这两个主要误差因素的修正值.同时给出了其它误差项的修正方...     

多层CT用数据采集系统的设计与测试

提出了一种多通道、高密度、高精度数据采集系统的设计方案.采用基于现场可编程逻辑门阵列(FPGA, Field Programmable Gate Arrays)内嵌软核的体系结构,实现了多通道数据的缓冲、格式转换、乒乓读写等流水操作,解决了多层CT(Computed Tomography)有限扫描时间内数据量大、时序要求严格和数据传输精确性要求高的问题;同时利用高精度电压源和精密电阻模拟了前端输入,设计了基于PXI(PCI eXtensions for Instrumentation)总线的虚拟仪器,精确测试了设计系统的性能且未额外引入噪声.方案已成功应用于多层CT中,同时也为数据采集提供一种借鉴.