基于X射线光栅相位衬度的鲫鱼无损成像研究

近年来,光栅相位衬度成像成为当前X射线成像学界的研究热点,因其与传统X光源的高度兼容性而被认为是未来临床医学无损诊断的关键技术.与现有X射线吸收衬度成像技术相比,相位衬度成像技术对软组织具有不可替代的分辨能力.基于几何投影的X射线光栅相位衬度成像技术,无损研究了本地鲫鱼的鱼体结构,利用福尔马林溶液处理样品,发现成像结果清楚地显示出鱼肠组织的结构.这是第一次利用X射线光栅相位衬度成像技术观察到鱼肠组织.     

基于同步辐射光源的DEI技术在豚鼠耳蜗成像中的应用

基于同步辐射光源和单色晶体-分析晶体系统的硬X射线衍射增强成像（diffraction enhanced imaging， DEI）是一种对X射线相位信息进行成像的有效方法. 利用分析晶体微弧度量级的角敏感性，DEI可以对X射线穿透样品时产生的透射光、折射光和散射光分别进行成像，大大提高了硬X射线成像的像衬度和空间分辨率. 在北京同步辐射装置（Beijing synchrotron radiation facilities，BSRF）形貌学实验站，文中应用DEI方法对豚鼠耳蜗进行成像，获得了一系列的DEI图像；并在此基础上计算得到了表观吸收像和表观折射像. DEI图像清晰显示了耳蜗的整体结构和内部细节，甚至包括细胞水平的结构，如内外毛细胞的静纤毛和Hansen 细胞边缘等. DEI图像具有高衬度、高分辨率和明显的边缘增强等特点，在生物、医学研究和临床应用中有广阔的前景.     

薄晶体定量立体电予显微术

借助于衍射衬度成像,一般的电子显微术可以显示出晶体薄膜试样内部组织的许多信息,这时只需要在特定的衍射条件下摄取一张衍衬像。然而只依据这样一张衍衬像并不能判断某些显微组织在试样内部的空间立体分布。一些工作,例如本期学报所发表的作者的一些工作,往往要求了解沉淀物的三维分布等等,这就必需采用薄晶体试样的定量立体电子显微技术。     

基于非局部Bayesian的单掩膜编码衍射成像算法

为了降低编码衍射成像系统的硬件复杂度,研究基于单个编码衍射图案(coded diffraction pattern,CDP)的成像算法.以图像本身具有的非局部区域自相似特性作为相位恢复中的信号约束,克服单个CDP携带信息过少的不足,提出一种基于非局部Bayesian估计与图像自相似性的相位恢复与图像重建算法.研究结果表...     

不同波长X射线对衍射增强成像的影响

为了研究不同波长X射线对衍射增强成像的影响,我们利用北京同步辐射光源4W1A光束线引出的硬X射线对肿瘤组织进行成像的研究。结果显示：表观吸收图像的可见度比在摇摆曲线顶部记录的峰位图像的可见度高,说明利用计算机图像重建可以提高图像的可见度;尽管折射图像的可见度不是很好,但其图像的层次感（衬度）会有所增加,便于图像的辨别;X射线波长较大（X射线能量较低）时,各种图像的可见度均比较高,可见长波长X射线有利于衍射增强成像。     

用部分相干光成像理论计算刀口法中的光强分布

利用部分相干光成像理论,推出Ｆｏｕｃａｕｌｔ刀口相位检测时非相干入射情况下的像面光强分布．分析表明,在一定条件下,可得到输入物函数相位变化率分布的信息．     

超短余弦-高斯脉冲的能量分析

研究了超短余弦-高斯脉冲的能量与绝对相位以及余弦函数的参数之间的关系,给出了余弦-高斯脉冲能量的解析表达式.研究结果表明,当脉冲宽度较小时,绝对相位对脉冲能量有很大影响;余弦函数的参数Ω在一定取值范围内对脉冲能量也有很大影响,它会导致脉冲宽度大于一个光学振荡周期的几周期余弦-高斯脉冲能量有较大的变化.     

基于高倍物镜的相位显微成像方法

当前基于干涉技术的相位显微成像方法已经被广泛研究,但基于非干涉方法(相位恢复)的相位显微成像研究还很少.本文将相位恢复与显微成像技术相结合,提出并论证了一种基于高倍物镜的相位显微成像方法,适用于微米级相位型物体的显微成像.该方法简单有效,针对高倍物镜显微系统的特性,采用同时移动CCD及显微物镜的拍摄方法,解决了传统拍摄模式下,高倍物镜的采样距离无法满足成像关系的问题.通过CCD采集物面在不同传播的距离衍射放大像,利用测得的强度信息重建物体相位信息.采用直径5μm的聚苯乙烯微球作为待重建样品,使用100×物镜进行显微成像实验.相位分布重建结果反映了样品真实高度的分布变化,证明了该方法的有效性.与基于干涉技术的相位显微方法相比,该方法所使用的实验装置更加简单,易于操作且成本更低.对于生物细胞或组织等相位型样品的厚度或折射率分布测量具有实际应用意义.     

体全息在共焦显微镜中的应用

采用体全息记录信息代替共焦显微镜中的反射镜,在物光的衍射光强最大的条件下,记录体全息信息.体全息共焦成像的动态范围取决于全息衍射效率和材料的限制,而深度分辨率则取决于物镜的数值孔径和记录介质的厚度大小.体全息共焦显微镜系统的观测结果对探测器前的光阑孔径大小没有明显的依赖关系,在探测器前加尺寸不必特别小的针孔或可以不加针孔,这样可减小由于衍射现象引起的像差.体全息成像本身具有滤波的作用.物镜的像差在体全息自成像过程中由于相位共轭而消除,从而使仪器的深度分辨率与测量的动态范围不再相互限制.     

三能级Λ型原子系统中边频对相位调制光栅的影响

利用原子相干与干涉效应研究了三能级∧型原子系统中边频对相位调制电磁感应光栅的影响。结果表明由于边频相干,该结构中电磁感应透明窗口从一个拓展到多个。调节合适的边频强度,分析吸收色散性质,利用边频相干效应,相位衍射光栅强度尤其是一阶衍射得到增强。该系统内合适的探测场失谐、边频与中心频率之间的频差、相互作用长度也对相位调制光栅效率起到增强作用。该研究对于发展新颖的量子信息光学、量子网络及光学成像等方面的器件有着潜在的应用。     

基于衍射增强的肝脏图像的信息分离与微细血管重建

肝脏疾病是一种常见的疾病,虽然传统X射线、CT、MIR能够观察到比较大的病理改变,但由于其空间分辨力的限制不能用于微细组织结构的检查,破坏性的病理检查是唯一的方法（例如肝脏组织活检）．衍射增强成像特点是衬度高,分辨力高,可以很好的弥补这个不足．文中用小鼠的肝脏作为标本,在北京高能物理研究所同步辐射装置（BSRF）形貌站（4W1A）上完成传统X射线成像,摇摆曲线上取点分别成像以及CT投影图像．数据处理包括吸收、折射、消光、散射信息的分离,断层重建以及三维重建．处理结果表明衍射增强图像可以清晰地显示肝脏内部组织和血管的形状,最小的血管大约几十微米,三维重建后更加明确地展现了血管的形状和走向,在医学、生物学中有较好的应用前景．     

几种金属单质的高分辨像的模拟

为了拟合出相对最佳厚度和欠焦量下的相位衬度像并构建初步的金属单质原子量级高分辨结构像的评测程序,该文主要采用Fortran程序并结合高分辨像模拟程序来计算了几种常见金属及其氧化物的高分辨模拟像,分析不同厚度和欠焦量条件下金属铜等结构的高分辨模拟像的衬度变化规律,模拟像厚度范围为1~50nm,欠焦量范围为-30~30nm。     

基于相位恢复的二维图像彩色再现

携带物体信息的衍射光波中包含了振幅和相位信息,现有相机只能记录光强信息,振幅信息在光束传播过程中抗噪能力差,易丢失,因而相位信息的恢复有着重要的意义。利用光强传输方程和基于Gerchberg-Saxton(GS)的角谱迭代算法,研究了二维图像的相位信息恢复问题。首先利用两幅二维图像,分别模拟像面位置光波复振幅的振幅信息和相位信息。然后利用角谱传递函数计算了光路中两个离焦面位置的复振幅分布。将三面光强分布直接代入光强传输方程,因多次近似只能得到粗略的相位分布,将其作为基于GS角谱迭代算法中的初始相位可加快收敛速度,得到更精确的相位分布,相位误差均方根值低至10-8。最后,结合图像的RGB通道,通过角谱传递函数和计算所得相位,利用三面光强分布,实现了像面附近的彩色图像再现。     

北斗MEO/IGSO卫星信号成像的多星点扩散函数分析及应用

利用导航卫星作为信号源进行双基地合成孔径成像是一种新的遥感成像手段。利用导航卫星成像的关键是成像分辨率,而双基地点扩散函数(point spread function,PSF)和多星点扩散函数(multi-satellite point spread function,MPSF)在成像拓扑结构设计和分析成像分辨率上有重要意义,但是目前缺乏对导航卫星成像的多星点扩散函数研究。针对此问题,首先研究利用北斗中圆地球轨道(medium earth orbit,MEO)/倾斜地球同步轨道(inclined geosynchironous orbit, IGSO)卫星和地面静止接收机形成的成像拓扑结构的双基地点扩散函数模型;其次,通过对具有不同方向角的双基地点扩散函数进行非相干累加得到了多星点扩散函数的数学模型,并对分辨率参数进行了分析,然后通过现场实验验证了点扩散函数计算的正确性;最后,针对多星成像中存在伪像的问题,提出基于多星点扩散函数的目标分离算法。结果表明:使用目标分离算法能够对正确地分离出多星成像中的伪像。     

四向加权最小二乘法相位解缠研究

相位解缠是干涉合成孔径雷达(InSAR)成像的关键步骤之一.首先采用正余弦均值滤波法去除InSAR图像噪声,然后提出一种改进的最小二乘法,即四向加权最小二乘法,应用该算法进行相位解缠实验.实验结果表明, 正余弦均值滤波法不仅对去除噪声非常有效,而且很好的保持了图像边缘信息;四向加权最小二乘法比现有的两向最小二乘法相位解缠更接近真实解缠相位.     

相干性对PIE成像方法的影响

分析了相干性对PIE（Ptychographic Iterative Engine）成像技术的影响,指出光源相干性不理想将会引起再现结果中各个频谱分量强度相对于其真实值发生相对变化,而且这种变化随着相干系数的降低而逐步增大.由于实际再现结果是很多可能再现像的线性组合,因而往往包含很多的噪声或细节扭曲,同时当物体衍射能力较弱而零级衍射很强的情况下,高阶衍射间的干涉可以忽略,所得的再现结果相对于原始物体有明显的相位对比度弱化,但由于衍射场仅仅发生强度的减弱而相位并未改变,所以再现像仍然可以较好地反应物体的真实结构信息.     

基于X射线相衬成像技术的光栅品质无损检测（英文）

提出了一种基于X射线光栅像衬成像技术的光栅品质无损检测方法.我们发现利用传统的吸收信号很容易检测到光栅电镀缺陷,而由非均匀紫外曝光导致的光栅缺陷则可以通过相衬信号进行检测.实验结果证明,在一种利用实验室光源同时产生吸收信号和相位信号的大视场实验平台上,X射线相位衬成像技术可以很好地运用到光栅缺陷的快速检测以及其他类似的电刻产品的品质检测上.     

部分相干双曲余弦高斯光束通过湍流大气传输空间相干性的变化

基于广义惠更斯—菲涅尔原理,推导出了部分相干双曲余弦高斯光束通过湍流大气传输其光谱相干度的解析表达式,并研究了光束的空间相干特性.研究表明,部分相干双曲余弦高斯光束通过自由空间传输其光谱相干度会出现振荡和相位奇异现象,且震荡随光束离心参数δ增大而增强.但是,随着湍流的增强,不同δ的光谱相干度曲线相接近,并呈类高斯分布;此外,在湍流中随着传输距离z的增加光束的空间相干性变差.     

近场光学与近场光学显微镜

近场光学是研究距离物体表面一个波长以内的光学现象的新型交叉学科。基于非辐射场的探测与成像原理,近场光学显微镜突破常规光学显微镜所受到的衍射极限,在超高光学分辨率下进行纳米尺度光学成像与纳米尺度光谱研究。本文将讨论近场光学的基本原理,非辐射场的探测与高分辨率的关系;光学限阈及隐失场在近场光学中的重要性;以及近场信息的获取方法。对近场光学显微镜的主要类型及相应的仪器发展,分辨率,衬度原理做一综述。同时简要介绍近场光学显微镜在超高分辨率光学成像,近场局域光谱,高密度数据存储,在生命科学,单分子光谱,量子器件发光机制等领域中的应用。     

扫描电镜中扫描透射成像装置的研制及应用

使用扫描电镜自带的背散射电子探头(BSED)作透射散射电子探测器,设计了一套适合FEI Quanta 650FEG扫描电镜使用的扫描透射(STEM)成像装置,并制定了该STEM成像装置的操作说明。以埃洛石复合ZrO₂纳米颗粒为观察对象,对自制STEM成像装置的实用性进行了验证。结果表明：STEM像衬度与背散射电子探头到样品之间的距离相关,通过调整背散射电子探头与样品之间的距离,可以实现高角环形暗场像的采集,使ZrO₂纳米颗粒的亮度明显高于埃洛石;STEM像衬度与透射电镜采集的HAADF-STEM像一致,元素分布状态也与埃洛石和ZrO₂纳米颗粒对应,表明所研制的STEM成像装置具有较好的实用性。