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基于退化模型的同轴相衬成像仿真模拟与实验研究

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第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 X射线相衬成像

1.2.1 X射线干涉仪法

1.2.2 衍射增强法

1.2.3 同轴X射线相衬成像

1.2.4 编码孔径同轴X射线相衬成像

1.3 X射线相衬成像的研究现状

1.3.1 同轴X射线相衬成像研究现状

1.3.2 编码孔径同轴X射线相衬成像研究现状

1.3.3 存在的主要问题

1.4 论文的主要研究内容及结构安排

第2章 同轴、编码孔径相衬成像的原理与质量评价参数

2.1 同轴相衬成像的数值模拟模型

2.1.1 物体的数值模拟模型

2.1.2 光源的空间相干性

2.1.3 惠更斯-菲涅尔定理

2.1.4 菲涅尔-基尔霍夫衍射定理

2.1.5 菲涅尔-基尔霍夫衍射积分及简化

2.2 编码孔径同轴相衬成像原理

2.3 质量评价参数

2.3.1 对比度

2.3.2 调制传递函数

第3章 微焦点源相衬成像系统

3.1 微焦点源相衬成像模拟系统

3.1.1 成像系统的点扩散函数及影响

3.1.2 微焦点源尺寸

3.1.3 光源与探测器模型

3.2 数值模拟的方法和流程

3.3 同轴相衬成像系统成像质量的定量评估

3.3.1 利用圆柱形仿体测量模拟系统的MTF

3.3.2 实验说明与准备

3.3.3 实验结果分析与讨论

第4章 提高相衬成像可见度的滤波方法

4.1 噪声模型

4.1.1 噪声概率密度函数

4.1.2 相衬成像系统的噪声分析

4.2 系统点扩散函数测量

4.3 维纳滤波与小波维纳滤波

4.3.1 维纳滤波

4.3.2 小波维纳滤波

4.4 滤波结果的验证与比较

4.4.1 数值模拟验证与比较

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摘要

传统X射线成像技术利用物体内各组成部分对射线衰减的不同程度来进行成像,若物体本身为各组成的衰减程度相差不大的弱吸收物质,则该技术难以区分内部结构,对其做清晰显示。X射线相衬成像是一种基于相位信息的新兴X射线成像技术,它将由物体引入的相位变化转化为图像强度以此获得成像结果,广泛应用于临床早期诊断、工业材料检测、艺术鉴定等多个领域。在各类相衬成像方法中,同轴相衬成像无需引入额外的光学装置,被认为是最有临床发展前景的相衬方法之一。本文重点讨论了同轴相衬成像方法,旨在利用数值模拟模型指导实际相衬成像,提高图像可见度,优化成像质量。 本文的工作主要包括以下四个部分:首先以菲涅尔-基尔霍夫理论作为基础,建立同轴相衬成像及孔径编码相衬成像方法的数值模型,并设计合理可靠的仿体实验,验证模型的有效性。在此基础上,研究系统几何参数、光源探测器特性、物质材料对成像的影响方式,采用对比度和调制传递函数两种参数进行质量评价。而后,标定实验室实际的PiXarray-100相衬成像系统的系统传递函数,并将标定结果应用到数值模拟中。为了抑制成像系统非理想性对相衬成像结果的恶化效应,本文最后研究了基于维纳滤波和小波维纳滤波的图像复原方法,通过模拟实验和实际成像对方法进行了验证,证明了小波维纳滤波可以克服相衬恶化效应,有效提高图像的可见度。

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