ICF中环孔编码成像分辨率与环宽关系的研究

论文摘要

在惯性约束聚变（ICF:inertial confinement fusion）实验中,环形编码孔径显微镜（RAM:ring coded-aperture microscope）是一种重要的X射线成像设备。本文主要对RAM系统中恢复图像分辨率与环宽的关系进行了探讨。传统光学理论认为,图像可分辨的最小宽度以编码环的环宽为极限。本文从成像系统的可逆性考虑,认为即使当编码环的环宽大于靶标本身的尺度时,也有可能通过解码处理恢复出原始靶标图像,即在一定限度内增大环宽尺寸不会影响恢复图像的分辨率。上述观点是否正确?环宽可以放宽到什么程度?这是ICF应用中十分关注的问题,也正是本文重点要研究的问题。 目前在RAM的研究中,通常是依据几何光学原理研究成像问题,而忽略光的衍射效应。这在一般的图像复原算法研究中是可以的,但对于研究分辨率等极限问题就不适用了。因此,本文首先从光的波动原理出发,将光的衍射模型与编码环相结合,探讨了在有衍射效应下RAM的成像原理,推导出此时系统的点扩散函数模型,并采用合适的计算方法对模型进行数值求解;最后探讨了衍射效应下维纳滤波恢复方法的适用性。这为进行RAM中恢复图像分辨率与环宽关系的实验研究奠定了基础。 本文针对不同条纹形状的原始图像进行了分辨率与环宽关系的仿真实验研究,所得结果表明:在环形孔径编码成像中,当信噪比降到-10dB,环宽增至所要分辨尺寸的10倍以上时,仍可得到满意的解码重构图像。文中还通过对实际ICF图像的解码重构实验进一步佐证了仿真实验研究结果的正确性。这表明在环孔编码成像系统中,环宽并不严格受传统光学极限分辨率的限制,即使在信噪比较低的情况下,也可以比所要分辨的尺度放大10倍以上。该结论对于降低ICF成像中编码环制作工艺的难度和提高成像的信噪比也是十分有利的。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 X射线成像技术
• 1.2 传统光学的分辨率理论
• 1.3 本文研究课题的提出及意义
• 1.4 本文主要工作与结构安排
• 2 基于几何光学原理的环形编码孔径的成像与解码重构方法
• 2.1 系统点扩散函数的确定
• 2.2 环形编码孔径的成像原理
• 2.3 环形孔径编码成像的解码重构方法
• 2.3.1 传统维纳滤波方法
• 2.3.2 二次维纳滤波方法
• 2.4 环形编码孔径显微镜的结构及图像采集
• 3 基于波动光学原理的环形编码孔径的成像与解码重构方法
• 3.1 光的衍射原理
• 3.2 衍射的近似模型
• 3.3 衍射效应下环形编码孔径的成像原理
• 3.4 衍射效应下系统点扩散函数模型的数值求解与结果举例
• 3.4.1 基于快速傅里叶变换（FFT）的计算方法
• 3.4.2 基于数值积分的计算方法
• 3.4.3 计算结果举例
• 3.5 衍射效应下环形孔径编码成像的解码重构方法
• 4 图像分辨率与环宽关系的实验研究与结果分析
• 4.1 图像分辨率与环宽关系的仿真实验研究
• 4.1.1 直条纹图像分辨率与环宽关系的仿真实验研究
• 4.1.2 斜条纹图像分辨率与环宽关系的仿真实验研究
• 4.1.3 环状条纹图像分辨率与环宽关系的仿真实验研究
• 4.2 实际ICF图像的解码重构实验研究
• 4.2.1 针对实际ICF图像解码重构的维纳滤波器的设计
• 4.2.2 实际ICF图像的解码重构实验举例
• 4.3 实验结果小结
• 5 总结与展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢
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