定量中子数字成像的中子散射校正技术研究

论文摘要

中子照相是一种出现较早且较成熟的无损检测与无损评价技术。近年来,数字化中子照相技术,即,中子数字成像技术的出现,其理论、技术和应用均获得了进一步的研究与发展。定量中子数字成像,作为中子数字成像技术的一种衍生和发展,因其能从微光成像的图像灰度信号中,可以提取出被检测样品中某种成分的定量信息,使其在无损检测与无损评价中,尤其受到了人们的青睐。中子数字成像系统,其对样品中一个质点的成像,可以采用点扩散函数加以描述,记为PSF(Point Spread Function)。本论文研究工作,基于所研制的CCD数字摄像机的中子微光数字成像系统,针对中子散射将直接影响其对无损检测进行某种成分定量分析的不利情况,研究分析了中子散射对该系统成像降质原理。论文采用点扩展函数的叠加,以此表征成像过程中散射中子对图像的降质;借助于蒙特卡罗(Monte Carlo,MC)方法,对H2O样品的散射点扩散函数进行模拟和建模,将其描述为样品厚度以及样品到探测器距离为参量的解析函数,并研究了该点扩散函数的计算方法。通过中子成像的数值模拟,验证了所建立模型的合理性。通过由解析函数计算出的PSF叠加图像,与数值模拟中子图像相比较,二者能够很好地吻合。对于某种样品,可以直接利用建立散射点扩散函数的解析函数,计算出不同条件下的散射点扩散函数,无需重复建模,既节省大量时间又具有很高的精度。论文在构建中子成像散射点扩散函数模型的基础上,提出了一种对中子图像进行散射校正的空域迭代算法。实验研究表明,对于成分相同但几何形状不同的H2O样品,在样品到探测器之间距离不同情况下所得到的中子数字图像,在较高的图像信噪比的情况下,利用研究所提出算法进行散射校正后,其影响成像质量的散射成分,能够较好地得到抑制,且所恢复出的样品厚度,趋近于实际厚度,这表明所提出的中子散射校正迭代算法,是可行且有效的。论文研究结果表明,利用MC方法构建系统的点扩展函数解析式,以此对中子图像进行散射校正,是一种行之有效的中子数字成像系统用于定量中子数字成像的散射校正方法,这对降低或减少中子散射射线对成像质量的影响,具有理论指导意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 引言
• 1.1 中子数字成像技术的应用及发展趋势
• 1.1.1 中子的发现及中子照相的应用
• 1.1.2 中子成像技术的发展趋势
• 1.2 选题依据与研究意义
• 1.3 研究内容及研究特色
• 1.3.1 研究的主要内容
• 1.3.2 研究特色
• 2 定量中子数字成像技术的基本原理
• 2.1 概述
• 2.2 中子数字成像系统
• 2.2.1 中子源的种类
• 2.2.2 中子数字成像探测系统
• 2.2.3 基于CCD 数字摄像机的微光数字成像系统
• 2.3 定量中子数字成像
• 2.3.1 定量中子数字成像的原理
• 2.3.2 定量中子数字成像的应用领域
• 2.3.3 定量中子数字成像的国内外研究现状
• 3 定量中子数字成像系统的降质分析
• 3.1 影响中子数字成像质量的主要因素
• 3.1.1 源中子束性质
• 3.1.2 散射中子
• 3.2 中子成像过程的点扩散函数表达
• 3.2.1 点扩散函数的定义
• 3.2.2 用点扩散函数的叠加来描述中子图像降质过程
• 3.2.3 中子图像散射校正的数学模型
• 4 中子散射点扩散函数的蒙特卡罗方法模拟
• 4.1 点扩散函数模型及其辨识
• 4.1.1 常见的点扩散函数模型
• 4.1.2 点扩散函数的辨识和估计
• 4.2 中子照相的MCNP 数值模拟
• 4.2.1 蒙特卡罗方法简介
• 4.2.2 MCNP5 应用描述
• 4.2.3 MCNP 模拟中子数字成像
• 4.3 散射点扩散函数的MCNP 测量
• 4.3.1 计算模型
• 4.3.2 实验条件设置
• 4.3.3 点扩散函数的拟合及模型
• 4.4 点扩散函数的计算和验证
• 5 中子数字图像的散射校正技术研究
• 5.1 图像去模糊的基本理论
• 5.2 空间域迭代算法
• 5.3 空域迭代的散射校正技术研究
• 5.3.1 算法步骤
• 5.3.2 算法验证
• 6 实验结果与分析
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录：作者在攻读硕士学位期间参加的科研项目及发表的论文目录
• 一、参加的科研项目
• 二、发表的科技论文