大视场中子孔径成像模拟与图像重建

论文摘要

在中子孔径成像系统中,成像系统的参数决定了成像的质量。因此为了得到优化的系统参数,本文从工程应用条件出发利用Geant4建立了针孔成像模型,以及半影编码成像模型,并获得了半影编码成像的点扩展函数。然后分析了针孔成像与半影成像之间的优缺点。同时还根据建立的成像系统,模拟得出了中子源通过孔径所投影的像。其中通过半影孔所成像为编码像,需要进行解码处理。本文应用了两种线性解码算法对编码像进行了解码复原,从而验证了孔径成像系统的可行性。本文的主要研究成果包括:①设计并建立中子针孔和半影成像模型,应用模型对成像过程进行仿真。②仿真并讨论了中子源随空间分布对系统点扩展函数的影响。③利用线性解码算法（维纳滤波法,Lucy-Richardson）对不同中子源形成的编码像进行了解码复原。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 研究现状及意义
• 1.2.1 研究现状
• 1.2.2 研究意义
• 1.3 本课题的研究目标
• 1.4 本文的创新点
• 1.5 本文的主要研究工作及内容安排
• 1.5.1 本文的主要研究工作
• 1.5.2 论文的内容安排
• 1.6 本章小结
• 2 中子针孔成像的物理基础
• 2.1 引言
• 2.2 中子的基本性质
• 2.2.1 中子的特性
• 2.2.2 中子与物质的相互作用
• 2.3 塑料闪烁光纤探测器
• 2.3.1 塑料闪烁光纤的一般结构
• 2.3.2 塑料闪烁光纤的材料及传输特性
• 2.3.3 塑料闪烁光纤在射线成像方面的优势
• 2.4 本章小结
• 3 中子针孔成像仿真
• 3.1 蒙特卡罗方法
• 3.1.1 蒙特卡罗方法简介
• 3.1.2 蒙特卡罗方法在中子针孔成像中的应用
• 3.1.3 粒子输运Monte Carlo 模拟软件
• 3.2 Geant4 模拟工具
• 3.2.1 Geant4 简介
• 3.2.2 Geant4 输出
• 3.3 本章小结
• 4 大视场针孔中子成像探测方案的可行性研究
• 4.1 引言
• 4.2 针孔成像系统
• 4.2.1 针孔成像原理
• 4.2.2 针孔成像系统的参数
• 4.3 针孔成像模拟仿真
• 4.3.1 针孔成像模型
• 4.3.2 探测器的结构与尺寸
• 4.4 成像仿真结果讨论
• 4.4.1 能量均匀分布中子源成像
• 4.4.2 能量分布变化中子源成像
• 4.4.3 模拟结果分析
• 4.5 本章小结
• 5 大视场中子半影成像探测方案的可行性研究
• 5.1 引言
• 5.2 半影成像原理
• 5.3 半影成像系统
• 5.3.1 半影成像理论模型
• 5.3.2 半影成像实验模型
• 5.3.3 半影成像仿真模型
• 5.4 系统点扩展函数
• 5.4.1 仿真所得点扩展函数
• 5.4.2 系统分辨率
• 5.4.3 系统噪声
• 5.5 本章小结
• 6 对半影编码像进行解码复原
• 6.1 引言
• 6.2 半影编码成像解码
• 6.2.1 半影编码成像的数学模型
• 6.2.2 维纳滤波算法
• 6.2.3 Lucy-Richardson 算法
• 6.3 中子源分布变化的解码结果分析
• 6.3.1 两点源解码复原
• 6.3.2 空间和能量分布变化中子源解码
• 6.4 与ICF 半影成像比较
• 6.4.1 两点源解码复原
• 6.4.2 ICF 成像解码复原
• 6.5 遗传解码算法
• 6.6 本章小结
• 7 总结与展望
• 7.1 全篇总结
• 7.2 后续研究工作的展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• A. 作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录
• B. 作者在攻读硕士学位期间参加的科研项目和学术会议