硬X射线相位相衬成像研究进展

自从20世纪90年代中叶以来,硬X射线相位相衬成像技术因其对弱吸收材料的极高灵敏度引起了国内外广泛的关注,医学及生物成像是相位相衬成像的主要目标.详细论述了各种相位相衬成像技术的研究进展情况.     

热光非定域螺旋相衬成像（特邀）

边缘增强作为一种图像处理技术,对于研究物体边界信息有着重要的应用。根据热光鬼成像的关联机制,将鬼成像与螺旋相衬成像技术相结合,把相位物体与涡旋滤光器非定域地放在热光鬼成像系统的探测光路和参考光路中,建立了相位物体边缘增强识别系统。实验结果表明,采用具有分数阶轨道角动量拓扑荷的涡旋滤波器可以实现轨道角动量值在0~1范围内的相位物体的边缘渐变性增强效果。随着轨道角动量拓扑荷数的增加,相位物体的边缘增强效果会越明显。非定域螺旋相衬成像相较于传统的螺旋相衬成像方案,突破了被测物体和涡旋滤波器在同一光路,并且滤波器必须放置在频谱面的空间局域性限制,解除了对主动照明光源相干性的要求,增强了涡旋滤波相衬成像系统的泛化能力。     

一种基于共轴干涉的相位物体定量成像技术

为了实现生物组织及相位光栅等透明相位物体的快速定量相位测量与成像,基于共轴干涉及相衬干涉原理,构建了一套相位物体定量相位快速测量与成像系统。分析了定量成像原理,设计了相应的相位提取及恢复算法。通过拍摄单幅或两幅相衬图,实现了相位光栅、水滴等小相位变化的相位样品的定量相位测量与成像。设计了相应的分区差分相位解包裹算法,实现了相位值超过π的微透镜的定量相位测量与成像。结果表明,通过该系统测量所得到的全息相位光栅的相位分布以及不同超声驱动电压下弱超声驻波光栅的相位振幅变化关系与其它方法所得的测量结果基本一致;微透镜的实验测量厚度值与理论计算值相比,绝对误差约为0.03μm。本系统具有一定的可行性和适应性,在生物细胞和组织等透明相位物体的快速测量与成像方面有潜在的应用意义。     

X射线相位衬度CT

X射线相位衬度CT指的是在通过X射线光源来对物体进行成像过程中使用图像的位相衬度来反映物体的密度或者厚度分布,适用于弱吸收物体,还可以减少吸收剂量,放宽成像条件中光源强度的限制和减少对样品(尤其是生物样品)的损伤.介绍了目前用于X射线相位衬度CT的三种方法,实验及图像重建的过程,并分析了各自的优缺点.     

Li~+HREM象衬的研究

按赝弱相位物体近似理论[1],在最佳成象条件下,原子的象衬随晶体厚度有明显变化。晶体很薄时,赝弱相位物体近似退化为弱相位物体近似,因而不易观察到很轻的原子。晶体增厚时,轻原子象衬相对增加,于是有可能在高分辨电子显微象上确定轻原子的位置。     

数字全息显微术应用于生物样品相衬成像的实验研究

构建了无透镜傅里叶变换数字全息实验系统,实现了对一组生物样品特别是活体细胞的高保真度定量相衬成像。系统的简单性在于其数值再现过程只需直接对全息图进行一次快速傅里叶变换,而对由此引入到相位像中的畸变,则采用两步相减法予以校正。成像物体首先选用家蚊口器和洋葱表皮细胞的生物教学样片,进而使用无标记的活体宫颈癌细胞。实验中,不仅观察到了静态生物样品清晰的形态,而且观察到活体细胞形态的动态变化,充分表明了数字全息显微术应用于生物样品相衬成像的有效性。     

定量相衬法研究

本文以矩形和锯齿形相位光栅为样品，运用傅里叶光学的理论方法，对传统的相衬法进行定量研究。研究结果表明：在物的相位变动范围（０—π／２），对于相移值π／４，π／３，π／２三种情况，均能获得较好的准线性转换；当π／２时，转换灵敏程度最高：π／４时转换线性最好；π／３时两项指标居中；当物的相位变动范围超过π／２，则转换将严重地背离准线性关系，甚而相衬法完全无效。然而，实际样品的相位起伏可能是很大的。上述否定结果表明，传统的相衬法注定只能对样品作定性的图象观察，不可能对任意大相位变化的样品作定量的相位恢复。     

基于卷积神经网络的定量相衬显微技术（特邀）

定量相衬显微可以在无荧光标记的前提下实现对透明样品的高衬度、定量化相位成像,对活细胞及其动态过程观测具有重要意义。然而,传统的定量相衬显微需要记录3幅相移图像才能获得样品定量的相位图像,耗时较长。提出一种基于双通道卷积神经网络的定量相衬显微相位重建方法。该方法可以利用2幅相移图像获得样品的定量相位图像,将传统定量相衬显微的成像速度提高了1.5倍,重建速度提高了1个数量级。实验中,利用COS7细胞的数据对网络进行训练,该网络可以成功实现对3T3细胞的定量相位成像,说明该网络具有一定的泛化能力。该方法有望为活细胞以及亚细胞器互作网络的动态观测提供有力手段。     

复杂物体离轴-同轴复合数字全息高分辨率成像

当被测物体不满足稀疏条件时,传统同轴数字全息相位恢复方法无法消除共轭像的干扰,也无法获得正确的相位重建结果;而离轴数字全息受最小记录距离的限制分辨率较低。为此,提出了一种将离轴和同轴数字全息相结合的复合数字全息成像方法。该方法只需记录一幅离轴全息图和一幅同轴全息图;采用约束最优化算法从离轴全息图中得到记录平面内物光波的近似相位分布;将此相位信息与同轴全息图的强度信息合成记录面内物光波复振幅的初始值;再利用迭代算法实现物体强度像和相位像的高分辨率重建,该方法的理论分辨率与图像传感器的分辨率相同。实验结果表明,该方法可以充分利用图像传感器的空间带宽积,能在对复杂物体成像时消除共轭像,实现大视场、高分辨率数字全息成像,实验成像分辨率接近理论分辨率。     

快速高能X射线光栅相衬成像

X射线光栅相衬成像对弱吸收物质成像能够获得较高的图像衬度,然而使用高分辨探测器,成像时间长。此外,受光栅工艺限制,成像能量通常在30 keV左右。文中基于投影成像原理,大大放宽了对光栅工艺的要求,提高了成像能量。同时,利用医用CT球管以及医用探测器,基于周步进扫描模式,实现了快速相衬CT成像。在国家同步辐射实验室搭建的成像系统上,完成了80 kV管电压（等效能量约48 keV）180 mA管电流,物体80 s曝光的二维和三维成像实验。针对实验结果,进一步探讨了提高密度分辨率的方法和途径。     

射电天文站电磁环境测量方法及分析

射电天文业务是接收来自遥远宇宙天体的射电信号进行研究的科学.由于来自宇宙天体的射电天文信号非常微弱,比通信系统的信号暗弱百万倍,使射电天文望远镜对周围电磁环境的要求极其严格.射电天文站址要选在电磁环境良好的地区,并在以后的运行中得到电磁环境的保护.建立一套测试射电天文站址电磁环境的设备和方法,对射电天文站址的电磁环境进行实际测试,并对实测数据进行科学合理地分析、评价,作为以后射电天文观测和保护电磁环境研究的依据都是非常重要的.     

基于交叉视觉皮质模型的非结构化道路检测算法

针对传统非结构化道路检测算法对各种复杂路面环境通用性不强且计算复杂度高的问题,提出了一种基于交叉视觉皮质模型(ICM)的道路检测算法.ICM具有接近生物视觉信息处理机制的特点,能够根据像素及其邻域的相关性动态区分目标和背景.基于ICM分割算法需要解决的问题是最佳分割阈值和循环迭代次数的确定,提出了采用最小交叉熵判决机制...     

Conventional Electron Microscopy and Electron Holography of Organic Solar Cells

Organic solar cells are a promising route towards large‐area and low‐price photovoltaic systems. The devices are composed of at least two layers: the hole‐transport layer and the electron‐transport layer. The light absorption can occur in one or both layers. At the interface of the layers the excitons are separated into charge carriers, and every layer deals with one type of carrier. Higher efficiencies of the separation process can be obtained by using a mixed layer containing both materials to obtain a very high interface area. Although the structure of the mixed layers used plays a crucial role for the device performance, until now the morphologies have not been elucidated. In order to correlate physical and optical findings with structure and morphology for the materials in question, electron microscopy experiments were performed on the single components as well as on the layer systems. The conventional electron microscope is a poor phase microscope. As consequence, weak‐phase objects like organic molecules have to be stained or imaged under strong defocus to produce an observable contrast. Artifacts caused by chemical staining and the appearance of Fresnel diffraction using the defocus technique represent the main problems of conventional microscopy. These artifacts can be avoided using electron holography. Holograms of ultrathin sections of thin layers composed of organic dye molecules were recorded. Subsequently, the phase images were reconstructed. In this manner, we succeeded in obtaining high‐contrast electron micrographs without applying staining or defocus. In addition, holograms of crystalline C₆₀ and zinc phthalocyanine were successfully recorded. Holography has been shown to be a useful tool to image beam‐sensitive and weak‐phase objects without artifacts.     

一种载波对消提高相位调制度的新技术

用连续波雷达测量运动目标或振动目标经常会遇到调相波的解调问题。对于无外向辐射的封闭系统,结合微波马赫-曾德尔干涉仪和灵敏高效的相位调制器,设计了一种简洁有效的技术架构,实现了载波对消。高效相位调制器提高了对振动的响应,干涉仪不但可以有效压制载波,而且极大压制了微波源的相位噪声,包括难以处理的1/ f 噪声。该技术适用于各种频段,可有效延伸到射频,用集中参数系统处理,这样,更加有利于调相传感器的优化和电路实现。文中给出了高效相位调制器和干涉仪系统的原理分析,验证方案和同轴系统的实验结果。该原理也适用于微带电路和集成化电路。     

复杂目标宽带电磁散射特性幅相分离插值方法

本文针对目标散射体表面感应电流的特性,提出了一种新的插值方法—幅相分离法,该方法将最佳一致逼近和相位提取结合起来,通过求解给定频带内的切比雪夫节点和节点处的表面电流,结合相位提取得到整个频带内的感应电流,从而快速有效地计算了复杂目标的宽带雷达散射截面。数值结果证明了方法的有效性和准确性。     

细长导体目标的雷达图像特征

本文讨论如高速公路护拦、铁路轨道等细长导体目标的雷达图像特征。从电磁波与地物目标相互作用的角度,说明了它们在雷达图像上显示为强信号或弱信号的原因。     

基于GPS照射源的天地双基地雷达探测系统

研究了GPS卫星作为照射源,接收机在地面的天地收发分置的双基地雷达探测系统.该系统通过测量目标双基地距离和与目标双基地多普勒频率来实现对目标的探测.通过对回波信号进行多普勒补偿之后再进行相干积累和非相干积累,获得较大的处理增益,从而实现对微弱目标信号的检测.     

Unit-memory codes for continuous phase modulation in an AWGNchannel

The combination of unit-memory codes and continuous phase modulation in an additive white Gaussian noise channel is considered. Our motivation is based on the fact that when Rouanne and Costello's (1988) free distance lower bound is applied to unit-memory codes an improved lower bound is obtained. Specific constructions are considered for 4-level modulation schemes with full response and weak partial response-heuristic design rules are used for defining the subsets of codes within which an exhaustive search is conducted. The coding gains of the best codes within these subsets are better than those of best previously known multi-memory codes