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热中子数字成像的光路耦合模拟与图像重建算法研究

张爱民  
【摘要】:中子(n)与物质相互作用时,不直接产生电离,具有与X射线、γ射线吸收规律完全不同的特殊性质,在航空、航天、机械、石化、材料、核工业及医学等领域的无损检测中,具有广泛的应用前景。 在原理上,任何能量下的中子束都可以用于中子辐射成像,然而由于热中子具有十分有利的衰减特性,而且成像也比较直观和有效,因此目前大多数无损检测用的中子辐射成像,主要是由热中子实施的(中子能量约为0.005—0.5eV)。热中子数字射线成像技术(Neutron Digital Radiography, n-DR)便是中子辐射成像技术之一,它是一套复杂的成像系统,主要涵盖三个部分:1)中子源。包括中子源、慢化体和屏蔽层组成,产生适合中子成像要求的中子辐射束。2)准直器。对中子源产生的中子束进行准直、整形,提高平行度,并将中子束引到被照物体上。准直器的好坏直接影响成像的分辨率。3)图像探测系统(包括中子转换屏)。将携带被照样品信息的中子束的空间分布转换为图像信号,并记录以便后续分析处理。 本文依托国家自然科学基金项目(批准号:61171157),以热中子数字射线成像系统中的三大关键问题进行模拟仿真研究。即,采用光学CAD软件ZEMAX,对中子微光成像ICCD的耦合技术进行建模分析,并对几种不同耦合方式的成像质量、结构复杂度等参数进行分析,研究了四种不同耦合方式的优缺点;研究并分析了中子CT成像过程中的影响因素,主要是对射线硬化,散射中子,伽马射线的白点噪声和少数据投影的问题进行分析,采用了相应的方法进行了预处理和后处理,提高了图像分辨率,比较了处理前、后的图像重建效果;使用MATLAB对中子图像进行了重建算法研究工作,比较了不同重建算法的优缺点,在此基础上,提出了一种基于牛顿迭代法和简化迭代模型的加速ART算法,在保持图像分辨率的基础上,此算法能显著提高图像重建的速度。


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