基于Fresnel波帶片編碼的超分辨成像方法及其實(shí)現(xiàn)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[000?]本發(fā)明涉及高能福射成像領(lǐng)域,具體涉及的是一種基于Fresnel波帶片編碼的超 分辨成像方法及其實(shí)現(xiàn)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 波帶片編碼成像技術(shù)是一種通過(guò)一次曝光獲得目標(biāo)三維信息的成像技術(shù),1961年 由Mertz和Young提出。目前,該技術(shù)廣泛應(yīng)用于天文學(xué)、核醫(yī)學(xué)和激光慣性約束聚變研究等 領(lǐng)域,其在慣性約束聚變研究(ICF)領(lǐng)域的應(yīng)用和發(fā)展尤其吸引人們的注意。
[0003] 在ICF中,通過(guò)內(nèi)爆壓縮區(qū)域圖像能夠獲得驅(qū)動(dòng)輻射源的對(duì)稱性、均勻性以及內(nèi)爆 壓縮等離子體流體力學(xué)不穩(wěn)定性增長(zhǎng)等重要物理信息。在粒子和強(qiáng)X光輻射成像中,傳統(tǒng)的 成像方法(如反射、折射等)不易獲得高質(zhì)量的成像。在當(dāng)代ICF中,當(dāng)靶參數(shù)和激光輻照參 數(shù)得到充分優(yōu)化時(shí),輻射驅(qū)動(dòng)內(nèi)爆實(shí)驗(yàn)的中子產(chǎn)額較小,在這種劑量下帶電粒子成像和中 子成像技術(shù)難以奏效,采用X光成像手段是內(nèi)爆壓縮區(qū)域成像的最好選擇。常規(guī)的X光針孔 成像具有小的收光立體角,對(duì)低通量X光輻射(內(nèi)爆壓縮區(qū)域的硬X光通量通常比較小)成像 不是十分有效。類似于Wolter顯微鏡,K-B顯微鏡的掠入射反射裝置可以大幅度地提高收光 效率,可望獲得高分辨高信噪比的X光圖像,但這類裝置技術(shù)難度較大,使用成本高。
[0004]運(yùn)用波帶片編碼成像技術(shù)使得人們?cè)谶M(jìn)行高溫高密度等離子體診斷過(guò)程中遇到 的各種各樣的特殊問(wèn)題得到解決,并獲得了好的效果。
[0005] 眾所周知,空間分辨率是衡量成像器件性能的重要指標(biāo)之一,但Fresnel波帶片成 像的空間分辨率受到波帶片最外環(huán)寬度A r的限制,即只能分辨尺寸大于1.22 △ r的物體。 因此,在瑞利判據(jù)的限制下,傳統(tǒng)的Fresnel波帶片編碼成像方法難以實(shí)現(xiàn)待測(cè)目標(biāo)的超分 辨成像。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006] 針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足,本發(fā)明提供了一種基于Fresnel波帶片編碼的超分辨 成像方法及其實(shí)現(xiàn)裝置,其可以突破瑞利判據(jù)的限制,從而獲得待測(cè)目標(biāo)的超分辨成像。
[0007] 為實(shí)現(xiàn)上述目的,本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
[0008 ]基于Fre sne 1波帶片編碼的超分辨成像方法,包括以下步驟:
[0009] (1)使用Fresnel波帶片作編碼孔對(duì)待測(cè)目標(biāo)進(jìn)行編碼成像,得到待測(cè)目標(biāo)物的編 碼圖;
[0010] ⑵使用Fresnel波帶片的第m階Gabor波帶片的透過(guò)率函數(shù)進(jìn)行編碼圖的復(fù)原,得 到超分辨率的待測(cè)目標(biāo)的原始圖像;m>〇。
[0011] 具體地說(shuō),所沭Gabor波帶片的誘過(guò)率函數(shù)表示公式如下:
[0012]
[0013] 其中,m為對(duì)應(yīng)于Fresnel波帶片的第111階6313〇1·波帶片,r為Fresnel波帶片的第m環(huán) 半徑,ri為Fresnel波帶片的第一環(huán)半徑。
[0014]基于上述方法,本發(fā)明還提供實(shí)現(xiàn)該超分辨成像方法的三種裝置,分別如下:
[0015]裝置一
[0016]其包括Fresnel波帶片、相機(jī)記錄介質(zhì)和圖像復(fù)原顯示終端,其中:
[0017] Fresnel波帶片,用于對(duì)激光聚變產(chǎn)生、并從聚變靶芯逸出的α粒子圖像進(jìn)行編碼;
[0018] 相機(jī)記錄介質(zhì),用于獲得α粒子圖像的編碼圖;
[0019] 圖像復(fù)原顯示終端,用于根據(jù)上述方法的步驟(2)的方式對(duì)編碼圖進(jìn)行復(fù)原,獲得 具有超分辨率的激光聚變熱核反應(yīng)區(qū)域圖像。
[0020] 進(jìn)一步地,所述相機(jī)記錄介質(zhì)為L(zhǎng)R-115型高靈敏度固體核徑跡探測(cè)器。
[0021] 裝置二
[0022]其包括Fresnel波帶片、γ相機(jī)和圖像復(fù)原顯示終端,其中:
[0023] Fresnel波帶片,用于對(duì)可以發(fā)射γ射線的待測(cè)物體的圖像進(jìn)行編碼;
[0024] γ相機(jī),用于獲得待測(cè)物體圖像的編碼圖;
[0025]圖像復(fù)原顯示終端,用于根據(jù)上述方法的步驟(2)的方式對(duì)編碼圖進(jìn)行復(fù)原,獲得 具有超分辨率的待測(cè)物體圖像。
[0026] 裝置三
[0027]其包括Fresnel波帶片、準(zhǔn)直器、X射線探測(cè)器和圖像復(fù)原顯示終端,其中:
[0028] Fresnel波帶片,用于對(duì)待測(cè)物體發(fā)出的X射線圖像進(jìn)行編碼;
[0029] 準(zhǔn)直器,用于將編碼后的X射線打在X射線探測(cè)器上;
[0030] X射線探測(cè)器,用于獲得X射線圖像的編碼圖;
[0031]圖像復(fù)原顯示終端,用于根據(jù)上述方法的步驟(2)的方式對(duì)編碼圖進(jìn)行復(fù)原,獲得 具有超分辨率的待測(cè)物體X射線圖像。
[0032]與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明具有以下有益效果:
[0033] (1)本發(fā)明構(gòu)思合理、設(shè)計(jì)巧妙,其在理論和實(shí)踐結(jié)合的基礎(chǔ)上,利用Fresnel波帶 片的第m階Gabor波帶片的透過(guò)率函數(shù)來(lái)進(jìn)行編碼圖的復(fù)原,從而打破了瑞利判據(jù)的限制, 實(shí)現(xiàn)了待測(cè)目標(biāo)的超分辨成像。根據(jù)試驗(yàn)統(tǒng)計(jì),本發(fā)明復(fù)原得到的原始圖像是直接用 Fresnel波帶片進(jìn)行復(fù)原得到的原始圖像的分辨率的m倍,優(yōu)勢(shì)非常明顯。
[0034] (2)本發(fā)明基于所設(shè)計(jì)的超分辨成像方法基礎(chǔ)上,通過(guò)合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),使得本發(fā) 明所設(shè)計(jì)出來(lái)的裝置可以廣泛應(yīng)用于天文學(xué)、核醫(yī)學(xué)和激光慣性約束聚變研究等領(lǐng)域,因 而適用范圍非常廣泛,具有很高的實(shí)用價(jià)值和推廣價(jià)值。
【附圖說(shuō)明】
[0035]圖1為本發(fā)明的流程示意圖。
[0036]圖2為本發(fā)明的編碼成像不意圖。
[0037]圖3為本發(fā)明其中一種用于成像的物體的原始圖像和Fresnel波帶片。
[0038]圖4為圖3中的物體編碼圖及其復(fù)原后所得到的原始圖像。
[0039]圖5為第1階Gabor波帶片和復(fù)原得到的原始圖像。
[0040]圖6為第3階Gabor波帶片和復(fù)原得到的原始圖像。
[0041]圖7為第5階Gabor波帶片和復(fù)原得到的原始圖像。
[0042] 圖8為第15階Gabor波帶片和復(fù)原得到的原始圖像。
[0043] 圖9為本發(fā)明一種裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0044] 圖10為本發(fā)明另一種裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0045] 圖11為本發(fā)明第三種裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0046] 其中,附圖標(biāo)記對(duì)應(yīng)的名稱為:
[0047] 1-Fresnel波帶片,2-相機(jī)記錄介質(zhì),3-圖像復(fù)原顯示終端,4- γ相機(jī),5-準(zhǔn)直器, 6-Χ射線探測(cè)器,7-待測(cè)物體。
【具體實(shí)施方式】
[0048] 下面結(jié)合【附圖說(shuō)明】和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明,本發(fā)明的方式包括但不僅限 于以下實(shí)施例。
[0049] 如圖1所示,本發(fā)明提供了一種超分辨成像方法,其首先使用Fresnel波帶片作為 編碼孔對(duì)目標(biāo)圖像進(jìn)行編碼,得到編碼圖后,再采用Fresnel波帶片的高階Gabor波帶片的 透過(guò)率函數(shù)進(jìn)行圖像復(fù)原,從而獲得能夠打破瑞利判據(jù)限制的超分辨成像。如圖2所示,本 發(fā)明的特點(diǎn)是:采用普通Fresnel波帶片對(duì)物體進(jìn)行編碼,F(xiàn)resnel波帶片的透過(guò)率函數(shù)可 以表示為:
[0050]
_ 1 m (!)
[0051 ] 其中,*表示兩個(gè)函數(shù)的卷積,r為Fresnel波帶片的第m環(huán)半徑,ri為Fresnel波帶 片的第一環(huán)半徑,為第二環(huán)半徑。將上式作傅里葉展開,可得:
[0052]
[0053] 通過(guò)適當(dāng)?shù)刈儞Q,可得:
[0054] (3)
[0055] 該式表明,F(xiàn)resnel波帶片可以表示為無(wú)窮多個(gè)Gabor波帶片的線性組合。其中, Gabor波帶片的透過(guò)率函數(shù)可以表示為:
[0056] .(4)
[0057] 其中,m表示對(duì)應(yīng)于Fresnel波帶片的第111階6313〇1·波帶片,而本實(shí)施例中,所述的 Gabor波帶片可以是正弦型、余弦型或者其它類型的二值化Gabor波帶片。
[0058] 對(duì)于波帶片編碼成像,假設(shè)原始圖像為汽1,7)^^81^1波帶片的透過(guò)率函數(shù)為8 (x,y),則經(jīng)波帶片后的編碼圖可表示為h(x,y)=f(x,y)*g(x,y)。
[0059] 測(cè)量到編碼圖后,采用如下公式可獲得原始圖像:
[0060] f(x,y)=F_1{F{h(x,y)}/F{g(x,y)}} (5)