發(fā)布時(shí)間：2020-10-24 15:33

　　 相干衍射成像方法(Coherent Diffraction Imaging,CDI)是一種利用二維探測(cè)器和計(jì)算機(jī)來代替透鏡作用的無透鏡成像方法,其理論上的成像分辨率僅受限于成像所用入射光的波長。該方法經(jīng)過多年發(fā)展,目前已經(jīng)可以被廣泛地應(yīng)用于同步輻射光源、X射線自由電子激光光源(XFEL)等大科學(xué)裝置,對(duì)材料、生物、環(huán)境等多種研究領(lǐng)域的樣品進(jìn)行二維或三維成像。根據(jù)重建圖像依靠的是一幅或者多幅衍射圖像,相干衍射成像方法可以被分為掃描CDI(Ptychography)和常規(guī)CDI。Ptychography由于有收斂快、成像質(zhì)量好、不要求樣品是孤立樣品等優(yōu)點(diǎn),被廣泛應(yīng)用在同步輻射光源。然而Ptychography方法所要求的對(duì)樣品多次曝光,使得其不適用于一些像自由電子激光這樣特殊的場(chǎng)合。相比之下,常規(guī)CDI方法雖然有著收斂慢、成像質(zhì)量差、需要樣品是孤立樣品等缺點(diǎn),但是不需要對(duì)樣品進(jìn)行多次曝光,因此其可應(yīng)用的范圍比Ptychography方法要廣,目前仍然在X射線成像中占據(jù)著重要地位。立足于國際前沿的研究趨勢(shì),本文主要工作圍繞常規(guī)CDI方法的改進(jìn)進(jìn)行,主要的方向有兩點(diǎn):1、借鑒Ptychography方法中重疊區(qū)域和探針重建等概念,將其應(yīng)用于CDI中,從而提高CDI方法的可靠度。2、改進(jìn)已有的三維成像方法,發(fā)展適合CDI方法的三維成像技術(shù)。目前已經(jīng)取得的主要成果如下:(1)提出了空間關(guān)聯(lián)相干衍射成像方法,提高了重建圖像的可靠度。該方法提出的思路來自于掃描CDI中重疊區(qū)域的概念以及X射線全息成像中樣品附近標(biāo)識(shí)物的應(yīng)用�？臻g關(guān)聯(lián)相干衍射成像方法通過在各個(gè)孤立樣品的周圍添加同樣的人工制品,人為制造關(guān)聯(lián)性,從而提高CDI方法的圖像重建質(zhì)量以及提高整個(gè)重建過程的穩(wěn)健性。該方法理論上可以應(yīng)用在自由電子激光裝置或是其它的一些Ptychography難以應(yīng)用或者不適合應(yīng)用的特殊情況。我們通過可見光實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該方法的效果,同時(shí)用模擬實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步探究了該方法中一些實(shí)驗(yàn)參數(shù)對(duì)于成像效果的影響。(2)改進(jìn)了常規(guī)的入射光信息(探針)提取算法,明顯改進(jìn)成像質(zhì)量。在算法中實(shí)現(xiàn)入射光信息的重建有利于提高重建圖像的成像質(zhì)量,而在CDI方法中實(shí)現(xiàn)入射光信息重建這一概念(由Takahashi等人于2016年提出)則是借鑒了掃描CDI方法中入射光信息重建的算法。在本文的工作中,我們發(fā)現(xiàn)了在CDI方法中實(shí)現(xiàn)入射光信息重建所必須滿足的條件——“錯(cuò)位”條件,并且通過數(shù)值模擬和可見光實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了“錯(cuò)位”條件對(duì)于CDI方法的必要性,探針重建CDI必須在滿足“錯(cuò)位”條件的情況下才能成功重建樣品和探針圖像。同時(shí),我們還通過可見光實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證探針重建CDI相對(duì)于傳統(tǒng)CDI在成像質(zhì)量上的提升。(3)初步探討了雙光束Ankylography方法。對(duì)雙光束Ankylography方法進(jìn)行研究是為了解決Ankylography方法中第三維度(沿光路方向)分辨率不足的問題。雙光束Ankylography方法中,需要利用分光裝置將一束光分為兩束再匯聚到一個(gè)點(diǎn)對(duì)樣品進(jìn)行成像,對(duì)于實(shí)驗(yàn)的裝置有一定的要求,前人的工作為分光裝置的設(shè)計(jì)提供了參考。在本文中,我們首先進(jìn)行可見光實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了雙光束Ankylography方法相對(duì)于Ankylography方法在第三維度上分辨率的提升,同時(shí)發(fā)現(xiàn)雙光束的夾角會(huì)影響樣品三維結(jié)構(gòu)的重建質(zhì)量。通過數(shù)值模擬實(shí)驗(yàn),我們還探究了對(duì)于雙光束Ankylography方法而言最合適的夾角。
【學(xué)位單位】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院上海應(yīng)用物理研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：O434.1
【部分圖文】：

相干 X 射線衍射成像方法介紹1 X 射線顯微成像簡介隨著現(xiàn)代生物學(xué)、材料科學(xué)、納米科學(xué)、藥理學(xué)等學(xué)科的不斷發(fā)展，人測(cè)物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)的需求越來越高，這也推動(dòng)著顯微技術(shù)的不斷發(fā)展。自Robert Hooke）在 1665 年利用自制的光學(xué)顯微鏡觀察并繪制了軟木細(xì)胞成像經(jīng)過了長時(shí)間的發(fā)展已經(jīng)成為了一個(gè)成熟的學(xué)科，除了可見光顯微為人們提供了多種先進(jìn)的顯微成像技術(shù)。1931 年，魯斯卡（Ernst Rusk制了世界上第一臺(tái)電子顯微鏡[2]；1985 年，賓寧（Gerd Binning）等人界上第一臺(tái)原子力顯微鏡[3]。電子顯微鏡和原子力顯微鏡為人們提供了至是原子級(jí)分辨率的成像精度[4,5]，但是其局限性在于無法穿透樣品內(nèi)對(duì)樣品表面信息進(jìn)行探測(cè)。

單次 X 射線曝光的高空間分辨相干衍射成像方法研究利用 X 射線進(jìn)行顯微成像有著得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)：X 射線的波長比可見光波長要短至少兩個(gè)數(shù)量級(jí)，其理論上可達(dá)到的極限分辨率要遠(yuǎn)高于可見光顯微鏡；X 射線穿透物質(zhì)的本領(lǐng)使得其可以被應(yīng)用于探測(cè)樣品內(nèi)部信息，更可以進(jìn)一步地對(duì)樣品進(jìn)行三維成像；X 射線與樣品之間地作用方式豐富，有吸收、散射、熒光等等，利用這些作用方式可以發(fā)展出多種顯微成像方法[7,8]。

圖 1.3 上海光源俯視圖Figure 1.3 The vertical view of Shanghai Synchrotron Radiation Facitity由電子激光是利用自由電子為工作媒質(zhì)產(chǎn)生的強(qiáng)相干輻射[15-17]。具有的（1）完全相干性，自由電子激光產(chǎn)生的脈沖可以被看作是完全相干的超短脈沖時(shí)間，自由電子激光的脈沖時(shí)間是飛秒級(jí)別的；（3）超高的脈相比于第三代同步輻射光源，自由電子激光的脈沖強(qiáng)度更要高上幾個(gè)數(shù)而高脈沖強(qiáng)度這一特性會(huì)帶來樣品損壞這一不利于成像的事實(shí)。相干 X 射線衍射成像方法于已有的大裝置相干光源，目前發(fā)展出的 X 射線顯微成像的方法有： X 射線顯微鏡（Full-field Transmission X-ray Microscopy，F(xiàn)ull-field TX
【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 蘇小文;吳寧泉;何建;;WCDMA最小覆蓋重疊區(qū)域估算[J];移動(dòng)通信;2012年20期

2 王蘋;;云計(jì)算模型下圖像邊緣重疊區(qū)域檢測(cè)方法研究[J];內(nèi)蒙古民族大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2019年02期

3 王曉麗;陸小鋒;陸亨立;;多攝像機(jī)在無重疊區(qū)域的目標(biāo)匹配算法[J];電視技術(shù);2015年10期

4 董瑞橋;;簡論與已有公路重疊區(qū)域地鐵施工中現(xiàn)場(chǎng)安全控制技術(shù)[J];四川建筑;2011年03期

5 付朝江;張武;;非線性動(dòng)力有限元重疊區(qū)域分裂的隱式并行算法[J];計(jì)算力學(xué)學(xué)報(bào);2006年06期

6 叢申;張立欣;;凹點(diǎn)搜尋下重疊區(qū)域圖像自動(dòng)分離方法仿真[J];計(jì)算機(jī)仿真;2018年04期

7 李凌豐;譚建榮;趙海霞;;Metaball重疊區(qū)域作用效果混合[J];中國圖象圖形學(xué)報(bào);2006年05期

8 杜玉越;圓與凸多邊形重疊區(qū)域的判斷及確定[J];聊城師院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);1995年01期

9 聶守平,王鳴;球狀重疊區(qū)域圖像分割與參數(shù)統(tǒng)計(jì)算法研究[J];中國激光;2003年11期

10 房宜汕;;基于增強(qiáng)型EM模型重疊區(qū)域圖像分割算法[J];微電子學(xué)與計(jì)算機(jī);2013年02期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前4條

1 陶旭磊;單次X射線曝光的高空間分辨相干衍射成像方法研究[D];中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院上海應(yīng)用物理研究所);2019年

2 譚飛剛;無視野重疊區(qū)域的跨攝像機(jī)行人跟蹤關(guān)鍵技術(shù)研究[D];華南理工大學(xué);2016年

3 韓宇韜;數(shù)字正射影像鑲嵌中色彩一致性處理的若干問題研究[D];武漢大學(xué);2014年

4 趙金印;圓管湍流及入口擋環(huán)對(duì)圓管湍流影響的實(shí)驗(yàn)研究和數(shù)值模擬[D];大連理工大學(xué);2002年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 李方方;無重疊區(qū)域多攝像機(jī)下的行人重識(shí)別研究[D];電子科技大學(xué);2018年

2 范蒙;類重疊度與特征重疊區(qū)域的特征選擇算法[D];大連理工大學(xué);2016年

3 趙金桃;非重疊區(qū)域分解算法研究[D];電子科技大學(xué);2011年

4 韓如云;物聯(lián)網(wǎng)重疊區(qū)域路由算法研究[D];遼寧大學(xué);2015年

5 王文輝;多視角圖像場(chǎng)景合成方法的研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2014年

6 閆勇;角部重疊的框架—剪力墻結(jié)構(gòu)的抗震研究[D];沈陽建筑大學(xué);2016年

7 王威;社交網(wǎng)絡(luò)中重疊區(qū)域與強(qiáng)弱邊關(guān)系的研究[D];河南師范大學(xué);2016年

8 楊志杰;基于互信息的醫(yī)學(xué)圖像配準(zhǔn)研究[D];河北工業(yè)大學(xué);2006年

9 王曉梅;基于類重疊與有效范圍的特征選擇技術(shù)研究[D];大連理工大學(xué);2015年

10 張雪;無重疊區(qū)域多攝像頭快速目標(biāo)匹配算法研究[D];北京郵電大學(xué);2016年

本文編號(hào)：2854645