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文檔簡介
1、微納米實(shí)驗(yàn)力學(xué)檢測技術(shù)是制約著該學(xué)科向縱深發(fā)展的關(guān)鍵因素,因此發(fā)展新型微納米實(shí)驗(yàn)力學(xué)檢測手段極具意義。由于X射線具有能量高、波長短、穿透能力強(qiáng)等諸多優(yōu)點(diǎn),所以X射線是進(jìn)行無損、高分辨檢測的有力工具。隨著我國第三代同步輻射光源在上海的落成,應(yīng)用單色性更好、準(zhǔn)直性更強(qiáng)、亮度更高并且波長連續(xù)可調(diào)的同步輻射X射線進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn)和科學(xué)研究已經(jīng)成為了現(xiàn)實(shí)。與CT技術(shù)結(jié)合,同步輻射CT技術(shù)能夠得到被測物體的三維全場信息。與傳統(tǒng)檢測技術(shù)相比較,同步輻射C
2、T技術(shù)具有無損、實(shí)時(shí)、三維,并且可加外場等優(yōu)點(diǎn)。本文以搭建微納米力學(xué)同步輻射實(shí)驗(yàn)平臺(tái)為研究主線,對(duì)平臺(tái)的軟件、硬件的設(shè)計(jì)原則、目的進(jìn)行詳細(xì)討論。著重研究以軟件算法的方式解決平臺(tái)搭建過程中遇到的各種實(shí)際問題。所面臨的具體問題可以概括為時(shí)間問題和空間問題,對(duì)這兩大類問題進(jìn)行具體地分類,究其產(chǎn)生問題的原因,分析問題帶來的影響,然后提出新算法和解決方案解決來問題,最后用實(shí)驗(yàn)對(duì)所提出的新算法和解決方案進(jìn)行驗(yàn)證。
本文主要研究內(nèi)容和創(chuàng)
3、新點(diǎn)如下:
1、提出一套新的適用于實(shí)際實(shí)驗(yàn)條件下的圖像重建方案。在分析了實(shí)驗(yàn)噪聲的基礎(chǔ)上,通過模擬實(shí)驗(yàn)來確定新濾波函數(shù)的參數(shù),再用新濾波函數(shù)進(jìn)行圖像重建,應(yīng)用此重建方案可以有針對(duì)性地對(duì)噪聲進(jìn)行有效抑制。
首先討論同步輻射CT重建技術(shù)中的基本理論,研究當(dāng)今最常用的重建算法—濾波反投影算法,并且結(jié)合實(shí)際實(shí)驗(yàn)情況,提出優(yōu)化的新型濾波函數(shù),結(jié)合經(jīng)典離散和抽樣理論對(duì)新型濾波函數(shù)加以分析。最后提出一種選擇不同濾波函數(shù)參數(shù)
4、的新型重建方案。應(yīng)用此方案可以根據(jù)不同的實(shí)驗(yàn)環(huán)境和噪聲情況,選擇不同的濾波函數(shù)以達(dá)到更好的重建效果。結(jié)果表明,新的重建方案與傳統(tǒng)重建方案相比更適合實(shí)際存在噪聲條件下的圖像重建。
2、研究了同步輻射CT技術(shù)在動(dòng)態(tài)演化觀測過程中的時(shí)間問題。分別以反演投影法和GPU并行計(jì)算技術(shù)解決了數(shù)據(jù)采集時(shí)間和圖像重建時(shí)間過長的問題。
首先對(duì)時(shí)間問題進(jìn)行分類,然后針對(duì)第一種時(shí)間問題,提出了利用反演投影法,在應(yīng)用盡量少的投影數(shù)據(jù)的
5、條件下進(jìn)行高質(zhì)量的圖像重建。利用反演投影法可將投影數(shù)據(jù)數(shù)量降至原先的25%,而重建圖像質(zhì)量與以往相當(dāng)。這樣便可減少75%的數(shù)據(jù)采集時(shí)間,更有利于觀測較快速的演化過程。針對(duì)第二種時(shí)間問題,應(yīng)用GPU并行計(jì)算技術(shù),優(yōu)化并改進(jìn)原有重建算法,最終實(shí)現(xiàn)了以較低的采購和功耗成本達(dá)到幾十至上百倍的計(jì)算性能提升,因此重建圖像所需的時(shí)間可大幅降低。
3、研究了高分辨率同步輻射CT技術(shù)中的空間問題。采用希爾伯特局部重建算法和小波局部重建算法解
6、決了大樣品、小視場的精確重建問題。提出SIRT-FBP混合算法解決存在殘缺角度情況下的重建問題。
對(duì)實(shí)際面臨的兩類空間問題即小視場問題和數(shù)據(jù)殘缺角度問題進(jìn)行研究。以算法上的創(chuàng)新解決上述兩種空間問題。針對(duì)小視場問題,在現(xiàn)有重建算法的基礎(chǔ)上,提出應(yīng)用希爾伯特局部重建算法和小波局部重建算法來解決此問題。應(yīng)用希爾伯特局部重建算法只需應(yīng)用整體數(shù)據(jù)的28.9%,即能完成對(duì)感興趣局部區(qū)域的精確重建。即當(dāng)樣品尺寸約為視場寬度3倍的情況下也
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