納米CT三維圖像處理分析方法及其應用的研究.pdf

1、在發(fā)現X射線之后，科學家們就迅速發(fā)展了X射線成像。由于X射線具有波長短和穿透性強兩個顯著特點，是高分辨無損觀測厚樣品內部結構的最佳方法，因此在工業(yè)和醫(yī)學上一直得到廣泛的應用。近30年來，由于性能越來越好的同步輻射光源的發(fā)展，以及高速度、高靈敏度X射線探測器、高精度控制系統(tǒng)和微納加工工藝的進步，結合了傳統(tǒng)CT 技術的納米CT 成像技術得到迅速發(fā)展。
　　 國家同步輻射實驗室建設了一條基于旋轉橢球聚焦鏡和波帶片的納米CT 成像線站，

2、空間分辨率達到了50 nm，并且具有澤尼克相位成像能力。該納米CT 技術在微電子產業(yè)、生物醫(yī)學、能源和環(huán)境科學、材料科學等領域都有著廣泛的應用前景。基于此實驗平臺，本論文主要開展了以下幾個方面的工作：
　　 1.納米CT 成像線站的建設、調試及性能測試介紹了納米CT 成像光束線和實驗站的主要工作原理及各主要光學器件的設計參數；參與了成像實驗站實際硬件及軟件的建設、調試工作，得到了成像系統(tǒng)的分辨率、襯度、CT 成像能力等幾項重要成

3、像性能測試結果。結果表明系統(tǒng)的各項性能達到了設計指標。
　　 2.基于現有平臺發(fā)展了對大樣品成像的實驗方法根據現有平臺的旋轉樣品臺特點推導了旋轉樣品臺矯正算法，以保證在CT圖像采集的過程中讓感興趣的樣品區(qū)域一直保持在視場中央。基于此矯正算法，發(fā)展了兩種不同的對大樣品成像的實驗方法：Mosaic-CT 算法和三維圖像拼接算法，并利用現有控制軟件的腳本接口設計了相應的CT數據采集與處理模塊。通過實際的實驗結果驗證并比較了這兩種大樣品

4、成像的實驗方法，分析了它們的優(yōu)點和缺陷。這些結果表明，大樣品成像方式將對某些大樣品提供獲取它們完整三維結構的可能性，對已有的普通CT 成像方式是一種很好的擴展。
　　 3.發(fā)展了一系列納米CT 三維圖像處理分析技術基于納米CT 實驗站及各種研究樣品的特點，發(fā)展了一系列相應的三維圖像處理分析方法。
　　 提出了圖像預處理的幾個重要算法，提高了原始投影圖像質量。包括研究了原始數據的文件接口及圖像的讀寫方式；根據現有的一種影響

5、最大的隨機噪音提出了相應的迭代除噪算法，有效地去除了噪音并保留了樣品的細節(jié)特征；提出了一種頻域增強算法，以保證在某些用普通扣除背景光照方法得不到較好視覺效果的情況下，獲得相對均勻背景及較好襯度的投影圖像。
　　 介紹了幾種三維圖像重建算法原理，實現了卷積反投影算法及代數迭代算法，通過對一些模擬數據及實驗的重建結果比較，分析了各項CT 參數對重建結果的影響以及兩種重建方法的特點及優(yōu)劣。
　　 根據實際樣品提出了兩種不同的三

6、維圖像分割方法：自適應迭代求最優(yōu)閾值算法與邊緣檢測算法，以適用于具有不同結構特征的樣品。通過對實際樣品的三維數據進行分割，得到了較好的效果。表明根據樣品特征結合多種分割技術，是有效而且實用的分割方法。
　　 提出了幾種納米CT的數據分析方法，包括一些三維空間形態(tài)的表征、測量以及對一些空間參數，比如體積、表面積、孔隙率等進行定量計算的方法；特別是針對多孔電極材料這一特征樣品，提出了相應的孔隙連通性、三相界面的分析與表征方法，為分析

7、固體氧化物燃料電池電極的三維結構提供了基礎。
　　 4.研究納米CT 在納米材料、細胞科學、多孔電極材料等領域中的應用對硫化銅分形雪花狀微晶這一復雜表面形貌的納米材料進行了三維成像表征，并分析了其空間結構特點；對多晶中空氧化鋅微米球這一具有復雜內部結構的納米材料進行了三維成像，選擇三顆具有不同典型結構的氧化鋅顆粒進行了詳細分析表征，并定量計算了體積、孔隙率、表面積等結構參數。結果表明納米CT 技術很適合對各種復雜納米材料進行形貌