微納米力學同步輻射實驗及重建技術(shù)研究.pdf

1、微納米實驗力學檢測技術(shù)是制約著該學科向縱深發(fā)展的關(guān)鍵因素，因此發(fā)展新型微納米實驗力學檢測手段極具意義。由于X射線具有能量高、波長短、穿透能力強等諸多優(yōu)點，所以X射線是進行無損、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，應用單色性更好、準直性更強、亮度更高并且波長連續(xù)可調(diào)的同步輻射X射線進行科學實驗和科學研究已經(jīng)成為了現(xiàn)實。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、實時、三維，并且可加外場等優(yōu)點。本文以搭建微納米力學同步輻射實驗平臺為研究主線，對平臺的軟件、硬件的設計原則、目的進行詳細討論。著重研究以軟件算法的方式解決平臺搭建過程中遇到的各種實際問題。所面臨的具體問題可以概括為時間問題和空間問題，對這兩大類問題進行具體地分類，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，最后用實驗對所提出的新算法和解決方案進行驗證。
　　 本文主要研究內(nèi)容和創(chuàng)

3、新點如下:
　　 1、提出一套新的適用于實際實驗條件下的圖像重建方案。在分析了實驗噪聲的基礎上，通過模擬實驗來確定新濾波函數(shù)的參數(shù)，再用新濾波函數(shù)進行圖像重建，應用此重建方案可以有針對性地對噪聲進行有效抑制。
　　 首先討論同步輻射CT重建技術(shù)中的基本理論，研究當今最常用的重建算法—濾波反投影算法，并且結(jié)合實際實驗情況，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。應用此方案可以根據(jù)不同的實驗環(huán)境和噪聲情況，選擇不同的濾波函數(shù)以達到更好的重建效果。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)在動態(tài)演化觀測過程中的時間問題。分別以反演投影法和GPU并行計算技術(shù)解決了數(shù)據(jù)采集時間和圖像重建時間過長的問題。
　　 首先對時間問題進行分類，然后針對第一種時間問題，提出了利用反演投影法，在應用盡量少的投影數(shù)據(jù)的

5、條件下進行高質(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。這樣便可減少75％的數(shù)據(jù)采集時間，更有利于觀測較快速的演化過程。針對第二種時間問題，應用GPU并行計算技術(shù)，優(yōu)化并改進原有重建算法，最終實現(xiàn)了以較低的采購和功耗成本達到幾十至上百倍的計算性能提升，因此重建圖像所需的時間可大幅降低。
　　 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。
　　 對實際面臨的兩類空間問題即小視場問題和數(shù)據(jù)殘缺角度問題進行研究。以算法上的創(chuàng)新解決上述兩種空間問題。針對小視場問題，在現(xiàn)有重建算法的基礎上，提出應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。應用希爾伯特局部重建算法只需應用整體數(shù)據(jù)的28.9％，即能完成對感興趣局部區(qū)域的精確重建。即當樣品尺寸約為視場寬度3倍的情況下也