一种高分辨率x射线编码孔径成像装置和成像方法

技术领域

本发明涉及一种高分辨率x射线编码孔径成像装置和成像方法，属于短波长成像技术领域。

背景技术

在用x射线作为光源对物体成像时，由于x射线在传播过程中容易被物体吸收，因此普通的基于透镜成像的方法并不适用于x射线成像。而编码孔径成像不需要使用透镜，而是通过一块特殊设计的编码板来编码光束，由于具有较高的透光率和信噪比，自20世纪60年代提出以来，编码孔径成像已被广泛用于短波长(x射线、β射线等)成像、医学和天文学等领域。

小孔成像作为最简单的一种编码孔径成像方法，由于其成像结构简单，并且具有较高的分辨能力，至今仍被用于x射线成像领域。小孔成像的分辨率由其孔径决定，小孔孔径越小，对应的成像分辨率越高，但相应的透过的光通量也越少，因此成像所需的曝光时间也就越长。虽然目前已有方法提出采用多孔阵列成像的方式提高光通量，但与之对应的成像效果也受到多孔阵列调制。编码孔径成像中小孔孔径对成像分辨率和光通量的影响，制约了其在x射线编码孔径成像领域的应用。

发明内容

为了有效降低x射线编码孔径成像中小孔孔径对成像分辨率和光通量的影响，本发明提供了一种高分辨率x射线编码孔径成像装置和成像方法，所述技术方案如下：

本发明的第一个目的在于提供一种x射线编码孔径成像装置，包括：x射线源1，沿所述x射线源1发出的x射线方向依次放置夹持器2，电控圆孔光阑3和x射线成像探测器4；

所述夹持器2用于放置微孔和待测样品；所述电控圆孔光阑3的孔径大小由软件控制调整，用作编码孔径，所述x射线成像探测器4用于记录x射线通过所述微孔或待测样品、所述电控圆孔光阑3后的光斑。

可选的，所述装置在获取系统点扩散函数时，将所述微孔固定在所述夹持器2上，所述电控圆孔光阑3由电脑控制连续改变其圆孔半径的大小，所述x射线成像探测器4在所述的电控圆孔光阑3的圆孔半径等间距变大时记录一组相对应的光斑。

可选的，所述装置在对待测样品成像时，将所述待测样品固定在所述夹持器2上，所述电控圆孔光阑3由电脑控制连续改变其圆孔半径的大小，所述x射线成像探测器4在所述的电控圆孔光阑3的圆孔半径等间距变大时记录一组相对应的光斑。

可选的，所述微孔的尺寸不大于100微米。

可选的，所述电控圆孔光阑3的光阑孔径变化范围为0.5mm～5mm。

可选的，所述x射线成像探测器4的分辨率至少为256×256。

本发明的第二个目的在于提供一种x射线编码孔径成像方法，基于上述的x射线编码孔径成像装置实现，包括：

步骤一：将所述微孔固定在夹持器2上，打开所述x射线源1，使得x射线通过所述微孔和电控圆孔光阑3，所述电控圆孔光阑3的圆孔半径为R

当所述电控圆孔光阑3的圆孔半径以(R

步骤二：关闭所述x射线源1，将所述微孔替换成所述待测样品固定在所述夹持器2上，再次打开所述x射线源1，使得x射线通过所述待测样品和电控圆孔光阑3，所述电控圆孔光阑3的圆孔半径为R

当所述电控圆孔光阑3的圆孔半径以(R

步骤三：对所述强度点扩散函数图像h(x,y；n)和模糊强度图像I(x,y；n)进行傅里叶变换，H(u,v；n)＝F{h(x,y；n)}，I(u,v；n)＝F{I(x,y；n)}，其中F{}为傅里叶变换运算符，H(u,v；n)为强度点扩散函数图像h(x,y；n)进行傅里叶变换后的频谱，I(u,v；n)为模糊强度图像I(x,y；n)进行傅里叶变换后的频谱；

步骤四：猜测一个随机的物体频谱分布O

步骤五：所述猜测的模糊强度图像的频谱I

步骤六：对猜测的物体频谱分布进行更新，得到：

其中，*表示为共轭运算符号；

步骤七：将更新后的猜测频谱值O'

步骤八：计算猜测的物体频谱分布在更新后的误差，得到

设定一个误差阈值ε

可选的，所述电控圆孔光阑半径变化的次数n≤50。

本发明有益效果是：

(1)本发明公开的基于圆孔孔径变换的x射线编码孔径成像装置通过连续改变电控圆孔光阑的孔径尺寸得到多幅x射线成像图片，在圆孔孔径连续变化时，透过的x射线光通量也在逐渐增强，从而提高x射线编码孔径成像装置的光通量。

(2)本发明公开的高分辨率x射线编码孔径成像方法，是在维纳滤波重构方法的基础上，采用迭代反卷积方法对电控圆孔连续孔径变化时记录的多幅强度点扩散函数图像和对应的多幅模糊图像在频域进行迭代重建，从而得到高质量重构的待测样品图像，成像分辨率相比于单幅重建结果有大幅度提升。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明高分辨率x射线编码孔径成像装置图；

其中，1-x射线源，2-夹持器，3-电控圆孔光阑，4-x射线成像探测器。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

实施例一：

本实施例提供一种高分辨率x射线编码孔径成像装置，参见图1，所述装置包括：x射线源1，沿所述x射线源1发出的x射线方向依次放置夹持器2，电控圆孔光阑3和x射线成像探测器4；

所述夹持器2用于放置待测样品和微孔，微孔尺寸不大于100微米；

所述电控圆孔光阑3连接在电脑上，通过软件控制电控圆孔光阑3的孔径大小，电控圆孔光阑3作为编码孔径使用；

上述所有的光学元件中心保持在光轴上，电控圆孔光阑3的光阑孔径变化范围为0.5mm～5mm，可通过电脑上的软件调节圆孔光阑的孔径，x射线成像探测器4的分辨率至少为256×256。

该装置的工作过程为：将微孔固定在夹持器2上，打开x射线源1，使得x射线通过微孔和电控圆孔光阑3。当电控圆孔光阑3的圆孔半径等间距变大时，x射线成像探测器4记录对应的强度点扩散函数图像；然后，关闭x射线源1，将微孔替换成待测样品固定在夹持器2上，再打开x射线源1，使得x射线通过待测样品和电控圆孔光阑3。当电控圆孔光阑3的圆孔半径跟之前一样变化时，x射线成像探测器4记录对应的模糊强度图像。采集的强度点扩散函数图像和对应的模糊强度图像可用于迭代重构出高分辨率的待测样品图像。

实施例二：

本实施例提供一种高分辨率x射线编码孔径成像方法，所述方法基于实施例一提供的高分辨率x射线编码孔径成像装置的成像方法，该方法包括以下步骤：

1)将微孔固定在夹持器2上，打开x射线源1，使得x射线通过微孔和电控圆孔光阑3，电控圆孔光阑的圆孔半径为R

2)关闭x射线源1，将微孔替换成待测样品固定在夹持器2上，再打开x射线源1，使得x射线通过待测样品和电控圆孔光阑3，电控圆孔光阑的圆孔半径为R

3)对强度点扩散函数图像h(x,y；n)和模糊强度图像I(x,y；n)进行傅里叶变换，H(u,v；n)＝F{h(x,y；n)}，I(u,v；n)＝F{I(x,y；n)}，其中F{}为傅里叶变换运算符，H(u,v；n)为强度点扩散函数图像h(x,y；n)进行傅里叶变换后的频谱，I(u,v；n)为模糊强度图像I(x,y；n)进行傅里叶变换后的频谱。

4)猜测一个随机的物体频谱分布O

5)猜测的模糊强度图像的频谱I

6)对猜测的物体频谱分布进行更新，得到

其中，*表示为共轭运算符号；

7)将更新后的猜测频谱值O'

8)计算猜测的物体频谱分布在更新后的误差，得到

设定一个误差阈值ε

本发明实施例中的部分步骤，可以利用软件实现，相应的软件程序可以存储在可读取的存储介质中，如光盘或硬盘等。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。