[發明專利]基于X射線計算關聯成像的X射線單像素相機

在審

• 申請號: 201811536901.7
• 申請日: 2018-12-14
• 公開（公告）號: CN111398318A
• 公開（公告）日: 2020-07-10
• 發明（設計）人: 張艾昕;何雨航;吳令安;陳黎明;王兵兵
• 申請（專利權）人: 中國科學院物理研究所
• 主分類號: G01N23/04
• 分類號: G01N23/04
• 代理公司: 北京智匯東方知識產權代理事務所(普通合伙) 11391
• 代理人: 康正德;薛峰

1.一種基于X射線計算關聯成像的X射線單像素相機，其特征在于，包括：X射線調制系統、X射線調制控制系統、X射線單像素探測器、總控制系統單元、時間同步系統、計算成像系統；

所述X射線調制系統，用于對X射線進行調制；所述X射線調制控制系統，用于控制所述X射線調制系統；所述X射線單像素探測器，用于采集信號；所述總控制系統單元通過軟件控制各個模塊；所述時間同步系統控制各個模塊同步以自動采集；所述計算成像系統，用于將所述X射線單像素探測器采集到的信號與預設定的調制矩陣進行二階關聯運算或壓縮感知計算或深度學習計算，得到待測物體的像。

2.根據權利要求1所述的X射線單像素相機，其特征在于，還包括用于發射X射線的X光源；待測物體放置在所述X光源與所述X射線調制系統之間拍攝。

3.根據權利要求1所述的X射線單像素相機，其特征在于，還包括用于發射X射線的X光源；待測物體放置在所述X射線調制系統與所述X射線單像素探測器之間拍攝。

4.根據權利要求1所述的X射線單像素相機，其特征在于，所述X射線調制系統包括調制矩陣，所述調制矩陣包括若干個矩陣單元；任一所述矩陣單元為在X射線吸收材料上鏤空有不同的預定圖案；所述X射線調制控制系統控制所述X射線調制系統移動，以使得X射線照射在一個所述矩陣單元，以形成與所述預定圖案相同分布的X射線圖樣。

5.根據權利要求4所述的X射線單像素相機，其特征在于，所述X射線調制系統包括調制矩陣，所述調制矩陣包括若干個矩陣單元；任一所述矩陣單元為由對X射線進行相位調制的材料制成；所述X射線調制控制系統控制所述X射線調制系統移動，以使得X射線照射在一個所述矩陣單元，以形成與所述矩陣單元相對應分布的X射線圖樣。

6.根據權利要4所述的X射線單像素相機，其特征在于，所述X射線吸收材料為能夠對X射線有吸收的材料，包括元素周期表中，鐵及鐵以后高原子序數元素單質或化合物；單質包括鐵、鈷、鎳、銅、鋅、鉬、銀、鎘、錫、鉭、鎢、鉑、金、鉛中的任一種；化合物包括氧化鐵、氧化銅、氧化鋅、碘化銀中的任一種。

7.根據權利要求4所述的X射線單像素相機，其特征在于，所述總控制系統單元通過軟件控制觸發所述X射線調制控制系統，使X射線照射所述X射線調制系統的不同的矩陣單元上；通過軟件控制所述X射線單像素探測器進行信號采集；

所述時間同步系統設置時序，使得軟件先觸發所述X射線調制控制系統，使X射線照射在所述X射線調制系統的不同的矩陣單元上；再設置軟件觸發所述X射線單像素探測器進行信號采集。

8.根據權利要求1所述的X射線單像素相機，其特征在于，所述二階關聯運算下的物體的像則可由如下公式得到：

其中，I_i(η，ξ)為每一個設定好的調制矩陣，i為小于總采樣次數N的所有正整數，相對應的每個調制矩陣照射在物體后桶探測器探測到的光強記為S_i。

9.根據權利要求1所述的X射線單像素相機，其特征在于，所述壓縮感知的采集過程是一個線性投影過程，如下所示：

y＝Ax

其中，在N次測量中，用于表示物體的M像素圖像可以由一維向量x＝(x₁，x₂，...，x_M)表示，A為調制矩陣I_i(η，ξ)的二維矩陣表示，S_i為每次探測到的光強，S_i由一維向量y＝(y₁，y₂，...，y_N)表示。

10.根據權利要求1所述的X射線單像素相機，其特征在于，所述深度學習計算包括：

輸入一系列的函數作為待訓練模型；

評價各個函數的好壞，使用誤差率作為標準；

通過每個函數的輸出與正確的結果對比，來選擇最佳的匹配函數。