[發(fā)明專利]基于X射線計算關聯(lián)成像的X射線單像素相機

在審

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• 申請日: 2018-12-14
• 公開（公告）號: CN111398318A
• 公開（公告）日: 2020-07-10
• 發(fā)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(chǎn)權代理事務所(普通合伙) 11391
• 代理人: 康正德;薛峰

本發(fā)明提供了一種基于X射線計算關聯(lián)成像的X射線單像素相機，屬于X射線計算關聯(lián)成像及X射線單像素成像領域技術研究領域，其包括：X射線調(diào)制系統(tǒng)、X射線調(diào)制控制系統(tǒng)、X射線單像素探測器、總控制系統(tǒng)單元、時間同步系統(tǒng)、計算成像系統(tǒng)；總控制系統(tǒng)單元通過軟件控制各個模塊；時間同步系統(tǒng)控制各個模塊同步以自動采集；計算成像系統(tǒng)用于將X射線單像素探測器采集到的信號與預設定的調(diào)制矩陣進行二階關聯(lián)運算或壓縮感知計算或深度學習計算，得到待測物體的像。本發(fā)明提供的基于X射線計算關聯(lián)成像的X射線單像素相機，實現(xiàn)單像素成像，在保證成像質(zhì)量下大大減小采樣次數(shù)，降低成像過程中的X射線輻射劑量。

技術領域

本發(fā)明涉及X射線計算關聯(lián)成像及X射線單像素成像領域技術研究領域，特別是涉及一種基于X射線計算關聯(lián)成像的X射線單像素相機。

背景技術

X射線作為一種具有高穿透性的光源，可以快速地對樣品實現(xiàn)非侵入式成像，作為一種強有力的成像診斷技術一直被廣泛地應用在工業(yè)、醫(yī)學以及基礎科學領域。作為波長更短、光子能量更高的電磁波，X射線在得到樣品內(nèi)部結構的同時也會造成輻射傷害。例如在醫(yī)學領域，細胞接受過多的輻射會使癌變幾率大大提升。因此如何在保證成像質(zhì)量的同時減小X射線的輻射劑量，是人們關注的問題。此外，大陣面高像素的X射線探測器的結構復雜，造價昂貴，也給工業(yè)、醫(yī)學以及基礎科學領域帶來一定的經(jīng)濟壓力。

結合關聯(lián)成像技術的X射線關聯(lián)成像可以很好的解決X射線的高能輻射及降低對X射線探測器的要求的問題。強度關聯(lián)成像作為一種間接成像方式，自1995年首次在實驗室利用量子光源實現(xiàn)過后便因為其獨特的性質(zhì)迅速發(fā)展起來。這種非定域的成像方式顛覆了人們對于傳統(tǒng)成像的認知：通過分束測定或預設置照射在物體上的光場分布，將其與經(jīng)過物體的投射(或反射)總光強進行統(tǒng)計關聯(lián)運算便可復原物體的圖像。這樣可以避免光能量分配在面陣式探測器的每個像素上，從而提高物光信號的強度，降低散粒噪聲的影響，提高信噪比。成像原理上的不同使得鬼成像的方法比起傳統(tǒng)成像而言不僅可以實現(xiàn)超分辨率的成像，還可實現(xiàn)極弱光照下的成像。然而，由于X射線的波長太短，沒有合適的空間光調(diào)制器件對光場進行已知及可控的調(diào)制，因此目前已報道的對X射線鬼成像的實驗均為隨機調(diào)制后的贗熱光，不僅需要大面陣的X射線探測器對調(diào)制后的光場進行預測量，而且需要大量采集次數(shù)才能將物體的像恢復出來，且成像效果較差。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的一個目的是針對現(xiàn)有技術中存在的上述缺陷，提供基于X射線計算關聯(lián)成像的X射線單像素相機，其能夠?qū)射線進行可控及特定的調(diào)制，實現(xiàn)X射線計算關聯(lián)成像。

本發(fā)明的另一個目的是提供基于X射線計算關聯(lián)成像的X射線單像素相機，實現(xiàn)單像素成像，在保證成像質(zhì)量下大大減小采樣次數(shù)，降低成像過程中的X射線輻射劑量。

特別地，本發(fā)明提供了一種基于X射線計算關聯(lián)成像的X射線單像素相機，包括：X射線調(diào)制系統(tǒng)、X射線調(diào)制控制系統(tǒng)、X射線單像素探測器、總控制系統(tǒng)單元、時間同步系統(tǒng)、計算成像系統(tǒng)；

所述X射線調(diào)制系統(tǒng)，用于對X射線進行調(diào)制；所述X射線調(diào)制控制系統(tǒng)，用于控制所述X射線調(diào)制系統(tǒng)；所述X射線單像素探測器，用于采集信號；所述總控制系統(tǒng)單元通過軟件控制各個模塊；所述時間同步系統(tǒng)控制各個模塊同步以自動采集；所述計算成像系統(tǒng)，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(diào)制矩陣進行二階關聯(lián)運算或壓縮感知計算或深度學習計算，得到待測物體的像。

可選地，還包括用于發(fā)射X射線的X光源。

可選地，待測物體放置在所述X光源與所述X射線調(diào)制系統(tǒng)之間拍攝。

可選地，待測物體放置在所述X射線調(diào)制系統(tǒng)與所述X射線單像素探測器之間拍攝。

可選地，所述X射線調(diào)制系統(tǒng)包括調(diào)制矩陣，所述調(diào)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(diào)制控制系統(tǒng)控制所述X射線調(diào)制系統(tǒng)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。