一、高能X射线成像系统固体探测器模块的设计（论文文献综述）
于中山[1]（2020）在《基于X射线图像处理的煤矸识别技术研究》文中指出近年来,国家大力发展洁净煤技术,十分重视煤炭资源的绿色开发和清洁高效使用。煤矸分选是提高煤质减轻环境污染的有效途径,而煤矸识别是实现煤炭智能开采与加工的核心技术之一。传统的煤矸识别方法普遍存在识别精度低、稳定性能差、适用范围小等问题。针对这些不足,本文深入研究了基于X射线图像处理的煤矸识别方法,提高了识别系统的准确度和稳定度。其主要研究工作和贡献如下:（1）基于X射线透射的相关理论,进而推导出射线探测的物质识别原理,并对已搭建的两代光电分选系统的相关硬件及工作流程进行介绍。以常见的3种烟煤（焦煤、肥煤、气煤）和对应地区的矸石为研究对象,利用试验样机分别采集煤矸的单双能X射线图像,并建立样本集数据库。（2）煤矸图像的预处理。首先分析成像过程中的噪声源,经过试验选用表现较好的自适应中值滤波法对图像进行降噪处理。接着采用Canny算子边缘检测优化的二值图像分割方法,有效分割出煤矸目标区域,去除了输送带背景信息的干扰。最后,初步统计了煤矸区域的基本属性信息,为煤矸识别方法的研究奠定了基础。（3）提出一种联合特征下的基于粒子群算法优化法平面型隶属度函数模糊支持向量机（PSO-NP-FSVM）的煤矸单能识别方法。首先提取煤矸灰度特征下的5个特征参量,为了增强煤矸纹理特征对旋转变化的鲁棒性,对图像进行LBP变换后,提取纹理特征下的4个特征参量。为了提高分类的准确率和稳定性,设计了PSO-NP-FSVM分类器,该模型优化了传统支持向量机的二值分类方式,并且通过粒子群算法对模糊支持向量机的核心参数惩罚因子c和核参数δ进行寻优,充分发挥了模型的分类性能。交叉验证试验结果表明,在9维联合特征识别下,PSO-NP-FSVM分类器模型的识别准确率相比FSVM和PSO-FSVM分类器模型分别提升了 3.34%和2.09%,较灰度和纹理单一特征的识别准确率分别提升了 5.21%和2.29%。（4）提出一种基于K值和一种基于R值的煤矸双能识别方法。为了进一步减弱煤矸厚度等因素对识别精度的影响,针对煤矸R值的求解相对复杂的情况,在仅需识别出煤矸类别的前提下,采用一种基于煤矸灰度峰值计算K值的简易识别方法。当需要具体识别出样本中的含煤（矸）量时,提出一种基于R值法结合Canny算子边缘检测优化多阈值Otsu分割的煤矸识别方法。首先计算出煤矸的R值图像,经过映射处理后对图像进行分割,将图像分为输送带层、烟煤层和矸石层。最后,为了使识别结果更加直观可见,对分割后的图像进行伪彩色处理。试验结果表明,当设定分选阈值K为1.3时,3种烟煤的平均识别准确率达到97.44%,矸石的平均识别准确率达到96.52%;当设定样本含煤量55%为分选阈值时,3种烟煤的平均识别准确率达到97.61%,矸石的平均识别准确率达到100%。这两种方法均能高效的识别出煤矸且增添了识别的延展性。图[69]表[20]参[91]
魏文彬[2]（2020）在《基于几何投影的X射线相位衬度CT装置成像性能研究》文中指出自1895年伦琴发现X射线以来,X射线就被广泛地应用于医疗诊断、无损检测等领域。传统X射线吸收成像方法对于弱吸收物质,如主要由轻元素组成的生物软组织,无法进行高质量成像。不同于传统基于吸收衬度机制的X射线成像,相位衬度成像方法通过探测物质对X射线的相移来进行成像。物体在X射线波段的折射率通常用复数表示,其实部减小量反映相移信息,虚部反映吸收信息。在硬X射线波段,软组织的折射率实部减小量是虚部的几百到几千倍,理论上相衬图像比吸收图像有着更高的灵敏度,因此相衬成像对弱吸收物质能提供较好的成像对比度。近二十年来,X射线相衬成像技术得到了快速发展,其中的光栅相衬成像引起了越来越多的关注。与其它的相衬成像方法相比,光栅相衬成像能够使用大功率的常规X光管作为光源,并且有较大的成像视场,因此被普遍认为是极有可能应用于临床医学的成像方法。本文围绕光栅相衬成像,讨论了信息分离和计算机断层重建算法;介绍了国家同步辐射实验室搭建的相衬CT装置,并发展了一种光栅光学检测方法;分析了成像系统中光学器件对成像性能的影响。本文开展的主要工作包括:1.讨论了相衬CT成像中的信息分离和重建算法,在正反投影（RP）方法的基础上,提出了改进的信息分离方法,利用反函数替代位移曲线腰位附近的线性近似,降低了 RP方法在大折射角情况下的信息提取误差,增大了其适用范围;针对大尺寸样品,考虑到折射信号的大小与折射发生区域到分析光栅（G2）的距离有关,提出了改进的重建算法,提高了大尺寸样品的图像重建精度。2.介绍了国家同步辐射实验室搭建的相衬CT装置,该系统根据几何投影原理,首次利用医用CT球管和探测器实现了相衬CT成像。该光栅相衬成像装置是利用大周期吸收光栅产生的几何投影莫尔条纹作为载波信号来进行折射信息提取。由于放宽了对光栅周期的限制,降低了大尺寸曲面吸收光栅的制作工艺难度。结合医用CT球管的高功率、高能量和探测器大尺寸、高帧率的特点,实现了快速、高能、大视场相衬成像。总结了一套完整的光栅相衬成像实验技术和数据处理流程,为后期光栅相衬成像的临床应用提供指导。3.由于大高宽比吸收光栅的制作非常困难,加工得到的光栅通常都不是理想光栅,光栅栅条会出现倾斜、梯形化等情况;同时CT球管的焦斑在工作时会发生漂移。针对成像系统中部件的这些缺陷,本文定量分析了光栅和光源缺陷对系统成像性能的影响。通过模拟光栅的不同形貌、光源焦点的尺寸和漂移对成像系统空间分辨率以及密度分辨率的影响,找出对系统成像性能起决定性影响的因素,从而指导光栅的加工,指出成像系统改进的方向。4.针对相衬CT装置中采用的吸收光栅的结构特点,提出了一种适用于大高宽比光栅的光学检测方法。模拟和实验结果都验证了该方法的可行性,解决了目前大高宽比光栅的检测难题。该方法基于光栅结构对入射光线的调制,通过观测光栅上表面出射光线的分布情况,可以判断光栅结构的变化并实现大高宽比X射线吸收光栅的快速、无损检测。
刘渝城[3]（2020）在《大尺寸高质量钙钛矿单晶生长及其光电性能研究》文中进行了进一步梳理有机无机铅卤化物钙钛矿半导体由于其组分可调、简单的溶液制备方法、强的光吸收能力、低的材料成本等优点使得它们的多晶薄膜在光伏和光电应用研究方面取得了快速进展。然而,在多晶薄膜中存在的大量晶界和缺陷被证明是导致离子迁移和快速分解的主要原因,这也是导致钙钛矿太阳电池低稳定性和严重迟滞效应的两个主要因素。与多晶薄膜相比,没有晶界的钙钛矿单晶由于具有更优异的性质,如更长的载流子寿命和扩散长度,更低的体缺陷态密度,更高的载流子迁移率以及更宽的光谱吸收范围等,显着增强了其光电特性。然而,目前报道的钙钛矿单晶仍然存在以下不足:（1）单晶尺寸较小,质量不够高,限制了器件性能进一步提升和应用。（2）单晶的体电阻率较小,使得其光电器件暗电流过高。（3）单晶内部的离子容易迁移,尤其是在高电场下离子迁移异常明显,导致探测器响应不稳定,响应速度较慢,器件信噪比低,基线漂移严重,器件电极被破坏,继而降低器件的稳定性。（4）钙钛矿单晶中普遍含有大量的高毒性铅,极大地限制了其广泛应用。因此,针对以上问题,本文围绕高质量大尺寸钙钛矿单晶的生长策略、反应机理、溶解-结晶平衡、结构维度设计、毒性铅的替换及其光电探测性能,开展的系统研究工作如下:Ⅰ.通过优化晶体成核和生长过程,研发了一种低温梯度结晶（LTGC）的方法,制备了尺寸为47 × 41 × 14 mm3的高质量三维（3D）结构钙钛矿CH3NH3PbBr3单晶。该单晶表现出优异的光电性质,如低的缺陷态密度、高的载流子迁移率、长的载流子寿命和扩散长度。使用该单晶制备的光探测器具有高的工作稳定性,大的外量子效率（13453%）,高的探测率（8 × 1013 Jones）以及短的响应时间（15.8μs）。Ⅱ.开发了迁移率为81±5 cm2 V-1s-1、载流子寿命为899±127 ns、缺陷态密度为6.2±2.7×109 cm-3的高质量3D结构钙钛矿单晶。基于该单晶进一步设计和制备了由729像素组成的大面积（约1300mm2）传感器阵列成像组件,实现了优异的成像性能。Ⅲ.提出了一种外围诱导结晶策略,成功地生长了大面积可弯曲的2D结构钙钛矿（C6H5C2H4NH3）2PbI4薄膜单晶（SCM）,最大面积超过2500 mm2,厚度最薄为0.6μm。这些薄膜单晶具有低的缺陷态密度、优异的光响应均匀性和长期稳定性。利用这些薄膜单晶,设计并制备了柔性光探测器,其外量子效率为26530%,响应率为 98.17 AW-1,探测率为 1.62 × 1015 cm Hz1/2 W-1。Ⅳ.研发了一种溶液表面张力控制结晶的方法成功生长了大尺寸2D结构块体钙钛矿单晶,最大尺寸为36mm。基于这些单晶,设计制备了光探测器,研究了光电响应的各向异性,发现在（001）面制备的探测器具有更高的光响应性能。V.开发了一种有效的多余晶核消除策略生长英寸级高质量0D结构、非铅类钙钛矿（CH3NH3）3Bi2I9单晶。该单晶具有非常低的离子迁移率,高的体电阻率和优异的环境稳定性。基于该单晶制备的X射线探测器灵敏度高达1947 μC Gyair-1 cm-2,探测限为83 nGyair s-1,响应时间为23.3 ms。此外,由于该单晶探测器具有低的基线漂移（5.0 × 10-10 nA cm-1 s-1 V-1）和良好的X射线响应性能,进而实现了首例0D结构无铅类钙钛矿单晶X射线成像系统。
昝贵彬[4]（2019）在《X射线微结构阵列光源光栅相衬成像系统研究》文中研究说明X射线光栅相衬成像不但继承了传统衰减衬度成像的优势,而且还同时提供样品相位信息和散射信息,具有定量、高灵敏度以及多模态同时成像的优点。光栅相衬成像既可以使用毫米尺寸的常规X射线源,又具有不使用吸收光栅的可能。因此,X射线光栅相衬成像技术被认为是将X射线相衬成像推向实际应用最强有力的竞争者,在医学成像、工业无损检测和材料科学等领域具有广泛的应用前景。本论文实现了一种新型微结构阵列阳极X射线源作为光栅相衬成像系统的照明系统,它可以免除常规光源和源光栅（吸收光栅）组合照明系统带来的大高宽比吸收光栅制作难、光通量效率低,系统复杂度大,工作能量低和成像视场小等限制,可以推进光栅相衬成像实用化。本研究主要开展了以下几个方面的工作:1.提出了 X 射线微结构阵列阳极（micro array anode structured target,MAAST）射线源。其特征是将微结构金属插入物（microstructure metal inserts,MMI）嵌入金刚石基底作为新型射线源阳极,该阳极起X射线发射器的作用,在不使用源光栅的情况下产生微米大小的周期性子源阵列。与传统的常规X射线源结合源光栅的组合照明系统相比的优点有:（1）提高光源中X射线利用率;（2）提供大视场;（3）提高工作能量;（4）降低光栅制作难度,简化系统复杂度。为了最优化MAAST射线源性能,首先建立了新型射线源中的微结构阵列阳极的蒙特卡洛模型,用来计算MAAST光源的属性。计算分析的属性包括:单电子X射线产生效率,MAAST中的能量沉积分布及百分比,MMIs和基底产生X射线分布及百分比,MAAST中产生的X射线的空间角分布,MMIs和基底产生X射线的相对X射线产生效率,X射线能谱等。模拟分析的参数包括:电子能量、电子入射角、靶材类型、MMIs厚度、基底厚度、MAAST几何参数（周期和占空比）等。通过蒙卡仿真得到了 30keV-120keV入射电子束能量下MAAST的最优参数,也发现电子束入射角对MAAST性能有重要影响。然后利用有限元法对MAAST温度分布进行了分析,得到了最大稳定运行的功率范围。最后,对两种Talbot干涉仪照明方案进行了比较,证明了MAAST光源在高能光栅干涉仪中的巨大优势。本文给出的计算方法和蒙特卡洛仿真结果可广泛应用于设计和制造高亮度MAAST光源,促进光栅相衬成像在更高的能量下工作。2.分析了阵列光源性能对光栅相衬成像系统性能的影响。首先建立了波动光学模拟模型,并分析了光栅干涉仪的相干性,为光栅相衬成像系统优化提供方法。结合蒙特卡洛模拟MAAST射线源的能谱,将光栅干涉仪波动光学模型升级b阵列光源光栅干涉仪波动光学模型。研究证明微结构阵列光源可以为光栅干涉仪提供较高可见度的光栅自成像,实验测试也证明了光栅干涉仪对微结构阵列光源的单色性要求比较低。3.研究了微结构阵列光源光栅干涉仪的最优化设计。首先推导出微结构阵列光栅相衬成像系统设计方法,然后以分辨率和系统灵敏度为指标来分析最优系统设计,最后讨论微结构阵列光源占空比和能谱对系统的影响。4.研制了微结构阵列光源及光栅干涉仪相衬成像原理机,实现了无源光栅的Talbot-Lau干涉仪。首先研宂了微结构阵列阳极的制作方法。然后研制了微结构阵列光源和光栅干涉仪,并对其进行测试分析,最后通过二维图像和CT重建初步分析了微结构阵列光源在生物样品和无损检测中的优势和应用前景。通过以上验证,证明了使用MAAST源的无源光栅干涉仪的可行性。这一令人鼓舞的结果将打开光栅相衬成像在医学成像、工业无损检测和材料科学等应用的大门。
吴晓川[5]（2019）在《基于X射线能谱CT的生物医学材料分解关键技术研究》文中进行了进一步梳理随着人工智能等信息技术的飞速发展,人类已迈入了智慧医疗时代。以深度学习为代表的机器学习算法也开始广泛应用在医学成像的各个领域。X射线计算机断层成像技术（X-CT）,作为智慧医疗的重要组成内容,在医学临床诊断中发挥着重要作用。它利用X射线对不同物质的衰减差异,可以在不破坏物体本身的情况下,通过断层图像呈现出其内部结构和细节。然而,传统X-CT由于采用积分探测方式获取X光子信息,将会在一定程度上造成衰减特性缺失,难以满足精准诊疗的需求。于是,X射线能谱CT成像技术应运而生。X射线能谱CT成像得益于X射线能量分辨光子计数探测技术的出现与发展。它是通过光子计数探测器来获取被检测对象在不同能量区间内X射线衰减特性,依据这种差异,不仅可以提高衰减系数相近材料的成像对比度,而且还能对扫描对象进行定性及定量分析。其中,基于X射线能谱特性的物质分解,已成为能谱CT成像技术的一个重要研究方向。本论文依托科技部国家重点研发计划（No.2016YFC0104609）、国家自然科学青年基金（No.61401049）和重庆市基础科学与前沿技术研究专项项目（No.cstc2016jcyjA0473）等科研课题,着眼于X射线能谱CT成像技术,重点开展了生物医学材料分解研究,在改进传统投影分解方法的基础上,还结合了深度学习算法对图像域的物质分解加以完善。论文的主要研究内容包括:（1）研究分析了X射线CT成像原理及系统、重建方法与技术,阐述了能谱CT物质分解的基本理论和分解模型。针对X射线能谱CT投影数据包含较多噪声的特点,选择了基于压缩感知理论的Split-Bregman算法进行能谱CT图像重建,这为后续开展能谱CT物质分解研究创造了重要的前提条件。（2）针对投影域的双效应分解过程涉及计算复杂的投影积分方程的问题,研究了一种基于等效单色能量的双能CT投影分解方法。首先,从双能CT重建图像中计算得到某一特定材料区域的平均衰减系数,借助于美国国家标准技术局（NIST）提供的X射线衰减数据库拟合的标准衰减曲线,获得高低能谱对应的等效单色能量,进而对积分方程进行数学变形,以此将投影分解过程简化为一个线性求解问题。仿真和实验结果验证了该方法的有效性。（3）针对图像域的基材料分解过程中极易受到真实数据噪声的影响而达不到理想的分解效果的问题,研究了一种基于深度学习的能谱CT多物质分解方法。由于X射线能谱CT图像数据量相对较少,且为单通道的灰度图像的特点,选择了FC-DenseNets作为训练网络,并利用重建的能谱CT图像构造深度学习数据集。实验结果表明,对于传统的基材料分解方法无法准确区分衰减相似的组分及不能应对高噪声情况的问题,深度学习方法展现出了巨大的优势。FC-DenseNets分解网络不但实现了对小老鼠骨骼、肺器官、软组织区域的精确识别和区分,而且在图像噪声较大时也能达到理想的分解结果。
孙荣奇[6]（2019）在《新一代X射线相衬CT图像采集系统研究》文中研究指明相比于吸收成像,X射线相衬成像对于由轻元素组成的软组织样品可以提供更高的成像衬度。因此基于相位衬度技术的X射线相衬成像在临床领域有着广泛的应用前景,特别是在早期癌症的诊断上。为了能够利用相衬成像在医学成像上巨大的优势,突破现有方法的局限性,并将X射线相衬成像技术推广到临床应用中去,新一代基于几何投影的三维相衬人体CT被提了出来。本文主要分析了新一代X射线相衬CT的物理需求,并根据物理需求对相衬CT图像采集系统开展了研究工作。新一代相衬CT球管高压较高,设定为80KV,其设计视场达666mm*24mm,是目前同类设备中最大的。针对新一代相衬CT的技术特点,本文对图像采集系统进行了研究工作。因为X光球管高压较高,因此折射角信号变小。为了获得较高的角度灵敏度,本文选择了高光产额、高探测效率的陶瓷闪烁体阵列探测器以确保信噪比。X光的偏折角度是被调制为光强的变化而被探测器记录下来的。随着能量的提高,折射引起的光强变化也在减小,这就对电子学的有效分辨率提出来较高的要求。同时设计视场较大,通道数较为庞大。本文跟据通道数目以及对高精度分辨率的要求,设计了高密度高集成度的电子学读出方案。为了实现定子和转子间图像数据高速可靠地传输,本文设计了一套数据传输方案。数据传输链路采用了 Xilinx GTX收发器、SFP光模块以及光纤滑环耦合的方式。数据协议采用了 Aurora8B10B。为了进行误码控制,采用了 CRC32校验加误码重传的方式。本文搭建了相衬CT测试平台进行了一系列的电子学测试以及相衬成像实验,测试结果表明系统的有效分辨率可达15.6bit,线性性能、本底稳定性性能良好,信噪比达到的商业探测器板的水平。在二维相衬和三维相衬实验中,图像采集系统可以对水和聚乙烯塑料棒进行分辨。本文工作的创新点主要为:（1）针对新一代基于几何投影的X射线相衬CT的高能量、大视场的特点设计完成了一套图像采集系统。这在国内是首次开展针对高能量、大视场相衬CT图像采集系统的研究。（2）为陶瓷闪烁体阵列探测器设计完成了高密度大动态范围读出电子学。在单板尺寸1.8cm*22cm的尺寸上实现了 384通道的信号读出。测试结果表明,信噪比达到了 DT公司的商业探测器板MDBB-ST16S的水平。（3）采用基于光滑环的光纤数据传输新技术,实现了定子与转子之间的稳定可靠地数据读出。
朱亮[7]（2019）在《多信息融合邮政分拣系统安全检测方法研究》文中研究指明在许多公共场合,仅依靠一种安全检测设备很难真正实现综合的多信息检测。要采用一套完整的技术对被检对象中的物质进行有效的分类以全面控制一个区域的安全,目前国内外仍无法有效实现。本课题通过对国家职能部门的调研,根据其对重点控制的违禁品和习惯采用的安检模式和需求,提出并设计了一个有针对性的多信息融合的整体方案。我们对几种常见违禁品的多信息数据进行了采集和重构,通过一系列的理论和实验研究,完成了一套综合性的检测方法。用于检测违禁品的设备必须能够识别包裹或容器中物品的特性。一些违禁品,如塑料炸药,可以制成许多形状或放置在许多物体中。这类物品不能简单地从外观信息判断其为违禁品。这需要一种能够在分子或原子水平上识别物体的设备。X射线装置已被证明能够揭示物质的分子或原子性质。X射线技术可以提供组成物体的物质的一些重要特性。最有用的信息是对象的密度（ρ）和有效原子序数（Zeff）。从理论上讲,给定物体的密度和有效原子数,就可以准确地确定物质的类型。研究表明,许多种X射线检测技术都可以应用于违禁品的检测领域,但目前还没有一种X射线检测技术能够单独提供准确识别物质类型所需的两个参数。首先,通过近似替代物的双能量X射线透射实验获得了该物质的高能和低能灰度级。在此基础上,建立了物质分类识别边界曲线的数学模型。将物质初步分为三类:有机物、无机物和混合物。其次,基于提取特征平面思想,通过双能X射线透射实验提取出一个与有效原子序数相关的R值。这一过程可以将无机物和混合物中的有机物分离,但由于密度的不同,无害的有机物和违禁有机物不能被分离。之后研究了厚度等外部参数的变化对R值的影响,并对提取R值的算法进行了优化。对改进算法的评估表明,该算法大大降低了物质分类的误判率。然后结合前散射背散射图像,利用LS算法建立散射图像的灰度模型。进而将低能散射图像与双能量透射图像相结合,得到了一个提取与物体密度相关的特征值L的方法。分析并减小了包裹摆放角度等因素对L值的影响。通过得到的物质特征值R和L,给出基于最小错误概率的贝叶斯决策理论的判别函数、决策面方程以及分类判别规则。通过将双能量X射线透射技术与低能散射技术相结合而得到了物质识别的更有效的方法,进而全面提高X射线的检测能力。再次,计算物体的R和L值需要对象的真实灰度级。真实灰度级是指当一个物体不被其他背景物体干扰时所测量到的灰度级。一些包裹中的物体很多,包裹中的物体以任意方向摆放并互相遮挡。违禁品与无害物品混在一起使得检测工作变得困难。因此在识别物质特性的过程中去除遮挡效应是非常重要的,这样就可以得到物体的真实灰度级。本文将n个物体重叠问题转化为两个物体重叠问题,重点研究了计算两个物体重叠的真实灰度级问题。最终将得到双能量透射、低能前散射、背散射条件下求解物体真实灰度级的数学模型,并对模型进行评估。结果表明得到了更加准确的物体真实灰度级。最后,针对X射线安全检测技术在液体识别中的困难,提出X射线检测与电子鼻气味识别相结合的方法来确定容器内的液体属性。结合图像轮廓、图像灰度级、电子鼻响应等检测信息来建立多信息融合检测方法的模型,并在此基础上构建多信息融合检测技术的软硬件系统。之后利用不同的模式识别方法对实验数据进行处理。重点对神经网络模式识别方法进行了研究,建立一种有效的BP网络模型。本课题在多信息、高性能安检设备的研究方面进行了新的尝试,实现了多个检测信息的融合,为新型安检设备的研发提供了有效的方法和理论依据,从理论、实验和实践的层次证明多信息融合安全检测在邮政检测系统中是行之有效的方案。
张彤[8]（2017）在《一种基于硅光电倍增管的钨酸镉闪烁体探测器研究》文中进行了进一步梳理X射线工业CT是一种先进的无损检测技术,可以获得物体的高分辨率结构图像,在工业检测、先进制造、国防安全、科研考古等均有广泛应用。根据X射线能段不同,可分为基于直线加速器的高能工业CT和基于X球管的中低能工业CT两类;其中高能工业CT具有能量高、剂量大、扫描时间短等特点,这些特点使得高能CT探测器有较高的研制要求。传统的高能CT探测器采用光电二极管阵列或者CCD阵列进行探测。随着新型光电探测器件的发展,基于硅光电倍增管技术研制CT探测器成为可能;硅光电倍增管工作电压低、增益高、对磁场免疫、抗磁性、结构紧凑、增益一致性高、信噪比高。因此本文针对6MV直线加速器产生的X射线,研制了一种基于单点型硅光电倍增管和钨酸镉闪烁体的小型闪烁体探测器,主要包括:1)闪烁体性能的蒙特卡洛模拟。基于GEANT4蒙卡模拟软件,对不同类型不同尺寸的闪烁体的光输出、能量沉积、探测效率等进行模拟,为探测器设计提供参考依据。结果表明,钨酸镉闪烁体在转换效率、全能峰效率等方面都优于其它闪烁体;且钨酸镉闪烁体的探测效率只取决于闪烁体的高度而与闪烁体端面面积无关;而闪烁体的能量沉积与闪烁体的端面面积及高度都有关。2)闪烁体性能的实验测试。对不同类型不同尺寸的闪烁体的发光衰减时间、光电子输出、能量分辨率以及余辉进行实验测试,并提出了一种光电子输出测试方法—单光电子比较法。测试结果表明:此系列的钨酸镉闪烁体光电子输出强度可以达到12203 ph/MeV,发光衰减时间在11.3us-12.0us之间;对137 Cs 661.6keV光峰的能量分辨最高为10.8%;且闪烁体受余辉影响较小。3)小型闪烁探测器的研制。基于钨酸镉闪烁体与硅光电倍增管搭建小型闪烁探测器,完成探测器件的性能测试、前端读出电路设计和探测器结构设计。对硅光电倍增管进行了性能测试,结果表明它的噪声较低、增益在106数量级,是一种较快的硅光电倍增管。探测器对137Cs 661.6keV光峰的能量分辨为19.2%;并将探测器置于6MV加速器下进行实验测试,结果表明探测器功能正常,可用于高能X射线探测,为下一步研制线阵列探测器提供了研究基础。
甘波[9]（2017）在《半导体辐射探测器前端读出专用集成电路研究》文中指出以碲锌镉（CdZnTe）探测器为代表的新型半导体辐射探测器,因其具有较高的射线吸收率和能量转换率,可实现对超微量X/γ射线的高效检测,特别是可以在常温下使用。在环境放射性监测、矿物和地质勘查、安全检查、生物医学成像、空间探测以及高能物理实验等领域,CdZnTe探测器均具有广阔的应用前景。前端读出专用集成电路的功能是将探测器输出的微弱电信号进行放大、成形和数字化,要求其具有低噪声、高精度、高速度、小面积、低功耗以及抗辐射等特点。本论文研究与设计实现了应用于CdZnTe探测器系统的前端读出专用集成电路,完成的主要研究工作如下:1.研究了半导体辐射探测器的信号读出与处理技术以及前端读出电路的单片集成技术。为了实现低噪声,对前端读出电路的主要模块进行了详细的理论分析和优化设计方法研究,包括前置放大器、漏电流补偿电路、极零相消电路、滤波成形器、峰值采样和保持电路、时间标记电路等。另外,分别针对便携式辐射探测仪以及辐射成像系统的应用需求,对前端读出芯片的系统结构进行了优化设计。2.针对便携式辐射探测仪以及空间探测等应用背景,设计实现了一款低噪声单通道前端读出芯片。该芯片的能量通道采用前置放大器、滤波成形器、输出缓冲器的精简结构,并在前置放大器和滤波成形器的电路设计中进行了噪声优化,具有低噪声、低功耗、高线性度、抗辐射等特点。测试结果表明,该芯片的最大能量输入范围为200 keV,非线性度小于2%,输入等效噪声仅为52.9 e-,单通道功耗小于2.4 mW,与CdZnTe探测器联合测试时对241Am辐射源的能量分辨率为5.9%,芯片的抗辐射能力满足空间应用的要求。3.针对生物医学成像、安全检查以及高能物理实验等应用背景,设计实现了一款用于辐射检测和成像系统的低噪声64通道前端读出芯片。采用内含双源极跟随器的前置放大器以及高阶有源滤波器,并使得输出波形接近于高斯波形,有利于提高读出速度。同时,采用模拟时序控制电路以及多种串扰隔离技术减小了开关噪声的影响。测试结果表明,该芯片的增益为200 V/pC,非线性度小于1%,单帧信号的读出速度约为10μs,通道间的不一致性小于2.64%,串扰仅为0.22%,输入等效噪声为66 e-,单通道功耗小于8 mW,与CdZnTe探测器联合测试时对241Am源的能量分辨率可达到4.4%,可用于检测能量低于200 keV的X射线和软γ射线。4.研究了前端读出芯片的抗辐射加固设计技术。在芯片设计中,分别采用了版图级和电路级的抗辐射加固技术。在版图层面,采用环形栅结构的NMOS晶体管并在其周围加入P+保护环以提高抗总剂量效应的能力。另外,通过在NMOS和PMOS晶体管之间加入P+型与N+型的保护环以提高抗单粒子闩锁的能力。在电路层面,对商用CMOS数字单元电路进行了结构上的改进,并采用了具有双互锁存储单元的D触发器,以消除数字电路中的单粒子瞬变和单粒子翻转错误。5.为了减小由于探测器中电子与空穴迁移率不同对辐射检测系统能量分辨率的影响,设计了一款与前端读出电路相匹配的上升时间甄别电路。该电路能够根据所设定的时间阈值对输入信号进行筛选,且时间阈值可调。典型仿真结果表明,该模块电路能够准确地去除宽度大于400 ns的输入脉冲信号,且时间分辨率小于20 ns。本论文的主要创新点如下:1.基于对前端读出系统噪声性能的理论分析与推导,提出了一种低噪声前端读出电路的优化设计方法。该设计方法从理论出发,针对具体的应用需求,从核心运放结构、输入管尺寸选择、电路结构调整、达峰时间计算、电源噪声抑制等方面,对前端读出电路进行结构与参数的优化,以实现前端读出电路噪声性能的最优化。2.提出了一种适用于多通道前端读出电路的双输出电荷灵敏放大器电路结构。该电路中,以折叠式共源共栅放大器为核心,并选用源极接地的PMOS晶体管作为输入管,有效地降低了电源以及环境噪声对电路的影响。同时,采用共栅放大管栅极接地的方式,有效降低了通道间的串扰。并且在该电路输出端引入了双源极跟随器,对反馈网络的连接方式也进行了调整,提升了读出电路的处理速度,并且增强了电路的抗干扰能力和各通道间的一致性。3.由于CdZnTe探测器中电子与空穴的迁移率具有显着差异,粒子入射位置不同会对辐射检测系统的输出信号幅度产生影响,使其能量分辨率下降,另外探测器晶体中的晶格缺陷也会加剧这一现象。本文提出了一种与前端读出电路相匹配的上升时间甄别电路。通过甄别探测器输出电流脉冲信号的宽度,判断其中电子与空穴的贡献比,并以此对能量通道的输出信号进行进一步筛选,从而提高整体系统的能量分辨率。本文基于上述创新技术,采用商用CMOS工艺,设计实现了两款分别用于便携式辐射探测仪以及辐射成像系统的前端读出芯片。所设计的芯片具有低噪声、低功耗、高线性度、高一致性、抗辐射等特点。本文的研究成果对于探测器微弱信号的低噪声前端读出微电子学具有一定的理论意义,对于研发基于半导体辐射探测器的X/γ射线检测与成像系统具有重要的工程实用价值。
罗雪莹[10]（2016）在《X-CT高分辨率探测采集系统研制》文中研究说明工业CT技术,即工业计算机断层成像技术,因为其能准确、清晰的显示被测物体的内部结构,被誉为当今工业界最佳的无损检测技术。随着科技的进步和检测精度要求的提高,对工业CT探测采集系统采集到的图像质量要求越来越高。探测采集系统的作用是探测穿过被测物体的射线信号,并将射线信号转换为数字信号,然后再上传给上位计算机供图像重建使用,是CT设备关键部分之一。探测采集系统的性能将直接影响到整个工业CT系统的图像质量。目前国内工业CT探测采集系统精度主要集中在16,18,20位,随着检测技术的发展,更加要求能够精确地检测和记录微弱信号以及一些复杂信号,对探测采集系统的精度有了更高的要求,对探测采集系统采集到的图像清晰度和细节要求更高。针对以上的需求,本课题致力于研制高动态范围的24位工业CT探测采集系统,能更好的满足工业CT系统对探测数据采集系统高动态范围的要求,有很好的发展前景。对此,论文主要从提高探测采集精度,提高图像质量方面研制出了24位探测采集系统,首先,论文对探测采集系统进行了需求分析,并通过不同的设计方案进行对比以确定系统最终的总体设计方案;然后,分别从硬件和软件两方面进行设计,课题针对应用直线加速器射线源的高能工业CT设备进行研制,选用中心已有的高能探测模块,该模块由线性半导体光电二极管阵列（LDA）加CdWO4闪烁体构成,AD转换芯片主要选用能够达到24位高分辨率的Σ-Δ型ADC;最后对所设计的系统进行性能测试和结果分析。在最终的调试阶段,首先采用Altera公司的嵌入式逻辑分析仪SignalTap II对系统进行调试和分析,然后采用工业CT探测采集系统内部测试软件进行硬件调试分析。系统最终调试结果表明,系统动态范围满足要求,达到了探测采集系统要求,达到预期目标。
二、高能X射线成像系统固体探测器模块的设计（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、高能X射线成像系统固体探测器模块的设计（论文提纲范文）
（1）基于X射线图像处理的煤矸识别技术研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 选题依据 |
| 1.2 课题的研究背景及意义 |
| 1.3 国内外研究现状 |
| 1.3.1 常用的煤矸分选方法 |
| 1.3.2 煤矸识别方法综述 |
| 1.4 课题的研究目标与主要研究内容 |
| 2 基于X射线透射的煤矸光电分选系统 |
| 2.1 X射线透射识别技术 |
| 2.1.1 X射线与物质的相互作用 |
| 2.1.2 X射线透射的衰减规律 |
| 2.1.3 单能X射线透射识别原理 |
| 2.1.4 双能X射线透射识别原理 |
| 2.2 分选系统的结构组成及工作原理 |
| 2.2.1 分选系统的组成及工作流程 |
| 2.2.2 X射线源系统 |
| 2.2.3 X射线线阵列探测器系统 |
| 2.3 本章小结 |
| 3 煤矸X射线图像的预处理 |
| 3.1 煤矸X射线图像的采集 |
| 3.2 X射线图像的滤波处理 |
| 3.2.1 均值滤波 |
| 3.2.2 高斯平滑滤波 |
| 3.2.3 自适应中值滤波 |
| 3.2.4 降噪效果的评估标准 |
| 3.2.5 降噪试验及结果分析 |
| 3.3 煤矸X射线图像分割 |
| 3.3.1 图像分割的常用方法 |
| 3.3.2 迭代阈值法的二值图像分割 |
| 3.3.3 边缘检测优化的二值图像分割 |
| 3.3.4 煤矸目标区域的属性信息统计与提取 |
| 3.4 本章小结 |
| 4 基于单能X射线图像处理的煤矸识别技术研究 |
| 4.1 灰度信息特征提取 |
| 4.2 纹理信息特征提取 |
| 4.2.1 灰度共生矩阵 |
| 4.2.2 LBP图像变换 |
| 4.2.3 煤矸纹理特征提取 |
| 4.3 支持向量机 |
| 4.3.1 支持向量机概述 |
| 4.3.2 线性可分的分类方法 |
| 4.3.3 非线性可分的分类方法 |
| 4.4 模糊支持向量机 |
| 4.4.1 模糊支持向量机分类器 |
| 4.4.2 模糊支持向量机分类机制 |
| 4.4.3 隶属度函数的确定 |
| 4.5 粒子群算法优化的模糊支持向量机 |
| 4.5.1 优化参数 |
| 4.5.2 粒子群优化算法基本理论思想 |
| 4.5.3 粒子群参数寻优步骤 |
| 4.6 基于模糊支持向量机的单能X射线煤矸识别试验及分析 |
| 4.6.1 训练样本特征数据提取 |
| 4.6.2 基于不同特征维度的PSO-NP-FSVM分类器训练 |
| 4.6.3 不同算法搭建分类器训练效果分析 |
| 4.6.4 基于单能X射线图像的煤矸识别分类试验 |
| 4.7 本章小结 |
| 5 基于双能X射线图像处理的煤矸识别技术研究 |
| 5.1 双能煤矸识别方法分析 |
| 5.1.1 双能曲线拟合法 |
| 5.1.2 双能R值法 |
| 5.1.3 灰度直方图峰值求解K值法 |
| 5.2 基于R值与边缘检测优化多阈值Otsu分割的煤矸识别方法 |
| 5.2.1 多阈值Otsu分割算法 |
| 5.2.2 边缘检测优化的多阈值Otsu分割算法 |
| 5.2.3 煤矸R值的映射图像与分割 |
| 5.2.4 煤矸识别的伪彩色方案与煤矸含量的判定 |
| 5.3 基于双能X射线探测技术的煤矸识别试验及分析 |
| 5.3.1 基于灰度直方图峰值求解K值法的煤矸识别试验 |
| 5.3.2 基于R值与改进阈值分割的煤矸识别试验 |
| 5.4 本章小结 |
| 6 总结与展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简介及读研期间主要科研成果 |
（2）基于几何投影的X射线相位衬度CT装置成像性能研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 X射线相位衬度成像 |
| 1.3 X射线光栅相衬成像方法 |
| 1.3.1 X射线光栅干涉仪 |
| 1.3.2 基于几何投影的X射线相衬成像方法 |
| 1.4 光栅相衬成像装置的研究进展 |
| 1.4.1 X射线相衬成像的商业化样机研发 |
| 1.4.2 目前光栅相衬成像的局限性 |
| 1.5 本文的主要工作和内容安排 |
| 第2章 光栅相衬成像的信息提取方法和重建算法 |
| 2.1 信息提取方法 |
| 2.1.1 傅里叶变换法 |
| 2.1.2 相位步进方法 |
| 2.1.3 正反投影方法 |
| 2.2 改进的正反投影方法 |
| 2.3 相衬CT重建算法 |
| 2.3.1 滤波反投影重建算法 |
| 2.3.2 迭代重建算法 |
| 2.4 针对大尺寸样品改进的相位重建算法 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 基于几何投影的X射线光栅相衬成像CT装置 |
| 3.1 光路参数设计 |
| 3.2 光栅参数设计 |
| 3.2.1 光栅宏观尺寸 |
| 3.2.2 光栅结构参数 |
| 3.2.3 光栅加工容差 |
| 3.2.4 光栅定位精度 |
| 3.3 数据采集方案 |
| 3.3.1 传统步进采集方案 |
| 3.3.2 分周步进采集方案 |
| 3.3.3 单周免步进采集方案 |
| 3.4 相衬成像CT装置 |
| 3.5 系统调试 |
| 3.5.1 光源的安装 |
| 3.5.2 探测器的安装 |
| 3.5.3 光栅的安装 |
| 3.6 本章小结 |
| 第4章 影响系统成像性能的参数分析 |
| 4.1 成像性能模拟计算方法 |
| 4.2 系统的理论成像性能 |
| 4.2.1 系统的理论空间分辨率 |
| 4.2.2 系统的理论密度分辨率 |
| 4.3 光源稳定性对系统成像性能的影响 |
| 4.3.1 光源的稳定性 |
| 4.3.2 光源焦点漂移对空间分辨率的影响 |
| 4.3.3 光源焦点漂移对密度分辨率的影响 |
| 4.4 光栅微结构对系统成像性能的影响 |
| 4.4.1 光栅厚度的影响 |
| 4.4.2 光栅梯形化的影响 |
| 4.4.3 光栅倾斜的影响 |
| 4.5 考虑光源和光栅结构影响下系统的成像性能 |
| 4.5.1 系统的测量参数 |
| 4.5.2 系统的空间分辨率 |
| 4.5.3 系统的密度分辨率 |
| 4.6 系统成像性能测试 |
| 4.6.1 空间分辨率测试 |
| 4.6.2 密度分辨率测试 |
| 4.6.3 材料及生物样品成像结果 |
| 4.7 提高成像性能的方法 |
| 4.7.1 缩小光源焦点尺寸 |
| 4.7.2 减少光源焦点漂移 |
| 4.7.3 提升光栅加工工艺 |
| 4.8 本章小结 |
| 第5章 大高宽比吸收光栅的检测 |
| 5.1 吸收光栅的制作工艺 |
| 5.2 现有的检测方法 |
| 5.3 一种新的光学检测方法 |
| 5.3.1 检测原理 |
| 5.3.2 模拟结果 |
| 5.3.3 实验结果 |
| 5.4 光学检测方法在微结构检测中的应用 |
| 5.4.1 检测微结构 |
| 5.4.2 微加工工艺过程的在线监测 |
| 5.5 本章小结 |
| 第6章 总结与展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 在读期间发表的论文与取得的其它研究成果 |
（3）大尺寸高质量钙钛矿单晶生长及其光电性能研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 钙钛矿晶体结构及单晶研究进展 |
| 1.1.1 钙钛矿晶体结构 |
| 1.1.2 钙钛矿单晶研究进展 |
| 1.2 光探测器的分类、工作原理及基本参数 |
| 1.2.1 光探测器的分类 |
| 1.2.2 光伏探测器工作原理 |
| 1.2.3 光电导探测器工作原理 |
| 1.2.4 光探测器中的暗电流 |
| 1.2.5 光探测器的基本参数 |
| 1.3 X射线探测器的工作模式、原理及基本参数 |
| 1.3.1 X射线探测器工作模式及其工作原理 |
| 1.3.2 X射线探测器的基本参数 |
| 1.4 钙钛矿光探测器及X射线探测器研究进展 |
| 1.4.1 钙钛矿用于光探测器的优势 |
| 1.4.2 钙钛矿用于X射线探测器的优势 |
| 1.4.3 钙钛矿光探测器研究进展 |
| 1.4.4 钙钛矿X射线探测器研究进展 |
| 1.5 本论文的研究意义、研究内容与创新点 |
| 1.5.1 研究意义 |
| 1.5.2 研究内容与创新点 |
| 第2章 晶体成核与生长理论基础、模型 |
| 2.1 晶体成核理论 |
| 2.1.1 均相成核 |
| 2.1.2 异相成核 |
| 2.2 晶体生长理论与模型 |
| 2.2.1 扩散-控制生长模型和反应控制的增长模型 |
| 2.2.2 奥斯特瓦尔德熟化(Ostwald ripening) |
| 2.3 本章小结 |
| 第3章 基础材料制备与表征方法 |
| 3.1 实验所用试剂,仪器与材料合成 |
| 3.1.1 实验所用试剂 |
| 3.1.2 合成所用仪器设备 |
| 3.1.3 基础材料合成 |
| 3.2 主要表征方法与简单原理 |
| 3.2.1 表征仪器与设备 |
| 3.2.2 器件性能表征方法与简单原理 |
| 3.3 本章小结 |
| 第4章 低温梯度结晶生长大尺寸三维钙钛矿单晶及其光探测性能研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 实验部分 |
| 4.2.1 基本表征和测试 |
| 4.2.2 低温梯度结晶(LTGC)生长钙钛矿单晶 |
| 4.3 结果与讨论 |
| 4.3.1 低温梯度结晶(LTGC)生长钙钛矿单晶过程研究 |
| 4.3.2 溶液中钙钛矿单晶生长过饱和模型 |
| 4.3.3 单晶晶体结构 |
| 4.3.4 单晶光电性质 |
| 4.3.5 单晶的光探测性能 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 大尺寸高质量三维钙钛矿单晶及其数字图像传感性能研究 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 实验部分 |
| 5.2.1 CH_3NH_3Br晶体合成 |
| 5.2.2 单晶生长 |
| 5.2.3 单晶探测器的制备 |
| 5.3 结果与讨论 |
| 5.3.1 单晶的晶体结构 |
| 5.3.2 单晶的缺陷态密度和光学性质 |
| 5.3.3 单晶光探测性能 |
| 5.3.4 单晶探测器阵列及数字图像传感性能 |
| 5.4 本章小结 |
| 第6章 外围诱导结晶生长大面积二维钙钛矿单晶薄膜及其柔性光探测器 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 实验部分 |
| 6.2.1 单晶薄膜的生长 |
| 6.2.2 单晶薄膜器件制备 |
| 6.2.3 单晶及其探测器表征方法 |
| 6.3 结果与讨论 |
| 6.3.1 单晶薄膜生长过程研究 |
| 6.3.2 单晶薄膜的厚度控制及其弯曲性 |
| 6.3.3 单晶薄膜晶体结构表征 |
| 6.3.4 单晶薄膜的光学和电荷传输性质 |
| 6.3.5 柔性单晶探测器及探测性能 |
| 6.4 结论 |
| 第7章 表面张力控制结晶生长高质量二维钙钛矿单晶及其各向异性光探测性能研究 |
| 7.1 引言 |
| 7.2 实验部分 |
| 7.2.1 表面张力控制结晶生长块体2D钙钛矿单晶 |
| 7.2.2 平面型钙钛矿单晶探测器制备 |
| 7.2.3 单晶材料及器件性能表征 |
| 7.2.4 理论计算 |
| 7.3 结果与讨论 |
| 7.3.1 表面张力控制溶液表面成核分析 |
| 7.3.2 晶体结构的各向异性 |
| 7.3.3 单晶的光学性质和缺陷态密度 |
| 7.3.4 钙钛矿单晶的各向异性电荷传输 |
| 7.3.5 单晶探测器及其各向异性光探测性能 |
| 7.4 结论 |
| 第8章 大尺寸零维结构非铅类钙钛矿单晶生长及用于高灵敏稳定X射线成像 |
| 8.1 引言 |
| 8.2 实验部分 |
| 8.2.1 单晶生长 |
| 8.2.2 单晶X射线探测器制备 |
| 8.2.3 单晶材料表征与X射线探测器性能测试 |
| 8.2.4 理论计算 |
| 8.3 结果与讨论 |
| 8.3.1 单晶晶体结构 |
| 8.3.2 单晶光学性质与稳定性 |
| 8.3.3 单晶X射线探测器及其性能 |
| 8.3.4 单晶X射线探测器中的离子迁移 |
| 8.3.5 单晶X射线成像 |
| 8.4 结论 |
| 第9章 总结与展望 |
| 9.1 结论 |
| 9.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读博士学位期间的科研成果 |
（4）X射线微结构阵列光源光栅相衬成像系统研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 X射线相衬成像的发展 |
| 1.1 课题研究背景 |
| 1.1.1 传统X射线吸收衬度成像 |
| 1.1.2 X射线相位衬度成像 |
| 1.2 X射线光栅相衬成像 |
| 1.2.1 光栅相衬成像的发展和特有优势 |
| 1.2.2 试验研究进展 |
| 1.2.3 设备研究进展 |
| 1.3 目前光栅相衬成像局限性和发展方向 |
| 1.4 本人工作和课题研究意义 |
| 1.4.1 本人研究内容及论文结构安排 |
| 1.4.2 课题研究意义 |
| 1.5 本章小结 |
| 第2章 X射线光栅干涉仪原理 |
| 2.1 Talbot效应 |
| 2.2 Talbot干涉仪 |
| 2.3 Lau效应 |
| 2.4 Talbot-Lau干涉仪 |
| 2.5 远场光栅干涉仪 |
| 2.6 三衬度图像及其提取方法 |
| 2.6.1 相位步进方法 |
| 2.6.2 傅里叶变换方法 |
| 2.6.3 其他方法 |
| 2.7 三衬度图像的三维重建与相衬CT数据采集 |
| 2.7.1 三衬度图像的三维重建 |
| 2.7.2 相衬CT数据采集模式 |
| 2.8 本章小结 |
| 第3章 波动光学模拟及相干性分析 |
| 3.1 平面波模拟 |
| 3.2 球面波模拟 |
| 3.3 部分相干性分析及其模拟 |
| 3.3.1 空间相干性 |
| 3.3.2 时间相干性 |
| 3.3.3 相位步进曲线可见度 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 X射线源理论及模拟方法 |
| 4.1 电子与物质相互作用 |
| 4.1.1 弹性散射 |
| 4.1.2 非弹性散射 |
| 4.2 Monte Carlo模拟与Geant4 |
| 4.2.1 Monte Carlo方法 |
| 4.2.2 Geant4 |
| 4.2.3 Root |
| 4.3 电子与物质相互作用Geant4分析 |
| 4.4 电子背散射 |
| 4.5 X射线源转换效率 |
| 4.6 本章小结 |
| 第5章 微结构阵列阳极优化研究 |
| 5.1 微结构靶的构成与特点 |
| 5.2 微结构阵列阳极的优化 |
| 5.2.1 微结构厚度分析 |
| 5.2.2 基底厚度优化 |
| 5.2.3 X射线产生的分布 |
| 5.2.4 不同微结构厚度产生的X射线能谱 |
| 5.2.5 空间强度分布 |
| 5.3 电子入射角分析 |
| 5.3.1 电子能量沉积 |
| 5.3.2 电子能量沉积空间分布 |
| 5.3.3 X射线产生空间分布 |
| 5.3.4 相对X射线产生效率 |
| 5.3.5 不同电子入射角下的X射线能谱 |
| 5.4 阵列光源电子背散射分析 |
| 5.5 热分析 |
| 5.6 两种照明系统的比较 |
| 5.7 线性累加阵列光源 |
| 5.8 本章小结 |
| 第6章 微结构阵列光源光栅相衬成像系统设计与优化 |
| 6.1 阵列光源光栅相衬系统设计方法 |
| 6.2 系统分辨率 |
| 6.3 灵敏度分析 |
| 6.4 阵列光源和分析光栅占空比最优化研究 |
| 6.5 阵列光源光栅系统的波动光学模拟 |
| 6.6 本章小结 |
| 第7章 微结构阵列光源光栅相衬成像系统研制 |
| 7.1 微结构阵列靶的研制 |
| 7.1.1 掩模制备 |
| 7.1.2 等离子刻蚀 |
| 7.1.3 靶金属填入 |
| 7.1.4 抛光磨平 |
| 7.1.5 导电层制备 |
| 7.2 电子枪的设计 |
| 7.3 微结构阵列光源测试 |
| 7.3.1 通量 |
| 7.3.2 能谱 |
| 7.4 微结构阵列光源光栅相衬成像系统 |
| 7.4.1 系统组成与控制 |
| 7.4.2 系统调试与分析 |
| 7.5 实验测试及应用探索 |
| 7.6 讨论 |
| 7.7 本章小结 |
| 第8章 总结与展望 |
| 8.1 总结 |
| 8.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果 |
（5）基于X射线能谱CT的生物医学材料分解关键技术研究（论文提纲范文）
| 中文摘要 |
| 英文摘要 |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究背景与意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 X射线能谱CT成像技术 |
| 1.2.2 能谱CT物质分解 |
| 1.2.3 基于深度学习的能谱CT物质分解 |
| 1.3 论文的主要研究内容 |
| 1.4 论文的结构安排 |
| 2 X射线能谱CT成像技术基本理论 |
| 2.1 概述 |
| 2.2 X射线能谱CT成像基础 |
| 2.2.1 X射线CT成像原理 |
| 2.2.2 X射线CT成像系统 |
| 2.2.3 X射线能量分辨光子计数探测技术 |
| 2.3 X射线CT图像重建算法 |
| 2.3.1 Radon变换与傅里叶切片定理 |
| 2.3.2 解析重建算法 |
| 2.3.3 迭代重建算法 |
| 2.4 物质分解基础 |
| 2.4.1 衰减系数分解模型 |
| 2.4.2 能谱CT重建方法 |
| 2.5 本章小结 |
| 3 基于等效单色能量的双能CT投影域分解方法研究 |
| 3.1 概述 |
| 3.2 投影域的双效应分解方法 |
| 3.3 基于等效单色能量的投影域分解方法 |
| 3.4 双能CT投影分解实验研究 |
| 3.4.1 仿真模拟 |
| 3.4.2 实验研究 |
| 3.5 结果与讨论 |
| 3.6 本章小结 |
| 4 基于深度学习的能谱CT图像域分解方法研究 |
| 4.1 概述 |
| 4.2 图像域的基材料分解方法 |
| 4.3 基于FC-DenseNets的图像域分解方法 |
| 4.4 能谱CT图像分解实验研究 |
| 4.5 结果与讨论 |
| 4.6 本章小结 |
| 5 总结与展望 |
| 5.1 研究工作总结 |
| 5.2 研究展望 |
| 参考文献 |
| 附录 |
| A作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录 |
| B作者在攻读硕士学位期间参加的科研项目 |
| C学位论文数据集 |
| 致谢 |
（6）新一代X射线相衬CT图像采集系统研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 X射线相衬成像技术 |
| 1.2 X射线相衬成像发展现状 |
| 1.2.1 基于相干光源的X射线相衬成像 |
| 1.2.2 基于普通光源的X射线相衬成像 |
| 1.3 本文主要研究内容 |
| 第2章 新一代相衬CT图像采集系统设计需求 |
| 2.1 基于几何投影的X射线相衬成像法 |
| 2.2 光栅相衬成像的信息获取 |
| 2.2.1 相位步进法 |
| 2.2.2 莫尔条纹分析法 |
| 2.2.3 正反投影法 |
| 2.2.4 能量分辨法 |
| 2.3 新一代X射线相衬CT |
| 2.4 CT图像采集系统的关键技术 |
| 2.4.1 高光产额和探测器效率的X射线探测器 |
| 2.4.2 高密度大动态范围读出电子学系统 |
| 2.4.3 高速可靠的数据传输 |
| 第3章 新一代相衬CT图像采集系统设计方案 |
| 3.1 图像采集系统结构框架 |
| 3.2 信号读出设计 |
| 3.3 数据传输设计 |
| 3.3.1 滑环选型 |
| 3.3.2 DCB数据收集板设计 |
| 3.3.3 DTB数据传输板设计 |
| 第4章 软硬件设计 |
| 4.1 图像采集系统 |
| 4.2 DAS信号采集板电路设计 |
| 4.2.1 读出电路设计 |
| 4.2.2 参考电压源设计 |
| 4.2.3 通讯接口设计 |
| 4.2.4 数字逻辑设计 |
| 4.3 DCB数据收集板设计 |
| 4.3.1 数据接口设计 |
| 4.3.2 缓存电路设计 |
| 4.3.3 命令分发电路 |
| 4.3.4 光纤数据传输 |
| 4.3.5 数字逻辑设计 |
| 4.4 DTB数据传输板设计 |
| 4.4.1 原理电路设计 |
| 4.4.2 数字逻辑设计 |
| 第5章 系统测试 |
| 5.1 测试平台搭建 |
| 5.2 电子学测试 |
| 5.2.1 基线噪声测试 |
| 5.2.2 探测器信噪比测试 |
| 5.2.3 信号线性测试 |
| 5.2.4 本底稳定性测试 |
| 5.3 光纤通信误码率测试 |
| 5.4 空间分辨率测试 |
| 5.5 相衬成像测试 |
| 5.5.1 二维成像测试 |
| 5.5.2 三维成像测试 |
| 5.6 测试结果分析与评价 |
| 第6章 总结和展望 |
| 6.1 本论文工作内容总结 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果 |
（7）多信息融合邮政分拣系统安全检测方法研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题研究背景及研究意义 |
| 1.2 国内外危险品识别的研究现状和分析 |
| 1.2.1 常见安全检测设备种类及应用场合 |
| 1.2.2 X射线对危险品进行识别的理论方法及现状分析 |
| 1.2.3 液态危险品检测方法及现状分析 |
| 1.2.4 电子鼻气味检测发展状况 |
| 1.3 本文研究的主要内容 |
| 1.4 论文的主要架构 |
| 第2章 X射线物质分类的识别方法 |
| 2.1 区分有机物、无机物和混合物 |
| 2.1.1 确定边界物质 |
| 2.1.2 线扫描实验 |
| 2.1.3 曲线拟合 |
| 2.1.4 实验验证 |
| 2.2 提取R值方法 |
| 2.2.1 影响透射图像的因素 |
| 2.2.2 视图中物体外观对透射图像的影响 |
| 2.2.3 物体摆放方向对透射图像的影响 |
| 2.2.4 厚度对双能量透射图像的影响 |
| 2.2.5 提取R值实验 |
| 2.3 克服厚度对R值影响的数字化方法 |
| 2.3.1 透射信号的数字化表达 |
| 2.3.2 算法 |
| 2.3.3 应用举例 |
| 2.3.4 改进方法评估 |
| 2.4 减小距离对散射图像灰度级影响的数学模型 |
| 2.4.1 距离对散射图像灰度级的影响 |
| 2.4.2 散射图像灰度级模型 |
| 2.5 爆炸物分类研究 |
| 2.5.1 有效原子序数和密度 |
| 2.5.2 分类特征空间 |
| 2.5.3 综合实验 |
| 2.5.4 分类方法与结果 |
| 2.7 本章小结 |
| 第3章 重叠物体的识别方法研究 |
| 3.1 去除物体重叠效应的基本方法 |
| 3.2 透射图像重叠物体识别数学模型 |
| 3.3 前散射图像重叠物体识别数学模型 |
| 3.4 背散射图像重叠物体识别数学模型 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 物质分类算法的实验研究 |
| 4.1 实验环境的建立 |
| 4.1.1 实验设备介绍 |
| 4.1.2 实验前设备测试与校准 |
| 4.1.3 实验数据的获取及处理 |
| 4.1.4 实验材料的准备 |
| 4.2 黑火药类炸药与常见物质识别的实验验证 |
| 4.2.1 黑火药测试数据及拟合曲线 |
| 4.2.2 常见物质的识别曲线建立 |
| 4.2.3 黑火药与常见物质曲线识别分析 |
| 4.3 实验验证火药识别曲线 |
| 4.4 验证邮包内火药识别 |
| 4.4.1 邮包内含火药情况 |
| 4.4.2 邮包内多种物质中火药识别情况 |
| 4.4.3 邮包内随机厚度有机物情况 |
| 4.4.4 黑火药的识别验证(鞭炮) |
| 4.5 本章小节 |
| 第5章 液体危险品识别方法及实验 |
| 5.1 电子鼻识别方法实验研究 |
| 5.1.1 电子鼻气味识别系统组成 |
| 5.1.2 静态条件下电子鼻气味识别系统对易燃液体识别 |
| 5.1.3 设备运行时电子鼻气味识别系统对易燃液体识别 |
| 5.2 液体危险品X射线图像识别 |
| 5.3 液体危险品判别依据 |
| 5.4 本章小结 |
| 第6章 多信息融合检测系统研究 |
| 6.1 信息融合的结构、层次和方法 |
| 6.1.1 信息融合的结构 |
| 6.1.2 信息融合层次 |
| 6.1.3 信息融合方法 |
| 6.1.4 液态危险品检测中的信息融合技术 |
| 6.2 多信息融合检测系统的硬件设计 |
| 6.3 多信息融合检测技术的软件实现 |
| 6.3.1 电子鼻数据融合模型 |
| 6.3.2 信息融合检测软件的结构及功能 |
| 6.3.3 软件的流程及实现 |
| 6.4 模式识别方法研究 |
| 6.4.1 K-L降维和主成份分析 |
| 6.4.2 人工神经网络对气体的识别 |
| 6.5 多信息融合检测方法的试验研究 |
| 6.5.1 电子鼻对气体的识别方法研究 |
| 6.5.2 多信息融合检测方法对三种液态危险品的实验研究 |
| 6.6 本章小结 |
| 第7章 结论与展望 |
| 7.1 本文主要结论 |
| 7.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读博士学位期间发表学术论文情况 |
| 作者简介 |
（8）一种基于硅光电倍增管的钨酸镉闪烁体探测器研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第1章 引言 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 研究现状 |
| 1.2.1 硅光电倍增管（SiPM）的研究现状 |
| 1.2.2 钨酸镉（CdWO4）闪烁体的研究现状 |
| 1.3 论文研究内容 |
| 1.4 论文结构安排 |
| 第2章 闪烁体性能的蒙特卡罗模拟 |
| 2.1 蒙特卡罗方法及GEANT4 |
| 2.2 闪烁体能量分布的模拟 |
| 2.3 闪烁体全能峰效率的模拟 |
| 2.4 闪烁体转换效率的模拟 |
| 2.5 钨酸镉闪烁体光输出的模拟 |
| 2.6 钨酸镉闪烁体能量沉积的模拟 |
| 2.7 钨酸镉闪烁体探测效率的模拟 |
| 2.8 本章小节 |
| 第3章 闪烁体性能的实验测试 |
| 3.1 闪烁体的主要性能 |
| 3.2 测试使用的闪烁体说明 |
| 3.3 闪烁体的发光衰减时间测试 |
| 3.4 闪烁体的光输出测试 |
| 3.5 闪烁体的能量分辨测试 |
| 3.6 闪烁体余辉时间测试 |
| 3.7 本章小节 |
| 第4章 小型闪烁体探测器的研制 |
| 4.1 闪烁体探测器 |
| 4.2 闪烁体的选择 |
| 4.3 硅光电倍增管性能研究 |
| 4.3.1 硅光电倍增管的选择 |
| 4.3.2 脉冲形状及时间特性分析 |
| 4.3.3 增益 |
| 4.3.4 噪声 |
| 4.3.5 温度变化对SiPM的影响 |
| 4.4 电路的设计 |
| 4.4.1 放大电路的设计 |
| 4.4.2 电路板设计 |
| 4.5 信号测试 |
| 4.6 能量分辨率的测试 |
| 4.7 6MeV直线加速器实验 |
| 4.7.1 6MeV直线加速器下信号测试 |
| 4.7.2 探测器可行性验证 |
| 4.7.3 探测器信号可获取性验证 |
| 4.7.4 探测器测试结果对CT成像可行性预研 |
| 4.8 结构设计 |
| 第5章 总结与展望 |
| 5.1 工作成果 |
| 5.2 工作展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读学位期间取得学术成果 |
（9）半导体辐射探测器前端读出专用集成电路研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 论文研究背景 |
| 1.1.1 辐射检测技术的应用领域 |
| 1.1.2 辐射探测器 |
| 1.1.3 前端读出系统 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.3 论文研究工作和主要创新点 |
| 1.3.1 选题意义 |
| 1.3.2 研究内容 |
| 1.3.3 主要创新点概要 |
| 1.4 论文结构 |
| 2 前端读出技术概述 |
| 2.1 前端读出系统概述 |
| 2.2 半导体辐射探测器 |
| 2.3 前置放大模块 |
| 2.3.1 电压灵敏前置放大器 |
| 2.3.2 电荷灵敏前置放大器 |
| 2.3.3 电流灵敏前置放大器 |
| 2.4 成形放大模块 |
| 2.5 采样保持模块 |
| 2.5.1 开关电容电路 |
| 2.5.2 模拟展宽器 |
| 2.6 时间甄别和转换模块 |
| 2.6.1 甄别器 |
| 2.6.2 逻辑展宽器 |
| 2.6.3 时间-数字转换器 |
| 2.7 数据处理模块 |
| 2.8 本章小结 |
| 3 单通道前端读出电路的研究与设计 |
| 3.1 应用背景和整体结构 |
| 3.1.1 应用背景 |
| 3.1.2 单通道前端读出电路的整体结构 |
| 3.2 低噪声前端读出电路的优化设计方法 |
| 3.2.1 噪声分析与优化设计方法的提出 |
| 3.2.2 低噪声前置放大器 |
| 3.2.3 CR-RC滤波成形器 |
| 3.2.4 极零相消电路 |
| 3.2.5 时间标记电路 |
| 3.3 模拟电路的抗辐射加固与版图设计 |
| 3.3.1 辐射效应概述 |
| 3.3.2 模拟集成电路抗辐射加固技术 |
| 3.3.3 低噪声前端读出电路版图设计 |
| 3.4 测试结果和讨论 |
| 3.4.1 测试板设计 |
| 3.4.2 输出波形与功耗 |
| 3.4.3 增益与线性度 |
| 3.4.4 通道间串扰 |
| 3.4.5 时间移步误差 |
| 3.4.6 噪声性能 |
| 3.4.7 抗辐射性能 |
| 3.4.8 能谱性能 |
| 3.4.9 性能比较 |
| 3.5 本章小结 |
| 4 多通道前端读出电路的研究与设计 |
| 4.1 应用背景和整体结构 |
| 4.1.1 应用背景 |
| 4.1.2 多通道前端读出电路结构 |
| 4.2 电路设计 |
| 4.2.1 双输出CSA电路的提出 |
| 4.2.2 漏电流补偿电路 |
| 4.2.3 准高斯有源滤波成形器 |
| 4.2.4 采样保持电路 |
| 4.2.5 多通道信号处理电路 |
| 4.2.6 时间标记与时序控制电路 |
| 4.3 数字电路的抗辐射加固与版图设计 |
| 4.3.1 数字集成电路抗辐射加固技术 |
| 4.3.2 多通道前端读出电路的串扰抑制与版图设计 |
| 4.4 测试结果和讨论 |
| 4.4.1 测试板设计 |
| 4.4.2 输出波形与功耗 |
| 4.4.3 增益与线性度 |
| 4.4.4 通道间一致性 |
| 4.4.5 通道间串扰 |
| 4.4.6 时序电路测试 |
| 4.4.7 噪声性能 |
| 4.4.8 能谱性能 |
| 4.4.9 性能比较 |
| 4.5 本章小结 |
| 5 上升时间甄别电路的研究与设计 |
| 5.1 上升时间甄别电路的必要性 |
| 5.2 上升时间甄别电路的提出与设计 |
| 5.2.1 上升时间甄别电路的整体结构 |
| 5.2.2 上升时间甄别电路的设计 |
| 5.3 测试结果与讨论 |
| 5.4 本章小结 |
| 6 总结与展望 |
| 6.1 工作总结 |
| 6.2 未来工作展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读博士学位期间发表的学术论文和参加科研情况 |
（10）X-CT高分辨率探测采集系统研制（论文提纲范文）
| 中文摘要 |
| 英文摘要 |
| 1 绪论 |
| 1.1 课题研究背景 |
| 1.1.1 工业CT发展概况 |
| 1.1.2 工业CT的工作原理 |
| 1.1.3 工业CT探测采集系统国内外研制现状 |
| 1.2 课题研究意义 |
| 1.3 本论文的主要内容及安排 |
| 2 探测采集系统总体方案设计 |
| 2.1 工业X-CT数据采集系统 |
| 2.1.1 X射线的阐述 |
| 2.1.2 工业X-CT检测原理 |
| 2.1.3 高能X-CT系统结构分析 |
| 2.2 系统功能要求及总体结构 |
| 2.2.1 探测采集系统要求 |
| 2.2.2 探测采集系统总体结构 |
| 2.3 探测与信号调理转换方案研究 |
| 2.3.1 工业CT射线源及数据采集方式 |
| 2.3.2 高能X射线探测器选取 |
| 2.3.3 信号转换器件选择 |
| 2.3.4 信号转换电路方案选择 |
| 2.4 采集控制模块方案研究 |
| 2.5 本章小结 |
| 3 探测采集系统硬件开发实现 |
| 3.1 硬件总体结构 |
| 3.2 探测与信号调理模块硬件实现 |
| 3.2.1 探测模块 |
| 3.2.2 信号调理转换模块方案的硬件实现 |
| 3.3 采集控制模块硬件实现 |
| 3.4 电源模块 |
| 3.5 本章小结 |
| 4 探测采集系统逻辑实现 |
| 4.1 硬件描述语言 |
| 4.1.1 概述 |
| 4.1.2 VHDL语言 |
| 4.2 系统逻辑设计框架 |
| 4.3 模块介绍 |
| 4.3.1 时钟模块 |
| 4.3.2 命令转换模块 |
| 4.3.3 命令解析模块 |
| 4.3.4 数据采集控制模块 |
| 4.3.5 数据存储模块 |
| 4.3.6 数据传输模块 |
| 4.4 本章小结 |
| 5 系统调试 |
| 5.1 系统调试 |
| 5.1.1 系统硬件功能调试 |
| 5.1.2 系统联调 |
| 5.2 系统性能测试与数据分析 |
| 5.2.1 性能测试及数据分析 |
| 5.2.2 方案对比分析 |
| 5.3 系统应用 |
| 5.4 本章小结 |
| 6 总结与展望 |
| 6.1 论文工作总结 |
| 6.2 项目展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
四、高能X射线成像系统固体探测器模块的设计（论文参考文献）
- [1]基于X射线图像处理的煤矸识别技术研究[D]. 于中山. 安徽理工大学, 2020(04)
- [2]基于几何投影的X射线相位衬度CT装置成像性能研究[D]. 魏文彬. 中国科学技术大学, 2020(01)
- [3]大尺寸高质量钙钛矿单晶生长及其光电性能研究[D]. 刘渝城. 陕西师范大学, 2020(02)
- [4]X射线微结构阵列光源光栅相衬成像系统研究[D]. 昝贵彬. 中国科学技术大学, 2019(02)
- [5]基于X射线能谱CT的生物医学材料分解关键技术研究[D]. 吴晓川. 重庆大学, 2019
- [6]新一代X射线相衬CT图像采集系统研究[D]. 孙荣奇. 中国科学技术大学, 2019(02)
- [7]多信息融合邮政分拣系统安全检测方法研究[D]. 朱亮. 东北大学, 2019(01)
- [8]一种基于硅光电倍增管的钨酸镉闪烁体探测器研究[D]. 张彤. 成都理工大学, 2017(02)
- [9]半导体辐射探测器前端读出专用集成电路研究[D]. 甘波. 西北工业大学, 2017(01)
- [10]X-CT高分辨率探测采集系统研制[D]. 罗雪莹. 重庆大学, 2016(03)