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抑制傅里叶变换法恢复的X射线相衬像中的伪影

杨君 吴浩 罗琨皓 郭金川 宗方轲

杨君, 吴浩, 罗琨皓, 郭金川, 宗方轲. 抑制傅里叶变换法恢复的X射线相衬像中的伪影[J]. 机械工程学报, 2021, 70(10): 104101. doi: 10.7498/aps.70.20201781
引用本文: 杨君, 吴浩, 罗琨皓, 郭金川, 宗方轲. 抑制傅里叶变换法恢复的X射线相衬像中的伪影[J]. 机械工程学报, 2021, 70(10): 104101. doi: 10.7498/aps.70.20201781
Yang Jun, Wu Hao, Luo Kun-Hao, Guo Jin-Chuan, Zong Fang-Ke. Suppression of artifacts in X-ray phase-contrast images retrieved by Fourier transform[J]. JOURNAL OF MECHANICAL ENGINEERING, 2021, 70(10): 104101. doi: 10.7498/aps.70.20201781
Citation: Yang Jun, Wu Hao, Luo Kun-Hao, Guo Jin-Chuan, Zong Fang-Ke. Suppression of artifacts in X-ray phase-contrast images retrieved by Fourier transform[J]. JOURNAL OF MECHANICAL ENGINEERING, 2021, 70(10): 104101. doi: 10.7498/aps.70.20201781

抑制傅里叶变换法恢复的X射线相衬像中的伪影

doi: 10.7498/aps.70.20201781
详细信息
    通讯作者:

    E-mail: jcguo@szu.edu.cn

    E-mail: zongfk168@163.com

  • 中图分类号: 41.50.+h, 42.30.Kq, 87.64.mf

Suppression of artifacts in X-ray phase-contrast images retrieved by Fourier transform

  • 摘要: 在基于光栅的X射线相衬信号的恢复方法中, 主要有相移法和傅里叶变换法两种方法. 相移法具有精度高、噪声小的优点, 但由于至少需要三幅图像才能恢复出相衬信号, 样品所受的辐射剂量大. 而傅里叶变换法只需一幅图像即可恢复出物体的相衬信号, 具有快速、实时的优点, 但恢复出的信号精度低, 易受伪影影响. 因此, 本文利用两幅图像傅里叶变换法恢复X射线相衬信号, 该方法能够有效地抑制相衬信号中由于频谱混叠所产生的伪影. 另外, 通过增加载波条纹的频率, 能够拉大频域中的频谱间隔, 从而进一步抑制伪影的产生.

     

  • 图  非相干X射线成像系统示意图

    Figure  1.  Schematic diagram of incoherent X-ray imaging.

    图  一般情形下载波条纹的频谱图

    Figure  2.  The Fourier spectrum of carrier fringe patterns in general case.

    图  实际情况下发生的频谱混叠

    Figure  3.  Spectrum aliasing between different harmonic peaks in practice.

    图  频谱混叠对恢复出相位的影响 (a), (b)和(c)分别代表载波条纹周期与探测器像素尺寸比值r为3, 4和5时的情形

    Figure  4.  The impact of spectrum aliasing on phase retrieval. (a), (b) and (c) denote the cases, in which the ratios of the carrier fringe period to size of detector pixel are 3, 4 and 5, respectively.

    图  无频谱混叠时恢复出来的相位分布

    Figure  5.  The phase retrieval when no spectrum aliasing.

    图  (a) 两幅图像傅里叶变换法所恢复出的PMMA相衬像; (b)单幅图像傅里叶变换法所恢复出的PMMA相衬像

    Figure  6.  (a) The phase-contrast image of PMMA retrieved by Fourier transform with two images; (b) the phase-contrast image of PMMA retrieved by Fourier transform with one image.

    图  (a) 图6中白色方框区域按行取平均后绘制的曲线; (b) 图6中黑色方框区域按行取平均后绘制的曲线

    Figure  7.  (a) Curves from averaging the area of white rectangle in figure 6 by row; (b) curves from averaging the area of black rectangle in Figure 6 by row.

    图  载波条纹周期与探测器像素尺寸比值r = 3时, 鸡翅的频谱 (a)、相衬像(c)和暗场像(e). r = 5时, 鸡翅的频谱(b)、相衬像(d)和暗场像(f)

    Figure  8.  Fourier spectrum (a), phase-contrast image (c) and dark-field image (e) of a chicken wing when r = 3. Fourier spectrum (b), phase-contrast image (d) and dark-field image (f) of a chicken wing when r = 5.

    表  1  两种不同傅里叶变换方法的定量比较

    Table  1.   Quantitative comparison between two kinds of Fourier transform algorithms.

    背景相位
    均值/rad
    背景相位标
    准差/rad
    横截面峰
    峰值/rad
    单幅图像
    傅里叶变换
    0.3502 0.0059 0.2412
    两幅图像
    傅里叶变换
    0.2526 0.0017 0.1112
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出版历程
  • 收稿日期:  2020-10-27
  • 修回日期:  2020-12-11
  • 网络出版日期:  2021-05-27
  • 发布日期:  2021-05-27

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