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大视场中子孔径成像模拟与图像重建

作　者: 汪先友
导　师: 方祯云
学　校: 重庆大学
专　业: 粒子物理
关键词: 中子针孔成像点扩散函数 Geant4 维纳滤波法 Lucy-Richardson算法
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

在中子孔径成像系统中,成像系统的参数决定了成像的质量。因此为了得到优化的系统参数,本文从工程应用条件出发利用Geant4建立了针孔成像模型,以及半影编码成像模型,并获得了半影编码成像的点扩展函数。然后分析了针孔成像与半影成像之间的优缺点。同时还根据建立的成像系统,模拟得出了中子源通过孔径所投影的像。其中通过半影孔所成像为编码像,需要进行解码处理。本文应用了两种线性解码算法对编码像进行了解码复原,从而验证了孔径成像系统的可行性。本文的主要研究成果包括:①设计并建立中子针孔和半影成像模型,应用模型对成像过程进行仿真。②仿真并讨论了中子源随空间分布对系统点扩展函数的影响。③利用线性解码算法(维纳滤波法,Lucy-Richardson)对不同中子源形成的编码像进行了解码复原。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
1 绪论  9-15
  1.1 引言  9-10
  1.2 研究现状及意义  10-12
    1.2.1 研究现状  10-12
    1.2.2 研究意义  12
  1.3 本课题的研究目标  12
  1.4 本文的创新点  12-13
  1.5 本文的主要研究工作及内容安排  13-14
    1.5.1 本文的主要研究工作  13-14
    1.5.2 论文的内容安排  14
  1.6 本章小结  14-15
2 中子针孔成像的物理基础  15-24
  2.1 引言  15
  2.2 中子的基本性质  15-20
    2.2.1 中子的特性  15-17
    2.2.2 中子与物质的相互作用  17-20
  2.3 塑料闪烁光纤探测器  20-23
    2.3.1 塑料闪烁光纤的一般结构  20-21
    2.3.2 塑料闪烁光纤的材料及传输特性  21-22
    2.3.3 塑料闪烁光纤在射线成像方面的优势  22-23
  2.4 本章小结  23-24
3 中子针孔成像仿真  24-29
  3.1 蒙特卡罗方法  24-26
    3.1.1 蒙特卡罗方法简介  24-25
    3.1.2 蒙特卡罗方法在中子针孔成像中的应用  25-26
    3.1.3 粒子输运Monte Carlo 模拟软件  26
  3.2 Geant4 模拟工具  26-28
    3.2.1 Geant4 简介  26-27
    3.2.2 Geant4 输出  27-28
  3.3 本章小结  28-29
4 大视场针孔中子成像探测方案的可行性研究  29-36
  4.1 引言  29
  4.2 针孔成像系统  29-30
    4.2.1 针孔成像原理  29
    4.2.2 针孔成像系统的参数  29-30
  4.3 针孔成像模拟仿真  30-31
    4.3.1 针孔成像模型  30-31
    4.3.2 探测器的结构与尺寸  31
  4.4 成像仿真结果讨论  31-34
    4.4.1 能量均匀分布中子源成像  31-33
    4.4.2 能量分布变化中子源成像  33-34
    4.4.3 模拟结果分析  34
  4.5 本章小结  34-36
5 大视场中子半影成像探测方案的可行性研究  36-43
  5.1 引言  36
  5.2 半影成像原理  36
  5.3 半影成像系统  36-39
    5.3.1 半影成像理论模型  36-37
    5.3.2 半影成像实验模型  37-38
    5.3.3 半影成像仿真模型  38-39
  5.4 系统点扩展函数  39-42
    5.4.1 仿真所得点扩展函数  39-41
    5.4.2 系统分辨率  41-42
    5.4.3 系统噪声  42
  5.5 本章小结  42-43
6 对半影编码像进行解码复原  43-59
  6.1 引言  43
  6.2 半影编码成像解码  43-50
    6.2.1 半影编码成像的数学模型  43-44
    6.2.2 维纳滤波算法  44-47
    6.2.3 Lucy-Richardson 算法  47-50
  6.3 中子源分布变化的解码结果分析  50-53
    6.3.1 两点源解码复原  50-51
    6.3.2 空间和能量分布变化中子源解码  51-53
  6.4 与ICF 半影成像比较  53-56
    6.4.1 两点源解码复原  53-54
    6.4.2 ICF 成像解码复原  54-56
  6.5 遗传解码算法  56-58
  6.6 本章小结  58-59
7 总结与展望  59-61
  7.1 全篇总结  59
  7.2 后续研究工作的展望  59-61
致谢  61-62
参考文献  62-65
附录  65-67
  A. 作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录  65
  B. 作者在攻读硕士学位期间参加的科研项目和学术会议  65-67

大视场中子孔径成像模拟与图像重建

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