基于Fresnel波带片编码的超分辨成像方法及其实现装置的制造方法
【技术领域】
[000?]本发明涉及高能福射成像领域，具体涉及的是一种基于Fresnel波带片编码的超 分辨成像方法及其实现装置。
【背景技术】
[0002] 波带片编码成像技术是一种通过一次曝光获得目标三维信息的成像技术，1961年 由Mertz和Young提出。目前，该技术广泛应用于天文学、核医学和激光惯性约束聚变研究等 领域，其在惯性约束聚变研究（ICF)领域的应用和发展尤其吸引人们的注意。
[0003] 在ICF中，通过内爆压缩区域图像能够获得驱动辐射源的对称性、均匀性以及内爆 压缩等离子体流体力学不稳定性增长等重要物理信息。在粒子和强X光辐射成像中，传统的 成像方法(如反射、折射等)不易获得高质量的成像。在当代ICF中，当靶参数和激光辐照参 数得到充分优化时，辐射驱动内爆实验的中子产额较小，在这种剂量下带电粒子成像和中 子成像技术难以奏效，采用X光成像手段是内爆压缩区域成像的最好选择。常规的X光针孔 成像具有小的收光立体角，对低通量X光辐射（内爆压缩区域的硬X光通量通常比较小)成像 不是十分有效。类似于Wolter显微镜，K-B显微镜的掠入射反射装置可以大幅度地提高收光 效率，可望获得高分辨高信噪比的X光图像，但这类装置技术难度较大，使用成本高。
[0004]运用波带片编码成像技术使得人们在进行高温高密度等离子体诊断过程中遇到 的各种各样的特殊问题得到解决，并获得了好的效果。
[0005] 众所周知，空间分辨率是衡量成像器件性能的重要指标之一，但Fresnel波带片成 像的空间分辨率受到波带片最外环宽度A r的限制，即只能分辨尺寸大于1.22 △ r的物体。 因此，在瑞利判据的限制下，传统的Fresnel波带片编码成像方法难以实现待测目标的超分 辨成像。
【发明内容】
[0006] 针对上述现有技术的不足，本发明提供了一种基于Fresnel波带片编码的超分辨 成像方法及其实现装置，其可以突破瑞利判据的限制，从而获得待测目标的超分辨成像。
[0007] 为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
[0008 ]基于Fre sne 1波带片编码的超分辨成像方法，包括以下步骤：
[0009] (1)使用Fresnel波带片作编码孔对待测目标进行编码成像，得到待测目标物的编 码图；
[0010] ⑵使用Fresnel波带片的第m阶Gabor波带片的透过率函数进行编码图的复原，得 到超分辨率的待测目标的原始图像;m>〇。
[0011] 具体地说，所沭Gabor波带片的诱过率函数表示公式如下：
[0012]
[0013] 其中，m为对应于Fresnel波带片的第111阶6313〇1·波带片，r为Fresnel波带片的第m环 半径，ri为Fresnel波带片的第一环半径。
[0014]基于上述方法，本发明还提供实现该超分辨成像方法的三种装置，分别如下：
[0015]装置一
[0016]其包括Fresnel波带片、相机记录介质和图像复原显示终端，其中：
[0017] Fresnel波带片，用于对激光聚变产生、并从聚变靶芯逸出的α粒子图像进行编码；
[0018] 相机记录介质，用于获得α粒子图像的编码图；
[0019] 图像复原显示终端，用于根据上述方法的步骤(2)的方式对编码图进行复原，获得 具有超分辨率的激光聚变热核反应区域图像。
[0020] 进一步地，所述相机记录介质为LR-115型高灵敏度固体核径迹探测器。
[0021] 装置二
[0022]其包括Fresnel波带片、γ相机和图像复原显示终端，其中：
[0023] Fresnel波带片，用于对可以发射γ射线的待测物体的图像进行编码；
[0024] γ相机，用于获得待测物体图像的编码图；
[0025]图像复原显示终端，用于根据上述方法的步骤(2)的方式对编码图进行复原，获得 具有超分辨率的待测物体图像。
[0026] 装置三
[0027]其包括Fresnel波带片、准直器、X射线探测器和图像复原显示终端，其中：
[0028] Fresnel波带片，用于对待测物体发出的X射线图像进行编码；
[0029] 准直器，用于将编码后的X射线打在X射线探测器上；
[0030] X射线探测器，用于获得X射线图像的编码图；
[0031]图像复原显示终端，用于根据上述方法的步骤(2)的方式对编码图进行复原，获得 具有超分辨率的待测物体X射线图像。
[0032]与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
[0033] (1)本发明构思合理、设计巧妙，其在理论和实践结合的基础上，利用Fresnel波带 片的第m阶Gabor波带片的透过率函数来进行编码图的复原，从而打破了瑞利判据的限制， 实现了待测目标的超分辨成像。根据试验统计，本发明复原得到的原始图像是直接用 Fresnel波带片进行复原得到的原始图像的分辨率的m倍，优势非常明显。
[0034] (2)本发明基于所设计的超分辨成像方法基础上，通过合理的结构设计，使得本发 明所设计出来的装置可以广泛应用于天文学、核医学和激光惯性约束聚变研究等领域，因 而适用范围非常广泛，具有很高的实用价值和推广价值。
【附图说明】
[0035]图1为本发明的流程示意图。
[0036]图2为本发明的编码成像不意图。
[0037]图3为本发明其中一种用于成像的物体的原始图像和Fresnel波带片。
[0038]图4为图3中的物体编码图及其复原后所得到的原始图像。
[0039]图5为第1阶Gabor波带片和复原得到的原始图像。
[0040]图6为第3阶Gabor波带片和复原得到的原始图像。
[0041]图7为第5阶Gabor波带片和复原得到的原始图像。
[0042] 图8为第15阶Gabor波带片和复原得到的原始图像。
[0043] 图9为本发明一种装置的结构示意图。
[0044] 图10为本发明另一种装置的结构示意图。
[0045] 图11为本发明第三种装置的结构示意图。
[0046] 其中，附图标记对应的名称为：
[0047] 1-Fresnel波带片，2-相机记录介质，3-图像复原显示终端，4- γ相机，5-准直器， 6-Χ射线探测器，7-待测物体。
【具体实施方式】
[0048] 下面结合【附图说明】和实施例对本发明作进一步说明，本发明的方式包括但不仅限 于以下实施例。
[0049] 如图1所示，本发明提供了一种超分辨成像方法，其首先使用Fresnel波带片作为 编码孔对目标图像进行编码，得到编码图后，再采用Fresnel波带片的高阶Gabor波带片的 透过率函数进行图像复原，从而获得能够打破瑞利判据限制的超分辨成像。如图2所示，本 发明的特点是:采用普通Fresnel波带片对物体进行编码，Fresnel波带片的透过率函数可 以表示为：
[0050]
_ 1 m (!)
[0051 ] 其中，*表示两个函数的卷积，r为Fresnel波带片的第m环半径，ri为Fresnel波带 片的第一环半径，为第二环半径。将上式作傅里叶展开，可得：
[0052]
[0053] 通过适当地变换，可得：
[0054] (3)
[0055] 该式表明，Fresnel波带片可以表示为无穷多个Gabor波带片的线性组合。其中， Gabor波带片的透过率函数可以表示为：
[0056] .(4)
[0057] 其中，m表示对应于Fresnel波带片的第111阶6313〇1·波带片，而本实施例中，所述的 Gabor波带片可以是正弦型、余弦型或者其它类型的二值化Gabor波带片。
[0058] 对于波带片编码成像，假设原始图像为汽1，7)^^81^1波带片的透过率函数为8 (x，y)，则经波带片后的编码图可表示为h(x，y)=f(x，y)*g(x，y)。
[0059] 测量到编码图后，采用如下公式可获得原始图像：
[0060] f(x,y)=F_1{F{h(x,y)}/F{g(x,y)}} (5)