基于亚像素扫描的超分辨技术在X射线显微镜中的应用

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1、基于亚像素扫描的超分辨技术在X射线显微镜中的应用Applicationofsuper-resolutiontechniquebasedonsub-pixelscanninginX-raymicroscopy学科专业：仪器科学与技术作者姓名：耿星杰指导教师：邹晶副研究员天津大学精密仪器与光电子工程学院二零一七年十二月独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或其他教育机构的

2、学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）摘要X射线显微成像突破了表面显微成像技术的局限性，可以对样品内部的细微结构进行无损检测，被广泛应用在精密器件、材

3、料化工、生物医学等领域。X射线显微镜的空间分辨率已经达到微米量级，提高其成像的空间分辨率一直是研究的热点和难点。目前，提高图像分辨率的方式可以分为通过提高系统硬件性能和研究新的超分辨重建算法。由于硬件设备工艺的研究已经接近瓶颈，通过研制更高精度的硬件设备提高分辨率难度很大，同时也会带来一些问题。因此，在保持现有硬件条件的情况下，研究提高X射线显微镜成像分辨率的方法具备重要意义。本文将超分辨技术应用到X射线显微镜系统中，提高成像的性能，主要做了如下工作：1、介绍了超分辨成像技术的概念和发展应用，分析总结了提高X射线

4、显微镜空间分辨率的方法及存在的问题，提出将超分辨技术应用在X射线显微镜中进行研究，以提高X射线显微镜的分辨力。2、详细介绍了超分辨技术的数学物理基础、观察模型和超分辨重建的基本环节。根据重建基本环节的要求，调研和总结了合适的运动配准算法和超分辨重建算法。3、仿真分析和比较了运动配准算法和超分辨重建算法。根据算法的数学理论编写程序仿真比较Keren算法和相位相关法的精度和速度，对相位相关法加不同的窗函数比较配准精度。仿真分析运动配准精度对超分辨重建精度的影响，并用仿真数据和真实数据仿真比较不同超分辨重建算法，选择出

5、适合本X射线显微镜的算法。4、进行X射线显微镜的超分辨实验。介绍了实验系统的各个部分，通过实验分析了X射线源焦斑的稳定性，系统机械稳定性，然后推导了合适的调制解调方式。比较了不同的亚像素细分对超分辨结果的影响。在本系统的不同扫描倍率下的进行了超分辨重建的研究。实验证明，用超分辨技术提高X射线显微镜的分辨率是有意义的。5、结合X射线显微镜中对图像质量的评价方式，对本文中的超分辨图像进行定性和定量的评价。然后分别采用了细节、衬度噪声比和调制传递函数对图像进行评价。最后通过统计的方式来分析系统的不稳定性，说明本实验的可

6、信度。关键字：X射线显微镜，超分辨技术，运动配准，空间分辨率IIIABSTRACTX-raymicroscopecanbeusedasatoolfornondestructivedetectionofsample’internalstructures.Ithasbeenwidelyusedinadvancedmanufacture,material,biomedicalandsoon.Thespatial-resolutionofX-raymicroscopeowntheaccuracyofmicro-scale

7、,andfurtherlyimprovingtheresolutionisoneofthefocusproblem.Atpresent,therearetwowaystoimproveimageresolution:onewayistoimprovethesystem’shardwareperformanceandtheotherwayisstudyingnewsuper-resolutionreconstructionalgorithms.Asthehardwareprocessisapproachingthe

8、bottleneck,itisverydifficulttoimprovetheresolutionbydevelopingmoreaccuratehardware,anditalsobringssomeproblems.Therefore,developingsuper-resolutionscanningandreconstructionmethodontheexis