摘要：近年来,基于编码孔径成像技术的γ相机被广泛用于放射源的定位和监测,但其成像视野范围有限。虽然可采用多个编码板探测器同时探测的方式扩大视野范围,但会增加成本且设备较为笨重。因此,该文提出了一种编码板和针孔混合系统,编码板全编码视场角和半伪影视场角分别为19.33°和70.80°,增加的针孔可将系统视野扩展到123.40°。进一步基于vGATE仿真平台进行了Monte Carlo仿真实验,结果显示所设计系统在编码板视野内实现了2.95°的空间角度分辨率,在扩展的针孔视野内实现了6.30°的空间角度分辨率,可对3 m处10mCi的放射源有效成像。

摘要：在太赫兹光谱实验测试中,为了提高系统信噪比,被测试的固态样品表面通常为平行且光滑的形态,然而在安检等实际应用场合中,自然状态下的物体表面可能会呈现出凹陷、凸起等特殊形态,这会对太赫兹光谱产生影响,这些影响与特殊形态的尺寸有关,但最容易忽视的是这些影响也与太赫兹波的空间分布有关。首先,对凹陷表面样品进行了基于高斯光学的太赫兹波透射过程建模,研究了表面具有规则圆柱形的凹陷表面形态对太赫兹透射光谱的影响。通过小孔拟合法对太赫兹光谱系统的高斯光学参数进行了测量,获得了太赫兹波的束腰半径等参数。然后,选用表面被加工成凹陷形态的聚四氟乙烯为实验材料进行太赫兹透射光谱实验,将太赫兹光谱传递函数幅值的理论模型值和实验值进行对比来验证模型的适用情况,通过实验证实了在表面有凹陷等缺损情况时将太赫兹波进行高斯光束建模的必要性。最后,由模型推论出在与太赫兹波传播方向平行和垂直两个维度方向上,凹陷深度和凹陷半径对太赫兹透射光谱的定量影响作用:随着凹陷深度的增加,光谱传递函数幅值周期越来越小,两者之间存在单调的定量关系,且不会受到凹陷半径的影响。利用凹陷深度对光谱传递函数幅值周期的定量影响关系可以实现对凹陷深度的定量检测,当可用频谱宽度为1.2 THz时,凹陷深度的最低检测值为0.53 mm;随着凹陷半径的增加,光谱传递函数幅值均值有着先降低后增加的变化趋势,两者之间不存在单调函数关系且受到凹陷深度的影响。当凹陷半径大于5 mm时,光谱传递函数幅值均值不再随半径的增加而增大,样品表面凹陷对太赫兹波光谱传递函数幅值幅度的影响与凹陷位置也有关系,这两种现象主要与太赫兹波的高斯分布情况有关。研究结论可用于太赫兹波在非极性材料表面缺陷的无损检测中,还可用于设计样品表面形态,使其具有期望的光谱传递函数。

摘要：远距离、大范围、快速检测放射源对国土安全具有重要意义,γ相机可以远距离提取放射性物质位置、强度以及类别等信息,是一种有效的检测工具。由于探测器面积小,且编码孔径的视场(Field of View,FOV)有限,当前编码孔径γ相机的探测效率普遍低。本研究提出一种基于国产的滨松BHP6601型临床单光子发射计算机断层成像(Single Photon Emission Computed Tomography,SPECT)探头的大面积高灵敏度编码孔径γ成像系统研制方案。该探头的固有分辨率为3.55 mm,有效探测面积为510 mm×390 mm,可用于提高辐射成像系统的空间角度分辨率和灵敏度。本研究根据此探测器规格,设计采用修正均匀冗余阵列(Modified Uniformly Redundant Arrays,MURA)编码嵌套模式的编码板,其中心基本单元阵列大小23×23,每个单位孔径大小为22.1 mm×17 mm。成像系统无伪影视场在X方向上和Y方向上分别为57.32°和47.3°;空间角度分辨率在X和Y方向上分别为2.94°和2.28°。采用该方案的γ成像系统对18 m处3.7×107 Bq 137Cs单点源进行测试,采集时间1 s即可精准定位;若对于4 m处的1.11×106 Bq 137Cs定位,采集时间仅需要2 s。仿真测试结果表明:该系统对于远距离或低活度的放射源能快速清晰定位。

摘要：正电子发射断层扫描(PET)是一种功能性核医学成像设备,已广泛应用于临床检验和临床前研究。其核心探测器主要采用闪烁晶体阵列耦合光电器件阵列的模块化设计。该类型探测器需要对其泛场图像进行分割,制作晶体位置查找表。本文开发了一种针对双层错位的DOI-PET探测器的泛场图像晶体响应中心自动识别和分割算法。基于奇异值分解和均值漂移的算法实现顶层晶体中心的识别;基于自组织映射(SOM)神经网络的算法和均值漂移实现底层晶体中心的识别;采用基于欧氏距离的算法,实现了泛场图像晶体单元的分割。将本文所开发的算法用于整环(48张)PET泛场图像,晶体模块中心识别的准确率为99.34%,完成分割整张泛场图像的平均耗时为101 s。测试结果表明,本文所开发的泛场图像晶体响应中心自动识别和分割算法适用于双层错位的DOI-PET探测器,算法鲁棒性强、准确率高、运算速度快。

摘要：基于粒子滤波的融合室内算法,由于权重退化和粒子贫化的问题,定位精度与时效性受限,为此,提出萤火虫自适应粒子滤波算法,包括自适应权重求解,萤火虫策略重采样设计,以及自适应粒子分布三方面优化,有效缓解了权重退化和粒子贫化现象。实验结果表明:萤火虫自适应粒子滤波保证时效性的同时,有效提高了定位精度,具有更好的定位效果。

摘要：针对一类带随机丢包的异步多传感器网络化系统,提出了基于网络化异步交互式多模型(Interacting multiple model,IMM)融合滤波的故障诊断方法.考虑不同传感器通道具有不同丢包概率的情况,将未知的故障幅值看作扩维的系统状态,利用提出的网络化异步IMM融合滤波算法对由系统正常模型和各种可能的故障模型构成的模型集进行滤波,根据模型概率进行故障检测和定位,同时得到故障幅值和系统状态的联合估计.提出的方法避免了传统IMM故障诊断方法模型集设计中故障大小难以确定的问题,适用于具有任意采样速率和任意初始采样时刻的异步多传感器网络化系统,并且通过融合多个传感器的信息提高了故障诊断的准确性.仿真实例验证了所提出方法的可行性和有效性.

摘要：太赫兹光谱技术作为获取物质在太赫兹频段信息的主要方法,已经被广泛应用于物质成分的测定,而其在成分分布成像方面则有着更广阔的应用前景,例如片剂药品的有效成分检测、行李安检的危险物品检测等。现有的太赫兹光谱探测方法时域光谱技术(THz-TDS)和频域光谱技术(THz-FDS)均不能很好地兼顾光谱分辨率与扫描时间;且获得物质光谱数据往往要花费数秒乃至数分钟时间(取决于光谱仪的结构),这对多像素成像系统显得过于迟缓,更无法达到视频成像的速率需求,严重制约了太赫兹光谱成像的实际应用。目前的太赫兹波成像多为全频段波强度成像,只能反映样品的空间分布信息,并不能反映出样品的光谱即成分信息。因此,对太赫兹光谱探测速率的提升十分迫切,太赫兹光谱高速探测的实现不仅可以显著减少物质成谱的实验耗时,还为实现物质的太赫兹光谱成分分布成像提供了可能。提出了一种基于迈克尔逊干涉仪的太赫兹光谱高速探测方法,在设计了该方法装置结构的基础上,理论分析了其工作过程,同时进行了太赫兹光谱的计算。然后从数据采样、数据处理及参数选择这几个方面进行问题分析,计算得出该方法能够显著加快物质太赫兹光谱的扫描获取速率。最后,对该方法建模进行仿真研究,模拟实现其完整的探测过程。在仿真研究中,以太赫兹辐射源的频谱分布为例,将该方法的建模仿真结果与时域光谱技术(THz-TDS)测试结果进行了对比,结果表明时域光谱技术(THz-TDS)所测得的频谱曲线可以近似看作是该高速光谱探测法所得频谱曲线的包络线,两种不同方法所得频谱结果具有较强的一致性。总之,该方法能够进行样品的太赫兹光谱探测,且在保证分辨率相同的前提下,较时域光谱技术(THz-TDS)显著加快了成谱速率,为实用、高通量太赫兹光谱成像提供了一种可能。

摘要：极化率作为材料的重要微观属性,与其呈现出的多种宏观属性等紧密相关,在新型药物及功能材料的设计中扮演着关键角色。对于微观结构存在复杂分子间作用的物质体系,获取其太赫兹波段的动态极化率具有重要意义。极化率的实验测定建立在其本征介电常数的准确测定之上,太赫兹时域光谱系统凭借其相干探测属性,可直接提供太赫兹波在穿透样品后的相位变化信息,用于精确测定样品的介电常数。当样品由待测物纯物质组成时,实验测得的介电常数可直接用于计算极化率。但对于大多数的有机晶体,其自身对太赫兹波的特征吸收以及与颗粒尺寸与波长相当造成的散射,使其纯样品的太赫兹时域光谱表征受到系统信噪比的限制,通常需要将待测物均匀分布于对太赫兹波透明且可塑性极强的聚合物载体中。聚合物载体的使用导致实验直接测定的混合物介电常数中也包含了聚合物的介电影响,无法直接用于计算待测物质的极化率。针对这一问题,将嵌于聚合物载体中的有机晶体整体等效为聚合物、空气气隙和待测样品三组份混合介质模型,结合各组份体积占比以Landau,Lifshitz and Looyenga有效介质模型从实验测得的混合物介电常数中移除聚合物和空气气隙的影响,获取待测物的太赫兹本征介电常数,从而进一步结合Clausius-Mossotti关系式计算其太赫兹极化率。选取水杨酸晶体为研究对象,利用所提出的理论方案,从聚乙烯和聚四氟乙烯两种聚合物载体三种浓度混合物的原始介电常数中,提取出了具有高度一致性的本征介电常数和太赫兹极化率,验证了方法的有效性,并利用实验结果首次报道了水杨酸晶体的太赫兹极化率,在聚乙烯和聚四氟乙烯载体中的测定值分别为(17.2±0.2)和(17.6±1.0)3。

摘要：聚合物材料因其对太赫兹波的高透过率以及良好的塑形能力在太赫兹研究中扮演了重要的角色,由于材料的介电特性直接关系着折射率、极化率等重要性质,不同的应用场合通常需要材料呈现出特殊的太赫兹介电响应,一方面可以选取不同的聚合物材料,另一方面可以通过多种聚合物的混合实现材料介电性质的调制。聚合物材料合理的选取和设计建立在材料太赫兹介电精确表征之上,然而利用太赫兹时域光谱系统(THz-TDS)对聚合物材料进行透射式太赫兹介电表征时,材料内部空气孔隙的存在会影响表征结果的复现性,同时也会影响共混聚合物介电性质的分析和预测。因此以Landau,Lifshitz,Looyenga(LLL)模型为基础提出了考虑空气影响的介电分析模型,并选取了在太赫兹研究中广泛使用的聚合物材料聚乙烯(PE)和聚四氟乙烯(PTFE)对模型的有效性和稳定性加以验证,展开了两种材料单质和混合物两方面的介电分析。在太赫兹波透射样品之后的相位变化信息中提取出样品的介电常数,同一种物质制备的样片间太赫兹介电谱存在明显差异,使用包含气隙影响的LLL模型处理实验数据后,样品介电常数中空气的介电影响被移除,从而得到了两种材料的本征介电常数,在此基础上,使用测得的本征介电常数和混合物样品中两种材料的体积占比信息代入包含气隙影响的LLL模型计算得到了不同配比混合物的太赫兹介电常数的模拟值,并与THz-TDS实验获取的实验值进行了对比。利用所提出的有效介质模型,聚乙烯和聚四氟乙烯在10~40cm^-1波段内移除空气影响后的平均介电常数为2.315±0.003(±0.13%)和2.109±0.003(±0.14%),在不同重量、不同厚度的单组份样品间模型测定的聚合物介电常数保持了良好的重复性,在对混合物的太赫兹介电性质测定与分析中,利用模型计算的混合物介电常数模拟值与THz-TDS测定的介电常数实验值保持了高度线性相关,其相关系数为0.9643,全局相对误差为1.08%,体现了模型的可靠性。提出的介电分析模型可以扩展到更多的高分子材料单质及其混合物的太赫兹介电性质表征中,对太赫兹波段的共混聚合物材料设计具有参考价值。

摘要：已有的三维人体姿态估计方法侧重于通过单帧图像来估计人体的三维姿态,忽略了视频中前后帧之间的相关性,因此,通过挖掘视频在时间维度上的信息可以进一步提高三维人体姿态估计的准确率。基于此,设计了一种可以充分提取视频时序信息的卷积神经网络结构,在获得高精度的同时也具有消耗计算资源小的优点,仅仅使用二维关节点的坐标为输入即可恢复完整的三维人体姿态。然后提出了一种新的损失函数利用相邻帧间人体姿态的连续性,来改进视频序列中三维姿态估计的平滑性,同时也解决了因缺少帧间信息而导致准确率下降的问题。通过在公开数据集Human3.6M上进行测试,实验结果表明本文方法相比目前的基准三维姿态估计算法的平均测试误差降低了1.2 mm,对于视频序列的三维人体姿态估计有着较高的准确率。