高能闪光照相密度测量的LEPM方法

　　0　引言

　　高能闪光照相是一项利用高能X光的强穿透能力及其与物质相互作用的性质,根据成像平面上X光能量分布对客体内部结构进行定量测量的测试技术.利用高能闪光照相测量客体飞层界面位置及空间密度分布数据对研究客体在爆轰过程中的压缩行为具有重要意义[1-2].美国、法国、俄罗斯等建立了一系列的高能闪光照相实验平台,获得了高质量的闪光照相实验图像[3-5].为了获得更高精度的闪光照相密度测量数据,美国正斥巨资建立质子闪光照相系统以期获得误差小于1%的客体密度测量数据[6].

　　在建立高性能硬件平台的同时,各国也研制了有针对性的密度测量方法,该技术具有代表性的方法是洛斯阿拉漠斯实验室在解决闪光照相密度重建问题时采用的BIE方法[7-8]以及利弗莫尔实验室提出的HADES-CCG方法[9-10].某直线感应电子加速器的建成为我国的高能闪光照相密度测量研究提供了一个良好的实验平台[11].本文根据该实验平台图像的特点研究了一种密度测量方法,该方法首先将高能闪光照相成像过程中的一些非线性成像因素等效成一非线性标量算子,通过实验的方法测量出该算子进行实验图像的非线性校正,然后根据图像噪音特性选用用最小残差准则进行迭代重建的方法提取闪光照相密度数据.

　　1　闪光照相密度测量原理

　　高能闪光照相系统成像示意图如图1.经高能电子加速器加速的电子轰击到一片由高原子序数材料制成的转换靶后发生轫致辐射产生高能X光,高能X光经过准直后穿过照相物体(客体)在底片上成像.由于客体在照相时一般处于爆轰过程中,因此照相系统中还有一定的防护设施.

　　与一般的无损检测系统不同,高能闪光照相中所研究的客体一般具有高密度、大光程以及瞬态过程的特性,要求高能闪光照相系统应具有X光光子能量高(达数兆伏级别)、剂量大(数百伦琴)以及光源持续时间短(数十个纳秒)等特点[12-13].在高能闪光照相中,虽然客体处于爆轰压缩的高速运动过程,但是由于X光持续时间特别短(数十纳秒),在此时间内客体的压缩运动位移及密度变化非常小,在图像上产生的运动模糊相对于成像系统的模糊可以忽略不计,因此可以认为在X光持续时间内的客体处于静止状态.

　　考虑到X光在穿透物质时发生的散射效应、能谱硬化效应以及成像系统的响应,并对能谱问题做单能谱近似后,闪光照相图像的成像过程可以写为：

　　式中: D(x,y)为底片图像黑密度分布;f为底片响应曲线,即H&D曲线;X0为入射至客体前的X光剂量;μeq(x,y,z)为客体在(x,y,z)位置上的等效质量吸收系数;ρ(x,y,z)为客体在(x,y,z)位置上的密度;XS(x,y)为底片(x,y)位置上的散射照射量;n(x,y)为底片(x,y)位置上的噪音分布.