本發(fā)明涉及中子成像物理和方法領(lǐng)域，具體的說(shuō)是一種基于中子光柵干涉儀的暗場(chǎng)成像方法。

背景技術(shù)：

作為一種新的成像技術(shù)，中子光柵干涉儀近年來(lái)得到了日益廣泛的關(guān)注。利用中子光柵干涉儀，能夠獲得被成像物體的暗場(chǎng)圖像，因而成為傳統(tǒng)的基于衰減機(jī)制的中子成像技術(shù)的有力補(bǔ)充。中子暗場(chǎng)成像方法在材料科學(xué)領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，能夠獲得被成像物體的宏觀水平上的空間分辨的小角散射信息，進(jìn)而研究被成像物體內(nèi)部的核作用勢(shì)、磁作用勢(shì)等。

類(lèi)似于x射線光柵干涉儀情形，在中子光柵干涉儀中，探測(cè)器獲取的被成像物體的投影圖像中同時(shí)包含了被成像物體的吸收、折射和暗場(chǎng)信號(hào)，即圖像襯度來(lái)自于被成像物體吸收信號(hào)、折射信號(hào)、暗場(chǎng)信號(hào)的非線性混疊貢獻(xiàn)。而定量表征、圖像判讀、計(jì)算機(jī)三維斷層重建等實(shí)際應(yīng)用都要求獲取獨(dú)立、純粹的被成像物體吸收、折射和暗場(chǎng)信號(hào)。因此，必須發(fā)展基于中子光柵干涉儀的成像方法，能夠從探測(cè)器獲取的被成像物體的投影圖像中準(zhǔn)確分離純粹的吸收、折射和散射信號(hào)，已經(jīng)成為近年來(lái)的研究熱點(diǎn)之一。

目前，中子光柵干涉儀普遍采用相位步進(jìn)法進(jìn)行被成像物體的三種不同信號(hào)的分離。這種方法要求繁瑣的機(jī)械步進(jìn)光柵掃描，導(dǎo)致了冗長(zhǎng)的成像實(shí)驗(yàn)時(shí)間，降低了中子光源的利用效率。特別地，相位步進(jìn)法利用傅里葉變換操作來(lái)獲取被成像物體的暗場(chǎng)信號(hào)。在低光子計(jì)數(shù)時(shí)，相位步進(jìn)法提取不能準(zhǔn)確提取被成像物體的暗場(chǎng)信號(hào)！這些局限性阻礙了中子光柵干涉儀在材料定量表征等領(lǐng)域的推廣應(yīng)用。因此，發(fā)展新的成像方法，克服相位步進(jìn)法光柵步進(jìn)掃描、不能準(zhǔn)確提取暗場(chǎng)信號(hào)的局限性，是未來(lái)中子光柵干涉儀推廣應(yīng)用中必須解決的問(wèn)題之一。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明為避免現(xiàn)有成像方法的不足之處，提出一種基于中子光柵干涉儀的暗場(chǎng)成像方法，使得能夠在低光子計(jì)數(shù)時(shí)準(zhǔn)確提取被成像物體的暗場(chǎng)信號(hào)，克服相位步進(jìn)法要求光柵步進(jìn)掃描、不能準(zhǔn)確提取暗場(chǎng)信號(hào)的局限性，從而為被成像物體的準(zhǔn)確、定量表征提供新途徑。

為達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

本發(fā)明一種基于中子光柵干涉儀的暗場(chǎng)成像方法，所述中子光柵干涉儀包括：中子源、源光柵、速度選擇器、相位光柵、分析光柵和探測(cè)器；在所述速度選擇器和所述相位光柵之間設(shè)置有被成像物體；且所述被成像物體貼于所述相位光柵的內(nèi)側(cè)設(shè)置；在所述相位光柵的外側(cè)設(shè)置有所述分析光柵；所述探測(cè)器貼于所述分析光柵的外側(cè)設(shè)置；其特征是，所述暗場(chǎng)成像方法按如下步驟進(jìn)行：

步驟1、固定所述相位光柵和所述分析光柵，并移動(dòng)所述源光柵，將所述中子光柵干涉儀的工作點(diǎn)固定在光強(qiáng)曲線的峰位；所述移動(dòng)方向?yàn)橥瑫r(shí)垂直于光軸和光柵柵條的方向；

步驟2、依次啟動(dòng)所述中子源、所述速度選擇器和所述探測(cè)器，并設(shè)置曝光時(shí)間為t；

利用所述探測(cè)器按照所述曝光時(shí)間t獲取第一背景投影圖像i1后，關(guān)閉所述中子源；

步驟3、將所述被成像物體放置到所述相位光柵的視場(chǎng)中央，啟動(dòng)所述中子源，并利用所述探測(cè)器按照所述曝光時(shí)間t獲取所述被成像物體的第一投影圖像i′1后，依次關(guān)閉所述中子源、所述速度選擇器和所述探測(cè)器；

步驟4、固定所述相位光柵和所述分析光柵，并移動(dòng)所述源光柵，將所述中子光柵干涉儀的工作點(diǎn)固定在光強(qiáng)曲線的谷位；所述移動(dòng)方向?yàn)橥瑫r(shí)垂直于光軸和光柵柵條的方向；

步驟5、依次啟動(dòng)所述中子源、所述速度選擇器和所述探測(cè)器，并設(shè)置曝光時(shí)間為t；

利用所述探測(cè)器按照所述曝光時(shí)間t獲取第二背景投影圖像i2后，關(guān)閉所述中子源；

步驟6、將所述被成像物體放置到所述相位光柵的視場(chǎng)中央，啟動(dòng)所述中子源，并利用所述探測(cè)器按照所述曝光時(shí)間t獲取所述被成像物體的第二投影圖像i′2后，依次關(guān)閉所述中子源、所述速度選擇器和所述探測(cè)器；

步驟7、利用式提取所述被成像物體的暗場(chǎng)信號(hào)df：

以所述被成像物體的暗場(chǎng)信號(hào)df作為所述暗場(chǎng)成像方法的結(jié)果。

與已有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

1、本發(fā)明基于中子光柵干涉儀，提出了暗場(chǎng)成像方法，通過(guò)簡(jiǎn)化成像方程，解決了低光子計(jì)數(shù)時(shí)物體暗場(chǎng)信號(hào)的準(zhǔn)確提取問(wèn)題；克服了現(xiàn)有相位步進(jìn)法要求光柵機(jī)械掃描的局限性，簡(jiǎn)化了成像過(guò)程，實(shí)現(xiàn)了準(zhǔn)確、快速的中子暗場(chǎng)成像；

2、與現(xiàn)有的相位步進(jìn)法相比，本發(fā)明摒棄了傅里葉變換操作，簡(jiǎn)化了中子暗場(chǎng)信號(hào)的提取方程，實(shí)現(xiàn)了低光子計(jì)數(shù)時(shí)物體暗場(chǎng)信號(hào)的準(zhǔn)確提?。?/p>

3、與現(xiàn)有的相位步進(jìn)法相比，本發(fā)明在獲取物體投影圖像時(shí)，通過(guò)將中子光柵干涉儀固定在光強(qiáng)曲線的峰位或谷位，摒棄了光柵步進(jìn)掃描，提高了數(shù)據(jù)采集效率。

附圖說(shuō)明

圖1為現(xiàn)有技術(shù)中中子光柵干涉儀示意圖；

圖2為現(xiàn)有技術(shù)中中子光柵干涉儀的光強(qiáng)曲線圖；

圖3為本發(fā)明中被成像物體7的暗場(chǎng)信號(hào)的提取結(jié)果圖；

圖中標(biāo)號(hào)：1中子源；2源光柵；3速度選擇器；4相位光柵；5分析光柵；6探測(cè)器；7被成像物體。

具體實(shí)施方式

如圖1所示，中子光柵干涉儀包括：中子源1、源光柵2、速度選擇器3、相位光柵4、分析光柵5和探測(cè)器6；在速度選擇器3和相位光柵4之間設(shè)置有被成像物體7；被成像物體7貼于相位光柵4的內(nèi)側(cè)設(shè)置；在相位光柵4的外側(cè)設(shè)置有分析光柵5；探測(cè)器6貼于分析光柵5的外側(cè)設(shè)置；本實(shí)施例中，基于中子光柵干涉儀的暗場(chǎng)成像方法是按如下步驟進(jìn)行：

步驟1、固定相位光柵4和分析光柵5，并移動(dòng)源光柵2，將中子光柵干涉儀的工作點(diǎn)固定在光強(qiáng)曲線的峰位，即圖2所示的光強(qiáng)最大值處；移動(dòng)方向?yàn)橥瑫r(shí)垂直于光軸和光柵柵條的方向；

步驟2、依次啟動(dòng)中子源1、速度選擇器3和探測(cè)器6，并設(shè)置曝光時(shí)間為t1；

利用探測(cè)器6按照曝光時(shí)間t1獲取第一背景投影圖像i1后，關(guān)閉中子源1；

步驟3、將被成像物體7放置到相位光柵4的視場(chǎng)中央，啟動(dòng)中子源1，并利用探測(cè)器6按照曝光時(shí)間t1獲取被成像物體7的第一投影圖像i′1后，依次關(guān)閉中子源1、速度選擇器3和探測(cè)器6；

將中子光柵干涉儀的工作點(diǎn)固定在光強(qiáng)曲線的峰位(即光強(qiáng)最大值處)，探測(cè)器6獲取的被成像物體7的第一投影圖像i′1滿(mǎn)足：

i′1＝i1·t·(1+df)(3.1)

式(3.1)中，t是被成像物體7的吸收信號(hào)；df是被成像物體7的暗場(chǎng)信號(hào)。

步驟4、固定相位光柵4和分析光柵5，并移動(dòng)源光柵2，將中子光柵干涉儀的工作點(diǎn)固定在光強(qiáng)曲線的谷位，即圖2所示的光強(qiáng)最小值處；移動(dòng)方向?yàn)橥瑫r(shí)垂直于光軸和光柵柵條的方向；

步驟5、依次啟動(dòng)中子源1、速度選擇器3和探測(cè)器6，設(shè)置曝光時(shí)間為t2；

利用探測(cè)器6按照曝光時(shí)間t2獲取第二背景投影圖像i2后，關(guān)閉中子源1；

步驟6、將被成像物體7放置到相位光柵4的視場(chǎng)中央，啟動(dòng)中子源1，并利用探測(cè)器6按照曝光時(shí)間t2獲取被成像物體7的第二投影圖像i′2后，依次關(guān)閉中子源1、速度選擇器3和探測(cè)器6；

將中子光柵干涉儀的工作點(diǎn)固定在光強(qiáng)曲線的谷位(即光強(qiáng)最小值處)，探測(cè)器6獲取的被成像物體7的第二投影圖像i′2滿(mǎn)足：

i′2＝i2·t·(1-df)(6.1)

式(6.1)中，t是被成像物體7的吸收信號(hào)；df是被成像物體7的暗場(chǎng)信號(hào)。

步驟7、利用式(1)提取被成像物體7的暗場(chǎng)信號(hào)df，

利用式(3.1)、(6.1)，得到，

i′1/i1＝t·(1+df)i′2/i2＝t·(1-df)(8.1)

利用式(8.1)，得到，

利用式(8.2)，得到被成像物體7的暗場(chǎng)信號(hào)df，

圖3為被成像物體7的暗場(chǎng)信號(hào)的提取結(jié)果圖，等效波長(zhǎng)λ為4埃，背景光子計(jì)數(shù)為100。根據(jù)圖3，利用式(1)提取的暗場(chǎng)信號(hào)實(shí)驗(yàn)值與理論值吻合的很好，證實(shí)了本發(fā)明能夠在低光子計(jì)數(shù)時(shí)準(zhǔn)確、定量提取被成像物體7的暗場(chǎng)信號(hào)。

以被成像物體7的暗場(chǎng)信號(hào)df作為暗場(chǎng)成像方法的結(jié)果。