基于MURA和SA的編碼孔徑擴(kuò)展源成像及偽影校正前后對(duì)比

我中心科研團(tuán)隊(duì)在編碼孔徑成像技術(shù)領(lǐng)域取得重要突破，研究成果以《辛格陣列用于近場編碼孔徑擴(kuò)展源成像的最新研究進(jìn)展》（Further study of the Singer array in near-field coded aperture imaging for extended sources）為題，發(fā)表于《核儀器與物理研究方法A》（Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A），論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.nima.2024.170041。

編碼孔徑成像技術(shù)作為高靈敏度射線成像的核心方法，基于修正均勻冗余陣列（MURA）的傳統(tǒng)方案已在天文觀測(cè)、輻射監(jiān)測(cè)等遠(yuǎn)場成像領(lǐng)域獲得成功應(yīng)用。然而在近場核成像場景中，該技術(shù)面臨三大核心挑戰(zhàn)：1.近場效應(yīng)與準(zhǔn)直效應(yīng)導(dǎo)致的成像性能退化；2.MURA編碼固有特性引發(fā)的全局性近場偽影；3.重建圖像失真嚴(yán)重制約技術(shù)實(shí)用化進(jìn)程。這些瓶頸問題阻礙了該技術(shù)在核醫(yī)學(xué)成像等近場應(yīng)用場景的推廣。

中心研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地提出基于辛格陣列（Singer Array, SA）的編碼孔徑成像技術(shù)體系，取得以下突破性進(jìn)展：

1.編碼設(shè)計(jì)創(chuàng)新：利用辛格循環(huán)差集的Proctor周期性包裝形式SA，構(gòu)建具有理想/近優(yōu)相關(guān)解的編碼系統(tǒng)，突破傳統(tǒng)MURA陣列的結(jié)構(gòu)限制，可靈活生成不同開孔率和長寬比的編碼板，滿足多場景成像需求。

2.性能優(yōu)化機(jī)制：通過開孔率參數(shù)的自適應(yīng)調(diào)控，實(shí)現(xiàn)信噪比最優(yōu)配置（理論提升達(dá)42%），有效解決近場高分辨成像中的噪聲放大問題。

3.偽影抑制技術(shù)：基于近場偽影產(chǎn)生機(jī)理，構(gòu)建解析校正模型，將擴(kuò)展源成像的偽影強(qiáng)度降低至傳統(tǒng)方法的1/3以下，顯著降低對(duì)硬件校正和迭代算法的依賴。

該成果建立了首個(gè)基于SA的完整近場成像理論框架，成功實(shí)現(xiàn)三項(xiàng)技術(shù)跨越：從遠(yuǎn)場到近場的應(yīng)用場景拓展、從固定結(jié)構(gòu)到參數(shù)可調(diào)的編碼系統(tǒng)升級(jí)、從被動(dòng)抑制到主動(dòng)消除的偽影處理范式轉(zhuǎn)變。實(shí)驗(yàn)表明，新技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)亞毫米級(jí)空間分辨，較傳統(tǒng)方法信噪比提升14%以上，成像效率提升1~2個(gè)量級(jí)，為發(fā)展實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)核成像系統(tǒng)（幀率>30 fps）奠定了理論基礎(chǔ)。該技術(shù)在輻射環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域和核醫(yī)學(xué)領(lǐng)域均具有應(yīng)用價(jià)值。