望远镜成像系统和方法技术方案

本发明专利技术提供一种望远镜成像系统和方法，所述系统包括：过滤采集子系统、旋转机构子系统和数据重建子系统。过滤采集子系统包括：准直栅，用于通过摇摆或旋转对目标区域X射线源入射所述准直栅的X射线进行过滤，以形成平行于准直栅、直射准直栅底面的平行X射线束；探测器，与所述准直栅的底面连接，用于随着准直栅逐步摇摆或旋转，逐个角度采集平行X射线束的X射线源数据。旋转机构子系统与过滤采集子系统相对固定连接，用于带动过滤采集子系统摇摆和旋转扫描目标区域。所述数据重建子系统与所述探测器通信连接，用于根据所述X射线源数据重建所述目标区域内的X射线源分布。本发明专利技术实现了对高能X射线间接成像，具有结构简单、操作简便等优点。

Telescope imaging system and method

The invention provides a telescope imaging system and method. The system includes a filter collection subsystem, a rotating mechanism subsystem and a data reconstruction subsystem. Including filtering acquisition subsystem: collimation grid, is used for filtering the X ray swing or rotation on the target area X ray source incident the collimating grating, to form parallel to the gate, direct gate alignment collimation bottom parallel X ray detector; and the bottom surface of the collimation gate connected with the collimator for the gate gradually swing or rotation angle by parallel beam acquisition X X ray source data. The rotating mechanism subsystem is relatively fixed with the filter collection subsystem, which is used to drive the swing of the filter collection subsystem and rotate the scanning target area. The data reconstruction subsystem is connected with the detector for reconstructing the X ray source distribution in the target area according to the X ray source data. The invention has realized the indirect imaging of high energy X ray, which has the advantages of simple structure and simple operation.

【技术实现步骤摘要】
望远镜成像系统和方法
本专利技术涉及天文学高能X射线成像
，尤其涉及一种望远镜成像系统和方法。
技术介绍
宇宙中存在着众多发射高能X射线的天体，例如超新星爆发、中子星和黑洞双星吸积系统、活动星系核、γ射线暴X射线余晖、宇宙X射线背景等，因而高能X射线望远镜是研究天体以及宇宙发展演化的一个不可或缺的手段。由于高能X射线的波长极短，传统的基于折射、反射和衍射的光学望远镜难以应用到高能X射线波段。在低能X射线通常采用掠入射式的多层膜反射镜进行聚焦成像，在高能X射线波段，多层膜反射镜的效率随着波长的减小而降低，难以高效地对高能X射线(20KeV以上)进行聚焦和成像。为了在高能X射线波段进行有效的天文观测，高能X射线波段非聚焦的间接成像望远镜得到了发展，通过对入射X射线的方向、强度信息进行调制，探测器的接收到的信号中同时包含了入射X射线的方向、强度信息。主要的调制方法有编码孔径方法和准直栅法。前者使用一块编码板调制从目标区域入射的X射线束，并使用与编码板分开一定距离的一个二维阵列的探测器，探测不同方向入射的X射线束经过编码后的光强。不同方向入射的X射线束通过编码板在探测器上的投影不同，根据探测器采集到的光强，能够重建出不同方向入射X射线的流强。编码孔径技术中的编码板编码技术复杂，对编码板的角度分辨率和探测器的空间分辨率要求都高，且设备体积庞大。后者利用一个准直栅对目标区域进行扫描，探测器记录到的光强随着准直栅方向的变化而变化，通过这种光强变化能够得到目标区域内X射线源位置和强度的信息。然而传统的重建方法易出现伪像，有时相同的数据采用不同的算法和参数会得到不同的图像，这时需要根据人工干预比较选取符合实际的图像。
技术实现思路
在下文中给出关于本专利技术的简要概述，以便提供关于本专利技术的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本专利技术的穷举性概述。它并不是意图确定本专利技术的关键或重要部分，也不是意图限定本专利技术的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。本专利技术提供一种用于对高能X射线间接成像的望远镜成像系统和方法。本专利技术提供一种望远镜成像系统，包括过滤采集子系统、旋转机构子系统和数据重建子系统。所述过滤采集子系统包括：准直栅，用于通过摇摆或旋转对目标区域X射线源入射所述准直栅的X射线进行过滤，以形成平行于所述准直栅、直射所述准直栅底面的平行X射线束；探测器，与所述准直栅的底面连接，用于随着所述准直栅逐步摇摆或旋转，逐个角度采集所述平行X射线束的X射线源数据；所述旋转机构子系统与所述过滤采集子系统相对固定连接，用于带动所述过滤采集子系统摇摆或旋转扫描所述目标区域；所述数据重建子系统与所述探测器通信连接，用于根据所述X射线源数据重建所述目标区域内的X射线源分布。相对应地，本专利技术提供一种使用上述望远镜成像系统的望远镜成像方法，包括：旋转机构子系统带动过滤采集子系统摇摆或旋转扫描目标区域；所述扫描包括：所述准直栅通过摇摆或旋转对目标区域X射线源入射所述准直栅的X射线进行过滤，以形成平行于所述准直栅、直射所述准直栅底面的平行X射线束；随着所述准直栅逐步摇摆或旋转，所述探测器逐个角度采集所述平行X射线束的X射线源数据；数据重建子系统根据所述X射线源数据重建所述目标区域内的X射线源分布。本专利技术还提供另一种望远镜成像系统，包括多个过滤采集子系统构成的并行采集数据的阵列系统和一个数据重建子系统。所述过滤采集子系统包括：准直栅，用于通过摇摆或旋转对目标区域X射线源入射所述准直栅的X射线进行过滤，以形成平行于所述准直栅、直射所述准直栅底面的平行X射线束；探测器，与所述准直栅的底面连接，用于随着所述准直栅逐步摇摆或旋转，逐个角度采集所述平行X射线束的X射线源数据；所述目标区域为所述多个过滤采集子系统各自对准区域的并集或交集；多个准直栅各自沿不同的摇摆角和旋转角对准所述目标区域，以过滤入射的X射线得到所述平行X射线束，所述多个准直栅底面连接的各探测器同时各自采集对应的准直栅所形成的平行X射线束的X射线源数据；所述数据重建子系统分别与所述多个过滤采集子系统的探测器通信连接，用于根据所述X射线源数据重建所述目标区域内的X射线源分布。相对应地，本专利技术提供一种使用上述另一种望远镜成像系统的望远镜成像方法，包括：多个过滤采集子系统并行采集目标区域的X射线源数据；所述并行采集包括：所述多个准直栅各自沿不同的摇摆角和旋转角对准所述目标区域，从而分别对目标区域X射线源入射的X射线进行过滤，形成各自平行于准直栅且直射各准直栅底面的平行X射线束；所述多个准直栅底面连接的各探测器同时各自采集对应的准直栅所形成的平行X射线束的X射线源数据；数据重建子系统根据所述多个过滤采集子系统各自采集的X射线源数据重建所述目标区域内的X射线源分布。本专利技术提供的望远镜成像系统和方法利用准直栅对高能X射线进行滤波，并利用探测器采集目标区域的X射线源数据，具体实施方式有两种，一种利用旋转机构子系统摇摆或旋转单个过滤采集子系统，实现对整个目标区域内的X射线源数据的扫描采集；另一种利用多个过滤采集子系统构成并行采集目标区域X射线源数据的阵列系统，各个过滤采集子系统各自同时采集目标区域内的X射线源数据，实现对整个目标区域内的X射线源数据的快速采集，最后利用数据重建子系统根据过滤采集子系统所采集的X射线源数据重建所述目标区域内的X射线源分布，实现对高能X射线间接成像。本专利技术望远镜成像系统和方法具有结构简单、操作简便等优点。附图说明参照下面结合附图对本专利技术实施例的说明，会更加容易地理解本专利技术的以上和其它目的、特点和优点。附图中的部件只是为了示出本专利技术的原理。在附图中，相同的或类似的技术特征或部件将采用相同或类似的附图标记来表示。图1为本专利技术望远镜成像系统一种实施方式中过滤采集子系统的结构示意图。图2为本专利技术望远镜成像系统一种实施方式中准直栅绕y轴摇摆产生测量角度坐标α轴。图3为本专利技术望远镜成像系统一种实施方式中准直栅绕x轴摇摆产生测量角度坐标β轴。图4为本专利技术望远镜成像系统一种实施方式中利用测量角度坐标(α,β)确定入射的平行X射线束的传播方向的示意图。图5为本专利技术望远镜成像系统一种实施方式中旋转机构子系统带动过滤采集子系统围绕测量坐标系的y轴摇摆扫描和围绕z轴旋转扫描的示意图。图6为本专利技术望远镜成像系统一种实施方式中多个过滤采集子系统构成的并行采集数据的阵列系统示意图，每个过滤采集子系统以不同摇摆角和旋转角对准目标区域。图中阵列的列指标为i＝0,±1,±2,±3,······±I，I＝L/4hΔα，Δα为相邻列之间摇摆角间隔，L为准直栅上端开口长度，h为准直栅高度，阵列的行指标为j＝0,1,2,3,······J，为相邻行之间旋转角间隔。图7为本专利技术望远镜成像方法一种实施方式中测量坐标系和目标坐标系的几何关系示意图。图8为本专利技术望远镜成像方法一种实施方式中准直栅与入射的平行X射线束的几何关系示意图。图9为本专利技术望远镜成像方法一种实施方式中宽度响应函数的曲线示意图。图10为本专利技术望远镜成像方法一种实施方式中长度响应函数的曲线示意图。图11为本专利技术望远镜成像方法一种实施方式中面积响应函数的曲面示意图。图12为本专利技术望远镜成像方法一种实施方式中消除星形本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种望远镜成像系统，其特征在于，包括过滤采集子系统、旋转机构子系统和数据重建子系统；所述过滤采集子系统包括：准直栅，用于通过摇摆或旋转对目标区域X射线源入射所述准直栅的X射线进行过滤，以形成平行于所述准直栅、直射所述准直栅底面的平行X射线束；探测器，与所述准直栅的底面连接，用于随着所述准直栅逐步摇摆或旋转，逐个角度采集所述平行X射线束的X射线源数据；所述旋转机构子系统与所述过滤采集子系统相对固定连接，用于带动所述过滤采集子系统摇摆或旋转扫描所述目标区域；所述数据重建子系统与所述探测器通信连接，用于根据所述X射线源数据重建所述目标区域内的X射线源分布。

【技术特征摘要】
1.一种望远镜成像系统，其特征在于，包括过滤采集子系统、旋转机构子系统和数据重建子系统；所述过滤采集子系统包括：准直栅，用于通过摇摆或旋转对目标区域X射线源入射所述准直栅的X射线进行过滤，以形成平行于所述准直栅、直射所述准直栅底面的平行X射线束；探测器，与所述准直栅的底面连接，用于随着所述准直栅逐步摇摆或旋转，逐个角度采集所述平行X射线束的X射线源数据；所述旋转机构子系统与所述过滤采集子系统相对固定连接，用于带动所述过滤采集子系统摇摆或旋转扫描所述目标区域；所述数据重建子系统与所述探测器通信连接，用于根据所述X射线源数据重建所述目标区域内的X射线源分布。2.根据权利要求1所述的望远镜成像系统，其特征在于，所述准直栅由多个梯形重金属片平行排列构成，每两块相邻的所述梯形重金属片构成一个梯形栅格。3.根据权利要求1所述的望远镜成像系统，其特征在于，所述旋转机构子系统带动所述过滤采集子系统围绕测量坐标系的一轴进行摇摆或旋转扫描；所述测量坐标系为固定在所述过滤采集子系统上的三维直角坐标系，原点设置在所述准直栅底面的中心，第三轴垂直于所述准直栅的底面。4.根据权利要求3所述的望远镜成像系统，其特征在于，所述旋转机构子系统带动所述过滤采集子系统围绕测量坐标系的一轴进行摇摆或旋转扫描包括：所述旋转机构子系统带动所述过滤采集子系统围绕所述测量坐标系的第一轴或第二轴摇摆扫描；和/或，所述旋转机构子系统带动所述过滤采集子系统围绕所述测量坐标系的第三轴旋转扫描。5.根据权利要求4所述的望远镜成像系统，其特征在于，所述旋转机构子系统每次带动所述过滤采集子系统围绕所述第三轴旋转一步后，带动所述过滤采集子系统围绕所述第一轴或第二轴摇摆扫描直至所述探测器扫描至所述目标区域在所述第一轴或第二轴方向的两侧边界；其中，所述过滤采集子系统围绕所述第三轴旋转的区间为0度至180度。6.一种使用权利要求1-5任一项所述望远镜成像系统的望远镜成像方法，其特征在于，包括：旋转机构子系统带动过滤采集子系统摇摆或旋转扫描目标区域；所述扫描包括：所述准直栅通过摇摆或旋转对目标区域X射线源入射所述准直栅的X射线进行过滤，以形成平行于所述准直栅、直射所述准直栅底面的平行X射线束；随着所述准直栅逐步摇摆或旋转，所述探测器逐个角度采集所述平行X射线束的X射线源数据；数据重建子系统根据所述X射线源数据重建所述目标区域内的X射线源分布。7.根据权利要求6所述的望远镜成像方法，其特征在于，所述旋转机构子系统带动所述过滤采集子系统围绕测量坐标系的一轴进行摇摆或旋转扫描；所述测量坐标系为固定在所述过滤采集子系统上的三维直角坐标系，原点设置在所述准直栅底面的中心，第三轴垂直于所述准直栅的底面。8.根据权利要求7所述的望远镜成像方法，其特征在于，所述摇...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱佩平，王研，黄万霞，袁清习，张凯，何其利，
申请(专利权)人：中国科学院高能物理研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11