Отличие фото от фзп: ФЗП и ФОТ отличия понятий в расчетах и формировании заработной платы

1.

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время компьютерная томография (КТ) является одним из наиболее распространенных методов трехмерной визуализации в клинической диагностике, позволяющим получить высокоточную информацию о внутренней структуре и направить лечение. Принцип КТ заключается в визуализации 3D-изображения образца из нескольких проекций, снятых под разными углами зрения. Очевидно, что большее число проекций приведет к лучшему качеству реконструкции. ¹ К сожалению, тем временем он будет доставлять пациентам высокую дозу облучения и повышать вероятность рака. ^{2, 3} Интегральная рентгеновская визуализация может стать альтернативой КТ в медицинской визуализации, поскольку она позволяет реконструировать 3D-изображения из одного снимка, что, следовательно, приводит к более низкой дозе облучения и более короткому времени облучения.

Интегральный подход к визуализации, впервые предложенный Липпманном в 1908 г., ⁴ , состоит в одновременном захвате пространственной и угловой информации светового луча, пересекающего фотодатчик, так называемого 4D светового поля. Захваченное 4D-световое поле позволяет нам перефокусировать изображение в разных плоскостях и визуализировать 3D-модель образца за одну экспозицию. ^{5, 6} Для видимого света были предложены различные интегральные системы сбора изображений, такие как матрицы камер, ⁷ матрицы микролинз, ⁸ и амплитудные маски. ⁹ Конструкция с размещением матрицы микролинз перед фотодатчиком обычной камеры является наиболее распространенной ввиду разнообразия и доступности матрицы микролинз. Однако, чтобы преобразовать интегральную систему визуализации из видимого света в рентгеновское, мы должны искать альтернативные оптические компоненты для преломляющих линз. Потому что показатель преломления очень близок к единице для всех материалов на длинах волн рентгеновского излучения, что приводит к чрезвычайно большим фокусным расстояниям в километровом масштабе для одной линзы и низкой числовой апертуре. ¹⁰

Зонная пластина Френеля (FZP), основанная на дифракции для реализации фокусировки рентгеновских лучей, широко используется и, как было продемонстрировано, обеспечивает высокое пространственное разрешение. ¹¹ Таким образом, матрица FZP является доступной альтернативой матрице преломляющих линз в рентгеновской визуализации. ^12-14 Геометрия FZP доминирует в характеристиках визуализации. Для желаемой фокусировки, чем больше количество зон, тем более высокого разрешения может достичь FZP. Здесь разрешение относится к ширине сфокусированной точки. Поэтому количество зон в нем является одним из важнейших структурных параметров. Тем не менее, из-за микроразмеров FZP в массиве интегральной системы визуализации и современных технологий производства количество зон FZP сильно ограничено.

Таким образом, в этой статье делается попытка численно исследовать влияние количества зон FZP на его характеристики изображения при различных условиях когерентности, особенно в случае очень небольшого количества зон. Соответственно, в этой статье представлен метод моделирования, основанный на скалярной теории дифракции. Представлены и обсуждены несколько результатов моделирования изображения FZP, а затем проведено сравнение с идеальной рефракционной линзой.

2.

МЕТОД

Зонная пластинка Френеля представляет собой дифракционную оптику, ее чередующиеся прозрачные и непрозрачные зоны заставляют падающий свет конструктивно интерферировать в нужном фокусе. Фокусирующие свойства ФЗП могут быть проанализированы с помощью скалярной теории дифракции. На рис. 1 представлена ​​обобщенная схема оптической системы ФЗП.

Рис 1.

Обобщенная схема оптической системы зонной пластинки Френеля (ФЗП): точечный источник P на плоскости ( ξ,η ), излучающий сферическую волну, перехватывается и дифрагирует на ФЗП на плоскость ( х, у). Изображение источника формируется на плоскости (u,v). z ₁ и z ₂ представляют соответственно расстояние источник-ЗП и расстояние ЗП-изображение.

Рассмотрим точечный источник P ( ξ,η ) излучающая сферическую волну, дифрагированную ФЗП на плане (x,y) и ее изображение, сформированное на плоскости ( u,v ). Расстояния между точечным источником до ЗЗП и ЗЗП до изображения соответственно обозначены как z ₁ и z ₂ . Согласно принципу Гюйгенса–Френеля и линейности оптической системы ¹⁵ импульсная характеристика h(ξ, η, u , v ) ФЗП может быть выражена в виде преобразования Фурье

где t(x, y) — передаточная функция ФЗП, с ,.

Изображение Img(u,v) может быть получено путем свертки изображения, предсказанного геометрической оптикой img(u,v) с импульсной характеристикой h(ξ, η, u , v) . ¹⁶ Стоит отметить, что применение функции рассеяния точки (ФРТ) к изображению зависит от степени когерентности источника. Здесь мы рассматриваем два крайних случая, полностью когерентный и полностью некогерентный. Изображение Img(u,v) можно записать как

Согласно теореме свертки уравнение (2) может быть далее преобразовано в

Это преобразование снижает сложность вычислений и позволяет значительно увеличить скорость вычислений благодаря использованию БПФ.

Этот метод является гибким для определения FZP и настройки структуры системы визуализации, позволяя изучать влияние различных параметров на характеристики визуализации FZP. Более подробные тесты вывода и проверки этого метода приведены в ссылке. ¹⁷

3.

РЕЗУЛЬТАТЫ

Насколько нам известно, качество изображения, формируемого ФЗП, в зависимости от количества зон никогда не изучалось. В этом разделе предложенным методом были выполнены изображения ФЗП с разными N и сопоставлены с изображениями, формируемыми преломляющей линзой соответственно при полностью некогерентных и полностью когерентных источниках. Затем обсуждается влияние количества зон на эффективность визуализации FZP.

3.1

Полностью некогерентный случай

На рисунках 2a-e показана серия числовых изображений испытательной таблицы разрешения USAF 1951 года с измененным размером, сформированной FZP с увеличением N , а интересующая часть испытательной диаграммы увеличена на рисунке 2f. В следующем тексте полосы синего, оранжевого и зеленого цветов на рисунке 2f названы элементами 2.2, 2.3 и 2.4 соответственно с шириной 1,36 мкм м, 1,18 мкм м и 0,99 мкм м на плоскости изображения. Рисунки 2а-д выполнены с полностью некогерентным источником 11 кэВ . Расстояние от объекта до ФЗП составляет 3 f , что приводит к созданию изображения на расстоянии 1,5 f . Из рисунков 2a-e видно, что по мере увеличения N изображение первого порядка становится более четким. Поскольку радиус ЗТП при этом расширяется вдоль N , поле зрения увеличивается.

Рис 2.

( a—e ) Цифровые изображения испытательной мишени ВВС США 1951 г. в ложных цветах, снятые ФЗП с разным количеством зон при полностью некогерентном освещении. Объект — дистанция ФЗП 3f и расстояние FZP-изображения равно 1,5 f . Размер каждого изображения составляет 200 × 200 мкм м ² . (f) Увеличенная интересующая часть на тестовой диаграмме: для следующей части синие, оранжевые и зеленые элементы столбцов в группе 2 отмечены соответственно как элементы 2.2, 2.3 и 2.4.

Измерив контраст рис. 2 a–e, мы отмечаем, что максимальное значение контраста составляет всего 0,2 (см. рис. 7 в Справочнике [17]). Чтобы изучить его происхождение, мы смоделировали формирование изображения с помощью теоретической идеальной преломляющей линзы. Предполагается, что ФЗП на рис. 2 можно заменить преломляющими линзами с той же числовой апертурой (ЧА), пропускание преломляющей линзы t _{Объектив} ( x, y ) определяется как

, где R и f — радиус и фокусное расстояние объектива соответственно.

Группа изображений, образованных преломляющей линзой, моделируется с той же структурой, что и на Рисунке 2, показанной на Рисунке 3. Для простоты сравнения с Рисунком 2 числовая апертура преломляющей линзы записана как функция количества зон . По сравнению с рисунком 2 интенсивность изображений преломляющей линзы, очевидно, более однородна, и вокруг изображения больше нет ореола. Значение контраста, измеренное по изображениям преломляющей линзы, может достигать максимум 0,9.4, намного выше, чем у изображений FZP (см. рис. 9 в [17]). Это связано с тем, что изображение FZP первого порядка перекрывается с изображениями других порядков, что приводит к яркому и сложному фону.

Рис. 3.

Цифровые изображения испытательной мишени ВВС США 1951 г. в искусственных цветах, полученные с помощью преломляющей линзы при полностью некогерентном освещении. Числовая апертура преломляющей линзы равна числовой апертуре ФЗП при числе зон ФЗП 5, 20, 40, 60 и 100. Каждый размер изображения равен 200 × 200 мкм м ² .

3.2

Полностью когерентный случай

Сохраняя ту же конфигурацию, что и для полностью некогерентного случая, в этом разделе мы обсудим характеристики визуализации FZP при полностью когерентном освещении. Смоделированные изображения FZP в зависимости от N показаны на рисунке 4. По мере увеличения N изображение FZP первого порядка становится более четким, в то время как изображения других порядков гораздо более очевидны в полностью когерентном случае, чем в полностью некогерентных изображениях. Чтобы более наглядно визуализировать различия изображений FZP при различных условиях когерентности, на рисунке 5 показаны рядом полностью некогерентные и полностью когерентные изображения FZP для N = 100. В отличие от изображений других порядков с распознаваемыми деталями в полностью когерентном случае, мы можем видеть только диффузное гало, перекрывающее изображение первого порядка в полностью некогерентном случае. Действительно, перекрытие изображений разного порядка существенно ухудшает качество изображения первого порядка по сравнению с полностью некогерентным случаем.

Рис 4.

Цифровые изображения испытательной мишени ВВС США 1951 г. в ложных цветах, полученные ФЗП с разным количеством зон при полностью когерентном освещении. Объект — дистанция ФЗП 3f и расстояние FZP-изображения равно 1,5 f , как и на рис. 2. Размер каждого изображения составляет 160 × 160 µ м ² .

Рисунок 5.

Сравнение полностью некогерентных и полностью когерентных изображений, сформированных с помощью ФЗП. Изображения других порядков становятся более заметными в полностью когерентном случае, чем в полностью некогерентном случае, что значительно ухудшает качество изображения первого порядка. N равно 100. Размер каждого изображения 160 × 160 мкм м ² .

Чтобы выявить характеристики изображения FZP, мы можем сравнить рисунок 4 с рисунком 6. Набор изображений на рисунке 6 смоделирован с использованием преломляющих линз с той же числовой апертурой, что и у FZP на рисунке 4. Без влияния изображения разных порядков, изображения преломляющей линзы более четкие и заметные, чем изображения FZP. С другой стороны, мы можем видеть дифракционные картины каждого элемента тестовой таблицы при полностью когерентном освещении на рисунке 6, который показывает влияние когерентности на изображение. При более внимательном наблюдении мы также можем обнаружить изменения дифракционной картины при различных N , что связано с расходимостью источника в нашей модели. Изображения можно рассматривать как результат коллективной интерференции между каждой точкой тестовой таблицы. Затем изменение дифракционной картины приводит к колебаниям интенсивности изображения вдоль N . В полностью когерентном случае сильная интерференция приводит к более сложным изображениям. Сложно количественно оценить эволюцию изображения по контрасту, используемому в полностью некогерентном случае.

Рисунок 6.

Цифровые изображения испытательной мишени ВВС США 1951 г. в искусственных цветах, полученные с помощью преломляющей линзы с различным количеством зон при полностью когерентном освещении. Числовая апертура преломляющей линзы равна числовой апертуре ФЗП на рис. 4 при числе зон ФЗП 5, 20, 40, 60 и 100. Каждый размер изображения составляет 160 × 160 µ м ² .

4.

ВЫВОДЫ

В этой статье был введен метод моделирования, основанный на скалярной дифракции. Представленный метод позволяет моделировать изображения, формируемые ФЗП, с разными параметрами и при разных условиях когерентности. Влияние числа зон на формирование изображения обсуждалось в полностью некогерентных и полностью когерентных условиях, особенно в случае очень малого числа зон. Результаты показали, что на удивление изображение может быть сформировано с числом зон всего 5. Однако из-за перекрытия разных порядков ФЗП изображения имеют относительно низкий контраст, и это влияние других порядков становится более важным в полностью когерентном случае, чем в полностью некогерентном случае. Результаты, представленные в этой статье, содержат полезную информацию для проектирования FZP для интегральной системы визуализации в рентгеновском излучении. Будущие исследования могут быть расширены до осевого эффекта количества зон, формирования изображений в случае частично когерентного луча и применения на полной настройке интегральной системы визуализации.

БЛАГОДАРНОСТЬ

Эта работа финансировалась в рамках исследовательской и инновационной программы Horizon 2020 Европейского Союза в рамках соглашения о гранте № 871124 Laserlab-Europe, а также в рамках проекта Prematuration 2019 от IP Paris.

ССЫЛКИ

[1] 

Ван Даатселар А., Ван дер Стелт П. и Винен Дж., «Влияние количества проекций на качество изображения локальной компьютерной томографии». Зубо-челюстно-лицевая радиология, 33 (6), 361 –369 (2004). https://doi.org/10.1259/dmfr/23496562 Академия Google

[2] 

Де Гонсалес А.Б., Махеш М., Ким К.-П., Бхаргаван М., Льюис Р., Меттлер Ф. и Лэнд К., «Прогнозируемый риск развития рака по результатам компьютерной томографии, проведенной в США в 2007 г.», Архив внутренних болезней, 169 (22), 2071 –2077 (2009). https://doi.org/10.1001/archinternmed.2009.440 Академия Google

[3]

Мэтьюз Дж. Д., Форсайт А. В., Брейди З., Батлер М. В., Гёрген С. К., Бирнс Г. Б., Джайлз Г. Г., Уоллес А. Б., Андерсон П. Р., Гайвер Т. А., «Риск рака у 680 000 человек, подвергшихся компьютерной томографии в детстве или подростковом возрасте: исследование связи данных 11 миллионов австралийцев», (2013). https://doi.org/10.1136/bmj.f2360 Академия Google

[4]

Липпманн Г., «Epreuves reversibles donnant la sens du Relief», (1908). https://doi.org/10.1051/jphystap:019080070082100 Академия Google

[5]

Нг Р., Левой М., Бредиф М., Дюваль Г., Горовиц М. и Ханрахан П., «Фотосъемка светового поля ручной пленоптической камерой», Стэндфордский Университет, (2005). Google ученый

[6] 

Тиан, Л. и Уоллер, Л., «Трехмерное изображение интенсивности и фазы на основе измерений светового поля в микроскопе со светодиодной матрицей», оптика, 2 (2), 104 –111 (2015). https://doi.org/10.1364/OPTICA.2.000104 Академия Google

[7] 

Уилберн Б., Джоши Н., Вайш В., Талвала Э.-В., Антунес Э., Барт А., Адамс А., Горовиц М., и Левой, М., «Высококачественная визуализация с использованием больших массивов камер», Документы ACM SIGGRAPH 2005, 765 –776 (2005). https://doi.org/10.1145/1186822 Академия Google

[8] 

Георгиев Т. Г., Чжэн К. С., Курлесс Б., Салесин Д., Наяр С. К. и Интвала С., «Компромисс пространственно-углового разрешения в интегральной фотографии», Техники рендеринга 2006(263-272), 21 (2006). Google ученый

[9] 

Вирарагхаван А., Раскар Р., Агравал А., Мохан А. и Тамблин Дж., «Пятнистая фотография: камеры с улучшенными масками для гетеродинированных световых полей и перефокусировки кодированной апертуры», АКМ Транс. График, 26 (3), 69 (2007). https://doi.org/10.1145/1276377.1276463 Академия Google

[10] 

Аттвуд Д. и Сакдинават А., «[Рентгеновские лучи и экстремальное ультрафиолетовое излучение: принципы и приложения]», Издательство Кембриджского университета (2017).

[11]

Эрко А., Идир М., Крист Т. и Мишетт А. Г., «[Современные разработки в области рентгеновской и нейтронной оптики]», 137 Спрингер (2008). Google ученый

[12]

Ле Пап, С., Зейтун, П., Идир, М., Дез, П., Рос, Д., Карильон, А., Рока, Дж., и Франсуа, М., «Измерения волнового фронта в мягком рентгеновском диапазоне», Европейский физический журнал «Прикладная физика», 20 (3), 197 –203 (2002). https://doi.org/10.1051/epjap:2002092 Академия Google

[13]

Ле Пап, С., Зейтун, П., Идир, М., Дез, П., Рокка, Дж., и Франсуа, М., «Измерения распределения электромагнитного поля в диапазоне мягкого рентгеновского излучения: полная характеристика лазерного луча мягкого рентгеновского излучения». Письма с физическим обзором, 88 (18), 183901 (2002). https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.88.183901 Академия Google

[14] 

Зейтун, П., Балкоу, П., Букур, С., Дельмотт, Ф., Довиллер, Г., Дуйе, Д., Данн, Дж., Фавр, Г.

[15] 

Гаскилл, Дж., «[Линейные системы, преобразования Фурье и оптика]», 576 Уайли (1978). Google ученый

[16]

Гудман, Дж. В., Введение в оптику Фурье, издательство Roberts and Company Publishers (2005). Google ученый

[17]

Ли, Ю., Де Ларошфуко, О., и Зейтун, П., «Моделирование производительности изображения пластины зоны Френеля с количеством зон», Датчики, 20 (22), 6649(2020). https://doi.org/10.3390/s20226649 Академия Google