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使用Timepix3进行单掩模相位对比成像的虚拟亚像素方法
摘要： X射线相位衬度成像提供了一种区分密度和有效原子序数相近材料的方法，而传统X射线吸收衬度成像对此往往难以实现。近年来，多种利用非相干实验室光源获取X射线相位衬度图像的技术相继问世。单掩模边缘照明方案因其对纵向相干性和掩模对准的要求较低，且能在单次样品曝光中实现双向相位衬度成像，被证明是大范围应用的潜在候选方案。然而该方案的折射灵敏度（进而影响信噪比）受限于探测器伪影，且需要多次曝光才能完成暗场成像——这种能观测小于图像分辨率微结构的技术。我们提出采用搭载Timepix3像素读出芯片的Advapix探测器改进单掩模成像方案，通过利用Timepix3芯片同步获取单光子事件的快速到达时间和超过阈值时间测量能力，实现亚像素级单光子识别，从而提升相位衬度图像的信噪比。本文实验证明：与传统采集方法相比，采用单光子亚像素识别技术可使信噪比至少提高67±5%，大幅降低所需的样品辐射剂量。这表明Timepix3芯片在提升X射线相位衬度成像方面具有巨大潜力。此外，研究结果还显示单掩模边缘照明方案中采用Timepix3芯片有望实现单次样品曝光的暗场成像。
关键词： X射线探测器、X射线照相术与数字射线照相（DR）、数据处理方法、X射线检测
更新于2025-09-23 15:22:29
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适用于Timepix3探测器的USB 3.0读出系统，具备板载处理能力
摘要： Timepix3是一种高速混合像素探测器，由256×256像素矩阵构成，最大数据传输速率可达5.12 Gbps（80 MHit/s）。该ASIC芯片配备八个数据驱动且零抑制的数据通道，适用于粒子追踪和能谱成像。本文提出一种基于USB 3.0的可编程读出系统，具备在线预处理功能。现代计算机均配备USB 3.0接口，在实际条件下可实现约320 MB/s的传输速度，支持高达40 MHit/s的原始像素数据传输。通过在线处理，该读出系统能够实现更高传输速率（接近Timepix4水平），因其仅传输关键信息而非原始数据。该系统基于Opal Kelly开发板，采用Spartan 6 FPGA通过FX3芯片在FPGA与PC间建立USB 3.0接口，通过定制夹层卡以标准VHDCI连接器连接CERN Timepix3芯片板。固件划分为探测器接口、USB接口、系统控制及数据预处理接口等?？椤C端采用Qt/C++跨平台软件库控制读出系统，提供探测器功能访问并处理来自探测器的高速USB 3.0数据流。我们使用碲锌镉传感器演示了均衡化、校准及数据采集过程，并通过同步利用ToT（超过阈值时间）和ToA（到达时间）信息优化成像数据。当前或更大规模的FPGA可使该读出系统实现核粒子分析与分类等其他在线处理功能。
关键词： 探测器读出的前端电子学，探测器控制系统，X射线探测器，数据处理方法
更新于2025-09-09 09:28:46