新的计算技术可以解析压缩的X射线数据

Argonne开发了一种新方法，可以更加清晰地看到难以进入的环境中的复杂材料物理。

通过合适的工具，科学家们可以拥有类似超人的X射线视觉，揭示隐藏在物体中的隐藏特征 - 但它非常复杂。

高级光子源(APS)是美国能源部(DOE)阿贡国家实验室的科学用户设施办公室，它为科学家们提供了可以在原子水平上照射的高穿透性X射线 - 其他深层物质结构。

APS的下一阶段，即APS升级，将今天的APS转变为世界领先的基于存储环的高能X射线光源，为科学家提供了一个更强大的工具，用于研究和改进材料和化学品几乎影响我们生活各个方面的过程。特别是，升级使得能够使用具有高能X射线的无透镜成像方法来克服光学限制，以在不透明样品内获得最高空间分辨率。

“它类似于通过观察石头产生的涟漪来确定扔进池塘的石头的形状和大小，除了三维外。如果你的像素尺寸足够小......你可以[实际] ......获得引起散射的物体的三维图像，“阿贡博士后研究员Siddharth Maddali指出。

然而，使用高能X射线进行深度穿透伴随着潜在的悬挂 - 深度穿透的X射线可能会受到当前探测器技术的限制。

“实际上，随着我们越来越高的X射线能量，探测器上的信号会越来越多地被压缩，”Maddali说。“我们为更多穿透性X射线支付的价格是记录数据的失真。”

在一项新研究中，阿贡的研究人员发现了一种克服这些局限性的新方法。

根据Argonne X射线物理学家Stefan Vogt的说法，这些限制就像使用低分辨率计算机显示器来观看高分辨率数码照片一样。“你无法看到原始图像的保真度，”他说。

该研究的作者马达利说，整体效果使图像看起来像素化。

因为从目标到探测器的距离是相对固定的，所以改善像素化X射线散射图像的分辨率 - 实质上是锐化它 - 需要计算算法来创建细分的“虚拟像素”，其可以重新分布像素化图像。然后，研究人员可以使用一种称为相位检索的过程，根据散射的X射线波前重建有关样本的真实空间信息。

“它类似于通过观察石头造成的涟漪来确定扔进池塘的石头的形状和大小，除了三维外，”Maddali说。“如果您的像素大小足够小，以便您可以看到波浪中的起伏，您可以通过计算处理这些图像并获得导致散射的物体的三维图像。”

通过以这种方式使用信号处理，科学家能够有效地计算校正图像，否则该图像将需要实验上不可能的透镜系统来解决。

科学家可以使用这种技术获得有关材料界面的更好信息，从而更好地理解并最终控制新材料的行为。

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