CN111192357A - 微尺度颗粒物中元素三维成像的方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本说明书提供一种微尺度颗粒物中元素三维成像的方法和系统，方法包括：在各个照射角度，采用第一波长的X射线照射微尺度颗粒物而形成第一特征图像，以及采用第二波长的X射线照射微尺度颗粒物而形成第二特征图像；比较同一照射角度获取的第一特征图像和第二特征图像，获得灰度差异图像；基于各个照射角度对应的灰度差异图像，采用三维重构技术获得目标元素的三维图像；其中：第一波长的X射线的能量大于或等于目标元素的吸收边处能量，所述第二波长的X射线的能量为所述目标元素的吸收边前能量；所述第一波长的X射线和所述第二波长的X射线为软X射线、中能X射线或者硬X射线。
Description
技术领域
本发明涉及高能物理技术和核分析技术领域，尤其涉及微尺度颗粒物中元素三维成像的方法和系统。
背景技术
诸如雾霾颗粒等成分复杂的微尺度颗粒由多种元素(元素还可能呈现不同的相态)组成，各种元素在微尺度颗粒物中呈现复杂的三维空间分布。
透镜电子显微镜(Transmission Electron Microscope，TEM)和能量分布X射线能谱(Energy Dispersive Spectroscopy，EDS)连用的方法仅能实现成分复杂微尺度颗粒物二维形貌特征的高分辨率成像和元素组成的分析，并不能获取元素在成分复杂颗粒中的三维空间分布信息。类似的，红外或拉曼显微成像与扫描电子显微镜(Scanning ElectronMicroscope，SEM)结合的方法，也仅能获得成分复杂微尺度颗粒物中元素的二维分布图像，也不能实现微尺度颗粒物中元素的三维空间分布成像；并且，此种方法的分辨精度也不足以表征亚微米级微尺度颗粒物的元素分布特征。
为解析成分复杂颗粒的三维空间分布，行业内已开始采用二维离子质谱法(secondary ion mass spectroscopy，SIMS)。这一方法能够同时获得成分复杂颗粒中多种无机元素和有机官能团的含量，便于进行元素间相互关系和元素间结合状态的分析，其还可以获得微尺度颗粒物中元素的大致三维图像。但是，SIMS方法的成像分辨率尚不足以清晰地表征元素在成分复杂颗粒上的细节分布，采用其获得的大致三维图像并不能直接用于追踪和理解微尺度颗粒物的形成和反应机理。此外，因为质谱分析的原理性限制，SIMS方法对微尺度颗粒物样品具有破坏性，采用此种方法处理后的微尺度颗粒物结构特性已经发生变化。
发明内容
本说明书提供一种成像方法和成像系统，能够无损地获得微尺度颗粒物中目标元素的三维图像，并且三维图像可以较为精准地再现目标元素分布细节特征。
本说明书提供一种微尺度颗粒物中元素三维成像的方法，用于获取所述微尺度颗粒物中目标元素的三维图像，包括：
在各个照射角度，采用第一波长的X射线照射所述微尺度颗粒物而形成第一特征图像，以及采用第二波长的X射线照射所述微尺度颗粒物而形成第二特征图像；
比较同一照射角度获取的第一特征图像和第二特征图像，，获得灰度差异图像；
基于各个照射角度对应的所述灰度差异图像，采用三维重构技术获得所述目标元素的三维图像；
其中：所述第一波长的X射线的能量大于或等于所述目标元素的吸收边处能量，所所述第二波长的X射线的能量为所述目标元素的吸收边前能量；所述第一波长的X射线和所述第二波长的X射线为软X射线、中能X射线或者硬X射线。
可选的，所述方法还包括：
基于各个照射角度获取的所述第一特征图像或者所述第二特征图像，采用三维重构技术获得所述微尺度颗粒物的三维图像；
基于所述目标元素的三维图像和所述微尺度颗粒物的三维图像，获得表征所述目标元素在所述微尺度颗粒物中分布特征的三维图像。
可选的，采用第一波长的X射线照射所述微尺度颗粒物而形成第一波长图像，以及采用第二波长的X射线照射所述微尺度颗粒物而形成第二特征图像前，还包括：
调整所述微尺度颗粒物在样品载物台上的状态，以使所述微尺度颗粒物以单颗粒形式分散。
可选的，在各个照射角度，采用第一波长的X射线照射所述微尺度颗粒物而形成第一波长的X射线图像，以及采用第二波长的X射线照射所述微尺度颗粒物而形成第一特征图像和第二特征图像，包括：
在第一波长的X射线照射所述微尺度颗粒物的情况下，使所述样品载物台绕固定转轴旋转，获得各个照射角度对应的第一特征图像；以及，
在第二波长的X射线照射所述微尺度颗粒物的情况下，使所述样品载物台绕固定转轴旋转，获得各个照射角度对应的第二特征图像。
可选的，根据所述微尺度颗粒物的物质特性，确定减少所述微尺度颗粒物受辐射损伤的低温环境；
在所述低温环境下，采用第一波长的X射线照射所述微尺度颗粒物，以及，采用第一波长的X射线照射所述微尺度颗粒物。
另一方面，本说明书提供一种微尺度颗粒物中元素三维成像的系统，包括：
成像装置，用于在各个照射角度，采用第一波长的X射线照射所述微尺度颗粒物而形成第一特征图像，以及采用第二波长的X射线照射所述微尺度颗粒物而形成第二特征图像；
图像处理装置，用于比较同一照射角度获取的第一特征图像和第二特征图像，获得灰度差异图像；以及，基于各个角度对应的所述灰度差异图像，采用三维重构技术获得所述目标元素的三维图像；
其中：所述第一波长的X射线的能量大于或等于所述目标元素的吸收边处能量，所述第二波长的X射线的能量为所述目标元素的吸收边前能量；所述第一波长的X射线和所述第二波长的X射线为软X射线、中能X射线或者硬X射线。
可选的，所述图像处理装置还用于，基于各个照射角度获取的所述第一特征图像或者所述第二特征图像，采用三维重构技术获得所述微尺度颗粒物的三维图像；以及，
基于所述目标元素的三维图像和所述微尺度颗粒物的三维图像，获得表征所述目标元素在所述微尺度颗粒物中分布特征的三维图像。
可选的，所述系统还包括组分分析装置，用于确定所述微尺度颗粒物中的主要元素；
所述成像装置还用于，在各个照射角度，采用第三波长的X射线照射所述微尺度颗粒物而形成第三特征图像；所述第三波长的X射线的能量等于所述主要元素的吸收边能量；
所述图像处理装置还用于，基于各个角度对应的所述第三特征图像，采用三维重构技术获得所述微尺度颗粒物的三维图像；以及，
基于所述目标元素的三维图像和所述微尺度颗粒物的三维图像，获得表征所述目标元素在所述微尺度颗粒物中分布特征的三维图像。
可选的，所述成像装置还包括制冷子装置；所述制冷子装置用于使所述微尺度颗粒物在低温环境下被所述第一波长的X射线和所述第二波长的X射线照射。
本说明书提供的方法基于目标元素的吸收边，采用两种不同波长的的X射线在各个照射角度照射微尺度颗粒物，形成两种不同条件下的特征图像；基于两种不同条件下的特征图像，确定目标元素在各个照射角度的成像差异，并基于成像差异合成了目标元素的三维图像。
本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。
附图说明
附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
图1是实施例一提供的微尺度颗粒物中元素三维成像方法的流程图；
图2是实施例四在各种照射角度获得的二维图像；
图3是实施例四形成的雾霾颗粒物外观三维图像；
图4是实施例五提供的微尺度颗粒物中元素三维成像的系统的结构示意图；
其中：11-成像装置，12-图像处理装置。
具体实施方式
下面结合附图来具体描述本说明书的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本说明书的实施例一起用于阐释本说明书的原理，并非用于限定本说明书的范围。
实施例一
实施例一提供一种用于实现微尺度颗粒物中元素的三维成像的方法。图1是实施例一提供的微尺度颗粒物中元素三维成像方法的流程图。如图1所示，实施例一提供的方法包括步骤S101-S103。
应当注意是，本实施例中提及的颗粒物为由多种元素组成的颗粒物，并不是单一元素组成的单质颗粒物。本实施例提及的微尺度指的是微米级、纳米级尺度；实际应用中，微尺度的尺度范围在100nm-500μm范围内。颗粒物可以是病毒、细菌、细胞、微米尺度药物、药物载体、大气颗粒物、岩土、化石、矿物、催化剂和半导体器件颗粒物。
另外，微尺度颗粒物应当做广义的理解，具体应用中，颗粒物可能在三个空间维度上均具有微尺度尺寸特征，也可能仅在两个空间维度上具有微尺度尺寸特征。
S101：在各个照射角度，采用第一波长的X射线照射微尺度颗粒物而形成第一特征图像，以及采用第二波长的X射线照射微尺度颗粒形成第二特征图像。
在步骤S101中，第一波长的X射线和第二波长的X射线为软X射线、中能X射线或者硬X射线，并且第一波长的X射线的能量大于或者等于目标元素的吸收边处能量，第二波长的X射线的能量小于目标元素的吸收边处能量(也就是说，第二波长的X射线的能量为目标元素的吸收边前能量)。
X射线在穿过微尺度颗粒物时，与微尺度颗粒物中的元素的电子相互作用，发生光电吸收、散射等作用，使得出射方向的光子数量减少。因为微尺度颗粒物不同位置处的厚度(在X射线照射方向所在维度)，不同位置处的元素分布不同，所以X射线照射微尺度颗粒物后不同位置形成的出射光线强度不同，不同强度的出射光照射到成像设备上后，即可以形成对应照射角度下表征微尺度颗粒物特征的图像。
因为第一波长的X射线的能量大于或者等于目标元素的吸收边处能量，所以采用第一波长的X射线照射微尺度颗粒物形成的第一特征图像具有目标元素吸收指纹谱特征。因为第二波长的X射线的能量小于目标元素的吸收边处能量，所以采用第二波长的X射线照射微尺度颗粒物形成的第二特征图像并不具有目标元素吸收指纹谱特征。
应当注意，虽然前文提及第一波长的X射线的能量大于或等于目标元素的吸收边处能量，但是实际应用中，应当尽可能地保证第一波长的X射线的能量等于目标元素的吸收边处能量，主要原因以下两点：(1)目标元素多为一个特定元素，采用大于目标元素吸收边处能量的射线照射，则射线能量还可能使得其他元素的吸收指纹谱特征呈现在第一特征图像中。(2)在第一波长的X射线能量等于目标元素的吸收边处能量的情况下，目标元素对第一波长的X射线的吸收特性最好，可以使各个第一特征图像更好地呈现目标元素的吸收指纹谱特征。
S102：比较同一照射角度获取的第一特征图像和第二特征图像，获得灰度差异图像。
在步骤S102中，将同一照射角度的第一特征图像和第二特性图像进行比较，获得的灰度差异图像排除了微尺度颗粒物的整体性结构特征，而更多的表现了目标元素的结构性特征。
S103：基于各个照射角度对应的灰度差异图像，采用三维重构技术获得目标元素的三维图像。
应当注意，前述步骤S101和S102中，获得的第一特征图像和第二特征图像中的像素灰度可以为根据入射X射线的强度和出射X射线的强度求取的密度值。在一个应用中，光学密度
其中，II为入射X射线的光强度，IO为出射X射线的光强度。
步骤S103中，采用计算机三维重构技术，将各个灰度差异图像进行整合处理；前述的三维重构技术是已经在医学和工件探伤领域采用的成熟化数字成像技术，本说明书实施例不再对其进行展开描述，具体原理性说明可以参见已公开的技术文献或者相关软件供应商提供的技术资料。
通过前述方法可知，本实施例的方法基于目标元素的吸收边，采用两种不同波长的射线在各个照射角度照射微尺度颗粒物，形成两种不同条件下的特征图像；基于两种不同条件下的特征图像，确定目标元素在各个照射角度的成像差异，并基于成像差异合成了目标元素的三维图像。
实际应用中，针对不同类型的微尺度颗粒物和对应的测试目标，需要选择特定的X射线。具体的，需要根据微尺度颗粒物中目标元素的吸收边(例如K吸收边、L3吸收边、M5吸收边)对应的能量等级，以及微尺度颗粒物的尺寸和元素组成，选择合适的X射线。
例如，针对尺度范围在5-500μm区间的颗粒物，可以采用硬X射线照射；针对尺度范围在5μm下的颗粒物，可以采用软X射线照射。
根据前文表述，第一特征图像和第二特征图像比较获得的灰度差异图像用于构建表示目标元素空间分布的三维图像。因此，为了避免引入其他元素的吸收特性的干扰，第二波长的X射线的能量最好在微尺度颗粒物中其他元素的吸收边能量范围之外。
本说明书实施例一个具体应用中，微尺度颗粒物包含有机物；为减少测试过程中对微尺度颗粒物结构的损伤，对微尺度颗粒物的照射成像工作在低温环境下进行。在实际操作中，可以根据微尺度颗粒中有机物特征确定低温环境合理的温度范围，并在此温度范围的低温环境下进行照射成像。
另外，在一些应用中，还可以第一波长的X射线和第二波长的X射线的能量小于微尺度颗粒物中主要元素的吸收边前能量，以减少微尺度颗粒物对两种波长的X射线的吸收效率，继而减少因为的X射线被吸收造成的辐射损伤。
在另外一些具体应用中，微尺度颗粒物为诸如催化剂材料、药物制剂材料、半导体材料的无机颗粒，此使对微尺度颗粒物的成像可以在常温或者高温条件下进行。
另外，为了减少空气组分对成像精度的影响，前述的成像环境还应当是真空环境。
实施例二
在施例一中，各个灰度差异图表示了目标元素的分布特性，因此采用各个灰度差异图合成的三维图像仅是表征目标元素空间分布的三维图像，并不能表征目标元素在微尺度颗粒物中的空间分布特征。
为表征目标元素在微尺度颗粒物中的空间分布特征，本说明书实施例二提供的方法包括步骤S201-S205。
S201：在各个照射角度，采用第一波长的X射线照射微尺度颗粒物而形成第一特征图像，以及采用第二波长的X射线照射微尺度颗粒物形成第二特征图像。
S202：比较同一照射角度获取的第一特征图像和第二特征图像，获得灰度差异图像。
S203：基于各个照射角度对应的灰度差异图像，采用三维重构技术获得目标元素的三维图像。
前述的步骤S201-S203的过程与实施例一中步骤类似，此处不再复述。
S204：基于各个照射角度获取的第一特征图像，采用三维重构技术获得微尺度颗粒物的三维图像。
步骤S204形成三维图像的方法与步骤S203的方法相同，仅是在步骤S204中用于合成图像的基础数据为第一特征图像。因为仅采用第一图像数据合成图像，所以三维图像再现了微尺度颗粒物在第一波长的X射线照射时呈现的结构特征。
当然，在其他实施例中，也可以基于各个照射角度的第二特征图像，采用三维重构技术获得微尺度颗粒物的三维图像；此使，三维图像再现了微尺度颗粒物在第二波长的X射线照射时呈现的结构特征。
S205：基于目标元素的三维图像和微尺度颗粒物的三维图像，获得表征目标元素在微尺度颗粒物中分布的三维图像。
在步骤S205中，微尺度颗粒物的三维图像数据和目标元素的三维图像数据被整合到了一个数据体中，通过可视化显示技术输出前述整合的数据体，即可以得到表征目标元素在微尺度颗粒物中分布特征的三维图像。
应当注意，前述整合过程中，需要使目标元素的三维图像和微尺度颗粒物的三维图像具有相同的坐标原点，以保证合成后的三维图像真实表征目标元素在微尺度颗粒物中的分布状态。
还应当注意的是，步骤S204和步骤S201-S202是相互独立的，二者执行顺序并不分先后。
实施例三
在实施例二中，第一波长的X射线和第二波长的X射线是针对目标元素三维成像专门选定，利用二者获得的微尺度颗粒物三维图像可能并不能较为精准地再现微尺度颗粒物的三维特征。
实施例三提供另外一种确定目标元素在微尺度颗粒物中分布三维特征的方法，包括步骤S301-S305。
S301：在各个照射角度，采用第一波长的X射线照射微尺度颗粒物而形成第一特征图像，以及采用第二波长的X射线照射微尺度颗粒形成第二特征图像。
S302：比较同一照射角度获取的第一特征图像和第二特征图像，获得灰度差异图像。
S303：基于各个照射角度对应的灰度差异图像，采用三维重构技术获得目标元素的三维图像。
前述的步骤S301-S303的过程与实施例一中步骤类似，此处不再复述。
S304：确定微尺度颗粒物中的主要元素。
S305：在各个照射角度，采用第三波长的X射线照射微尺度颗粒物而形成第三特征图像。
S307：基于各个角度对应的第三特征图像，采用三维重构技术获得微尺度颗粒物的三维图像。
S308：基于目标元素的三维图像和微尺度颗粒物的三维图像，获得表征目标元素在所述颗粒物中分布的三维图像。
步骤S305中的第三波长的X射线也为软X射线、中能X射线或者硬X射线，其能量等于主要元素的吸收边能量，由此获得的第三特征图像，以及根据各个第三特征图像重构的三维图像能够更好地再现微尺度颗粒物的三维特征，因此能够更为精准地确定目标元素在微尺度颗粒物中的分布特征。
结合前述实施例二和实施例三的方法，在其他实施例中也可以采用其他波长的射线照射微尺度颗粒物获得特征图像，并基于多个特征图像构建微尺度颗粒物的三维图像。
在前述三个实施例具体操作过程中，用于产生各种波长的射线的光源为尺寸较大的同步辐射源。
为了适应同步辐射源的工作特性，微尺度颗粒物被设置在样品载物台上；在采用第一波长的X射线照射微尺度颗粒物，获得各个照射角度对应的第一特征图像时，样品载物台绕固定转轴旋转，并在对应的照射角度停留再采用第一波长的X射线照射；同样的，在采用第二波长的X射线照射微尺度颗粒物时，样品载物台也绕固定转轴旋转，并在对应照射角度停留后采用第一波长的X射线照射。
在其他应用中，也可以使得样品载物台绕着预设轴匀速转动，并通过控制成像设备在特定的时间点工作，获取微尺度颗粒在对应照射角度时的特征图像。
前述各个实施例中，为了保证成像代表单个颗粒物特征，微尺寸颗粒物在样品载物台上应当以单颗粒形式分散。因此，在进行照射呈现前，需要通过显微镜等设备观察和调整微尺度颗粒物在样品载物台上的状态，保证微尺度颗粒物以单颗粒形式分散；前述的样品载物台可以是铜网等金属网载体，也可以是氮化硅窗。
实施例四
实施例四以雾霾颗粒物研究对象，获取铁元素在雾霾颗粒物分布特征的三维图像。实施例中铁元素在雾霾颗粒物中分布特征的三维图像的方法包括步骤S401-S406。
S401：制作雾霾颗粒物试验样品。
步骤S401在常温常压条件下，将少量雾霾颗粒物覆盖在100目的载样铜网上；随后利用镊子夹住铜网的边缘，轻轻地抖落铜网上的雾霾颗粒物，使得铜网上保留一定数量的颗粒物，形成试验样品；抖动铜网后，在光学显微镜下观察雾霾颗粒物是否单颗粒形式分散，并确保铜网网格中的颗粒密度为3-6个/目。
S402：将载有雾霾颗粒物的铜网放入到同步辐射源配套的样品腔中，采用同步辐射源发出的X射线照射雾霾颗粒物，并通过X射线光学聚焦与信号检测系统(包括单色器、椭球聚焦镜、波带片、相移环、CCD或PMT探测器)形成第一特征图像和第二特征图像。
本实施例中，同步辐射源采用的中国科学技术大学的国家同步辐射实验室的BL07W线站。BL07W线站的成像分辨率可以达到30nm，满足了对微米级颗粒精准成像的要求。步骤S402的大体成像过程如下。
首先，调整同步辐射源输出的X射线至三价Fe元素的特征吸收L3边能量710eV，采用透透射透射X射线显微成像方式对颗粒物进行全场成像；其中样品旋转角度范围为-60°-60°，每1°采集一幅第一特征图像。
其次，调整同步辐射源输出的X射线至Fe元素的吸收边前能量702eV，也采用透射X射线显微成像方式对颗粒物进行全场成像。样品旋转角度也为-70°至70°，每0.5或1°采集一幅第二特征图像。
S403：比较第一特征图像和第二特征图像获得灰度差异图像。
步骤S403分别将各个角度拍摄的第一特征图像和第二特征图像进行比较，获得各个角度对应的灰度差异图像。
S404：采用三维重构技术，以各个角度的灰度差异图像为基础，构建Fe元素的三维图像。
S405：采用三维重构技术，以各个角度的第二特征图像为基础，构建雾霾颗粒物的三维图像。
S406：根据Fe元素的三维图像和雾霾颗粒物的三维图像，获得Fe元素在雾霾颗粒物中分布的三维图像。
图2是实施例四在各种照射角度获得的二维图像。如图2所示，其中，左侧两列表示了在702eV软X光照射获得的第二特征图像，中间两列表示了在710eV软X光照射下获得的第一特征图像，右侧两列表示了各个照射角度的第一特征图像和第二特征图像比对形成的灰度差异图像。
图3是实施例四形成的雾霾颗粒物外观三维图像。从图3可以清晰的地看出，Fe元素主要分布在雾霾颗粒物的表层附近。
本说明书实施例除了提供前述的微尺度颗粒物中元素三维成像的方法外，还提供了一种实现微尺度颗粒物中元素三维成像的系统。因为装置基于前述的系统实现，所以下文主要就系统的组成做介绍，相关的效果性说明可以参见前文方法表述。
实施例五
图4是实施例五提供的微尺度颗粒物中元素三维成像的系统的结构示意图。如图4所示，系统包括成像装置11和图像处理装置12。
成像装置11用于在各个照射角度，采用第一波长的X射线照射所述微尺度颗粒物而形成第一特征图像，以及采用第二波长的X射线照射所述微尺度颗粒物而形成第二特征图像；所述第一波长的X射线的能量大于或等于所述目标元素的吸收边处能量，所述第二波长的X射线的能量小于所述目标元素的吸收边处能量；所述第一波长的X射线和所述第二波长的X射线为软X射线、中能X射线或者硬X射线。
实际应用中，成像装置11可以是诸如前文所述的BL07W线站等类似的同步辐射源或商用显微CT的X射线源。
图像处理装置12用于比较同一照射角度获取的第一特征图像和第二特征图像，获得灰度差异图像；以及，基于各个角度对应的所述灰度差异图像，采用三维重构技术获得所述目标元素的三维图像。在大部分应用中，图像处理装置12为一安装图像分析、图像三维重构软件的计算机。
在一个具体实施例中，所述图像处理装置12还用于基于各个照射角度获取的所述第一特征图像或者所述第二特征图像，采用三维重构技术获得所述微尺度颗粒物的三维图像；以及，
基于所述目标元素的三维图像和所述微尺度颗粒物的三维图像，获得表征所述目标元素在所述微尺度颗粒物中分布特征的三维图像。
此外在一些应用中，系统还可以包括组分分析装置。组分分析装置用于确定所述微尺度颗粒物中的元素类型，。
在一些应用中，所述成像装置11还用于在各个照射角度，采用第三波长的X射线照射所述微尺度颗粒物而形成第三特征图像；所述第三波长的X射线的能量等于微尺度颗粒物中主要元素的吸收边能量；
对应的，图像处理装置12还用于基于各个角度对应的所述第三特征图像，采用三维重构技术获得所述微尺度颗粒物的三维图像；以及，
基于所述目标元素的三维图像和所述微尺度颗粒物的三维图像，获得表征所述目标元素在所述微尺度颗粒物中分布特征的三维图像。
在一些系统中，所述成像装置11还包括制冷子装置；所述制冷子装置用于使所述微尺度颗粒物在低温环境下被所述第一波长的X射线和所述第二波长的X射线照射。
本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法的全部或部分流程，可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，的程序可存储于计算机可读存储介质中。其中，计算机可读存储介质为磁盘、光盘、只读存储记忆体或随机存储记忆体等。
以上，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种微尺度颗粒物中元素三维成像的方法，用于获取所述微尺度颗粒物中目标元素的三维图像，其特征在于，包括：
在各个照射角度，采用第一波长的X射线照射所述微尺度颗粒物而形成第一特征图像，以及采用第二波长的X射线照射所述微尺度颗粒物而形成第二特征图像；
比较同一照射角度获取的第一特征图像和第二特征图像，获得灰度差异图像；
基于各个照射角度对应的所述灰度差异图像，采用三维重构技术获得所述目标元素的三维图像；
其中：所述第一波长的X射线的能量大于或等于所述目标元素的吸收边处能量，所述第二波长的X射线的能量为所述目标元素的吸收边前能量；所述第一波长的X射线和所述第二波长的X射线为软X射线、中能X射线或者硬X射线。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
基于各个照射角度获取的所述第一特征图像或者所述第二特征图像，采用三维重构技术获得所述微尺度颗粒物的三维图像；
基于所述目标元素的三维图像和所述微尺度颗粒物的三维图像，获得表征所述目标元素在所述微尺度颗粒物中分布特征的三维图像。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
确定所述微尺度颗粒物中的主要元素；
在各个照射角度，采用第三波长的X射线照射所述微尺度颗粒物而形成第三特征图像；所述第三波长的X射线的能量等于所述主要元素的X射线吸收边能量；
基于各个角度对应的所述第三特征图像，采用三维重构技术获得所述微尺度颗粒物的三维图像；
基于所述目标元素的三维图像和所述微尺度颗粒物的三维图像，获得表征所述目标元素在所述微尺度颗粒物中分布特征的三维图像。
4.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，采用第一波长的X射线照射所述微尺度颗粒物而形成第一波长图像，以及采用第二波长的X射线照射所述微尺度颗粒物而形成第二特征图像前，还包括：
调整所述微尺度颗粒物在样品载物台上的状态，以使所述微尺度颗粒物以单颗粒形式分散。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，
在各个照射角度，采用第一波长的X射线照射所述微尺度颗粒物而形成第一波长图像，以及采用第二波长的X射线照射所述微尺度颗粒物而形成第一特征图像和第二特征图像，包括：
在第一波长的X射线照射所述微尺度颗粒物的情况下，使所述样品载物台绕固定转轴旋转，获得各个照射角度对应的第一特征图像；以及，
在第二波长的X射线照射所述微尺度颗粒物的情况下，使所述样品载物台绕固定转轴旋转，获得各个照射角度对应的第二特征图像。
6.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，
根据所述微尺度颗粒物的物质特性，确定减少所述微尺度颗粒物受辐射损伤的低温环境；
在所述低温环境下，采用第一波长的X射线照射所述微尺度颗粒物，以及，采用第一波长的X射线照射所述微尺度颗粒物。
7.一种微尺度颗粒物中元素三维成像的系统，用于获取所述微尺度颗粒物中目标元素的三维图像，其特征在于，包括：
成像装置，用于在各个照射角度，采用第一波长的X射线照射所述微尺度颗粒物而形成第一特征图像，以及采用第二波长的X射线照射所述微尺度颗粒物而形成第二特征图像；
图像处理装置，用于比较同一照射角度获取的第一特征图像和第二特征图像，获得灰度差异图像；以及，基于各个角度对应的所述灰度差异图像，采用三维重构技术获得所述目标元素的三维图像；
其中：所述第一波长的X射线能量大于或等于所述目标元素的吸收边处能量，所述第二波长的X射线的能量为所述目标元素的吸收边前能量；所述第一波长的X射线和所述第二波长的X射线为软X射线、中能X射线或者硬X射线。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，
所述图像处理装置还用于，基于各个照射角度获取的所述第一特征图像或者所述第二特征图像，采用三维重构技术获得所述微尺度颗粒物的三维图像；以及，
基于所述目标元素的三维图像和所述微尺度颗粒物的三维图像，获得表征所述目标元素在所述微尺度颗粒物中分布特征的三维图像。
9.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，还包括组分分析装置，用于，确定所述微尺度颗粒物中的主要元素；
所述成像装置还用于，在各个照射角度，采用第三波长的X射线照射所述微尺度颗粒物而形成第三特征图像；所述第三波长的X射线的能量等于所述主要元素的吸收边能量；
所述图像处理装置还用于，基于各个角度对应的所述第三特征图像，采用三维重构技术获得所述微尺度颗粒物的三维图像；以及，
基于所述目标元素的三维图像和所述微尺度颗粒物的三维图像，获得表征所述目标元素在所述微尺度颗粒物中分布特征的三维图像。
10.根据权利要求7-9任一项所述的系统，其特征在于，
所述成像装置还包括制冷子装置；所述制冷子装置用于使所述微尺度颗粒物在低温环境下被所述第一波长的X射线和所述第二波长的X射线照射。
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