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关键词： Jackson差分算子   Nevanlinna理论   对数Borel例外值   q-差分方程   增长性  

摘要： 在本文中,我们研究了 Jackson差分算子的值分布理论,并将其用来讨论亚纯函数的Jackson差分算子的对数Borel例外值的存在性以及复平面上线性Jackson q-差分方程A_n（z）Dq~nf（z）+…+A1（z）Dqf（z）+A0（z）f（z）=F（z）解的增长性.本文共分为四章. 第一章,简要介绍了 Nevanlinna理论的研究背景和q-差分方程的研究现状,其次介绍Nevanlinna理论中一些重要的结论和记号.最后对各类差分算子的Nevanlinna理论作简要概述. 第二章,研究了 Jackson差分算子的对数导数引理,并利用它得到了亚纯函数的Jackson差分算子的对数Borel例外值的存在性条件. 第三章,利用Jackson差分算子的Nevanlinna理论和亚纯函数φ级的概念,探究了复平面上线性Jackson q-差分方程解的增长性,得到当方程的系数满足某些条件时,方程解的增长估计. 第四章,一方面是对本论文的总结,另一方面是对未来研究工作的展望,提出了一些有待思考的问题.

关键词： 煤矸石与高岭土   X射线检测   图像预处理与图像增强   矿石分选系统   并行计算  

摘要： 高岭土是一种重要的矿产资源,广泛应用于建筑材料、塑料、橡胶、涂料等行业领域中。主要通过对矸石的煅烧提纯而成,如果直接将废弃矸石进行煅烧不仅会降低高岭土整体的生产效率还会产生大量的有害气体。为了能快速精准的将高品位高岭土的矸石预先分选(离)出来,只对提取出的矿石进行加工,进而提高高岭土的产出效率。本文以高低品位高岭土矿石为研究对象,搭建了基于GPU的双能X射线高岭土矿石分选识别系统。主要研究内容有以下4点: (1)以X射线透射规律和X射线衰减模型为理论基础,设计了一套精简的基于卷积神经网络的高岭土矿石图像分选识别系统,为高岭土的高效制备提供了一种可行性方法; (2)针对X射线成像过程中的噪声和图像对比度不高问题,研究了相关降噪算法和图像增强方案。对不同的滤波算法之间的有效性进行验证,对比之后,提出了基于双边滤波的直方图均衡化融合算法(HEBF)对图像数据质量进行了有效改善; (3)针对小样本高岭土矿石图像数据集的训练易产生过拟合问题,引用了数据增广方法对数据集进行合理化扩充,在此基础上,提出了一种改进ResNet50算法,该算法增添了新的特征提取方案,降低了网络训练产生参数量。与其他几种传统ResNet算法相比,分类精确度提升接近5%,对比GoogLeNet网络,保证了精度相近的同时,提高了接近4倍网络推理速度,验证了本文所建立的改进ResNet50网络在高岭土矿石数据集分选的可行性和鲁棒性; (4)分析了CPU与GPU的硬件差异,对比了改进网络在两种硬件环境下的推理效果,评测了GPU并行架构的优越性; 通过对双能X射线的矿石分选系统的软硬件研究,制作了一批有效的高岭土矿石数据集,测试了改进网络对高岭土矿石图像的分选精度,证明了本文所提出的改进模型的有效性及鲁棒性,满足了日常实验与矿产企业的基本生产需求。

摘要： Positron emission tomography (PET) with [18F]-fludeoxyglucose (FDG) can visualize the spatial pattern of glucose hypometabolism related to neurodegeneration in brain imaging. In PET imaging, the partial volume effect often degrades image quality due to the limited spatial resolution of PET scanners. With access only to image space data, this study aims to develop a fully deep-learning (DL)-based partial volume correction (PVC) method, eliminating the need to assume the system point spread function during correction. Inspired by the existing framework of the DL-based image fusion model, we propose a novel imaging modality, MRI-styled PET, leveraging anatomical information from T1-weighted magnetic resonance imaging (T1-MRI) to enhance structural details in FDG-PET. The proposed framework consists of a baseline encoder-decoder image fusion model with dual encoder branches and two auxiliary modality conversion networks; additionally, it includes a series of task-specific modules designed to facilitate the transition from image fusion to anatomy-guided DL-based PVC. First, substituting the anatomical input source, T1-MRI, with ideal tracer maps resulted in effective correction in the underestimation of gray matter and the underestimation of white matter. Subsequently, two novel loss functions were introduced to enhance local and global tissue contrast: the adaptive multi-scale structural similarity loss and tissue-aware boundary loss. In addition, the proposed cross-attention fusion strategy outperformed other fusion strategies by incorporating cross-modality information exchange and utilizing trainable parameters for feature extraction and fusion. Compared to a reference anatomy-guided post-reconstruction PVC-PET method, MRI-styled PET demonstrated significantly higher structural similarity (SSIM) and peak signal-to-noise ratio (PSNR) than the baseline image fusion model (Baseline), showcasing the effectiveness of the proposed task-specific modules. In several Alzheim

关键词： 钙钛矿   纳米晶体   聚丙烯   原位生长法   缺陷钝化  

摘要： 稳定、高效的辐射探测器是高能射线在医学成像、工业无损检测、安全检查、环境监测、核科学与技术、空间辐射探测以及高能物理等领域应用的关键,研制高性能的辐射探测材料具有重要应用价值。全无机钙钛矿CsPbBr3纳米晶体具有将X射线光子转换成可见光的性质,因此其作为高能射线探测材料具有重要研究价值。但金属卤化物钙钛矿晶体本身的离子晶体性质和低形成能,在高湿度环境下晶体结构易遭到破坏,严重阻碍了它的发展。采用聚合物作为表面包覆材料不仅保持了纳米晶体本身优异光学性能,而且制备过程相对简单,易于大规模的工业化生产,同时赋予了材料优异的机械性能和可加工性,因此金属卤化物钙钛矿纳米晶体/聚合物复合材料在未来光学器件领域有着广阔的应用前景。 本论文从设计原位制备工艺出发,通过熔融共混的方式合成了具有优异探测性能、高稳定性的CsPbBr3/PP复合闪烁体材料。以CsPbBr3前驱体盐和PP为原料,通过熔融共混的方式实现了纳米晶体在PP中的原位生长。研究结果表明复合材料具有45%的光致发光量子产率（PLQY）,对X射线具有良好线性响应,实现了对胶囊内金属弹簧的X射线成像。并且复合材料具有优异的稳定性,在水中浸泡30天后仍然保持初始发光的95%以上,在伽马射线累计照射200 k Gyair后,保持初始发光的95%以上。在70℃高温环境中放置24小时后,仍保持初始发光强度的90%以上。 在原位生长法制备CsPbBr3/PP复合闪烁体材料的过程中,发现前驱体含量超过2.66%后,复合材料的光致发光性能会明显降低。因此,论文还采用两步法的方式制备了CsPbBr3/PP复合闪烁体材料。首先通过热注入的方式合成了CsPbBr3纳米晶体,再通过熔融共混的方式将CsPbBr3纳米晶体与PP进行复合。为提升CsPbBr3/PP复合闪烁体材料的辐射探测性能,对CsPbBr3/PP复合闪烁体材料进行后处理,利用聚合物溶胀作用与表面配体钝化策略,钝化聚合物内部的CsPbBr3晶体表面缺陷,减少了晶体的非辐射复合中心,增强了材料的光致发光,提升了其辐射探测性能。研究结果表明,钝化处理后复合材料在365 nm紫外光下的光致发光强度提升10倍,PLQY由63%提升至83%,且X射线成像性能进一步提升,钝化处理后复合膜仍具有优异的成像稳定性及水稳定性。

关键词： 伽马射线暴   X射线耀发   高纬辐射  

摘要： 伽马射线暴（简称伽马暴,GRBs）是宇宙中最剧烈的爆发现象,通常由瞬时辐射和余辉辐射两部分组成。X射线耀发是指X射线余辉阶段中的突起或大鼓包现象,大约三分之一的Swift伽马暴都显示出显著的X射线耀发。然而,X射线耀发的物理起源至今仍是一个谜。先前的研究表明X射线耀发与伽马暴瞬时辐射脉冲具有相似的性质,两者可能来自相同起源。在本文中,我们从光变和高纬辐射角度对X射线耀发进行分析,试图为X射线耀发的起源提供一些线索。 首先,我们搜寻了 12个同时具有多脉冲和多耀发的伽马暴,第一次系统的研究了伽马暴内部多脉冲和多耀发的演化行为（包括宽度,峰值时间,上升时间,衰减时间以及能谱延迟）,发现这些相关性在伽马暴内部也存在,尽管不同的伽马暴演化斜率不同。通过对单个伽马暴的研究,我们发现脉冲和耀发的半宽（ω）以及半宽比（r/d）对能量的依赖性与瞬时辐射脉冲类似,得到两个幂律指数的均值分别为-0.42和0.07。脉冲和耀发的正延迟占比分别为83%和92%,耀发的延迟值比脉冲大。研究显示“暴内”脉冲和耀发的整体演化行为与“暴间”相似,耀发是脉冲的低能扩展。 其次,高纬辐射（HLE）起源于相对论性球形喷流的曲率效应,其中高纬度光子被延迟并且比观测者的视线辐射更软。高纬辐射理论预测了 vFv谱中的峰值能量Ep与在Ep处测量得到的光谱通量Fv,Ep之间的特定关系,Fv,Ep ∝Ep2,该关系主要存在于瞬时辐射脉冲中,在X射线耀发中还没有得到证实。因此,我们从Swift/XRT数据库中选择了 15个多耀发伽马暴（包括30个耀发）来检验这种关系。通过对耀发进行时间分辨谱分析,我们发现,在考虑误差的情况下约有60%的耀发符合HLE关系,即Fv,Ep ∝Ep2,该比例与前人在瞬时辐射脉冲中得到的比例相同。样本中所有耀发的指数δ的分布范围为0.57～2.71,均值为1.6,我们的研究结果比理论预测值偏小。此外,对于同一伽马暴内的不同耀发,δ基本保持恒定,此现象与前人在瞬时辐射脉冲中观察到的一致。最后,我们还发现在耀发衰减阶段EP呈现硬到软的演化行为。我们的研究显示耀发也存在HLE预测的Fv,Ep ∝Ep2关系,且耀发的演化行为与脉冲相似,进一步支持了两者来自同一起源的结论。 以上所有证据表明,X射线耀发和瞬时辐射脉冲之间存在本质的联系,这些联系暗示它们可能源自同一物理过程。X射线耀发和瞬时辐射脉冲间的相似性可以通过内激波模型有效地解释。根据该模型,X射线耀发的产生主要归因于强烈的内激波活动,而这些内激波来自中心引擎的晚期活动。

关键词： 闪烁体   水热法   表面活性剂   XEOL  

摘要： 随着中国经济和工业化的不断发展,人民的生活质量得到了显著提高,但同时也带来了一个不容忽视的问题——癌症发病率的持续上升。2020年,中国癌症发病率与死亡率占全球的23.7%和30%,均位居世界第一。在癌症检查领域,以X射线计算机断层成像（X-ray computed tomography,X-CT）为代表的医学影像设备对癌症的诊断起着关键的作用。然而,我国的高端医学影像设备及关键零部件目前主要依赖进口,是被“卡脖子”的35项技术之一。闪烁体作为医学影像设备中间接型X射线探测器的核心元件,其性能直接决定了探测器的灵敏度与影像设备的成像质量。因此,制备高性能的闪烁体对实现医学影像设备的国产化至关重要。高性能意味着闪烁体需具备高的X射线激发光学发光（X-ray excited optical luminescence,XEOL）强度,这对闪烁体材料的研发提出了巨大的挑战。在众多的闪烁体材料中,镧系离子掺杂的氟化物以其声子能量低、发光效率高、毒性小等特点而被广泛的关注,相关研究表明其具有优异的XEOL性能,是一种理想的闪烁体材料。 本研究采用水热法制备了Ba Lu F5:Pr、Cs Lu2F7:Pr和β-Na Lu F4:Pr三种氟化物闪烁体材料。探究了水热反应温度和时间、表面活性剂种类及其摩尔量对所合成晶体颗粒形貌的影响;研究发现,调节十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）的摩尔量可改变其在反应溶液中所生成胶束的形状,从而使Cs Lu2F7:Pr晶体从六边形板转变为多面体;在X射线激发下,三种闪烁体均因Pr3+离子的4f-4f能级跃迁而产生XEOL发射;关闭X射线后,闪烁体均出现微弱的余辉发射;进一步对闪烁体的XEOL光谱进行了调控,确定了使闪烁体XEOL强度达到最佳时的反应温度、反应时间、表面活性剂种类及其摩尔量以及Pr3+离子的掺杂浓度;分别对三种闪烁体进行了稳定性测试以表征其正磁滞效应以及抗辐射损伤性能。此外,还将上述三种闪烁体的XEOL光谱与商用闪烁体Bi4Ge3O12（BGO）进行了对比,对比结果显示:Cs Lu2F7:Pr和β-Na Lu F4:Pr的XEOL强度分别约为BGO晶体的1.29和6.1倍,有望在X-CT成像领域得到应用。

关键词： 聚变装置   机械臂   主从遥操作   目标检测   力反馈辅助  

摘要： 聚变装置的定期检修和维护是确保其正常运行的关键。由于装置内部环境恶劣(真空、高辐射等),需要采用远程遥操作方式进行维护。目前,全自主远程遥操作受传感和控制技术的制约,短期内难以完全应用于维护中;传统主从远程遥操作使用“人在环中”的策略,维护中依赖操作人员的技能水平,存在安全性和效率低下的问题。因此,亟需更加智能、高效、稳定的聚变装置主从遥操作维护技术,作为传统主从到全自主维护的过渡。依托CMOR(中国聚变堆维护多功能重载机械臂系统),针对其末端FLMS(聚变装置轻型臂维护系统)在主从遥操作中存在的两大问题进行研究:一是非接触任务中目标接近效率低、安全性不足;二是接触任务中的装配反馈力临场感较差。为解决上述问题,论文开展了非接触任务中FLMS目标检测定位算法、主端力辅助控制策略、精确从端机械臂避障以及接触性任务中的高保真装配反馈力方法研究,主要研究内容如下: (1)为解决FLMS非接触性主从遥操作系统在操作中的目标检测定位问题,提出一种轻量化高精度的目标检测算法。该方法建立以YOLOv5s为基础的目标检测框架。针对遥操作维护系统对检测网络计算资源占用率低、检测精度高的要求,采用深度可分离卷积的轻量化C3Ghost模块代替原Neck层中的C3模块,完成了网络轻量化的改进;引入高效推理的Sim SPPF模块,提高模型前向传播速度;引入高宽比解耦的EIOU边框回归损失函数,提高目标定位精度。基于上述方法,完成轻量化高精度的目标检测定位算法GSE-YOLOv5 s构建。在测试集上进行验证表明,相较于原始YOLOv5s,GSE-YOLOv5网络参数量减少了13.8%,检测精度提升了1.4%。检测实验表明GSE-YOLOv5降低了目标漏检率和误检率。 (2)为解决FLMS非接触性主从遥操作主端无辅助的低效操作问题,提出了一种视觉力辅助策略,提高主端操作效率。该策略首先通过几何法和MDH法分别建立了主从端的运动学模型。随后,利用蒙特卡洛方法对主从端的可达空间进行分析,并据此设计了两种适应非接触性和接触性操作的异构主从遥操作控制方法。进一步地,采用了深度视觉检测与人工势场技术的结合,完成主端辅助力模型的构建了。在此基础上,遵循手眼一致性原则,结合张正友法和Tsai法,建立了从端辅助力到主端辅助力的映射规则。最后,构建了一套完整的主端视觉力辅助控制框架。为了验证该框架的稳定性,构建了李雅普诺夫函数,并证明了在主端视觉力辅助控制下,系统能够实现渐进稳定。 (3)为解决FLMS非接触性精确主从遥操作从端无自主避障的问题,开发了一种基于非线性模型预测控制(NMPC)的精确从端辅助避障控制器。首先,分析了从端系统在维护任务中的同时满足从端跟随主端指令的轨迹跟踪与避障的多任务特性,构建了一个包含自定义权重的目标函数。使用球与圆柱体包络从端对象,定义碰撞约束,并采用并行算法实现了避障问题的实时求解。为了增强从端被控系统的建模精度,建立了一个包含七个方程和七个未知数的双臂标定模型。然后,提出了一种结合Gr(?)bner基和Levenberg-Marquardt算法的双臂标定求解方法。通过Gr(?)bner基法筛选出平均标定误差最小的初始解,提高了非线性最小二乘法在求解双臂标定问题时的收敛速度和求解数值稳定性。最后,在精确的标定算法和智能NMPC控制器的协同作用下,从端系统能够自主避障,提升了从端系统的智能性和鲁棒性。 (4)为解决FLMS接触性主从遥操作装配中力反馈的临场感差问题,建立了一套高保真的主从力反馈装配模型框架。首先,基于最小二乘法,完成了真实反馈力耦合参数的辨识。基于辨识参数,完成了反馈力补偿算法的构建。然后,提出了一种非凸形状模块化网格构建方法,提高了虚拟场景中的非凸面体碰撞网格精度,为虚拟场景提供真实反馈力奠定基础。最后,以聚变维护中典型的轴孔装配任务为背景,完成了模拟主从虚拟装配系统的构建。实验结果表明:力反馈补偿算法的实时性和鲁棒性满足装配任务需求,模拟轴孔装配具有较好的临场感。 (5)为验证以上方法在FLMS主从遥操作系统中的应用效果。首先,构建了基于GSE-YOLOv5的实时定位检测系统,验证了在不同维护工况下,算法满足高精度与实时性检测需求。然后,搭建了视觉力辅助主从遥操作平台,进行了有/无力辅助情况下的主从遥操作指定目标接近实验,结果表明:相比无力辅助操作,视觉力辅助下的主端操作效率提高了近一倍。开展双臂标定实验,通过激光跟踪仪完成双臂末端位姿的采集,利用标定算法求解出双臂基座间相对位姿残差降小于1.5mm。基于标定结果搭建了从端系统模型。在主端辅助力操作下,进行了从端执行臂快速接近期望位置实验,整个过程,执行臂与辅助臂都能规划最优无碰撞轨迹。最后,搭建了实际轴孔装配平台,通过完成多组轴孔装配任务,验证了虚拟场景与实际场景