新计算技术，解决了压缩的x射线数据问题！

Argonne开发了一种新方法，可以更清晰地看到复杂材料在难以接近的环境中的物理特性。有了合适的工具，科学家们就能拥有超人般的x射线视觉，揭示隐藏在物体内部的隐藏特征——但这非常复杂。

先进光子源(APS)是美国能源部阿贡国家实验室(DOE)科学用户设施的一个办公室，它使科学家们能够接触到具有高穿透性的x射线，这种x射线可以在原子水平上照亮其他结构深处包含的材料。APS的下一个阶段，APS升级，将今天的APS改造成世界领先、存储环为基础的高能x射线光源。

为科学家提供一个更强大的工具，用于研究和改进几乎影响我们生活方方面面的材料和化学过程。特别是，升级使使用高能x射线的无透镜成像方法能够克服光学上的限制，获得不透明样品内部的最高空间分辨率。这就像试图通过观察石头产生的涟漪来确定扔进池塘石头的形状和大小，除了在三维空间，如果像素大小足够小…可以获得导致散射的物三维图像。然而，使用高能x射线进行深度穿透也有潜在的问题——深度穿透x射线可能会受到现有探测技术的限制。本质上，随着x射线能量越来越高，探测器上的信号会越来越压缩。

研究为更有穿透力的x射线所付出的代价，是记录数据的保真度下降。在一项新研究中，研究人员发现了一种克服这些限制的新方法。Argonne x射线物理学家Stefan Vogt说：这些限制就像使用低分辨率的电脑显示器来查看高分辨率的数码照片一样，无法看到原始图像的逼真度。该研究的作者之一玛达利说，整体效果使图像看起来像素化了。由于目标到探测器的距离相对固定，提高像素化x射线散射图像的分辨率(本质上是锐化)需要计算算法来创建细分“虚拟像素”来重新分配像素化图像。

然后，研究人员可以使用一个称为相位检索的过程，基于散射的x射线波前重建样本的真实空间信息。这就像试图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，除了在三维空间，如果像素足够小，可以看到波浪的起伏，就可以通过计算处理这些图像，得到造成散射的物体的三维图像。通过以这种方式使用信号处理，科学家能够有效地通过计算纠正图像，否则就需要一个实验上不可能解决的透镜系统。科学家们可以利用这项技术获得关于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。

博科园｜研究/来自：阿贡国家实验室

参考期刊《物理评论A》

DOI: 10.1103/PhysRevA.99.053838

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