Towards improved laboratory X-ray tomography imaging : optimization of acquisition parameters and use of photon-counting detectors - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2022

Towards improved laboratory X-ray tomography imaging : optimization of acquisition parameters and use of photon-counting detectors

Vers une amélioration de l'imagerie par tomographie à Rayons X de laboratoire : optimisation des paramètres d'acquisition et utilisation de détecteurs à comptage de photons

Résumé

This study deals with developments to increase the possibilities offered by laboratory X-ray computed tomography in material science by focusing on contrast enhancement and on time resolution aspect. First, the feasibility of using a new generation photon-counting detector (PCD) in lab-CT was evaluated. The characterization of the standard imaging performances and the spectral capabilities of four PCDs were carried out and compared to a standard flat-panel detector. The potential of PCD towards spectral and single-shot K-edge imaging was investigated. Second, a model-based optimization strategy is developed to define the suitable CT scanning parameters for dynamic in situ acquisitions with an image quality allowing qualitative or quantitative analysis. The model is based on three modules: modelling noise in the feature of interest, X-ray absorption simulation tool, and the screening algorithm that outputs the different possible scanning configurations associated with the probability of detection of the interested feature size for each configuration. A real-time in-situ test with sub-minute temporal resolution was performed with the experimentally optimized CT set-up as an application aspect of the thesis. The experimental configuration is confronted with the proposed optimization model configurations, which were found to be in-line with the chosen setup. The application corresponds to the real-time monitoring of microstructural evolution of 3D printed cellulose parts during air-drying phenomena with qualitative and quantitative analysis. It illustrates the quantitative characterization capabilities of lab-CT for high-speed in-situ imaging.Keywords: X-ray tomography, In-situ tomography, Time-resolved imaging, Photon-counting detector, Parameter optimization, Image analysis
Cette étude a l’objectif de développer les possibilités offertes par la tomographie à rayons X de laboratoire utilisée en science des matériaux en se concentrant sur l'amélioration du contraste et sur l'aspect de la résolution temporelle. Tout d'abord, la faisabilité de l'utilisation d'un détecteur de comptage de photons (PCD) de nouvelle génération en laboratoire CT a été évaluée. La caractérisation des performances d'imagerie standard et des capacités spectrales de quatre PCD a été réalisée et comparée à un détecteur à écran plat standard. Le potentiel de la PCD vers l'imagerie spectrale et mono-coup K-edge a été étudié. Deuxièmement, une stratégie d'optimisation basée sur un modèle est développée. Elle vise à sélectionner les paramètres de scan appropriés pour des acquisitions dynamiques in-situ avec une qualité d'image permettant une analyse qualitative ou quantitative. Le modèle est basé sur trois modules : la modélisation du bruit dans la caractéristique d'intérêt, l'outil de simulation d'absorption des rayons X et l'algorithme de dépistage qui produit les différentes configurations de balayage possibles associées à la probabilité de détection de la taille de la caractéristique intéressée pour chaque configuration. Un test in-situ en temps réel avec une résolution temporelle inférieure à la minute a été réalisé avec la configuration CT expérimentalement optimisée comme aspect d'application de la thèse. La configuration expérimentale est confrontée aux configurations de modèle d'optimisation proposées, qui se sont révélées conformes à la configuration choisie. L'application correspond au suivi en temps réel de l'évolution microstructurale des pièces en cellulose imprimées en 3D lors des phénomènes de séchage à l'air avec analyse qualitative et quantitative. Elle illustre les capacités de caractérisation quantitative du lab-CT pour l'imagerie in-situ à grande vitesse.
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Origine : Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-03726673 , version 1 (18-07-2022)

Identifiants

  • HAL Id : tel-03726673 , version 1

Citer

Habib Murtaza. Towards improved laboratory X-ray tomography imaging : optimization of acquisition parameters and use of photon-counting detectors. Other [cond-mat.other]. Université Grenoble Alpes [2020-..], 2022. English. ⟨NNT : 2022GRALI035⟩. ⟨tel-03726673⟩

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