本發(fā)明涉及一種用于分析包含隨機(jī)間隔的階躍的輻射傳感器的信號的方法，所述方法包括：·檢測階躍的存在；·估計(jì)相鄰階躍之間的時(shí)間間隔；·用第一濾波特性對階躍之前的信號濾波；·用第二濾波特性對階躍之后的信號濾波；·估計(jì)階躍高度；以及·根據(jù)所估計(jì)的階躍高度用大量階躍形成密度分布或直方圖。本發(fā)明還涉及用于執(zhí)行所述方法的裝置。

背景技術(shù)：
從美國專利公開No.US7,966,155B2中已知這樣的方法。已知專利描述了一種用于分析來自諸如固態(tài)檢測器或氣體比例檢測器的X射線檢測器的信號的方法。在固態(tài)檢測器中，X射線光子撞擊諸如PIN二極管或硅漂移二極管的固態(tài)器件。光子生成大量電子/空穴對，這些電子/空穴對被收集并且饋送到信號放大器。電子/空穴對的數(shù)量取決于X射線充子的能量，并且由此每個(gè)光子在檢測器的信號申引起階躍，階躍高度取決于光子的能量。這樣的檢測器被用在例如電子顯微鏡中。在電子顯微鏡中，將樣本暴露于具有例如在10keV與30keV之間的可選能量的高能電子射束。電子與樣本材料相互作用，并且使X射線從樣本材料出射。部分電子使所謂的特征X射線從樣本出射，能量取決于與電子相互作用的元素并且因此包括樣本材料的信息。通過確定能量，樣本組成可以因此被確定。當(dāng)確定X射線檢測器的信號時(shí)，信號顯示噪聲，諸如閃變噪聲、1/f噪聲等。階躍的高度是階躍之前的信號與階躍之后的信號(之前的平穩(wěn)段與之后的平穩(wěn)段)之間的差，并且信號中的噪聲轉(zhuǎn)化為階躍高度的估計(jì)值的誤差或不準(zhǔn)確度?？梢酝ㄟ^充分的濾波來降低信號中的噪聲，由此“平滑”平穩(wěn)值。然而，當(dāng)另一光子在檢測器仍在對信號濾波的同時(shí)被檢測到時(shí)，出現(xiàn)誤差，并且舊的階躍和新的階躍兩者都應(yīng)被丟棄。這被稱為堆積(pile-up)。因此快速檢測和低噪聲檢測是相互矛盾的需求：對于快速檢測(高計(jì)數(shù)速率)，必須使用具有較短時(shí)間常數(shù)的濾波，而這導(dǎo)致信號的大噪聲，并且因此導(dǎo)致階躍高度的較大的不準(zhǔn)確度。階躍高度的不準(zhǔn)確度的另一原因是由于法諾噪聲(Fanonoise)：由具有給定能量的光子生成的電子/空穴對的數(shù)量有變化，如法諾噪聲所描述的那樣。已知專利描述了其中檢測器的信號被采樣和存儲的方法。階躍被檢測到，并且每對階躍之間的時(shí)間間隔進(jìn)而被估計(jì)。根據(jù)這個(gè)時(shí)間間隔，適當(dāng)?shù)臑V波器被應(yīng)用于形成對的兩個(gè)階躍之間的信號，其結(jié)果是每對階躍之間的濾波條件被優(yōu)化。因此找到的階躍高度的估計(jì)值被用于形成顯示階躍高度的密度分布或直方圖。這也被稱為譜。注意到，當(dāng)用取決于階躍之間的時(shí)間間隔的濾波特性(時(shí)間常數(shù))對信號濾波時(shí)，這被稱為自適應(yīng)濾波。進(jìn)一步注意到，被用于對階躍之前的信號濾波的濾波器的濾波特性不需要與被用于對所述階躍之后的信號濾波的濾波特性一致：濾波不需要是對稱的。還注意到，采樣優(yōu)選地包括模數(shù)轉(zhuǎn)換，并且濾波是數(shù)字濾波，并且可包括例如由有限脈沖響應(yīng)(FIR)濾波器進(jìn)行處理。不同的濾波特性進(jìn)而對應(yīng)于使用不同的抽頭系數(shù)和抽頭長度。提到當(dāng)兩個(gè)階躍相互太靠近地出現(xiàn)以至于不能以可接受的準(zhǔn)確度分別處對它們進(jìn)行處理時(shí)出現(xiàn)堆積。在這種情況下，兩個(gè)計(jì)數(shù)都被拒絕，由此有效地降低了計(jì)數(shù)速率。即使使用自適應(yīng)濾波來分析信號是相對于使用非自適應(yīng)濾波來分析信號的改進(jìn)，但對分析信號的改進(jìn)方法仍有需要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明意在提供這樣的改進(jìn)方法。為此，根據(jù)本發(fā)明的方法的特征在于·使用階躍之前的平穩(wěn)段的方差的估計(jì)值和階躍之后的平穩(wěn)段的方差的估計(jì)值來估計(jì)階躍高度估計(jì)值的方差，所述平穩(wěn)段的方差的估計(jì)值基于所述平穩(wěn)段中的每一個(gè)的間隔的長度并且模型將所述間隔的長度和信號的噪聲特性考慮在內(nèi)，并且·大量階躍中的每一個(gè)根據(jù)加權(quán)因子對密度分布或直方圖做出貢獻(xiàn)，所述加權(quán)因子是所述方差的函數(shù)，所述函數(shù)使得具有低方差的階躍與具有高方差的階躍相比與更大的加權(quán)因子關(guān)聯(lián)，其結(jié)果是對應(yīng)于高可靠性的、具有低方差的階躍高度估計(jì)值被突出。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，當(dāng)處理信號時(shí)，與具有高方差(低可靠性)的階躍相比，用更大的加權(quán)因子對具有低方差(高可靠性)的階躍加權(quán)產(chǎn)生更平滑并且還顯示具有更小的半高全寬(FWHM)的峰的譜。這如下來解釋：當(dāng)使用自適應(yīng)濾波時(shí)，可能的是選擇不同于階躍之后的信號的濾波特性的、階躍之前的信號的濾波特性。如果對信號每秒采樣N次并且假設(shè)用覆蓋N1個(gè)樣值的時(shí)間常數(shù)對階躍之前的信號濾波而用覆蓋N2個(gè)樣值的時(shí)間常數(shù)對階躍之后的信號濾波，則階躍之前的平穩(wěn)段具有與1/N1成比例的方差σ1并且階躍之后的平穩(wěn)段具有與1/N2成比例的方差σ2。階躍高度因此具有與(1/N1+1/N2)成比例的方差σT。具有小方差(高可靠性)的階躍很可能接近于真值，并且因此突出這些階躍是有意義的，而不是給具有低可靠性的階躍與可靠數(shù)據(jù)相同的權(quán)重。注意到，盡管所建議的是無限長的樣值范圍(N→∞)產(chǎn)生最低的方差，這僅對白噪聲適用。電信號不需要顯示白噪聲特性，例如作為1/f噪聲的結(jié)果。術(shù)語：概率密度函數(shù)典型地僅針對連續(xù)隨機(jī)變量定義：其為描述這個(gè)隨機(jī)變量在給定點(diǎn)出現(xiàn)的可能性的函數(shù)。隨機(jī)變量落入特定區(qū)域內(nèi)的概率由這個(gè)變量在該區(qū)域上的密度的積分給出。因?yàn)椴淮嬖谪?fù)概率，概率密度函數(shù)在各處都是非負(fù)的。其在整個(gè)空間上的積分等于1。注意到，不是每個(gè)概率分布都具有密度函數(shù)：例如離散隨機(jī)變量的分布就不具有密度函數(shù)。在本發(fā)明中所分析的信號通常由n位模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)采樣，并且嚴(yán)格來講結(jié)果不是連續(xù)變量。也可能的是使用諸如狄拉克δ函數(shù)的廣義函數(shù)來表示這樣的離散隨機(jī)變量。這大體上使對離散概率分布和連續(xù)概率分布的處理一致。因此，可以類似于對于連續(xù)分布的特征來使用這樣的離散變量的統(tǒng)計(jì)特征(諸如其平均值和其方差)。另一解決方案是使用直方圖，其中將每個(gè)被測量的值表示為間隔或槽中的測量值。典型地，這些槽全都具有相同尺寸。使用方差來突出階躍在申請?zhí)枮閁S2006/126763A1的美國專利申請中被建議。此處，對于相似的信號所建議的是所估計(jì)的能量(階躍高度)應(yīng)根據(jù)估計(jì)值的質(zhì)量對譜做出貢獻(xiàn)。這項(xiàng)現(xiàn)有技術(shù)的不同之處在于如何確定質(zhì)量(方差)：其中這個(gè)現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)建議使用卡爾曼濾波器或通過執(zhí)行矩陣乘法來確定估計(jì)值，而本申請人的發(fā)明將方差建立在邊沿前和邊沿后的間隔的長度上，并且因此將信號的質(zhì)量建立在邊沿之前和邊沿之后的間隔的長度上。更具體而言，這項(xiàng)現(xiàn)有技術(shù)未建議使用階躍之間的長度來確定所估計(jì)的階躍高度的質(zhì)量。注意到，對于白噪聲，所述間隔的長度可以直接被使用(如可以是在申請?zhí)枮閁S2006/126763A1的美國專利申請中所提出的卡爾曼濾波器的輸出)，但對于其他噪聲特性(紅噪聲、粉紅噪聲或最可能的浴盆噪聲)，可以使用校正。對于根據(jù)本發(fā)明的方法，這可以基于查找表(LUT)的使用。在另外的實(shí)施例中，每個(gè)階躍由階躍高度和階躍方差表示，并且階躍根據(jù)加權(quán)因子對密度分布或直方圖的貢獻(xiàn)采取與概率分布函數(shù)成比例的貢獻(xiàn)的形式。通過將不同階躍的貢獻(xiàn)相加作為概率分布，例如通過假設(shè)每個(gè)階躍由具有期望值和偏差的單位面積高斯曲線表示，還要更好的逼近是可能的。當(dāng)使用直方圖時(shí)，這意味著非?？煽康臏y量(顯示低方差)給出對小數(shù)量的槽的高貢獻(xiàn)，而具有低可靠性的測量(高方差)給出對較大數(shù)量的槽的小貢獻(xiàn)。注意到，當(dāng)對所有槽的貢獻(xiàn)的總和始終相等時(shí)，已經(jīng)使用了加權(quán)因子(與概率分布成比例的加權(quán)因子)，但該良好結(jié)果可以例如通過對顯示低方差的測量進(jìn)一步提高加權(quán)因子來實(shí)現(xiàn)。換句話說：使貢獻(xiàn)的總和也取決于方差。盡管針對直方圖進(jìn)行解釋，但這對于密度分布也可以相似的方式實(shí)現(xiàn)。在另一實(shí)施例中，信號是固態(tài)器件的信號并且所述階躍是撞擊所述固態(tài)檢測器的X射線光子的結(jié)果。固態(tài)檢測器包括固態(tài)器件，例如PIN二極管或硅漂移二極管，后面有電壓跟隨器或電荷放大器。所述檢測器還包括信號處理器，其處理例如電荷放大器的信號。信號的階躍高度與被檢測到的撞擊X射線光子的能量近似地成比例。在另一實(shí)施例中，對于方差高于預(yù)定閾值的階躍，所述加權(quán)因子等于零。這相當(dāng)于拒絕由小于預(yù)定值的周期分開的階躍，如在標(biāo)準(zhǔn)堆積檢測中完成的那樣。盡管拒絕階躍降低了計(jì)數(shù)速率(由于階躍被拒絕)，但這可以提高譜的FWHM值。在一方面中，提供一種用于觀察響應(yīng)于刺激從樣本出射的X射線的裝置，所述裝置包括X射線檢測器，所述X射線檢測器是固態(tài)器件或氣體比例計(jì)數(shù)器，所述X射線檢測器產(chǎn)生顯示階躍的信號，由信號處理器來處理所述信號，所述信號處理器被編程為檢測階躍的存在、估計(jì)所述階躍之間的時(shí)間間隔、用第一濾波特性對階躍之前的信號濾波、用第二濾波特性對階躍之后的信號濾波、估計(jì)階躍高度并且根據(jù)所估計(jì)的階躍高度用大量階躍形成密度分布或直方圖，其特征在于：所述信號處理器被配置...