放射性物質(zhì)參數(shù)測(cè)量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本公開(kāi)涉及放射性成像技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種放射性物質(zhì)參數(shù)測(cè)量方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國(guó)核科學(xué)技術(shù)事業(yè)的發(fā)展，對(duì)核安全和放射性物質(zhì)的輻射監(jiān)測(cè)的要求也在不斷提高。目前對(duì)于放射性物質(zhì)的各種成像技術(shù)已廣泛應(yīng)用于核工業(yè)、放射性環(huán)境監(jiān)測(cè)、出入境安檢等領(lǐng)域。
[0003]編碼孔徑成像技術(shù)是一種被廣泛采用的放射性物質(zhì)成像技術(shù)，其使用編碼孔徑準(zhǔn)直器(即碼板)調(diào)制放射性物質(zhì)產(chǎn)生的射線。理論上，來(lái)自不同方向的射線在探測(cè)器平面上的投影會(huì)存在差異。因此，射線入射的方向(即放射性物質(zhì)在源平面上的位置)可由探測(cè)器平面上每個(gè)像素的計(jì)數(shù)分布重建獲得。編碼孔徑成像技術(shù)使用的多開(kāi)孔的編碼孔徑準(zhǔn)直器代替了傳統(tǒng)的針孔或平行孔準(zhǔn)直器，放射性物質(zhì)放出的射線可經(jīng)過(guò)多個(gè)開(kāi)孔被探測(cè)器探測(cè)到，合理的開(kāi)孔方式使得開(kāi)孔率可高達(dá)50%，具有較高的探測(cè)效率。
[0004]目前編碼孔徑成像技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)輻射場(chǎng)中的放射性物質(zhì)進(jìn)行成像，從重建圖像可以獲得輻射場(chǎng)源平面上各像素的相對(duì)強(qiáng)度值。再由3D激光掃描儀獲得輻射場(chǎng)中放射性物質(zhì)的精確深度分布或通過(guò)光學(xué)立體相機(jī)獲得輻射場(chǎng)中放射性物質(zhì)的粗糙深度分布。最后通過(guò)參考點(diǎn)的定位匹配和圖像融合技術(shù)，將放射性物質(zhì)分布的重建圖像和上述深度分布進(jìn)行融合得到輻射場(chǎng)中的放射性物質(zhì)的3D分布情況。
[0005]現(xiàn)有技術(shù)主要存在以下缺陷:
[0006]I)、現(xiàn)有的編碼孔徑成像為定性測(cè)量，重建圖像一般采用偽彩色表示相對(duì)強(qiáng)弱，由重建圖像的相對(duì)值并不能得到輻射場(chǎng)中放射性物質(zhì)的活度分布(缺乏重建圖像上每個(gè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的深度信息)。
[0007]2)、由于放射性物質(zhì)并不一定分布于測(cè)量場(chǎng)景中遮擋物體的表面，由3D激光掃描儀或光學(xué)立體相機(jī)獲得場(chǎng)景的深度分布再去反推放射性物質(zhì)的活度分布可能有很大誤差;
[0008]3)、采用3D激光掃描儀或光學(xué)立體相機(jī)等額外的部件，會(huì)增加系統(tǒng)的復(fù)雜度，且圖像匹配算法復(fù)雜，自動(dòng)匹配極其困難。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本公開(kāi)的目的在于提供一種更加簡(jiǎn)單易行的放射性物質(zhì)參數(shù)測(cè)量方法，從而至少在一定程度上克服由于相關(guān)技術(shù)的限制和缺陷而導(dǎo)致的一個(gè)或多個(gè)問(wèn)題。
[0010]本公開(kāi)的其它特性和優(yōu)點(diǎn)將通過(guò)下面的詳細(xì)描述變得顯然，或部分地通過(guò)本公開(kāi)的實(shí)踐而習(xí)得。
[0011 ] 根據(jù)本公開(kāi)的第一方面，一種放射性物質(zhì)參數(shù)測(cè)量方法，包括:
[0012]S1.獲取輻射場(chǎng)中放射性物質(zhì)通過(guò)一編碼孔徑準(zhǔn)直器在一探測(cè)器平面上的投影圖像；
[0013]S2.對(duì)于所述輻射場(chǎng)中一放射性物質(zhì)點(diǎn)源，假定其與所述探測(cè)器平面之間的多個(gè)不同的估算距離；
[0014]S3.根據(jù)假定的各所述估算距離，對(duì)所述投影圖像進(jìn)行圖像重建，得到該放射性物質(zhì)點(diǎn)源的多個(gè)不同的重建圖像；
[0015]S4.依據(jù)預(yù)設(shè)指標(biāo)對(duì)各所述重建圖像的質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)；
[0016]S5.確定評(píng)價(jià)最高的所述重建圖像對(duì)應(yīng)的估算距離為該放射性物質(zhì)點(diǎn)源與所述探測(cè)器平面之間的實(shí)際距離。
[0017]本公開(kāi)的一種示例性實(shí)施例中，所述步驟S3包括:
[0018]根據(jù)各所述估算距離，從所述投影圖像中選取不同大小的投影區(qū)域進(jìn)行圖像重建，得到該放射性物質(zhì)點(diǎn)源的多個(gè)不同的重建圖像。
[0019]本公開(kāi)的一種示例性實(shí)施例中，所述步驟S3包括:
[0020]將一解碼函數(shù)根據(jù)各所述估算距離進(jìn)行不同的放大處理，利用各放大處理后的解碼函數(shù)對(duì)整個(gè)所述投影圖像進(jìn)行圖像重建，得到該放射性物質(zhì)點(diǎn)源的多個(gè)不同的重建圖像。
[0021]本公開(kāi)的一種示例性實(shí)施例中，根據(jù)直接解碼算法對(duì)所述投影圖像進(jìn)行圖像重建。
[0022]本公開(kāi)的一種示例性實(shí)施例中，根據(jù)正則化解碼算法、最大似然法解碼算法、直接調(diào)解解碼算法以及基于壓縮感知理論的解碼算法中的一種或多種進(jìn)行圖像重建。
[0023]本公開(kāi)的一種示例性實(shí)施例中，所述預(yù)設(shè)指標(biāo)包括所述重建圖像的最大值、以所述重建圖像最大值的周?chē)鷧^(qū)域作為信號(hào)區(qū)域時(shí)所述重建圖像中非信號(hào)區(qū)域所有像素的均方根、以及所述重建圖像信噪比中的一種或多種。
[0024]本公開(kāi)的一種示例性實(shí)施例中，所述方法還包括:
[0025]S6.對(duì)于所述輻射場(chǎng)中各放射性物質(zhì)點(diǎn)源，根據(jù)所述步驟S2-S5確定其與所述探測(cè)器平面之間的實(shí)際距離，獲取所述輻射場(chǎng)中放射性物質(zhì)的深度分布。
[0026]本公開(kāi)的一種示例性實(shí)施例中，所述方法還包括:
[0027]S7.根據(jù)所述深度分布、所述重建圖像上不同像素的相對(duì)值、所述編碼孔徑準(zhǔn)直器的物理參數(shù)以及所述探測(cè)器平面上的計(jì)數(shù)率分布，獲取所述輻射場(chǎng)中放射性物質(zhì)的活度分布。
[0028]本公開(kāi)的一種示例性實(shí)施例中，所述方法還包括:
[0029]S8.根據(jù)所述深度分布以及所述重建圖像上不同像素的相對(duì)值，獲取所述輻射場(chǎng)中放射性物質(zhì)的三維成像。
[0030]本公開(kāi)的一種示例性實(shí)施例中，所述步驟SI中采用的探測(cè)器為面陣列探測(cè)器；所述面探測(cè)器的陣列像素?cái)?shù)為所述編碼孔徑準(zhǔn)直器編碼數(shù)的η倍；其中η為大于2的有理數(shù)。[0031 ] 相比于現(xiàn)有技術(shù)，本公開(kāi)示例性實(shí)施例中的放射性物質(zhì)參數(shù)測(cè)量方法可以具有以下有益技術(shù)效果:
[0032]I)、本公開(kāi)示例性實(shí)施例中對(duì)依據(jù)不同估算距離得到的重建圖像進(jìn)行質(zhì)量評(píng)價(jià)，進(jìn)而根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果確定單個(gè)放射性物質(zhì)點(diǎn)源與探測(cè)器平面之間的實(shí)際距離。進(jìn)一步的，根據(jù)所有放射性物質(zhì)點(diǎn)源與探測(cè)器平面之間的實(shí)際距離即可確定輻射場(chǎng)中不同位置的放射性物質(zhì)的深度分布。這樣確定的放射性物質(zhì)的深度分布為放射性物質(zhì)實(shí)際分布，而不是如3D掃描儀等只能確定放射性物質(zhì)前遮擋物體的深度分布。
[0033]2)、本公開(kāi)示例性實(shí)施例中所提供的放射性物質(zhì)參數(shù)測(cè)量方法簡(jiǎn)單易行，不需要額外的硬件設(shè)備，只需要通過(guò)多次簡(jiǎn)單計(jì)算即可。
[0034]3)、本公開(kāi)示例性實(shí)施例中所提供的放射性物質(zhì)參數(shù)測(cè)量方法能夠通過(guò)遠(yuǎn)距離非接觸式單次采集即給出視野范圍內(nèi)的放射性物質(zhì)活度分布。
【附圖說(shuō)明】
[0035]此處的附圖被并入說(shuō)明書(shū)中并構(gòu)成本說(shuō)明書(shū)的一部分，示出了符合本發(fā)明的實(shí)施例，并與說(shuō)明書(shū)一起用于解釋本發(fā)明的原理。顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本公開(kāi)的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0036]圖1是本公開(kāi)示例性實(shí)施例中一種放射性物質(zhì)參數(shù)測(cè)量方法的流程示意圖。
[0037]圖2是本示例性實(shí)施例中編碼孔徑投影及其圖像重建的示意圖。
[0038]圖3是本示例性實(shí)施例中根據(jù)不同估算距離進(jìn)行圖像重建的結(jié)果。
[0039]圖4是本示例性實(shí)施例中不同距離下的評(píng)價(jià)指標(biāo)的變化曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0040]現(xiàn)在將參考附圖更全面地描述示例性實(shí)施例。然而，示例性實(shí)施例能夠以多種形式實(shí)施，且不應(yīng)被理解為限于在此闡述的實(shí)施方式；相反，提供這些實(shí)施方式使得本公開(kāi)將全面和完整，并將示例性實(shí)施例的構(gòu)思全面地傳達(dá)給本領(lǐng)域的技術(shù)人員。在圖中，相同的附圖標(biāo)記表示相同或類(lèi)似的結(jié)構(gòu)，因而將省略它們的詳細(xì)描述。
[0041]此外，所描述的特征、結(jié)構(gòu)或特性可以以任何合適的方式結(jié)合在一個(gè)或更多實(shí)施例中。在下面的描述中，提供許多具體細(xì)節(jié)從而給出對(duì)本公開(kāi)的實(shí)施例的充分理解。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員將意識(shí)到，可以實(shí)踐本公開(kāi)的技術(shù)方案而沒(méi)有所述特定細(xì)節(jié)中的一個(gè)或更多，或者可以采用其它的組件、步驟等。在其它情況下，不詳細(xì)示出或描述公知結(jié)構(gòu)以避免模糊本公開(kāi)的各方面。
[0042]本示例性實(shí)施例中提供了一種放射性物質(zhì)參數(shù)測(cè)量方法，用于實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離非接觸式的參數(shù)測(cè)量。例如，可以對(duì)輻射場(chǎng)中每個(gè)放射性物質(zhì)點(diǎn)源距離探測(cè)器平面的距離進(jìn)行測(cè)量，進(jìn)而獲取放射性物質(zhì)深度分布；進(jìn)一步還可以進(jìn)行放射性物質(zhì)活度分布測(cè)量，也可以用于輻射場(chǎng)中放射性物質(zhì)的三維成像。
[0043]參考圖1中所示，本示例性實(shí)施例中的放射性物質(zhì)參數(shù)測(cè)量方法可以包括以下步驟:
[0044]S1.參考圖2中所示，獲取輻射場(chǎng)中放射性物質(zhì)通過(guò)一編碼孔徑準(zhǔn)直器10在一探測(cè)器平面20上的投影圖像21。
[0045]該步驟中可以通過(guò)現(xiàn)有技術(shù)中編碼孔徑成像技術(shù)實(shí)現(xiàn)。此外，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)編碼孔徑準(zhǔn)直器進(jìn)行η倍精細(xì)采樣，本示例性實(shí)施例中，步驟SI中采用的探測(cè)器可以為面陣列探測(cè)器；所述面探測(cè)器的陣列像素?cái)?shù)為所述編碼孔徑準(zhǔn)直器編碼數(shù)的η倍；其中η可以為任意大于2的有理數(shù)，例如，η可以為2.5、3、3.4、6等等。
[0046]S2.對(duì)于所述輻射場(chǎng)中一放射性物質(zhì)點(diǎn)源，假定其與所述探測(cè)器平面之間的多個(gè)不同的估算距離。
[0047]例如，對(duì)于輻射場(chǎng)中的放射性物質(zhì)點(diǎn)源，可以假定其與所述探測(cè)器平面之間的距離為估算距離a、估算距離b以及估算距離c ;其中，估算距離a最大，估算距離c最小。本領(lǐng)域技術(shù)人員容易理解的是，在本公開(kāi)的其他示例性實(shí)施例中，也可以假定更多的估算距離值，并不以本示例性實(shí)施例中的3個(gè)為限。
[0048]S3.根據(jù)假定的各所述估算距離，對(duì)所述投影圖像進(jìn)行圖像重建，得到該放射性物質(zhì)點(diǎn)源的多個(gè)不同的重建圖像。
[0049]編碼孔徑成像技術(shù)最初應(yīng)用于天文上的X射線和γ射線觀測(cè)，放射性物質(zhì)點(diǎn)源可以被假定為無(wú)限遠(yuǎn)。在核安全監(jiān)測(cè)和醫(yī)學(xué)成像等領(lǐng)域，實(shí)際放射性物質(zhì)距離探測(cè)器平面的距離為有限遠(yuǎn)或較近。此時(shí)，輻射場(chǎng)中的每個(gè)放射性物質(zhì)點(diǎn)源產(chǎn)生的射線，經(jīng)過(guò)編碼孔徑準(zhǔn)直器調(diào)制后，在探測(cè)器平面上的投影的碼板圖樣的大小和該放射性物質(zhì)點(diǎn)源距離探測(cè)器平面的距離有關(guān)，不再為一個(gè)固定值。
[0050]如果編碼孔徑準(zhǔn)直器距離探測(cè)器平面的距離為f，重建距離探測(cè)器平面為z的物體圖像需要考慮一個(gè)放大系數(shù)K(Z) = z/(z-f);不同距離有不同的放大系數(shù)，根據(jù)放大系數(shù)可以選取不同的投影區(qū)域進(jìn)行放射性物質(zhì)點(diǎn)源的圖像重建。如圖2所示，對(duì)于距離探測(cè)器平面為zl和z2的放射性物質(zhì)點(diǎn)源SI和S2，其在探測(cè)器平面的投影區(qū)域分別為Dzl和Dz2，兩者存