放射性物質(zhì)參數(shù)測量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本公開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)測量方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國核科學(xué)技術(shù)事業(yè)的發(fā)展，對核安全和放射性物質(zhì)的輻射監(jiān)測的要求也在不斷提高。目前對于放射性物質(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、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，來自不同方向的射線在探測器平面上的投影會存在差異。因此，射線入射的方向(即放射性物質(zhì)在源平面上的位置)可由探測器平面上每個像素的計數(shù)分布重建獲得。編碼孔徑成像技術(shù)使用的多開孔的編碼孔徑準(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)過多個開孔被探測器探測到，合理的開孔方式使得開孔率可高達(dá)50%，具有較高的探測效率。
[0004]目前編碼孔徑成像技術(shù)可以實現(xiàn)對輻射場中的放射性物質(zhì)進(jìn)行成像，從重建圖像可以獲得輻射場源平面上各像素的相對強(qiáng)度值。再由3D激光掃描儀獲得輻射場中放射性物質(zhì)的精確深度分布或通過光學(xué)立體相機(jī)獲得輻射場中放射性物質(zhì)的粗糙深度分布。最后通過參考點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量，重建圖像一般采用偽彩色表示相對強(qiáng)弱，由重建圖像的相對值并不能得到輻射場中放射性物質(zhì)的活度分布(缺乏重建圖像上每個點對應(yīng)的深度信息)。
[0007]2)、由于放射性物質(zhì)并不一定分布于測量場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，會增加系統(tǒng)的復(fù)雜度，且圖像匹配算法復(fù)雜，自動匹配極其困難。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本公開的目的在于提供一種更加簡單易行的放射性物質(zhì)參數(shù)測量方法，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)致的一個或多個問題。
[0010]本公開的其它特性和優(yōu)點將通過下面的詳細(xì)描述變得顯然，或部分地通過本公開的實踐而習(xí)得。
[0011 ] 根據(jù)本公開的第一方面，一種放射性物質(zhì)參數(shù)測量方法，包括:
[0012]S1.獲取輻射場中放射性物質(zhì)通過一編碼孔徑準(zhǔn)直器在一探測器平面上的投影圖像；
[0013]S2.對于所述輻射場中一放射性物質(zhì)點源，假定其與所述探測器平面之間的多個不同的估算距離；
[0014]S3.根據(jù)假定的各所述估算距離，對所述投影圖像進(jìn)行圖像重建，得到該放射性物質(zhì)點源的多個不同的重建圖像；
[0015]S4.依據(jù)預(yù)設(shè)指標(biāo)對各所述重建圖像的質(zhì)量進(jìn)行評價；
[0016]S5.確定評價最高的所述重建圖像對應(yīng)的估算距離為該放射性物質(zhì)點源與所述探測器平面之間的實際距離。
[0017]本公開的一種示例性實施例中，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)點源的多個不同的重建圖像。
[0019]本公開的一種示例性實施例中，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)對整個所述投影圖像進(jìn)行圖像重建，得到該放射性物質(zhì)點源的多個不同的重建圖像。
[0021]本公開的一種示例性實施例中，根據(jù)直接解碼算法對所述投影圖像進(jìn)行圖像重建。
[0022]本公開的一種示例性實施例中，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]本公開的一種示例性實施例中，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圍區(qū)域作為信號區(qū)域時所述重建圖像中非信號區(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]本公開的一種示例性實施例中，所述方法還包括:
[0025]S6.對于所述輻射場中各放射性物質(zhì)點源，根據(jù)所述步驟S2-S5確定其與所述探測器平面之間的實際距離，獲取所述輻射場中放射性物質(zhì)的深度分布。
[0026]本公開的一種示例性實施例中，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值、所述編碼孔徑準(zhǔn)直器的物理參數(shù)以及所述探測器平面上的計數(shù)率分布，獲取所述輻射場中放射性物質(zhì)的活度分布。
[0028]本公開的一種示例性實施例中，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值，獲取所述輻射場中放射性物質(zhì)的三維成像。
[0030]本公開的一種示例性實施例中，所述步驟SI中采用的探測器為面陣列探測器；所述面探測器的陣列像素數(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)，本公開示例性實施例中的放射性物質(zhì)參數(shù)測量方法可以具有以下有益技術(shù)效果:
[0032]I)、本公開示例性實施例中對依據(jù)不同估算距離得到的重建圖像進(jìn)行質(zhì)量評價，進(jìn)而根據(jù)評價結(jié)果確定單個放射性物質(zhì)點源與探測器平面之間的實際距離。進(jìn)一步的，根據(jù)所有放射性物質(zhì)點源與探測器平面之間的實際距離即可確定輻射場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)、本公開示例性實施例中所提供的放射性物質(zhì)參數(shù)測量方法簡單易行，不需要額外的硬件設(shè)備，只需要通過多次簡單計算即可。
[0034]3)、本公開示例性實施例中所提供的放射性物質(zhì)參數(shù)測量方法能夠通過遠(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。
【附圖說明】
[0035]此處的附圖被并入說明書中并構(gòu)成本說明書的一部分，示出了符合本發(fā)明的實施例，并與說明書一起用于解釋本發(fā)明的原理。顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本公開的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0036]圖1是本公開示例性實施例中一種放射性物質(zhì)參數(shù)測量方法的流程示意圖。
[0037]圖2是本示例性實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是本示例性實施例中不同距離下的評價指標(biāo)的變化曲線。
【具體實施方式】
[0040]現(xiàn)在將參考附圖更全面地描述示例性實施例。然而，示例性實施例能夠以多種形式實施，且不應(yīng)被理解為限于在此闡述的實施方式；相反，提供這些實施方式使得本公開將全面和完整，并將示例性實施例的構(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)合在一個或更多實施例中。在下面的描述中，提供許多具體細(xì)節(jié)從而給出對本公開的實施例的充分理解。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員將意識到，可以實踐本公開的技術(shù)方案而沒有所述特定細(xì)節(jié)中的一個或更多，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)以避免模糊本公開的各方面。
[0042]本示例性實施例中提供了一種放射性物質(zhì)參數(shù)測量方法，用于實現(xiàn)遠(yuǎn)距離非接觸式的參數(shù)測量。例如，可以對輻射場中每個放射性物質(zhì)點源距離探測器平面的距離進(jìn)行測量，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)活度分布測量，也可以用于輻射場中放射性物質(zhì)的三維成像。
[0043]參考圖1中所示，本示例性實施例中的放射性物質(zhì)參數(shù)測量方法可以包括以下步驟:
[0044]S1.參考圖2中所示，獲取輻射場中放射性物質(zhì)通過一編碼孔徑準(zhǔn)直器10在一探測器平面20上的投影圖像21。
[0045]該步驟中可以通過現(xiàn)有技術(shù)中編碼孔徑成像技術(shù)實現(xiàn)。此外，為了實現(xiàn)對編碼孔徑準(zhǔn)直器進(jìn)行η倍精細(xì)采樣，本示例性實施例中，步驟SI中采用的探測器可以為面陣列探測器；所述面探測器的陣列像素數(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.對于所述輻射場中一放射性物質(zhì)點源，假定其與所述探測器平面之間的多個不同的估算距離。
[0047]例如，對于輻射場中的放射性物質(zhì)點源，可以假定其與所述探測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，在本公開的其他示例性實施例中，也可以假定更多的估算距離值，并不以本示例性實施例中的3個為限。
[0048]S3.根據(jù)假定的各所述估算距離，對所述投影圖像進(jìn)行圖像重建，得到該放射性物質(zhì)點源的多個不同的重建圖像。
[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，放射性物質(zhì)點源可以被假定為無限遠(yuǎn)。在核安全監(jiān)測和醫(yī)學(xué)成像等領(lǐng)域，實際放射性物質(zhì)距離探測器平面的距離為有限遠(yuǎn)或較近。此時，輻射場中的每個放射性物質(zhì)點源產(chǎn)生的射線，經(jīng)過編碼孔徑準(zhǔn)直器調(diào)制后，在探測器平面上的投影的碼板圖樣的大小和該放射性物質(zhì)點源距離探測器平面的距離有關(guān)，不再為一個固定值。
[0050]如果編碼孔徑準(zhǔn)直器距離探測器平面的距離為f，重建距離探測器平面為z的物體圖像需要考慮一個放大系數(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)點源的圖像重建。如圖2所示，對于距離探測器平面為zl和z2的放射性物質(zhì)點源SI和S2，其在探測器平面的投影區(qū)域分別為Dzl和Dz2，兩者存