基于四目编码伽马相机对辐射热点进行深度测量的方法技术

本发明专利技术公开了一种基于四目编码伽马相机对辐射热点进行深度测量的方法，其步骤包括：1)通过四目编码伽马相机得到四个投影数据，对四个投影数据进行双线性插值后重建，得到四个重建图像；2)根据每一个所述重建图像分别确定一辐射热点的亚像素坐标；3)将该四目编码伽马相机中每一相机的顶点与该相机对应的重建图像中辐射热点的位置相连并延长，得到空间中四条直线；将不同深度下四条直线上的坐标点相连形成一四边形并计算其面积，将不同深度下的四边形面积变化进行抛物线拟合；将拟合所得抛物线的顶点对应的深度作为辐射热点到探测器的距离。本发明专利技术提高了测距范围和精度，降低了测量误差。量误差。量误差。

【技术实现步骤摘要】
基于四目编码伽马相机对辐射热点进行深度测量的方法


[0001]本专利技术属于核安全领域和核辐射成像领域，涉及四目编码伽马相机对辐射热点距离的测量，尤其涉及一种基于四目编码伽马相机对辐射热点进行深度测量的方法。

技术介绍

[0002]编码孔径伽马相机通过伽马射线与编码孔径设备相互作用提供有关伽马射线信息并对进行分析处理，从而以数值或二维图像的形式显示环境中伽马射线源位置或强度信息，其具有高探测效率、高灵敏度和高位置分辨，在航天、核电、安保等领域有着广泛的应用。
[0003]编码孔径伽马相机采用特定编码方式的码板对放射性核素产生的伽马射线进行编码调制，后端探测器记录调制后的投影计数，利用解码重建算法以“拍照”方式展现被测对象的结构和方位信息，然后与光学图像融合来直观、准确显示辐射热点位置达到探测目的。
[0004]该成像系统提供的是2D(二维)辐射图像，虽可与相应环境的光学图像进行融合，但2D辐射图像缺少深度信息，无法确定源在实际环境中的准确位置(例如在盒子内或盒子后，墙前或墙后)。如果能得到源距探测器的深度信息，就能对放射源在周围环境中的具体位置做出准确的判断，因此对辐射环境监测、未知放射性物质检测及搜寻等领域有重要意义。
[0005]本专利技术提供了一种放射性点源距离测量方法，该方法将在低分辨率和低间距的设备条件下实现高的测距范围和精度。
[0006]目前，基于伽马相机对辐射热点测距的方法都是借鉴光学上双目相机测距原理，通过标定两台伽马相机位置坐标，利用放射源在左右两个伽马相机重建图像上的视差通过三角测量法来估计放射源与伽马相机之间的距离。
[0007]K.Takeuchi等在文章“Stereo Compton cameras”for the 3
‑
D localization of radioisotopes”中通过模拟基于两台闪烁体康普顿相机利用三角测量法对辐射热点进行距离测量，通过标定两个相距约10m的康普顿相机，实现了在2米的精度内确定放射源位置。
[0008]V.Paradiso等在文章“3
‑
D localization of radioactive hotspots via portable gamma cameras”中基于两台iPIX半导体编码相机利用三角测量法来估计放射源与伽马相机之间的距离，其CMOS ASIC由256
×
256个边长为55μm的像素组成，提供14
×
14mm2的全局检测面积。其测距精度较高，但测量范围较短，一般在4米以内。
[0009]在以上描述的放射源距离测量中，存在以下几个问题：
[0010](1)探测器的选取。在辐射环境探测未知放射性物质检测及搜寻等领域中，通常需要在较大的测距范围内以较高精度定位放射源的位置。康普顿相机分辨率低，测距偏差大；半导体编码相机像素边长小，分辨率高，测距精度高，但是其探测面积小(mm2量级)，因此测距范围小。
[0011](2)双目相机之间的间距。如果间距过大，在实际测量中不利于携带与操作；如果
间距过小，影响实际探测的测距范围。
[0012](3)双目相机测距存在一定的测量误差，导致测距结果不稳定，波动较大。

技术实现思路

[0013]为了解决上述问题，本专利技术一种基于四目编码伽马相机对辐射热点进行深度测量的方法。本专利技术基于四目编码闪烁体探测器(即四目编码伽马相机)设计了一种新的辐射热点距离测量方法，在探测器较小间距、较低分辨率条件下实现较高的测距范围和精度。
[0014]本专利技术的整个测距算法流程为：首先将四目编码伽马相机对辐射热点进行采集得到的投影数据插值后再进行重建；其次确定重建图像中辐射热点的亚像素位置坐标；最后利用四目辐射热点的距离估计算法，估计辐射热点的距离。
[0015]进一步的，将四目探测器上得到的投影数据进行双线性插值，解码矩阵采用精细采样平衡解码的方式进行重建，实现“人为”精细采样。
[0016]进一步的，得到四目探测器的重建数据后，分别采用一维位置权重法、二维位置权重法、一维高斯拟合、二维高斯拟合这四种方法来实现重建图像中辐射热点的10
‑3量级亚像素定位精度。
[0017]进一步的，在四目辐射热点距离估计算法中，将四目相机划分成四个双目相机，求出四个双目相机视差均值后带入双目测距算法中得到估计距离；从四目整体角度出发，通过最小面积法得到估计距离。
[0018]本专利技术的技术方案为：
[0019]一种基于四目编码伽马相机对辐射热点进行深度测量的方法，其步骤包括：
[0020]1)通过四目编码伽马相机对辐射热点采集得到四个投影数据，对四个投影数据进行双线性插值后重建，得到四个重建图像；
[0021]2)根据每一个所述重建图像分别确定一辐射热点的亚像素坐标；
[0022]3)将该四目编码伽马相机中每一相机的顶点与该相机对应的重建图像中辐射热点的位置相连并延长，得到空间中四条直线；将不同深度下四条直线上的坐标点相连形成一四边形并计算其面积，将不同深度下的四边形面积变化进行抛物线拟合；将拟合所得抛物线的顶点对应的深度作为辐射热点到探测器的距离。
[0023]一种基于四目编码伽马相机对辐射热点进行深度测量的方法，其步骤包括：
[0024]1)通过四目编码伽马相机对辐射热点进行采集得到四个投影数据，对每一个投影数据进行双线性插值后重建，得到四个重建图像；
[0025]2)根据每一个所述重建图像分别确定一辐射热点的亚像素坐标；
[0026]3)将该四目编码伽马相机从两个维度划分为四个双目相机，其中上、下、左、右所对应的两个相机分别构成四个双目相机；
[0027]4)根据计算四个双目视差均值然后根据确定辐射热点到该四目编码伽马相机的距离；其中，ΔL为在晶体阵列平面重建图像的单个像素边长，为第i个双目相机对应的两重建图像中辐射热点的像素个数之差，b为该四目编码伽马相机中两相机之间的基线距离，l为该四目编码伽马相机中晶
体阵列到该四目编码伽马相机顶点的距离。
[0028]可选的，得到所述重建图像的方法为：将投影数据进行双线性插值，解码矩阵采用精细采样平衡解码的方式，将插值后的投影数据与精细采样平衡解码的解码矩阵进行相关运算得到重建图像。
[0029]可选的，对四目编码相机的重建图像采用不同的方法确定重建图像中辐射热点的亚像素坐标；所采用的方法包括：一维位置权重法、二维位置权重法、一维高斯拟合方法、二维高斯拟合方法。
[0030]可选的，采用一维位置权重法确定重建图像中的辐射热点位置的方法为：在重建图像中，设辐射强度最大值坐标为(x
max
,y
max
)，在y＝y
max
的一维区域内，选取x
max
左右各N个像素作为辐射热点区域，以每个像素的辐射强度为权重，取其位置坐标x的加权平均值从而确定辐射本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于四目编码伽马相机对辐射热点进行深度测量的方法，其步骤包括：1)通过四目编码伽马相机对辐射热点进行采集，得到四个投影数据，对四个投影数据进行双线性插值后重建，得到四个重建图像；2)根据每一个所述重建图像分别确定一辐射热点的亚像素坐标；3)将该四目编码伽马相机中每一相机的顶点与该相机对应的重建图像中辐射热点的位置相连并延长，得到空间中四条直线；将不同深度下四条直线上的坐标点相连形成一四边形并计算其面积，将不同深度下的四边形面积变化进行抛物线拟合；将拟合所得抛物线的顶点对应的深度作为辐射热点到探测器的距离。2.一种基于四目编码伽马相机对辐射热点进行深度测量的方法，其步骤包括：1)通过四目编码伽马相机对辐射热点进行采集，得到四个投影数据，对每一个投影数据进行双线性插值后重建，得到四个重建图像；2)根据每一个所述重建图像分别确定一辐射热点的亚像素坐标；3)将该四目编码伽马相机从两个维度划分为四个双目相机，其中上、下、左、右所对应的两个相机分别构成四个双目相机；4)根据计算四个双目视差均值然后根据确定辐射热点到该四目编码伽马相机的距离；其中，ΔL为在晶体阵列平面重建图像的单个像素边长，为第i个双目相机对应的两重建图像中辐射热点的像素个数之差，b为该四目编码伽马相机中两相机之间的基线距离，l为该四目编码伽马相机中晶体阵列到该四目编码伽马相机顶点的距离。3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，得到所述重建图像的方法为：将投影数据进行双线性插值，解码矩阵采用精细采样平衡解码的方式，将插值后的投影数据与精细采样平衡解码的解码矩阵进行相关运算得到重建图像。4.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，对四目编码伽马相机的重建图像采用不同的方法确定重建图像中辐射热点的亚像素坐标；所采用的方法包括：一维位置权重法、二维位置权重法、一维高斯拟合方法、二维高斯拟合方法。5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，采用一维位置权重法确定重建图像中的辐射热点位置的方法为：在重建图像中，设辐射强度最大值坐标为(x
max
,y
max
)，在y＝y
max
的一维区域内，选取x
max
左右各N个像素作为辐射热点区域，以每个像素的辐射强度为权重，取其位置坐标x的加权平均值从而确定辐射热点在x方向的位置；同理在x＝x
max
的一维区域内，选取y
max
上下各N个像素作为辐射热点区域，以辐射热点区域每个像素的辐射强度为权重，取其位置坐标y的加权平均值从而确定放射源在y方向的位置。6.如权利要求4所述的方法，其特征在于，采用二维...

【专利技术属性】
技术研发人员：于月，刘彦韬，梁秀佐，章志明，刘双全，李道武，帅磊，魏存峰，魏龙，
申请(专利权)人：中国科学院高能物理研究所，
类型：发明
国别省市：