面阵光电图像传感器辐射瞬态响应的模拟方法及模拟装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种面阵光电图像传感器辐射瞬态响应的模拟方法及模拟装置，对射线或粒子辐射场环境下光电图像传感器辐射瞬态响应进行模拟，解决复杂辐射环境下面阵光电图像传感器辐射瞬态响应评估试验成本高、获取的有效数据少以及获取的数据难以全面反应在真实环境下的瞬态响应的问题，本发明专利技术模拟方法及模拟装置可实现对各种辐射环境下光电图像传感器的瞬态响应进行模拟，为不同辐射环境下的瞬态响应机理研究奠定基础，同时为基于人工智能的瞬态响应图像处理过程提供训练图像数据集。态响应图像处理过程提供训练图像数据集。态响应图像处理过程提供训练图像数据集。

【技术实现步骤摘要】
面阵光电图像传感器辐射瞬态响应的模拟方法及模拟装置


[0001]本专利技术属于辐射效应模拟领域，具体涉及一种面阵光电图像传感器辐射瞬态响应的模拟方法及模拟装置。

技术介绍

[0002]随着基于光电图像传感器的成像监视系统在空间遥感成像、卫星定位、核电站环境监视、核燃料检修等领域的广泛应用，辐射粒子或射线诱发的瞬态响应备受关注。辐射诱发的瞬态响应信号一方面可以作为信号对辐射粒子进行探测，同时也会成为噪声对成像质量进行干扰。因此，需要结合成像系统的实际用途对其瞬态响应进行评估。
[0003]目前，针对光电图像传感器辐射瞬态响应的研究主要以开展瞬态响应试验为主，但是瞬态响应试验存在以下几方面的问题：(1)由于辐射粒子或射线长时间辐照，会对光电图像传感器造成累积辐照损伤，从而影响瞬态响应测试结果，因此通过单次试验获得有效的数据量较小，难以满足基于人工智能的瞬态响应图像处理过程中对大量数据集的需要；(2)真实的空间辐射环境和核辐射环境比较复杂(包括：粒子或射线的方向、能量、种类等)，试验室环境难以重现，通过试验获得的典型数据难以全面反应在真实环境下的瞬态响应；(3)辐照试验的成本较高，耗时较长。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供一种面阵光电图像传感器辐射瞬态响应的模拟方法及模拟装置，对射线或粒子辐射场环境下光电图像传感器辐射瞬态响应进行模拟，解决复杂辐射环境下面阵光电图像传感器辐射瞬态响应评估试验成本高、获取的有效数据少以及获取的数据难以全面反应在真实环境下的瞬态响应的问题，同时也为构建基于人工智能的瞬态响应图像处理过程提供瞬态响应训练图像数据集。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0006]一种面阵光电图像传感器辐射瞬态响应的模拟方法，包括以下步骤：
[0007]步骤一、构建面阵光电图像传感器的三维阵列几何模型，设置瞬态响应的敏感区域为能量损失收集区域，能量损失收集区域即为敏感单元，并为每个敏感单元设置坐标值，使得每个敏感单元有唯一的位置编号；
[0008]步骤二、选择模拟的物理过程，并设置模拟的物理量；
[0009]模拟的物理量设置的具体过程为：首先，分别统计给出面阵光电图像传感器不同区域材料中产生的次级粒子原子序数、能量、产生位置、方向；其次，给出整个面阵光电图像传感器中产生的次级粒子原子序数、能量、产生位置、方向；
[0010]步骤三、设置辐射粒子或射线的相关参数；
[0011]所述辐射粒子或射线的相关参数包括辐射粒子或射线的形状、辐射粒子或射线的种类、辐射粒子或射线的方向、辐射粒子或射线能量；
[0012]步骤四、根据辐射的剂量率、积分时间确定射线数量，或者根据辐射的注量率、积
分时间确定入射粒子数量；
[0013]4.1)根据辐射的剂量率和积分时间，计算出辐射的总剂量，或者根据辐射的注量率和积分时间，计算出辐射的累积注量；其中，总剂量为剂量率和积分时间的乘积，累积注量为注量率和积分时间的乘积；
[0014]4.2)根据总剂量与粒子数的对应关系以及粒子束斑面积，给出总粒子数，或者根据累积注量与粒子数的对应关系以及粒子束斑面积，给出总粒子数；其中，总粒子数为粒子数与粒子束斑面积的乘积；
[0015]步骤五、开展模拟计算，并根据敏感单元的坐标值和电离能量沉积、不同位置收集效率信息，获得二维瞬态响应输出图像；
[0016]步骤六、根据二维瞬态响应输出图像瞬态响应的坐标信息，确定敏感单元位置编号，根据位置编号确定穿过该位置的粒子种类，从而获得产生该瞬态响应的粒子种类；根据次级粒子原子序数、能量、产生位置，获得不同材料区域产生次级粒子的原子序数与产生率分布图、次级粒子能谱分布图。
[0017]进一步地，步骤一中，敏感单元位置编号Num的确定公式为：
[0018]Num＝100000000z+10000y+x
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(1)
[0019]其中，x为像素单元的横坐标，y为像素单元的纵坐标，z为沿着光电图像传感器上表面到下表面的坐标。
[0020]进一步地，步骤一中，构建面阵光电图像传感器三维阵列几何模型具体包括：确定面阵光电图像传感器不同区域的长、宽、高以及材料种类，确定各层材料的相对中心位置以及设置像素单元尺寸及像素阵列数。
[0021]进一步地，步骤三中，辐射粒子或射线的形状包括面源、点源、球体源、长方体源或球面源；辐射粒子或射线的方向设置单一方向或者通过函数进行定义设置为服从某种分布的方向；辐射粒子或射线能量为单一能量或者通过txt或者dat文件导入的能谱文件。
[0022]进一步地，步骤五中，根据敏感单元的坐标值和电离能量沉积、不同位置收集效率信息，获得二维瞬态响应输出图像具体包括以下步骤：
[0023]5.1)根据敏感单元的电离能量沉积，确定产生的电荷量；
[0024]5.2)根据敏感单元的电荷量、坐标值、收集效率，确定有效收集总电荷，其中有效收集总电荷为相同x和y坐标而不同z条件下有效收集电荷之和；
[0025]5.3)根据敏感单元的坐标值、有效收集电荷、图像传感器的电荷与灰度值转化因子，将有效收集电荷转化为二维图像中的灰度值进行输出，即获取二维瞬态响应输出图像。
[0026]进一步地，步骤五中，通过下列转化获得x、y、z的坐标值：
[0027]z＝[Num/108][0028]y＝[(Num
‑
z
×
108)/104][0029]x＝Num
‑
108×
[Num/108]‑
104×
[Num/104][0030]其中，[]为取整符号。
[0031]进一步地，步骤五中，开展模拟计算时，通过将开始抽样的随机数与系统时间进行关联实现对相同状态下的多组图像进行模拟计算。
[0032]同时，本专利技术还提供一种实现上述方法的面阵光电图像传感器辐射瞬态响应的模拟装置，该装置包括几何模型构建模块、物理过程选择模块、辐射粒子建立模块、运行模块
和数据处理显示模块；所述几何模型构建模块用于构建瞬态响应模拟计算的光电图像传感器三维阵列几何模型，并设置几何体的材料信息；所述物理过程选择模块与几何模型构建模块连接，用于选择模拟过程中需要的物理过程、截断能量以及需要模拟计算的物理量；所述辐射粒子建立模块与几何模型构建模块连接，用于设置辐射粒子或射线的形状、辐射粒子的种类、辐射粒子或射线的方向、辐射粒子或射线能量；所述运行模块分别与物理过程选择模块、辐射粒子建立模块连接，用于设置入射粒子或射线数量和相同状态下模拟的次数；所述数据处理显示模块与运行模块连接，用于处理模拟计算数据，并进行显示。
[0033]进一步地，所述几何模型构建模块在模型构建过程中支持直接构建规则的几何体，同时支持CAD几何模型直接导入。
[0034]进一步地，所述数据处理显示模块的输出为二维瞬态响应输出图像、不同材料区本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种面阵光电图像传感器辐射瞬态响应的模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、构建面阵光电图像传感器的三维阵列几何模型，设置瞬态响应的敏感区域为能量损失收集区域，能量损失收集区域即为敏感单元，并为每个敏感单元设置坐标值，使得每个敏感单元有唯一的位置编号；步骤二、选择模拟的物理过程，并设置模拟的物理量；模拟的物理量设置的具体过程为：首先，分别统计给出面阵光电图像传感器不同区域材料中产生的次级粒子原子序数、能量、产生位置、方向；其次，给出整个面阵光电图像传感器中产生的次级粒子原子序数、能量、产生位置、方向；步骤三、设置辐射粒子或射线的相关参数；所述辐射粒子或射线的相关参数包括辐射粒子或射线的形状、辐射粒子或射线的种类、辐射粒子或射线的方向、辐射粒子或射线能量；步骤四、根据辐射的剂量率、积分时间确定射线数量，或者根据辐射的注量率、积分时间确定入射粒子数量；4.1)根据辐射的剂量率和积分时间，计算出辐射的总剂量，或者根据辐射的注量率和积分时间，计算出辐射的累积注量；其中，总剂量为剂量率和积分时间的乘积，累积注量为注量率和积分时间的乘积；4.2)根据总剂量与粒子数的对应关系以及粒子束斑面积，给出总粒子数，或者根据累积注量与粒子数的对应关系以及粒子束斑面积，给出总粒子数；其中，总粒子数为粒子数与粒子束斑面积的乘积；步骤五、开展模拟计算，并根据敏感单元的坐标值和电离能量沉积、不同位置收集效率信息，获得二维瞬态响应输出图像；步骤六、根据二维瞬态响应输出图像瞬态响应的坐标信息，确定敏感单元位置编号，根据位置编号确定穿过该位置的粒子种类，从而获得产生该瞬态响应的粒子种类；根据次级粒子原子序数、能量、产生位置，获得不同材料区域产生次级粒子的原子序数与产生率分布图、次级粒子能谱分布图。2.根据权利要求1所述的面阵光电图像传感器辐射瞬态响应的模拟方法，其特征在于：步骤一中，敏感单元位置编号Num的确定公式为：Num＝100000000z+10000y+x
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(1)其中，x为像素单元的横坐标，y为像素单元的纵坐标，z为沿着光电图像传感器上表面到下表面的坐标。3.根据权利要求1所述的面阵光电图像传感器辐射瞬态响应的模拟方法，其特征在于，步骤一中，构建面阵光电图像传感器三维阵列几何模型具体包括：确定面阵光电图像传感器不同区域的长、宽、高以及材料种类，确定各层材料的相对中心位置以及设置像素单元尺寸及像素阵列数。4.根据权利要求1所述的面阵光电图像传感器辐射瞬态响应的模拟方法，其特征在于：步骤三中，辐射粒子或射线的形状包括面源、点源、球体源、长方体源或球面源；辐射粒子或射线的方向设置单一方向或者通过函数进行定义设置为服从...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛院院，王祖军，陈伟，刘敏波，郭晓强，姚志斌，何宝平，盛江坤，马武英，缑石龙，
申请(专利权)人：西北核技术研究所，
类型：发明
国别省市：