编码孔径成像系统及其编码码板技术方案

本发明专利技术公开了一种编码孔径成像系统及其编码码板，所述编码码板包括金属部分及一个或多个开孔，在所述编码码板的任一尺寸为(4N+1)×(4N+1)的范围内，所述开孔的尺寸之和为(2N+1)×(2N+1)，且任意两个尺寸为(4N+1)×(4N+1)的范围内，其开孔的图样不完全相同。本发明专利技术不因编码方式本身引入系统噪声；且本发明专利技术的编码码板结构简单，降低了加工难度和成本，提高了组装精度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及放射性探测成像
，尤其涉及一种编码码板及应用该编码码板的编码孔径成像系统。
技术介绍
目前放射性探测成像技术已被广泛应用于核工业、放射性环境监测、出入境安检等领域，对放射性材料的存储、运输和使用过程进行监控。此种射线成像技术的核心是准直器和探测器的设计。放射源放出的射线通过准直器后产生一定的投影形状，通过探测器与射线作用，产生测量信号，从而实现对该投影图像进行测量，再通过算法对放射源进行图像重建。传统的放射性探测成像技术中，通过小孔准直器或平行孔准直器成像，此种准直器设计使得只有特定方向的射线才能经过准直器而被探测器探测到，所获取的有效计数率较少，大大限制了系统探测效率和灵敏度的提高。编码孔径成像技术的发展大大提高了系统灵敏度，使用编码码板型准直器代替传统的准直器设计，按一定的方式在金属板上进行开孔即为码板，开孔部分允许射线通过而金属部分阻挡射线，射线经过开孔后在探测器平面呈现若干叠加投影图像，通过相应的图像重建解码算法将投影图像重建为放射源图像。上述的编码码板型准直器，其开孔率越高，则编码孔径成像系统获取的有效计数率越高。因此，如何设计开孔方式从而对射线进行编码，在提高系统灵敏度的同时降低噪声的引入是编码孔径成像技术的关键。现有文献I (S. R. Gottesman,E. E. Fenimore,“New family of binaryarrays forcoded aperture imaging (新型的基于二维矩阵的编码孔径成像技术)”，Applied Optics(应用光学)，1989，28(20):第4344-4352页)公开了一种编码孔径成像技术方案，该方案采用修正均匀冗余阵列(以下简称MURA)编码。MURA是在均匀冗余阵列(URA)的基础上发展的结果，与随机阵列(RA)、冗余阵列(NRA)等编码方式相比在重建图像背景噪声、开孔率等方面具有优势，具有很好的成像性能，在新型的编码孔径射线成像仪中应用较广。根据文献I的MURA编码规则，其编码函数A为r Xr矩阵(也称投影矩阵)，其中的r要求为素数，开孔率约为50%，进行图像重建时的解码函数G相应地也是rXr矩阵(也称解码矩阵)，矩阵的值与编码函数A相对应，取值为I或-1，使得式(I)成立，其中为卷积运算算符。A*G = δ (I)根据编码孔径成像理论，编码函数A和解码函数G满足关系式(I)时，通过投影矩阵和解码矩阵的卷积运算即可重建出放射源图像，且此时的编码解码方式不引入系统噪声。这里投影矩阵或者说编码矩阵反映的是放射源的射线经过编码码板后在探测器平面的投影图像，需包含完整的编码信息(rXr)。如图I和图2所示，在工程实现上，该方案所采用的射线探测器面积与MURA编码码板6尺寸一致,为扩展有效视场范围，采用循环嵌套(replicatedmask)的方式对编码码板6进行延拓，使得码板编码数变为(2r-l) X (2r-l)，使得射线倾斜入射时在探测器平面也能采样到完整的编码图像。然而，现有技术存在以下缺点I、编码方式复杂，编码码板由若干“孤立”的单元组成，互相之间无支持，码板加工、固定难度较大。2、虽然采用循环嵌套的方式可扩展视场，但同时使得整个编码控制成像系统的内装有准直器和探测器的探头的口径(面积)扩展为原编码的四倍，由于工程上需考虑用重金属对背景射线进行屏蔽，口径的增大将大大增加系统重量，限制了系统在集成度和便携性方面的提高。由文献I的技术方案，并结合现有技术的其他方案可知，现有技术的编码孔径成像理论，其编码码板图样通常较为复杂。
技术实现思路
针对现有技术中存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种编码码板。本专利技术的另一目的在于提供具有本专利技术编码码板的一种编码孔径成像系统。为实现上述目的，本专利技术的技术方案如下一种编码码板，用于编码孔径成像系统，所述编码码板包括金属部分及一个或多个开孔，在所述编码码板的任一尺寸为(4N+1) X (4N+1)的范围内，所述开孔的尺寸之和为(2N+1) X (2N+1)，且任意两个尺寸为(4N+1) X (4N+1)的范围内，其开孔的图样不完全相同。一种编码孔径成像系统，包括作为准直器的本专利技术的编码码板、探测器以及与所述探测器相连接的图像处理系统，所述探测器所获得的投影图像，传回所述图像处理系统依据解码函数进行图像重建。本专利技术的有益效果在于，本专利技术的编码码板及本专利技术的孔径编码成像系统的正方形编码及相应的解码函数构造方式，使得点源重建图像为理想的δ函数，不因编码方式本身引入系统噪声；且本专利技术的编码码板结构简单，降低了加工难度和成本，提高了组装精度；本专利技术编码码板的有效部分为总面积为(2Ν+1) X (2Ν+1)的一个或多个开孔，开孔尺寸约为码板尺寸的一半(一维)，码板尺寸可与探测器尺寸一致，或者是探测器尺寸的2. 25倍等，使得设备的口径较小，节约了设备筒体的重金属屏蔽材料，提高了设备的便携性；本专利技术的编码码板对系统设计具有较强的适应性，编码码板加工完毕后并不限定编码数，随着探测器位置分辨能力的提高，对其投影图像的采样数得到提高，相应的编码数得到提高(需满足编码数=4Ν+1)，从而提高了编码孔径成像系统的分辨率。并且，本专利技术的编码孔径成像系统，其经过不同种类、不同密度、不同能量的放射源进行测试，均能实现有效检出。附图说明图I为现有技术的一种编码孔径成像系统的示意图。图2为图I中的编码码板的主视示意图。图3为本专利技术第一实施例的编码码板的示意图。图4为本专利技术实施例的编码孔径成像系统的示意图。图5为本专利技术第二实施例的编码码板的示意图。图6为本专利技术第三实施例的编码码板的示意图。图7为本专利技术第四实施例的编码码板的示意图。图8为本专利技术编码孔径成像系统的解码函数的示意图。图9为本专利技术编码孔径成像系统的编码矩阵的示意图。图10为本专利技术编码孔径成像系统的解码矩阵的示意图。图11本专利技术编码孔径成像系统的重建图像的示意图。 具体实施方式体现本专利技术特征与优点的典型实施例将在以下的说明中详细叙述。应理解的是本专利技术能够在不同的实施例上具有各种的变化，其皆不脱离本专利技术的范围，且其中的说明及附图在本质上是当作说明之用，而非用以限制本专利技术。本专利技术实施例的编码码板，可以用于本专利技术实施例的编码孔径成像系统。本专利技术提出一种新型的正方形编码方式，其基于一种编码码板，包括金属部分及一个或多个开孔，在任一尺寸为(4N+1) X (4N+1)的范围内，开孔的尺寸之和为(2N+1) X (2N+1)，且任意两个尺寸为(4N+1) X (4N+1)的范围内，其开孔的图样不完全相同，如果用(4N+1) X (4N+1)的矩阵表示，金属部分对应矩阵元素为1，而开孔部分对应矩阵为0，则“开孔的图样不完全相同”即指其所对应的矩阵不同。本说明书中，N指自然数，SP正整数。如图3所示，本专利技术第一实施例的编码码板I的基本形状为一块正方形金属板，金属板的中心开一个正方形开孔10。开孔的尺寸与系统的探测灵敏度和集成度直接相关，一般而言，开孔的尺寸越大，探测灵敏度越高，同时系统集成度降低；编码码板I的金属板厚度可根据实际应用需求进行调节，总体而言应满足对射线具有较强的阻止能力，同时不能因厚度太大带来明显地准直效应。优选的，本专利技术的编码码板可为17本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种编码码板，用于编码孔径成像系统，其特征在于，所述编码码板包括金属部分及一个或多个开孔，在所述编码码板的任一尺寸为(4N+1)×(4N+1)的范围内，所述开孔的尺寸之和为(2N+1)×(2N+1)，且任意两个尺寸为(4N+1)×(4N+1)的范围内，其开孔的图样不完全相同。

【技术特征摘要】
所揭示的本发明的范围和精神的情况下所作的更动与润饰，均属本发明的权利要求的保护范围之内。权利要求1.一种编码码板，用于编码孔径成像系统，其特征在于，所述编码码板包括金属部分及一个或多个开孔，在所述编码码板的任一尺寸为(4N+1) X (4N+1)的范围内，所述开孔的尺寸之和为(2N+1) X (2N+1)，且任意两个尺寸为(4N+1) X (4N+1)的范围内，其开孔的图样不完全相同。2.如权利要求I所述的编码码板，其特征在于，所述编码码板为正方形，所述开孔中至少包括一个尺寸为(2N+1) X (2N+1)的正方形开孔。3.如权利要求3所述的编码码板，其特征在于，所述编码码板的尺寸为(4N+1) X (4N+1)的正方形，所述编码码板的中心具有(2N+1) X (2N+1)的正方形开孔，除编码码板的四个角以外，所述金属部分的宽度为N。4.如权利要求3所述的编码码板，其特征在于，所述正方形开孔由第一矩形金属条、第二矩形金属条、第三矩形金属条和第四矩形金属条拼接而成，其中第一矩形金属条与第二矩形金属条平行，第三矩形金属条与第四矩形金属条平行，第三、第四矩形金属条的两端与第一、第二矩形金属条的内侧面固定连接。5.如权利要求I所述的编码码板，其特征在于，所述正方形开孔由四个矩形金属条依次首尾相连拼接而成。6.如权利要求I所述的编...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏龙，帅磊，章志明，李道武，马创新，刘彦韬，王英杰，张译文，王晓明，黄先超，柴培，唐浩辉，李婷，朱美玲，庄凯，姜小盼，周魏，孙世峰，
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：