本申請(qǐng)屬于輻射成像，特別是涉及一種背散射成像方法、系統(tǒng)及探測(cè)器。
背景技術(shù)：
1、背散射x射線成像技術(shù)是基于康普頓散射效應(yīng)的一種淺層的x射線成像技術(shù)，其通過(guò)不同物質(zhì)對(duì)x射線后向散射的強(qiáng)弱差異來(lái)獲得被檢測(cè)目標(biāo)的物質(zhì)分布的成像技術(shù)。該成像技術(shù)的特點(diǎn)是：探測(cè)器與射線源在被檢測(cè)目標(biāo)的同一側(cè)，在低原子序數(shù)高電子密度的物質(zhì)上能夠產(chǎn)生更強(qiáng)的背散射信號(hào)，從而使得有機(jī)物加亮顯示。基于背散射成像技術(shù)的此特點(diǎn)，使得背散射成像技術(shù)被廣泛用于毒品、爆炸物、車輛夾層、墻體竊聽(tīng)裝置和大型客體等的安全檢測(cè)。
2、近年來(lái)，隨著光源小型化的進(jìn)一步推進(jìn)，手持背散射成像技術(shù)迅速占領(lǐng)市場(chǎng)，現(xiàn)有手持背散射成像儀的探測(cè)器普遍采用pmt+無(wú)機(jī)閃爍體或sipm+閃爍體組合，其讀出方案多為單一的跨阻放大模式、或積分放大模式、抑或光子計(jì)數(shù)模式。然而，在面對(duì)復(fù)雜檢測(cè)目標(biāo)時(shí)，返回的背散射信號(hào)強(qiáng)度動(dòng)態(tài)范圍較寬，可以從極弱的信號(hào)范圍瞬時(shí)變化至極強(qiáng)的信號(hào)范圍，傳統(tǒng)方法中僅采用單一的跨阻放大模式、或積分放大模式、抑或光子計(jì)數(shù)模式在寬動(dòng)態(tài)范圍條件下，缺乏對(duì)探測(cè)器工作狀態(tài)的動(dòng)態(tài)適配能力，容易導(dǎo)致深部弱信號(hào)被系統(tǒng)噪聲淹沒(méi)，出現(xiàn)信噪比不足的現(xiàn)象，或者在強(qiáng)信號(hào)下造成信號(hào)失真與圖像細(xì)節(jié)丟失。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本申請(qǐng)的目的在于提供一種背散射成像方法、系統(tǒng)及探測(cè)器，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中單一模式的跨阻放大方案、或積分放大方案、抑或光子計(jì)數(shù)模式無(wú)法根據(jù)復(fù)雜檢測(cè)目標(biāo)動(dòng)態(tài)適配容易導(dǎo)致圖像失真和信噪比不足的問(wèn)題。
2、第一方面，本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N背散射成像方法，應(yīng)用于背散射成像探測(cè)器，所述方法包括：
3、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)探測(cè)器輸出的電信號(hào)的信號(hào)強(qiáng)度；
4、基于所述信號(hào)強(qiáng)度，采用遲滯比較策略自適應(yīng)切換當(dāng)前系統(tǒng)運(yùn)行模式以處理所述電信號(hào)，得到處理后的數(shù)據(jù)；其中，所述當(dāng)前系統(tǒng)運(yùn)行模式包括跨阻放大模式和光子計(jì)數(shù)模式；
5、基于所述數(shù)據(jù)，對(duì)所述數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理生成背散射圖像。
6、在一種實(shí)施方式中，所述基于所述信號(hào)強(qiáng)度，采用遲滯比較策略自適應(yīng)切換跨阻放大模式和光子計(jì)數(shù)模式，包括：
7、將所述信號(hào)強(qiáng)度量化為等效光子通量；
8、若所述等效光子通量大于第一切換閾值，則將系統(tǒng)切換至跨阻放大模式；若所述等效光子通量小于第二切換閾值，則將系統(tǒng)切換至光子計(jì)數(shù)模式；若所述等效光子通量位于所述第一切換閾值和所述第二切換閾值之間，則保持當(dāng)前系統(tǒng)運(yùn)行模式不變，其中，所述第一切換閾值大于所述第二切換閾值。
9、在一種實(shí)施方式中，所述基于所述信號(hào)強(qiáng)度，采用遲滯比較策略自適應(yīng)切換跨阻放大模式和光子計(jì)數(shù)模式，包括：
10、將所述信號(hào)強(qiáng)度量化為等效光子通量；
11、若所述等效光子通量持續(xù)大于第一切換閾值達(dá)到第一預(yù)定時(shí)長(zhǎng)，則將系統(tǒng)切換至跨阻放大模式；若所述等效光子通量持續(xù)小于第二切換閾值達(dá)到第二預(yù)定時(shí)長(zhǎng)，則將系統(tǒng)切換至光子計(jì)數(shù)模式；若所述等效光子通量位于所述第一切換閾值和所述第二切換閾值之間，則保持當(dāng)前系統(tǒng)運(yùn)行模式不變，其中，所述第一切換閾值大于所述第二切換閾值。
12、在一種實(shí)施方式中，所述信號(hào)強(qiáng)度的統(tǒng)計(jì)值為在預(yù)設(shè)時(shí)間窗口內(nèi)信號(hào)強(qiáng)度的90％分位數(shù)。
13、在一種實(shí)施方式中，所述基于所述信號(hào)強(qiáng)度，采用遲滯比較策略自適應(yīng)切換當(dāng)前系統(tǒng)運(yùn)行模式以處理所述電信號(hào)，得到處理后的數(shù)據(jù)，包括：
14、若當(dāng)前系統(tǒng)運(yùn)行模式為所述跨阻放大模式時(shí)，對(duì)所述電信號(hào)進(jìn)行跨阻放大和模數(shù)轉(zhuǎn)換，生成積分強(qiáng)度數(shù)據(jù)；
15、若當(dāng)前系統(tǒng)運(yùn)行模式為所述光子計(jì)數(shù)模式時(shí)，對(duì)所述電信號(hào)進(jìn)行脈沖甄別，當(dāng)脈沖幅度超過(guò)預(yù)設(shè)閾值時(shí)，觸發(fā)光子計(jì)數(shù)，生成光子計(jì)數(shù)數(shù)據(jù)。
16、在一種實(shí)施方式中，所述基于所述數(shù)據(jù)，對(duì)所述數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理生成背散射圖像，包括：
17、對(duì)所述積分強(qiáng)度數(shù)據(jù)和所述光子計(jì)數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行加權(quán)融合處理，得到融合后的加權(quán)數(shù)據(jù)；
18、基于所述加權(quán)數(shù)據(jù)，對(duì)所述加權(quán)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字增益校正，得到校正數(shù)據(jù)；
19、基于所述校正數(shù)據(jù)，對(duì)所述校正數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理生成背散射圖像。
20、在一種實(shí)施方式中，所述對(duì)所述積分強(qiáng)度數(shù)據(jù)和所述光子計(jì)數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行加權(quán)融合處理，得到融合后的加權(quán)數(shù)據(jù)，包括：
21、基于所述等效光子通量，對(duì)所述積分強(qiáng)度數(shù)據(jù)和所述光子計(jì)數(shù)數(shù)據(jù)的融合權(quán)重進(jìn)行動(dòng)態(tài)分配；其中，當(dāng)所述等效光子通量小于第二切換閾值時(shí)，所述光子計(jì)數(shù)數(shù)據(jù)的融合權(quán)重大于所述積分強(qiáng)度數(shù)據(jù)的融合權(quán)重，當(dāng)所述等效光子通量大于第一切換閾值時(shí)，所述積分強(qiáng)度數(shù)據(jù)的融合權(quán)重大于所述光子計(jì)數(shù)數(shù)據(jù)的融合權(quán)重；
22、基于所述融合權(quán)重，對(duì)所述積分強(qiáng)度數(shù)據(jù)和所述光子計(jì)數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行加權(quán)計(jì)算，得到融合后的加權(quán)數(shù)據(jù)。
23、在一種實(shí)施方式中，所述實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)探測(cè)器輸出的電信號(hào)的信號(hào)強(qiáng)度之前，包括：
24、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)探測(cè)器中光電傳感器的溫度；
25、根據(jù)所述溫度，實(shí)時(shí)調(diào)整光電傳感器的偏置電壓，以補(bǔ)償因溫度變化引起的增益漂移。
26、第二方面，本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N背散射成像系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：
27、監(jiān)測(cè)模塊，被配置為實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)探測(cè)器輸出的電信號(hào)的信號(hào)強(qiáng)度；
28、信號(hào)處理模塊，被配置為基于所述信號(hào)強(qiáng)度，采用遲滯比較策略自適應(yīng)切換當(dāng)前系統(tǒng)運(yùn)行模式以處理所述電信號(hào)，得到處理后的數(shù)據(jù)；其中，所述當(dāng)前系統(tǒng)運(yùn)行模式包括切換跨阻放大模式和光子計(jì)數(shù)模式；
29、圖像生成模塊，被配置為基于所述數(shù)據(jù)，對(duì)所述數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理生成背散射圖像。
30、第三方面，本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N背散射成像探測(cè)器，所述探測(cè)器包括：
31、光電傳感器，用于將接收的背散射x射線轉(zhuǎn)換為電信號(hào)；
32、信號(hào)處理電路，用于執(zhí)行如上述所述的背散射成像方法。
33、第四方面，本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N電子設(shè)備，包括存儲(chǔ)器和處理器，所述存儲(chǔ)器存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，其特征在于，所述處理器執(zhí)行所述計(jì)算機(jī)程序時(shí)實(shí)現(xiàn)上述所述的方法的步驟。
34、如上所述，本申請(qǐng)所述的一種背散射成像方法、系統(tǒng)及探測(cè)器，具有以下有益效果：
35、本申請(qǐng)采用遲滯比較策略自適應(yīng)切換跨阻放大模式和光子計(jì)數(shù)模式對(duì)電信號(hào)進(jìn)行處理，在面對(duì)復(fù)雜檢測(cè)目標(biāo)時(shí)，本申請(qǐng)的動(dòng)態(tài)范圍可以達(dá)到103-109photons/s，增加了對(duì)探測(cè)器工作狀態(tài)的動(dòng)態(tài)適配能力。同時(shí)，本申請(qǐng)的技術(shù)方案在信號(hào)強(qiáng)度劇烈變化的場(chǎng)景下，可以同時(shí)兼顧強(qiáng)信號(hào)的飽和抑制與弱信號(hào)的靈敏探測(cè)，提高圖像的信噪比，實(shí)現(xiàn)淺層高分辨與深層高靈敏的協(xié)同優(yōu)化。
1.一種背散射成像方法，其特征在于，應(yīng)用于背散射成像探測(cè)器，所述方法包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述信號(hào)強(qiáng)度，采用遲滯比較策略自適應(yīng)切換跨阻放大模式和光子計(jì)數(shù)模式，包括：
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述信號(hào)強(qiáng)度，采用遲滯比較策略自適應(yīng)切換跨阻放大模式和光子計(jì)數(shù)模式，包括：
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述信號(hào)強(qiáng)度的統(tǒng)計(jì)值為在預(yù)設(shè)時(shí)間窗口內(nèi)信號(hào)強(qiáng)度的90％分位數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述基于所述信號(hào)強(qiáng)度，采用遲滯比較策略自適應(yīng)切換當(dāng)前系統(tǒng)運(yùn)行模式以處理所述電信號(hào)，得到處理后的數(shù)據(jù)，包括：
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述基于所述數(shù)據(jù)，對(duì)所述數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理生成背散射圖像，包括：
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述對(duì)所述積分強(qiáng)度數(shù)據(jù)和所述光子計(jì)數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行加權(quán)融合處理，得到融合后的加權(quán)數(shù)據(jù)，包括：
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)探測(cè)器輸出的電信號(hào)的信號(hào)強(qiáng)度之前，包括：
9.一種背散射成像系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括：
10.一種背散射成像探測(cè)器，其特征在于，所述探測(cè)器包括：