BR112016013655B1 - METHOD AND DEVICE FOR DATA SIGNAL RESOLUTION - Google Patents

METHOD AND DEVICE FOR DATA SIGNAL RESOLUTION Download PDF

Info

Publication number
BR112016013655B1
BR112016013655B1 BR112016013655-1A BR112016013655A BR112016013655B1 BR 112016013655 B1 BR112016013655 B1 BR 112016013655B1 BR 112016013655 A BR112016013655 A BR 112016013655A BR 112016013655 B1 BR112016013655 B1 BR 112016013655B1
Authority
BR
Brazil
Prior art keywords
signal
data
pulse
detection
detection metrics
Prior art date
Application number
BR112016013655-1A
Other languages
Portuguese (pt)
Other versions
BR112016013655A2 (en
Inventor
Paul Andrew Basil Scoullar
Christopher Charles Mclean
Shane Michael Tonissen
Original Assignee
Southern Innovation International Pty Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Southern Innovation International Pty Ltd filed Critical Southern Innovation International Pty Ltd
Priority claimed from PCT/AU2014/050420 external-priority patent/WO2015085372A1/en
Publication of BR112016013655A2 publication Critical patent/BR112016013655A2/en
Publication of BR112016013655B1 publication Critical patent/BR112016013655B1/en

Links

Images

Abstract

MÉTODO E APARELHO PARA RESOLUÇÃO DE SINAIS DE DADOS Um método e aparelho para a resolução de sinais individuais em dados de saída do detector são divulgados. Um aspecto da invenção inclui um circuito de processamento configurado para receber dados de saída do detector, em que os dados de saída do detector podem ser dados escalonados ou dados não- escalonados; transformar os dados de saída do detector, para produzir os dados escalonados em que os dados de saída do detector são recebidos como dados não escalonados; detectar, pelo menos, um sinal, pelo menos, parcialmente, com base nos dados escalonados; e estimar um parâmetro associado com o sinal, em que a estimativa do parâmetro pode preferencialmente compreender uma estimativa da potência do sinal ou sinal de tempo de chegada associado com o sinal.METHOD AND APPARATUS FOR RESOLVING DATA SIGNALS A method and apparatus for resolving individual signals into detector output data is disclosed. One aspect of the invention includes a processing circuit configured to receive detector output data, wherein the detector output data may be scaled data or unscaled data; transforming the detector output data to produce the scaled data wherein the detector output data is received as unscheduled data; detecting at least one signal at least partially based on the scaled data; and estimating a parameter associated with the signal, wherein the parameter estimation may preferably comprise an estimate of the signal power or time of arrival signal associated with the signal.

Description

ANTECEDENTES DA INVENÇÃOBACKGROUND OF THE INVENTION Campo de InvençãoField of Invention

[0001] A presente invenção refere-se de modo geral a um método e aparelho para a determinação de parâmetros de sinais de dados de saída do detector (tipicamente ruidosos) para utilização, em particular, embora não exclusivamente, para a recuperação, a partir de um detector de radiação, de dados afetados por empilhamento de pulso.[0001] The present invention generally relates to a method and apparatus for determining parameters of detector output data signals (typically noisy) for use, in particular, although not exclusively, for recovery from from a radiation detector, from data affected by pulse stacking.

AntecedentesBackground

[0002] A detecção e medição precisa de radiação, vibração ou outros tipos de energia, é empregada em muitas indústrias, incluindo as indústrias de segurança interna, instrumentação científica, diagnóstico médico, análise de materiais, meteorologia, transporte de carga e logística, tecnologia da informação e comunicação (TIC) e de processamento de minerais. Estas e outras indústrias utilizam essa detecção e medição para analisar materiais, estruturas, produtos, informações, sinais ou outros espécimes. Formação de imagens baseada em transmissão, análises espectroscópicas ou outras modalidades podem ser utilizadas para efetuar essa análise.[0002] The precise detection and measurement of radiation, vibration or other types of energy is employed in many industries, including homeland security, scientific instrumentation, medical diagnostics, materials analysis, meteorology, cargo transportation and logistics, technology information and communication (ICT) and mineral processing. These and other industries use this detection and measurement to analyze materials, structures, products, information, signals or other specimens. Transmission-based imaging, spectroscopic analysis, or other modalities can be used to perform this analysis.

[0003] Na exploração mineral e de petróleo, as técnicas de extração de poços utilizam raios gama e nêutrons para determinar o conteúdo de depósitos de rochas e minerais subterrâneos. Os dados sobre a porosidade e a densidade das formações rochosas podem ser determinados a partir de técnicas de extração de poços nucleares, que são então usados para ajudar a detectar a presença de reservatórios geológicos e seus conteúdos (por exemplo, petróleo, gás ou água).[0003] In mineral and oil exploration, well extraction techniques use gamma rays and neutrons to determine the content of underground rock and mineral deposits. Data on the porosity and density of rock formations can be determined from nuclear well drilling techniques, which are then used to help detect the presence of geological reservoirs and their contents (e.g. oil, gas or water) .

[0004] No transporte de carga e logística, a varredura de raio-X é usada não apenas para varrer a carga para fins de segurança (isto é, detecção de substâncias ilícitas ou explosivos), mas também pode ser usada para medir o peso, volume e distribuição de carga para determinar preços e gerar manifestos.[0004] In freight transport and logistics, X-ray scanning is used not only to scan cargo for security purposes (i.e. detection of illicit substances or explosives), but can also be used to measure weight, volume and distribution of cargo to determine prices and generate manifests.

[0005] A navegação e determinação da distância pelo som (SONAR) pode ser utilizada na navegação e na localização de objetos dentro de um corpo de água. A detecção e a determinação da distância sônica (SODAR) podem ser usadas para medir a dispersão de ondas sonoras por turbulência atmosférica e, por exemplo, para medir a velocidade do vento a várias alturas acima do solo e da estrutura termodinâmica da camada inferior da atmosfera.[0005] Navigation and distance determination by sound (SONAR) can be used in navigating and locating objects within a body of water. Sonic Distance Detection and Determination (SODAR) can be used to measure the scattering of sound waves by atmospheric turbulence and, for example, to measure wind speed at various heights above the ground and the thermodynamic structure of the lower layer of the atmosphere. .

[0006] O ultrassom pode ser utilizado para imagens médicas ou outros fins, tais como formar imagens de fetos, localizar falhas e/ ou medir a espessura de certos tipos de objetos ou conduzir a localização em tempo real de objetos (por exemplo, em ambientes de fabricação).[0006] Ultrasound can be used for medical imaging or other purposes, such as forming images of fetuses, locating flaws and/or measuring the thickness of certain types of objects or conducting real-time location of objects (for example, in environments of manufacture).

Sumário da InvençãoSummary of the Invention

[0007] A presente invenção refere-se a uma técnica de processamento de sinal digital capaz de estimar com precisão, em tempo real, os parâmetros de eventos de detecção de radiação de entrada, permitindo a recuperação de informação a partir de eventos empilhados.[0007] The present invention relates to a digital signal processing technique capable of accurately estimating, in real time, the parameters of incoming radiation detection events, allowing the recovery of information from stacked events.

[0008] De acordo com um primeiro aspecto da invenção, é fornecido um método e aparelho para resolução de sinais individuais em dados de saída de detector. O método compreende: receber dados de saída do detector; transformar os dados de saída do detector para produzir dados escalonados; detectar pelo menos um sinal com base, pelo menos parcialmente, nos dados escalonados; e estimar um parâmetro associado com o sinal. O aparelho compreende um circuito de processamento configurado para executar as etapas do método.[0008] According to a first aspect of the invention, there is provided a method and apparatus for resolving individual signals into detector output data. The method comprises: receiving output data from the detector; transforming the detector output data to produce scaled data; detecting at least one signal based at least partially on the scaled data; and estimating a parameter associated with the signal. The apparatus comprises a processing circuit configured to carry out the method steps.

[0009] De acordo com um segundo aspecto da invenção, são fornecidos um método e um aparelho para resolução de sinais individuais em dados de saída de detector. O método compreende: receber dados de saída do detector escalonado; detectar pelo menos um sinal com base, pelo menos parcialmente, nos dados escalonados; e estimar um parâmetro associado com o sinal. O aparelho no segundo aspecto também compreende um circuito de processamento configurado para executar as etapas do método.[0009] According to a second aspect of the invention, there is provided a method and apparatus for resolving individual signals into detector output data. The method comprises: receiving output data from the scaled detector; detecting at least one signal based at least partially on the scaled data; and estimating a parameter associated with the signal. The apparatus in the second aspect also comprises a processing circuit configured to perform the method steps.

[0010] Em algumas concretizações, o parâmetro estimado é um ou mais dentre uma energia de sinal ou um tempo de chegada do sinal.[0010] In some embodiments, the estimated parameter is one or more of a signal energy or a signal arrival time.

[0011] Em algumas concretizações, o método compreende ainda: determinar a amplitude de um sinal nos dados escalonados pelo menos parcialmente com base na diferença entre um valor médio do fluxo de dados escalonados que segue o sinal e um valor médio dos dados escalonados antes do sinal; e estimar a energia de sinal pelo menos parcialmente com base na amplitude do sinal.[0011] In some embodiments, the method further comprises: determining the amplitude of a signal in the scaled data at least partially based on the difference between an average value of the scaled data stream following the signal and an average value of the scaled data before the signal; and estimating the signal energy at least partially based on the amplitude of the signal.

[0012] Será apreciado que pode não ser possível caracterizar adequadamente todos os dados (dados não caracterizados são denominados "dados corrompidos"); tais dados corrompidos podem ser opcionalmente rejeitados. Como tal, em algumas concretizações, o método compreende ainda: gerar um modelo dos dados de saída do detector com base pelo menos parcialmente na energia de sinal estimada; determinar a diferença entre o modelo e os dados de saída do detector; e rejeitar partes do modelo que diferem dos dados de saída do detector por mais do que um limiar.[0012] It will be appreciated that it may not be possible to properly characterize all data (uncharacterized data is termed "corrupted data"); such corrupted data can optionally be rejected. As such, in some embodiments, the method further comprises: generating a model of the detector output data based at least partially on the estimated signal energy; determine the difference between the model and the detector output data; and rejecting parts of the model that differ from the detector output data by more than a threshold.

[0013] Numa concretização exemplar da invenção, o método inclui criar um modelo da saída do detector utilizando os parâmetros de sinal em combinação com a resposta ao impulso do detector. O método pode incluir descartar estimativas de energia consideradas não suficientemente precisas. Numa concretização, o método inclui apresentar todas as estimativas de energia suficientemente precisas num histograma.[0013] In an exemplary embodiment of the invention, the method includes creating a model of the detector output using the signal parameters in combination with the detector's impulse response. The method may include discarding energy estimates deemed not sufficiently accurate. In one embodiment, the method includes displaying all sufficiently accurate energy estimates in a histogram.

[0014] Em algumas concretizações, em que os dados de saída do detector compreendem uma pluralidade de amostras que representam pelo menos um sinal, o método compreende ainda transformar os dados de saída do detector pelo menos parcialmente com base na transformação do sinal em um sinal escalonado, em que a transformação do sinal no sinal transformado compreende: modelar o sinal pelo menos parcialmente com base numa variável de borda de subida e uma variável de borda de descida; transformar a variável de borda de subida de modo que o tempo de subida do sinal seja substancialmente zero; e transformar a variável da borda de descida de tal modo que o tempo de descida do sinal seja substancialmente infinito.[0014] In some embodiments, where the detector output data comprises a plurality of samples representing at least one signal, the method further comprises transforming the detector output data at least partially based on transforming the signal into a signal scaled, wherein transforming the signal into the transformed signal comprises: shaping the signal at least partially based on a rising edge variable and a falling edge variable; transforming the rising edge variable such that the rise time of the signal is substantially zero; and transforming the falling edge variable such that the signal falling time is substantially infinite.

[0015] Em algumas concretizações, o método compreende ainda modelar o sinal pelo menos parcialmente com base numa forma de onda de exponencial dupla, em que a forma de onda de exponencial dupla é dada por:

Figure img0001
Figure img0002
Onde: p(t) é o sinal, A é a energia do sinal, a é a variável de borda de subida, e b é a variável de borda de descida.[0015] In some embodiments, the method further comprises modeling the signal at least partially based on a double exponential waveform, where the double exponential waveform is given by:
Figure img0001
Figure img0002
Where: p(t) is the signal, A is the signal energy, a is the rising edge variable, and b is the falling edge variable.

[0016] Em algumas concretizações, o método compreende ainda executar a transformação do sinal pela seguinte operação:

Figure img0003
Onde: x(n) é o valor do fluxo de dados de entrada na amostra 'n' a, b determinam as bordas de subida e de descida da forma de sinal y(n) é o fluxo de dados escalonados, que pode exigir maior escalonamento.[0016] In some embodiments, the method further comprises performing the signal transformation by the following operation:
Figure img0003
Where: x(n) is the input data stream value at sample 'n' a, b determine the rising and falling edges of the signal shape y(n) is the scaled data stream, which may require greater scaling.

[0017] Em algumas concretizações, o método compreende ainda apagar pelo menos uma das amostras dentro de uma janela ao redor da borda de subida do sinal.[0017] In some embodiments, the method further comprises deleting at least one of the samples within a window around the rising edge of the signal.

[0018] Em algumas concretizações, o método compreende ainda detectar o pelo menos um sinal ao determinar uma ou mais métricas de detecção, em que uma ou mais métricas de detecção são determinadas pelo ajuste de uma forma de sinal esperada em uma ou mais janelas deslizantes de amostras nos dados escalonados, e estimar um ajuste de parâmetro entre a forma de sinal esperada e os dados escalonados para cada janela; analisar uma ou mais das métricas de detecção; e determinar se há quaisquer sinais nos dados escalonados com base na referida análise de uma ou mais métricas de detecção.[0018] In some embodiments, the method further comprises detecting the at least one signal by determining one or more detection metrics, wherein the one or more detection metrics are determined by fitting an expected signal shape in one or more sliding windows of samples on the scaled data, and estimating a parameter fit between the expected signal shape and the scaled data for each window; analyze one or more of the detection metrics; and determining whether there are any signals in the scaled data based on said analysis of one or more detection metrics.

[0019] Em algumas concretizações, o método compreende ainda comparar uma ou mais métricas de detecção com um limiar; ou, modelar uma ou mais métricas de detecção com uma aproximação quadrática aplicada a uma ou mais janelas deslizantes dos dados de métrica de detecção e comparar coeficientes quadráticos de uma pluralidade de janelas deslizantes da métrica de detecção.[0019] In some embodiments, the method further comprises comparing one or more detection metrics to a threshold; or, modeling one or more detection metrics with a quadratic approximation applied to one or more sliding windows of the detection metric data and comparing quadratic coefficients of a plurality of sliding windows of the detection metric.

[0020] Em algumas concretizações, o método compreende ainda a determinação de uma ou mais métricas de detecção, com base pelo menos parcialmente em um ajuste dos mínimos quadrados da forma de sinal esperado com os dados escalonados, em que as métricas de detecção são dadas por:

Figure img0004
Onde: k é a amostra, x(k) é a métrica de detecção para a amostra k, b(k) é um segmento dos dados escalonados, centrado na amostra k, e A é o vetor da forma de sinal esperada centrada.[0020] In some embodiments, the method further comprises determining one or more detection metrics, based at least partially on a least squares fit of the expected signal shape to the scaled data, wherein the detection metrics are given per:
Figure img0004
Where: k is the sample, x(k) is the detection metric for the k sample, b(k) is a segment of the scaled data, centered on the k sample, and A is the vector of the centered expected signal shape.

[0021] Em algumas concretizações, o método compreende ainda atualizar de forma incremental uma ou mais métricas de detecção, com base pelo menos parcialmente na métrica de detecção anterior, utilizando adição, subtração, e/ ou escalonamento.[0021] In some embodiments, the method further comprises incrementally updating one or more detection metrics, based at least partially on the previous detection metric, using addition, subtraction, and/or scaling.

[0022] Em algumas concretizações, o método compreende ainda descartar sinais que são separados do pelo menos um sinal por menos do que um número de amostras limite.[0022] In some embodiments, the method further comprises discarding signals that are separated from the at least one signal by less than a threshold number of samples.

[0023] Em algumas concretizações, o método compreende ainda transformar os dados de saída do detector, pelo menos parcialmente com base na convolução de um filtro de resposta ao impulso finito (FIR) com os dados de saída do detector.[0023] In some embodiments, the method further comprises transforming the detector output data at least partially based on convolution of a finite impulse response (FIR) filter with the detector output data.

[0024] O método opcionalmente compreende uma avaliação da variância das estimativas de energia nos dados e validação dos dados modelados.[0024] The method optionally comprises an evaluation of the variance of the energy estimates in the data and validation of the modeled data.

[0025] Em algumas concretizações, o aparelho compreende um circuito de processamento configurado para executar cada uma das etapas do método. Em outras concretizações, o aparelho compreende outros meios para executar as etapas do método.[0025] In some embodiments, the apparatus comprises a processing circuit configured to perform each of the method steps. In other embodiments, the apparatus comprises further means for carrying out the steps of the method.

[0026] O aparelho pode compreender qualquer aparelho adequado para o qual a recuperação de empilhamento de pulsos é útil. Por exemplo, pode ser um detector de metal, um detector de minas terrestres, um aparelho de imagens médicas, um aparelho de detecção mineral, um aparelho de extração de poços de petróleo, um detector de munições não deflagradas, um aparelho de rastreio de carga, um aparelho de fluorescência de raio X ou um aparelho de difração de raio X. O aparelho deste aspecto compreende um processador para receber os dados na forma digitalizada, adaptado para executar o método de processamento de sinal descrito acima. O aparelho pode incluir um conversor analógico-digital (ADC) adaptado para receber os dados, converter os dados em formato digitalizado e enviar para os dados digitalizados ao processador. Isto é de particular utilidade quando o detector emite dados analógicos, mas é desnecessário onde o detector emite dados digitalizados.[0026] The apparatus may comprise any suitable apparatus for which pulse stacking recovery is useful. For example, it could be a metal detector, a landmine detector, a medical imaging device, a mineral detection device, an oil well drilling device, an unexploded ordnance detector, a cargo screening device , an X-ray fluorescence apparatus or an X-ray diffraction apparatus. The apparatus of this aspect comprises a processor for receiving the data in digitized form, adapted to perform the signal processing method described above. The apparatus may include an analogue-to-digital converter (ADC) adapted to receive the data, convert the data into digitized form and send the digitized data to the processor. This is particularly useful where the detector outputs analogue data, but is unnecessary where the detector outputs digitized data.

[0027] O processador pode, por exemplo, compreender uma matriz de portas programáveis em campo (ou uma matriz dos mesmos), um processador de sinal digital (ou uma matriz dos mesmos), ou uma combinação dos dois. O aparelho pode incluir uma extremidade frontal analógica que inclui o conversor analógico-digital (ADC).[0027] The processor may, for example, comprise an array of field-programmable gates (or an array thereof), a digital signal processor (or an array thereof), or a combination of the two. The apparatus may include an analogue front end that includes the analogue-to-digital converter (ADC).

[0028] O aparelho pode, por exemplo, incluir um dispositivo de computação eletrônico em comunicação de dados com o processador, para controlar o processador e para exibir uma saída do processador. O aparelho pode incluir um detector de radiação.[0028] The apparatus may, for example, include an electronic computing device in data communication with the processor, for controlling the processor and for displaying an output from the processor. The apparatus may include a radiation detector.

[0029] Deve ser entendido que o termo "sinal" é permutável neste contexto com "pulso", uma vez que se refere à saída correspondente a eventos de detecção individuais em vez do sinal de saída global compreendendo a soma de sinais individuais. Também será apreciado que a posição temporal (ou temporização) de um sinal pode ser medida ou expressa de várias maneiras, tal como de acordo com o tempo (ou posição no eixo de tempo) do máximo do sinal ou da borda de ataque do sinal. Normalmente, isto é descrito como o tempo de chegada ("hora de chegada") ou tempo de detecção.[0029] It should be understood that the term "signal" is interchangeable in this context with "pulse", as it refers to the output corresponding to individual detection events rather than the overall output signal comprising the sum of individual signals. It will also be appreciated that the temporal position (or timing) of a signal can be measured or expressed in a number of ways, such as according to the time (or position on the time axis) of the signal maximum or the leading edge of the signal. This is usually described as the arrival time ("arrival time") or detection time.

[0030] Será entendido também que o termo "dados de detector" refere-se a dados que se originaram a partir de um detector, se processado subsequentemente por uma eletrônica associada ou outra dentro ou fora do detector.[0030] It will also be understood that the term "detector data" refers to data originating from a detector, whether subsequently processed by associated or other electronics inside or outside the detector.

[0031] A invenção é aplicável a uma ampla gama de implementações que utilizam uma variedade de tipos de detector e formatos de dados de saída de detector, que permitem que uma gama de saídas seja produzida. Por exemplo, em uma concretização, os dados de saída do detector podem ser gerados por um aparelho de rastreio de carga de raio X compreendendo vários detectores LYSO e a resolução de sinais individuais permite a geração de uma imagem de atenuação de raio X tridimensional da passagem de objeto através do aparelho de rastreio. Numa outra concretização, os dados de saída do detector podem ser gerados por um detector de espectroscopia de dispersão de energia num microscópio eletrônico de varredura, e a resolução de sinais individuais permite a atribuição de cada pulso de raio X medido no detector a um compartimento de energia num histograma espectral, que pode então sofrer processamento de software adicional para determinar a composição quantitativa do material de amostra.[0031] The invention is applicable to a wide range of implementations utilizing a variety of detector types and detector output data formats, which allow a range of outputs to be produced. For example, in one embodiment, the detector output data can be generated by an X-ray load screening apparatus comprising multiple LYSO detectors and the resolution of individual signals allows generation of a three-dimensional X-ray attenuation image of the passage object through the tracking device. In another embodiment, the detector output data can be generated by an energy dispersion spectroscopy detector in a scanning electron microscope, and the resolution of individual signals allows the assignment of each X-ray pulse measured at the detector to a compartment of energy into a spectral histogram, which can then undergo further software processing to determine the quantitative composition of the sample material.

[0032] As principais métricas que são significativas nas indústrias para as quais a presente invenção é aplicável incluem: • a taxa de contagem de entrada (ICR) que pode ser manipulada pela tecnologia; • o rendimento da tecnologia (ou seja, a relação entre o número de contagens consideradas em comparação com o número de contagens desconsideradas); • a melhor resolução de energia obtida com a tecnologia (a uma baixa taxa de contagem); • a degradação da resolução de energia com taxa de contagem crescente; • a melhor resolução de energia que pode ser obtida com taxas de contagem de saída muito elevadas; • a estabilidade da posição de pico e resolução de pico com a taxa de contagem; • a estabilidade da posição de pico e resolução de pico com o tempo; • a detecção de pulsos de baixa energia; • o intervalo dinâmico (isto é, detecção de ambos os eventos de baixa energia e alta energia); e • a capacidade da tecnologia de lidar com a variabilidade da forma de pulso.[0032] Key metrics that are significant in industries to which the present invention is applicable include: • the input count rate (ICR) that can be handled by the technology; • technology throughput (ie, the ratio of the number of counts considered compared to the number of counts disregarded); • the best energy resolution achieved with the technology (at a low count rate); • energy resolution degradation with up-count rate; • the best energy resolution that can be achieved with very high output count rates; • peak position stability and peak resolution with the count rate; • the stability of peak position and peak resolution over time; • the detection of low energy pulses; • the dynamic range (ie, detection of both low-energy and high-energy events); and • the technology's ability to handle pulse shape variability.

[0033] Será apreciado que várias implementações da presente invenção endereçam uma ou mais destas métricas proporcionando melhorias inventivas em relação aos métodos de processamento de sinal do estado da técnica.[0033] It will be appreciated that various implementations of the present invention address one or more of these metrics providing inventive improvements over prior art signal processing methods.

[0034] Ao longo da presente descrição (incluindo quaisquer reivindicações seguintes), a menos que o contexto solicite o contrário, a palavra "compreender" e variações tais como "compreende" e "compreendendo" serão entendidas a implicar a inclusão de um inteiro ou etapa ou grupo de inteiros ou etapas, mas não a exclusão de qualquer outro inteiro ou etapa ou grupo de inteiros ou etapas.[0034] Throughout this description (including any claims that follow), unless the context otherwise requires, the word "comprises" and variations such as "comprises" and "comprising" shall be understood to imply the inclusion of an integer or step or group of integers or steps, but not the deletion of any other integer or step or group of integers or steps.

Breve Descrição dos DesenhosBrief Description of the Drawings

[0035] Para que a invenção possa ser determinada mais claramente, as concretizações preferidas serão agora descritas, por meio de implementações exemplares, com referência aos desenhos anexos, nos quais: A Figura 1 ilustra um aparelho espectroscópico exemplar adaptado para executar a recuperação de empilhamento de pulsos de acordo com uma concretização da invenção. A Figura 2 é uma vista esquemática em corte do detector de diodo de derivação de silício (Silicon Drift Diode - SDD) da Figura 1. A Figura 3 é um gráfico que ilustra aproximadamente 100 μs de dados exemplares emitidos a partir de um detector de diodo de derivação de silício do tipo mostrado na Figura 2. A Figura 4 ilustra um exemplo de aparelho de microanálise de raio X adaptado para executar a recuperação de empilhamento de pulsos de acordo com outra concretização da presente invenção. A Figura 5 é uma vista esquemática de um microscópio eletrônico com sistema EDS ligado que pode ser utilizado no aparelho de microanálise de raio X da Figura 4. A Figura 6 ilustra um espectro de energia de raio X exemplar, coletado utilizando um detector SDD configurado para medir raios X fluorescentes emitidos a partir de uma amostra. A Figura 7 é um diagrama esquemático dos elementos funcionais do aparelho de espectroscopia da Figura 1. As Figuras 8a, 8b e 8c ilustram formas de onda exemplares resultantes da digitalização de dados de saída do detector, ao longo de intervalos de tempo de 1000 microsegundos, 100 microsegundos e 10 microsegundos, respectivamente. As Figuras 9a, 9b e 9c ilustram formas exemplares de empilhamento de pulsos, a saber: "empilhamento tail-end", "empilhamento de pico" e "empilhamento de picos múltiplos", respectivamente. A Figura 10 ilustra uma modelagem exemplar do processo de detecção de sinal de acordo com uma concretização da invenção. A Figura 11 ilustra um modelo matemático mais detalhado do processo de detecção de energia mostrado na Figura 10. A Figura 12 ilustra um processo exemplar para determinar um histograma ilustrando parâmetros dos dados de detector utilizando uma transformação de forma de pulso de acordo com uma concretização. A Figura 13 ilustra uma forma de pulso exemplar para a radiação recebida num detector. As Figuras 14a e 14b representam um resultado exemplar da transformação de dados de resposta de impulso de detector em dados escalonados (também chamados de dados integrais) no processo de transformação de forma de pulso. A Figura 15 representa a borda de subida de um pulso transformado exemplar. As Figuras 16a e 16b ilustram o desempenho de uma métrica de detecção de exemplo, em dados coletados a partir de um detector SDD. A Figura 17 ilustra um processo exemplar para validação de um modelo de saída de detector gerado a partir de processos de recuperação de empilhamento de pulsos de acordo com uma concretização da invenção. As Figuras 18a, 18b e 18c ilustram um exemplo em que um filtro de resposta finita é convoluído com dados de detector integrados. A Figura 19 ilustra um gráfico exemplar da taxa de contagem de saída versus a taxa de contagem de entrada à medida que o comprimento de integração e o fator de integração são variados no processo de recuperação de empilhamento de pulsos de acordo com uma concretização. A Figura 20 demonstra uma otimização exemplar da largura total do pico principal à metade do seu valor máximo (FWHM) que pode ser conseguido alterando o número de amostras suprimidas no processo de recuperação de empilhamento de pulsos de acordo com uma concretização. A Figura 21 ilustra uma estrutura de pulsos exemplar. A Figura 22 representa uma estrutura de matriz exemplar de (ATA) associada com a chegada de múltiplos pulsos nos dados de detectores, por exemplo, como representado na Figura 16a, em que a matriz do sistema é representada por A. A matriz que requer inversão, (ATA), é uma matriz quadrada, onde o número de linhas igual ao número de sinais em uma determinada estrutura de dados. A Figura 23 representa a estrutura do inverso de (ATA).[0035] In order that the invention may be more clearly determined, preferred embodiments will now be described, by way of exemplary implementations, with reference to the accompanying drawings, in which: Figure 1 illustrates an exemplary spectroscopic apparatus adapted to perform stack recovery of pulses according to one embodiment of the invention. Figure 2 is a schematic cross-sectional view of the Silicon Drift Diode (SDD) detector of Figure 1. Figure 3 is a graph illustrating approximately 100 µs of exemplary data emitted from a diode detector. of the type shown in Figure 2. Figure 4 illustrates an example of an X-ray microanalysis apparatus adapted to perform pulse stacking recovery in accordance with another embodiment of the present invention. Figure 5 is a schematic view of an electron microscope with the EDS system turned on that can be used in the X-ray microanalysis apparatus of Figure 4. Figure 6 illustrates an exemplary X-ray energy spectrum collected using an SDD detector configured to measure fluorescent X-rays emitted from a sample. Figure 7 is a schematic diagram of the functional elements of the spectroscopy apparatus of Figure 1. Figures 8a, 8b and 8c illustrate exemplary waveforms resulting from digitizing detector output data over time intervals of 1000 microseconds, 100 microseconds and 10 microseconds, respectively. Figures 9a, 9b and 9c illustrate exemplary forms of pulse stacking, namely: "tail-end stacking", "peak stacking" and "multi-peak stacking", respectively. Figure 10 illustrates an exemplary modeling of the signal detection process according to an embodiment of the invention. Figure 11 illustrates a more detailed mathematical model of the energy detection process shown in Figure 10. Figure 12 illustrates an exemplary process for determining a histogram illustrating parameters of detector data using a pulse shape transformation in accordance with one embodiment. Figure 13 illustrates an exemplary pulse shape for radiation received at a detector. Figures 14a and 14b depict an exemplary result of transforming detector impulse response data into scaled data (also called integral data) in the pulse shape transformation process. Figure 15 represents the rising edge of an exemplary transformed pulse. Figures 16a and 16b illustrate the performance of an example detection metric on data collected from an SDD detector. Figure 17 illustrates an exemplary process for validating a model detector output generated from pulse stack recovery processes in accordance with one embodiment of the invention. Figures 18a, 18b and 18c illustrate an example where a finite response filter is convoluted with embedded detector data. Figure 19 illustrates an exemplary graph of output count rate versus input count rate as the integration length and integration factor are varied in the pulse stack recovery process according to one embodiment. Figure 20 demonstrates an exemplary optimization of the full width of the main peak to half its maximum value (FWHM) that can be achieved by changing the number of suppressed samples in the pulse stack recovery process according to one embodiment. Figure 21 illustrates an exemplary pulse structure. Figure 22 depicts an exemplary matrix structure of (ATA) associated with the arrival of multiple pulses in detector data, for example, as depicted in Figure 16a, where the system matrix is represented by A. The matrix requiring inversion , (ATA), is a square matrix, where the number of rows equals the number of signals in a given data structure. Figure 23 represents the structure of the inverse of (ATA).

Descrição Detalhada da Concretização PreferidaDetailed Description of the Preferred Embodiment

[0036] As vantagens e características da invenção e os métodos para a sua realização podem ser mais facilmente entendidos por referência à seguinte descrição detalhada das concretizações preferidas e aos desenhos anexos. A invenção pode, no entanto, ser incorporada em muitas formas diferentes e não deve ser interpretada como estando limitada às concretizações aqui estabelecidas. Em vez disso, estas concretizações são reveladas de modo que esta descrição seja minuciosa e completa e transmita completamente o conceito da invenção para os versados na técnica, e a invenção seja apenas definida pelas reivindicações anexas. Os números de referência semelhantes referem-se a elementos semelhantes ao longo do relatório.[0036] The advantages and features of the invention and the methods for carrying it out may be more readily understood by reference to the following detailed description of preferred embodiments and the accompanying drawings. The invention can, however, be embodied in many different forms and should not be construed as being limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are disclosed so that this description is thorough and complete and fully conveys the concept of the invention to those skilled in the art, and the invention is only defined by the appended claims. Similar reference numbers refer to similar elements throughout the report.

[0037] Os desenhos e a descrição devem ser considerados de natureza ilustrativa e não restritiva. Os números de referência semelhantes designam elementos semelhantes ao longo do relatório.[0037] The drawings and description must be considered illustrative and not restrictive in nature. Similar reference numbers designate similar elements throughout the report.

[0038] Além disso, uma vez que os tamanhos e espessuras dos elementos constituintes representados nos desenhos anexos são arbitrariamente dados para melhor compreensão e facilidade de descrição, a invenção não se limita aos tamanhos e espessuras ilustrados.[0038] Furthermore, since the sizes and thicknesses of the constituent elements depicted in the accompanying drawings are arbitrarily given for better understanding and ease of description, the invention is not limited to the sizes and thicknesses illustrated.

[0039] Métodos de diagnóstico e tratamento médico que dependem de detecção e medição precisa de radiação, vibração ou outros tipos de energia incluem citometria de fluxo, hematologia, imunologia e quimioterapia tumoral, diagnóstico pré-natal, genética, diagnóstico de leucemia, sequenciamento de genes e densitometria óssea. Em particular, a tomografia computadorizada por emissão de fóton único (SPECT), tomografia por emissão de positrões (PET) e a tomografia computadorizada por raios X (CT raio X) permitem imagens médicas avançadas.[0039] Methods of medical diagnosis and treatment that depend on the detection and accurate measurement of radiation, vibration or other types of energy include flow cytometry, hematology, tumor immunology and chemotherapy, prenatal diagnosis, genetics, leukemia diagnosis, sequencing of genes and bone densitometry. In particular, single photon emission computed tomography (SPECT), positron emission tomography (PET), and X-ray computed tomography (X-ray CT) allow for advanced medical imaging.

[0040] A espectroscopia pode ser usada para analisar materiais. O conhecimento sobre o material é obtido pela análise da emissão de radiação ou absorção de elementos dentro da amostra. Esta emissão de radiação pode ser emissão estimulada devido a alguma forma de radiação incidental ou o resultado da emissão natural dos elementos constituintes.[0040] Spectroscopy can be used to analyze materials. Knowledge about the material is obtained by analyzing the radiation emission or absorption of elements within the sample. This radiation emission may be stimulated emission due to some form of incidental radiation or the result of natural emission from the constituent elements.

[0041] Duas técnicas de espectroscopia de emissão estimulada são fluorescência de raios X (XRF) e emissão de raios X induzida por partículas (PIXE). Estes exemplos são utilizados na análise de materiais nas indústrias de exploração e processamento de ICT e minerais. Nestas técnicas, o conhecimento do material é obtido pela detecção e análise de raios X secundários (ou fluorescentes) emitidos a partir do material depois que o material foi energizado por estímulo com fótons ou partículas de alta energia.[0041] Two techniques of stimulated emission spectroscopy are X-ray fluorescence (XRF) and particle-induced X-ray emission (PIXE). These examples are used in material analysis in the ICT and minerals exploration and processing industries. In these techniques, knowledge of the material is gained by detecting and analyzing secondary (or fluorescent) X-rays emitted from the material after the material has been energized by stimulation with high-energy photons or particles.

[0042] A espectroscopia de raios gama, por exemplo, é uma forma de espectroscopia na qual a radiação eletromagnética emitida está na forma de raios gama. Na espectroscopia de raios gama a detecção da radiação resultante pode ser realizada com um cristal de cintilação (tal como iodeto de sódio ativado por tálio, NaI(Tl)), embora existam vários outros tipos de detectores que também podem ser utilizados. Os cristais de NaI(Tl) geram fótons ultravioleta de acordo com a radiação de raios gama incidente. Estes fótons podem então ser dirigidos para um tubo fotomultiplicador (PMT) que gera um sinal elétrico ou pulso correspondente. Como resultado, a interação entre os fótons e o detector origina sinais do tipo pulso, cuja forma é determinada pela radiação de raios gama incidente, o cristal de detecção e a PMT. A forma fundamental destes sinais do tipo pulso é referida como a resposta ao impulso do detector.[0042] Gamma-ray spectroscopy, for example, is a form of spectroscopy in which the emitted electromagnetic radiation is in the form of gamma rays. In gamma-ray spectroscopy the detection of the resulting radiation can be performed with a scintillation crystal (such as thallium-activated sodium iodide, NaI(Tl)), although there are several other types of detectors that can also be used. NaI(Tl) crystals generate ultraviolet photons according to the incident gamma ray radiation. These photons can then be directed into a photomultiplier tube (PMT) which generates a corresponding electrical signal or pulse. As a result, the interaction between the photons and the detector gives rise to pulse-like signals, the shape of which is determined by the incident gamma-ray radiation, the detection crystal and the PMT. The fundamental form of these pulse-like signals is referred to as the detector's impulse response.

[0043] A saída do fotomultiplicador é um sinal elétrico que representa a soma de sinais de entrada, de forma determinada, gerada em resposta aos raios gama discretos que chegam ao cristal de cintilação. Examinando a saída do detector ao longo do tempo, e em particular a amplitude dos sinais componentes, é possível deduzir informação relacionada à composição química do material.[0043] The output of the photomultiplier is an electrical signal that represents the sum of input signals, in a determined way, generated in response to discrete gamma rays arriving at the scintillation crystal. By examining the detector output over time, and in particular the amplitude of the component signals, it is possible to deduce information related to the chemical composition of the material.

[0044] A análise por todos os métodos acima requer a caracterização dos sinais individuais gerados em resposta à radiação incidente, vibração ou outras formas de energia. Os parâmetros de sinal de interesse particular incluem a amplitude do sinal, o número e o tempo de ocorrência ou a posição temporal (seja medido como tempo de chegada, tempo máximo ou não). Se os tempos de chegada de dois eventos incidentes detectados variarem mais do que o tempo de resposta do detector, a análise da saída do detector é relativamente direta. No entanto, em muitas aplicações, não se pode evitar um fluxo elevado de eventos incidentes, ou pode ser desejável para que a análise possa ser realizada num período de tempo razoável. À medida que o tempo entre as chegadas diminui, a caracterização de todos os sinais resultantes torna-se difícil.[0044] Analysis by all of the above methods requires the characterization of the individual signals generated in response to incident radiation, vibration or other forms of energy. Signal parameters of particular interest include signal amplitude, number and time of occurrence, or temporal position (whether measured as arrival time, maximum time, or not). If the arrival times of two detected incident events vary by more than the detector response time, analysis of the detector output is relatively straightforward. However, in many applications, a high flow of incident events cannot be avoided, or it may be desirable so that the analysis can be performed in a reasonable amount of time. As the time between arrivals decreases, characterization of all resulting signals becomes difficult.

[0045] Em particular, análise do sinal é afetada por um fenômeno conhecido como empilhamento de pulso [G.F. Knoll, Radiation Detection and Measurement, 3a edição, capítulo 17, pg. 632-634, 658 e 659, John Wiley and Sons, New York 2000], pelo qual vários eventos incidentes detectados que chegam mais ou menos simultaneamente dentro do tempo de resolução temporal do detector produzem sinais que se juntam e podem ser contados como um único sinal. O detector não tem tempo suficiente para se recuperar da primeira detecção (isto é, para o sinal retornar à linha de base) para detectar com precisão os eventos subsequentes.[0045] In particular, signal analysis is affected by a phenomenon known as pulse stacking [G.F. Knoll, Radiation Detection and Measurement, 3rd edition, chapter 17, pg. 632-634, 658 and 659, John Wiley and Sons, New York 2000], whereby multiple detected incident events arriving more or less simultaneously within the detector's temporal resolution time produce signals that come together and can be counted as a single signal. The detector does not have enough time to recover from the first detection (that is, for the signal to return to baseline) to accurately detect subsequent events.

[0046] A energia de um raio gama incidente ou raio- X é refletida na amplitude do sinal tipo pulso produzido pelo detector. A presença de energias específicas dentro do sinal do detector é indicativa de elementos particulares no material a partir do qual os raios gama ou raios X chegaram. Assim, a falha na diferenciação de um sinal de grande amplitude causada por um único evento de cintilação a partir da superposição de múltiplos eventos pode ter um efeito sério sobre a precisão da análise espectroscópica subsequente.[0046] The energy of an incident gamma ray or X-ray is reflected in the amplitude of the pulse-like signal produced by the detector. The presence of specific energies within the detector signal is indicative of particular elements in the material from which the gamma rays or X-rays arrived. Thus, failure to differentiate a large amplitude signal caused by a single scintillation event from the superposition of multiple events can have a serious effect on the accuracy of subsequent spectroscopic analysis.

[0047] Podem ser utilizados circuitos de modelagem de pulsos analógicos (isto é, amplificadores de forma de pulsos, circuitos de linha de atraso e discriminadores) para analisar a saída de detectores de radiação. No entanto, pode ser desejável a utilização de digitalização direta da saída do detector seguida por técnicas de análise de pulsos digitais. No projeto e implementação de técnicas ideais de filtragem para processamento de pulsos digitais, a abordagem para lidar com a empilhamento de pulsos na saída de detectores de radiação pode ser consistente tanto para sistemas digitais como analógicos.[0047] Analog pulse shaping circuits (ie pulse shape amplifiers, delay line circuits and discriminators) can be used to analyze the output of radiation detectors. However, it may be desirable to use direct digitization of the detector output followed by digital pulse analysis techniques. In designing and implementing optimal filtering techniques for digital pulse processing, the approach to dealing with pulse stacking at the output of radiation detectors can be consistent for both digital and analog systems.

[0048] Determinados eletrônicos de forma de pulso podem reduzir o tempo de resposta do detector, resultando em uma diminuição da prevalência de empilhamento no espectro final [A.Pullia, A. Geraci e G. Ripamonti, Quasioptimum Y e X-Ray Spectroscopy based on Real-Time Digital Techniques, Nucl. Inst. e Meth. A 439 (2000) 378-384]. Esta técnica é tipicamente limitada, no entanto, pelo tempo de resposta do detector.[0048] Certain pulse-shape electronics can reduce the detector response time, resulting in a decrease in the prevalence of stacking in the final spectrum [A.Pullia, A. Geraci and G. Ripamonti, Quasioptimum Y and X-Ray Spectroscopy based on Real-Time Digital Techniques, Nucl. Inst. and Meth. A 439 (2000) 378-384]. This technique is typically limited, however, by the detector's response time.

[0049] Outra abordagem é a "rejeição de empilhamento de pulsos", que utiliza filtros digitais rápidos e circuitos lógicos para detectar eventos empilhados e descartar os dados corrompidos. Os sinais livres de empilhamento de pulsos são utilizados na análise. No entanto, à medida que a taxa de radiação incidente sobre o detector aumenta, o mesmo acontece com a probabilidade de que o empilhamento de pulsos ocorra e quanto mais for necessário descartar os dados. Consequentemente, a rejeição de empilhamento de pulsos é de utilidade limitada uma vez que um estado é rapidamente alcançado para além do qual um fluxo de radiação incidente superior cessa para reduzir o tempo necessário para a análise espectroscópica, uma vez que uma porcentagem crescente de dados tem de ser rejeitada. Em muitas aplicações, tanto quanto 80% das informações podem ser perdidas para os efeitos do tempo morto e do empilhamento de pulso [DM Scates e JK Hartwell, Appl. Radiat. Isot. 63, 465-473 (2005)].[0049] Another approach is "pulse stacking rejection", which uses fast digital filters and logic circuits to detect stacked events and discard corrupted data. Pulse stack-free signals are used in the analysis. However, as the rate of radiation incident on the detector increases, so does the probability that pulse stacking will occur, and the more it is necessary to discard data. Consequently, pulse stacking rejection is of limited usefulness once a state is quickly reached beyond which an upper incident radiation flux ceases to reduce the time required for spectroscopic analysis, as an increasing percentage of data has to be rejected. In many applications, as much as 80% of the information can be lost to the effects of dead time and pulse stacking [DM Scates and JK Hartwell, Appl. Radiat. Isot. 63, 465-473 (2005)].

[0050] Uma abordagem mais sofisticada é fazer uso do conhecimento sobre o perfil de um único pulso do detector ou modelar matematicamente os parâmetros de um sinal. É então possível, em princípio, distinguir os sinais ou impulsos que se originam de um único evento daqueles causados pelo empilhamento de pulsos. Em um tal método de análise [RJ Komar e H.-B.Mak, Digital Signal Processing for BGO Detectors, Nucl. Inst. e Meth. A336 (1993) 246-252], os sinais que partem do perfil simples são selecionados para análise posterior. Esta análise envolve o ajuste, através de um processo iterativo, de dois impulsos de separação e amplitude variadas. Uma vez determinado o ajuste, as características dos pulsos individuais são conhecidas a partir dos parâmetros de ajuste e, por conseguinte, um pulso proveniente de dois sinais próximos pode ser decomposto nos sinais discretos correspondentes. No entanto, esta abordagem não consegue acomodar circunstâncias em que o empilhamento de pulsos é causado pela superposição de mais de dois sinais. A otimização iterativa é computacionalmente cara e o tempo levado para realizar este procedimento torna-o impraticável na maioria das situações.[0050] A more sophisticated approach is to make use of knowledge about the profile of a single detector pulse or mathematically model the parameters of a signal. It is then possible, in principle, to distinguish the signals or impulses that originate from a single event from those caused by the stacking of pulses. In one such analysis method [RJ Komar and H.-B.Mak, Digital Signal Processing for BGO Detectors, Nucl. Inst. and Meth. A336 (1993) 246-252], the signals that depart from the simple profile are selected for further analysis. This analysis involves fitting, through an iterative process, two pulses of varying separation and amplitude. Once the fit is determined, the characteristics of the individual pulses are known from the fit parameters and therefore a pulse coming from two nearby signals can be decomposed into the corresponding discrete signals. However, this approach cannot accommodate circumstances where pulse stacking is caused by the superposition of more than two signals. Iterative optimization is computationally expensive and the time taken to perform this procedure makes it impractical in most situations.

[0051] O empilhamento de pulso é também um problema na coleta de dados sísmicos; Naoki Saito (em Super resolution of Noisy Band-Limited Data Adaptive Regularization and its Application to Seismic Trace Inversion, CH2847-2/90/0000- 123, 1990) refere-se à resolução de picos estreitamente colocados em um traço sísmico. Esta técnica pode empregar a regularização adaptativa de dados para recuperar informações de frequência faltantes na presença de ruído e, através de iterações repetidas, obter uma melhor resolução. No entanto, esta abordagem é computacionalmente intensiva.[0051] Pulse stacking is also a problem in seismic data collection; Naoki Saito (in Super resolution of Noisy Band-Limited Data Adaptive Regularization and its Application to Seismic Trace Inversion, CH2847-2/90/0000-123, 1990) refers to the resolution of closely placed peaks in a seismic trace. This technique can employ adaptive data regularization to recover missing frequency information in the presence of noise and, through repeated iterations, obtain better resolution. However, this approach is computationally intensive.

[0052] Existe interesse em implementar metodologias de processamento de sinal mais complexas para melhorar ainda mais a resolução do detector, a temporização e a taxa de processamento em taxas de contagem elevadas [R. Novak e M. Venclj, IEEE Trans. Nucl. Sei. 56(6), 3680-3687 (2009)]. No entanto, o desempenho de técnicas de processamento de impulsos digitais "ideais" mais avançadas depende muito dos pressupostos subjacentes a tais técnicas [S. Riboldi, R. Abbiati, A. Geraci e E. Gatti, IEEE Trans. Nucl. Sei. 52(4), 954-958 (2005)].[0052] There is interest in implementing more complex signal processing methodologies to further improve detector resolution, timing and processing rate at high count rates [R. Novak and M. Venclj, IEEE Trans. nucl. Know. 56(6), 3680-3687 (2009)]. However, the performance of more advanced "ideal" digital pulse processing techniques depends heavily on the assumptions underlying such techniques [S. Riboldi, R. Abbiati, A. Geraci and E. Gatti, IEEE Trans. nucl. Know. 52(4), 954-958 (2005)].

[0053] Métodos que requerem um grande esforço computacional podem limitar o rendimento máximo e apresentar desafios para a implementação prática da tecnologia de processamento em determinados ambientes.[0053] Methods that require a large computational effort can limit the maximum throughput and present challenges for the practical implementation of the processing technology in certain environments.

[0054] A Figura 1 ilustra um aparelho espectroscópico exemplar adaptado para executar a recuperação de empilhamento de pulsos de acordo com uma concretização da invenção. Na Figura 1, é proporcionado um aparelho de espectroscopia adaptado para executar a recuperação de empilhamento de pulsos de acordo com uma concretização de exemplo da presente invenção. O aparelho de espectroscopia 100 inclui um detector 110, na forma de um detector de diodo de derivação de silício (SDD) de um tipo utilizado para a detecção e medição de raios X em espectrometria de raios X dispersiva de energia, uma unidade de processamento de sinal 114, um computador 116 para exibição e cabos 112 para acoplar a saída da unidade de processamento de sinal 114 ao computador 116.[0054] Figure 1 illustrates an exemplary spectroscopic apparatus adapted to perform pulse stacking recovery in accordance with one embodiment of the invention. In Figure 1, there is provided a spectroscopy apparatus adapted to perform pulse stacking recovery according to an exemplary embodiment of the present invention. The spectroscopy apparatus 100 includes a detector 110 in the form of a silicon-shunt diode (SDD) detector of a type used for detecting and measuring X-rays in energy dispersive X-ray spectrometry, a signal 114, a computer 116 for display, and cables 112 for coupling the output of the signal processing unit 114 to the computer 116.

[0055] A Figura 2 é uma vista esquemática em corte do detector 110 de diodo de derivação de silício (SDD) da Figura 1. O detector 110 é construído de silício tipo n de elevada resistividade e de elevada pureza 174, que é da ordem de 450 μm de profundidade e tem uma área de superfície ativa de 10 a 150 mm2. A área ativa da face incidente 222 do detector 110 (viz. O lado da janela, em que a radiação de raio X é normalmente incidente durante a utilização) é coberta por uma junção fina 224 de silício de tipo p homogêneo. A parte traseira 280 de detector 110 (viz. o lado do dispositivo) tem eletrodos de derivação concêntricos em anel do tipo p 282a, 282b com divisores de tensão integrados (não mostrado).[0055] Figure 2 is a schematic cross-sectional view of the silicon-shunt diode (SDD) detector 110 of Figure 1. The detector 110 is constructed of high-resistivity, high-purity n-type silicon 174, which is of the order 450 µm deep and has an active surface area of 10 to 150 mm2. The active area of the incident face 222 of the detector 110 (viz. the window side where X-ray radiation is normally incident during use) is covered by a thin junction 224 of homogeneous p-type silicon. Rear portion 280 of detector 110 (viz. device side) has p-type ring concentric shunt electrodes 282a, 282b with integrated voltage dividers (not shown).

[0056] Um campo de potencial elétrico transversal é criado através da espessura do detector 110 por uma estrutura de eletrodos uniformemente espaçados nas suas superfícies frontal e traseira. Além disso, é criado um campo de coleta radial forte por meio da formação de padrões de eletrodos em anel concêntricos 282a, 282b. Estes eletrodos criam um campo elétrico radial e transversal para produzir um "canal de coleta".[0056] A transverse electric potential field is created across the thickness of the detector 110 by an array of evenly spaced electrodes on its front and rear surfaces. Furthermore, a strong radial collection field is created by forming concentric ring electrode patterns 282a, 282b. These electrodes create a radial and transverse electric field to produce a "collection channel".

[0057] Os raios X 284 que incidem sobre e interagem dentro do detector 110 produzem pares de orifícios de elétrons; o número de pares criados é proporcional à energia do raio X incidente. Os elétrons livres derivam através do detector 110 ao longo de um canal de coleta 286 definido pelo campo de potencial elétrico dentro do detector 110 e são coletados em um anodo coletor de elétrons central 288. A carga elétrica, coletada no anodo central 288 é amplificada, em um processo de amplificação de primeiro estágio, por um transistor de efeito de campo (FET) 190, integrado no detector 110. O sinal emitido pelo anodo 288 é então amplificado e formado por uma unidade de processamento de sinal 114 como dados de saída de detector digitalizados (ver Figura 3).[0057] The X-rays 284 impinging upon and interacting within the detector 110 produce pairs of electron holes; the number of pairs created is proportional to the energy of the incident X-ray. Free electrons drift through detector 110 along a collection channel 286 defined by the electric potential field within detector 110 and are collected at a central electron collector anode 288. The electrical charge collected at central anode 288 is amplified, in a first stage amplification process, by a field effect transistor (FET) 190, integrated in detector 110. The signal emitted by anode 288 is then amplified and formed by a signal processing unit 114 as output data from detector scanned (see Figure 3).

[0058] Um benefício desejável da estrutura do detector de diodo de derivação de silício 110 é a baixa capacitância do anodo 288, resultando em baixo ruído eletrônico. Isto permite uma melhor resolução de energia e maiores taxas de contagem do que alguns outros detectores de raios-X, como fotodiodos Si-PIN ou cristais de Si(Li).[0058] A desirable benefit of the structure of the silicon bypass diode detector 110 is the low capacitance of the anode 288, resulting in low electronic noise. This allows for better energy resolution and higher count rates than some other X-ray detectors such as Si-PIN photodiodes or Si(Li) crystals.

[0059] A Figura 3 é um gráfico que ilustra aproximadamente 100 μs de dados exemplares emitidos a partir de um detector de diodo de derivação de silício do tipo mostrado na Figura 2. A carga coletada no anodo 188 foi amplificada e moldada por eletrônica de amplificação e conformação de pulsos, como discutido acima; A Figura 3 ilustra o sinal resultante. A forma do sinal que resulta da detecção de um único raio X é evidente nesta saída do detector digitalizada em 300. No entanto, existem circunstâncias nas quais múltiplos eventos de raios X irão interagir com o detector em rápida sucessão. Em tais circunstâncias, evidente em 302a, 302b, o detector 110 não se recupera de um evento (ou seja, o sinal não retorna à linha de base) antes do próximo evento ocorrer, levando ao empilhamento de pulso. Deve ser notado, por conseguinte, que o aparelho de espectroscopia 100 é susceptível ao empilhamento de pulsos, pelo que a unidade de processamento de sinal 114 é utilizada como descrito acima para determinar a localização e amplitude de pulsos na saída do detector 110.[0059] Figure 3 is a graph illustrating approximately 100 μs of sample data emitted from a silicon shunt diode detector of the type shown in Figure 2. The charge collected at anode 188 was amplified and shaped by amplification electronics and pulse shaping, as discussed above; Figure 3 illustrates the resulting signal. The shape of the signal that results from the detection of a single X-ray is evident in this detector output digitized at 300. However, there are circumstances in which multiple X-ray events will interact with the detector in rapid succession. In such circumstances, evident at 302a, 302b, detector 110 does not recover from an event (ie, the signal does not return to baseline) before the next event occurs, leading to pulse stacking. It should be noted, therefore, that spectroscopy apparatus 100 is susceptible to pulse stacking, whereby signal processing unit 114 is used as described above to determine the location and amplitude of pulses at the output of detector 110.

[0060] Em algumas implementações exemplares, o aparelho de espectroscopia assume várias formas diferentes dependendo da implementação, por exemplo, de um detector de metal, de um detector de minas terrestres, de um aparelho de formação de imagens (tal como um aparelho de imagens médicas), de um aparelho de detecção de minerais, de um poço de petróleo, de um aparelho de rastreamento de bagagens, um aparelho de fluorescência de raios X, um aparelho de difração de raios X, um aparelho de espectroscopia de absorção de raios X, um aparelho de retrodispersão de raios X, um aparelho de dispersão de nêutrons de pequeno ângulo, um aparelho de difratométrico de pó, um aparelho refletômetro de nêutrons, um aparelho de extração de petróleo, um aparelho de microscópio eletrônico de varredura, um detector de radiação de semicondutor (tal como um aparelho detector de derivação de silício, um aparelho detector de telureto de cádmio-zinco ou um aparelho detector de germânio de elevada pureza (HPGe)), um detector de vibração tal como um aparelho de reflexão sísmica, um aparelho de detecção e telemetria por rádio (RADAR), um aparelho de navegação e telemetria por som (SONAR), um aparelho de detecção e medição de elemento, um aparelho de detecção de segurança à radiação, um aparelho de ensaio biológico (tal como um aparelho de ciclometria de fluxo ou um radioimunoensaio) ou um aparelho supercondutor (tal como um aparelho de junção de túnel supercondutor ou um calorímetro supercondutor).[0060] In some exemplary implementations, the spectroscopy apparatus takes several different forms depending on the implementation, for example, a metal detector, a land mine detector, an imaging apparatus (such as an imaging apparatus medical), a mineral detection apparatus, an oil well, a luggage screening apparatus, an X-ray fluorescence apparatus, an X-ray diffraction apparatus, an X-ray absorption spectroscopy apparatus , an X-ray backscatter apparatus, a small angle neutron scattering apparatus, a powder diffractometer apparatus, a neutron reflectometer apparatus, an oil extraction apparatus, a scanning electron microscope apparatus, a semiconductor radiation (such as a silicon drift detector, a cadmium-zinc telluride detector, or a high purity germanium (HPGe) detector), a vibration detector such as a seismic reflection apparatus, a radio detection and telemetry (RADAR) apparatus, a sound navigation and telemetry (SONAR) apparatus, an element detection and measurement apparatus, a radiation safety detection apparatus, a biological testing apparatus (such as a flow cyclometry apparatus or a radioimmunoassay) or a superconducting apparatus (such as a superconducting tunnel junction apparatus or a superconducting calorimeter).

[0061] De acordo com uma concretização da presente invenção, a Figura 4 representa um aparelho de microanálise de raios-X exemplar adaptado para realizar recuperação de empilhamento de pulso de acordo com outra concretização da presente invenção, mostrado esquematicamente em 410. O aparelho de microanálise de raio-X 410 inclui um detector sob a forma de um microscópio eletrônico 412 (com sistema de Espectrometria de Energia Dispersiva (EDS) 414 integrado), uma unidade de processamento de sinal 404 (comparável à da Figura 1), um computador 406 para exibição e os cabos 402 para acoplar a saída da unidade de processamento de sinal 404 ao computador 406. A unidade de processamento de sinal 404 determina a localização e a amplitude de pulsos na saída do microscópio eletrônico 412, como descrito acima.[0061] In accordance with one embodiment of the present invention, Figure 4 depicts an exemplary X-ray microanalysis apparatus adapted to perform pulse stacking recovery in accordance with another embodiment of the present invention, shown schematically at 410. X-ray microanalysis 410 includes a detector in the form of an electron microscope 412 (with integrated Energy Dispersive Spectrometry (EDS) system 414), a signal processing unit 404 (comparable to that of Figure 1), a computer 406 for display and cables 402 for coupling the output of signal processing unit 404 to computer 406. Signal processing unit 404 determines the location and amplitude of pulses at the output of electron microscope 412, as described above.

[0062] A Figura 5 é uma vista esquemática de um microscópio eletrônico de exemplo 412 com um sistema de EDS integrado 514 que pode ser utilizado no aparelho de microanálise de raios X da Figura 4. Um canhão de elétrons 520 pode produzir um feixe de elétrons, o qual é focado por um par de lentes de condensador sucessivas 522a, 522b. O feixe de elétrons focado resultante 524 passa através de uma abertura 526 numa câmara de vácuo 528 do microscópio eletrônico, cujo feixe de elétrons 524 colide com um espécime 530 montado em um estágio 532 dentro da câmara 528. O feixe focado de elétron 524 pode ser varrido através do espécime 530 usando bobinas de varredura 584.[0062] Figure 5 is a schematic view of an example electron microscope 412 with an integrated EDS system 514 that can be used in the X-ray microanalysis apparatus of Figure 4. An electron gun 520 can produce an electron beam , which is focused by a pair of successive condenser lenses 522a, 522b. The resulting focused electron beam 524 passes through an aperture 526 in a vacuum chamber 528 of the electron microscope, which electron beam 524 collides with a specimen 530 mounted on a stage 532 within the chamber 528. The focused electron beam 524 may be scanned through specimen 530 using sweep coils 584.

[0063] Quando feixe de elétrons 524 colide com o espécime 530, os elétrons são ejetados do espécime 530, levando a uma cascata de elétrons de maior energia orbital para menor e a emissão de raios-X. Estes raios-X têm comprimentos de onda únicos para os elementos que constituem espécimes 530, de modo que eles podem ser utilizados para caracterizar os elementos.[0063] When electron beam 524 collides with specimen 530, electrons are ejected from specimen 530, leading to a cascade of electrons from higher to lower orbital energy and the emission of X-rays. These X-rays have wavelengths unique to the elements that make up 530 specimens, so they can be used to characterize the elements.

[0064] A análise de raios-X emitidos começa com sistema EDS 514, que é montado no exterior do microscópio eletrônico 412. O sistema EDS 514 compreende um detector de diodo de derivação de silício (DDS) 536, ligado à extremidade de um dedo frio 538. O dedo frio 538 é utilizado para arrefecer a superfície do detector 536 para -25°C em algumas implementações. O sinal de saída do detector de SDD 536 é amplificado e processado por eletrônica de formação de pulso (não mostrada) alojada no corpo 540 do sistema de EDS 514. Em última análise, a energia dos raios-X fluorescente é determinada pela unidade de processamento de sinal 404. O sistema EDS 514 é montado em um estágio de movimento variável automatizado 542 para permitir o controle automatizado através da distância entre o detector SDD 536 e espécimes 530.[0064] The analysis of emitted X-rays begins with the EDS system 514, which is mounted outside the electron microscope 412. The EDS system 514 comprises a silicon-shunt diode (SDS) detector 536, connected to the end of a finger cool finger 538. Cool finger 538 is used to cool the detector surface 536 to -25°C in some implementations. The output signal from SDD detector 536 is amplified and processed by pulse forming electronics (not shown) housed in body 540 of EDS system 514. Ultimately, the energy of the fluorescent X-rays is determined by the processing unit of signal 404. The EDS system 514 is mounted on an automated variable motion stage 542 to allow automated control over the distance between the SDD detector 536 and specimens 530.

[0065] A Figura 3 ilustra a série de tempo digital formada a partir de raios X emitidos a partir do sistema de EDS 514 e capturados pelo detector de diodo de derivação de silício (DDS) 536. A área sob os pulsos individuais 300 define a energia depositada no detector pelos raios X emitidos.[0065] Figure 3 illustrates the digital time series formed from X-rays emitted from the EDS system 514 and captured by the silicon-shunt diode (DDS) detector 536. The area under the individual pulses 300 defines the energy deposited in the detector by the emitted X-rays.

[0066] A Figura 6 ilustra um espectro de energia de raios-X exemplar, coletado utilizando um detector de SDD (cf. Figuras 2, 4 e 5) configurado para medir os raios-X fluorescentes emitidos a partir de uma amostra. Um tubo de raios-X pode estimular a emissão de raio-X fluorescente. A energia relativa de raios-X fluorescentes está indicada ao longo do eixo-X; o número total de canais de energia neste espectro é de 8.192 canais. O eixo Y indica em uma escala logarítmica o número de sinais gravados em cada canal de energia.[0066] Figure 6 illustrates an exemplary X-ray energy spectrum, collected using an SDD detector (cf. Figures 2, 4 and 5) configured to measure fluorescent X-rays emitted from a sample. An X-ray tube can stimulate the emission of fluorescent X-rays. The relative energy of fluorescent X-rays is indicated along the X-axis; the total number of energy channels in this spectrum is 8,192 channels. The Y axis indicates on a logarithmic scale the number of signals recorded in each energy channel.

[0067] O espectro da figura 6 representa uma coleta de dados total de 60 segundos; a taxa de contagem de entrada (ICR) do detector de SDD (o número de eventos que interagem com o detector a cada segundo) foi de cerca de 153.200 eventos por segundo. A taxa de contagem de saída (OCR) do detector de SDD (o número de eventos que saem do sistema de EDS a cada segundo) era de aproximadamente 131,700 eventos por segundo; o tempo morto de sistema (a diferença entre o ICR e o OCR) foi de 14%. A resolução de energia deste espectro de raios-X, definido como a largura total do pico principal em metade do seu valor máximo (FWHM), foi de 159 elétron- volts (eV) ou 2,48%.[0067] The spectrum in figure 6 represents a total data collection of 60 seconds; the input count rate (ICR) of the SDD detector (the number of events that interact with the detector each second) was about 153,200 events per second. The SDD detector's output count rate (OCR) (the number of events leaving the EDS system each second) was approximately 131,700 events per second; system dead time (the difference between ICR and OCR) was 14%. The energy resolution of this X-ray spectrum, defined as the full width of the main peak at half its maximum value (FWHM), was 159 electron volts (eV) or 2.48%.

[0068] A fluorescência de raios X mais comum a partir de ferro que ocorre naturalmente (que é predominantemente 55Fe) tem uma energia de 6,40 keV. No espectro de energia da Figura 6, este pico de emissão de raios-X é mostrado em 650, aproximadamente no canal 2.550. Outra fluorescência de raios X conhecido por ser característico de 55Fe é o pico de emissão a 7,06 keV, visível em 652 no espectro de energia de raios-X da Figura 6. A fluorescência de raios-X menos comum a partir de outros elementos na amostra (ou ar ambiente) também pode ser visto no espectro de energia em 654.[0068] The most common X-ray fluorescence from naturally occurring iron (which is predominantly 55Fe) has an energy of 6.40 keV. In the energy spectrum of Figure 6, this X-ray emission peak is shown at 650, at approximately channel 2550. Another X-ray fluorescence known to be characteristic of 55Fe is the emission peak at 7.06 keV, visible at 652 in the X-ray energy spectrum of Figure 6. Less common X-ray fluorescence from other elements in the sample (or ambient air) can also be seen in the energy spectrum at 654.

[0069] Dois, picos distintos adicionais são visíveis (em 656 e 658) entre os canais de 5.000 e 5.500. Estes picos não são, devido à fluorescência de raios-X de alta energia, mas sim para a sobreposição de sinais a partir dos picos característicos de energia inferior de 55Fe, a 6,40 keV e 7,06 keV (em 650 e 652), respectivamente. A superposição destes picos, devido ao empilhamento de pulso, ocorre na saída do detector de SDD, quando eventos de radiação chegam ao detector em sucessão tão rápida que o detector não pode se recuperar adequadamente do primeiro evento (o sinal de saída do detector não retorna à linha de base) antes da chegada do sinal subsequente.[0069] Two additional, distinct peaks are visible (at 656 and 658) between channels 5000 and 5500. These peaks are not due to high energy X-ray fluorescence, but rather to the superimposition of signals from the characteristic lower energy peaks of 55Fe at 6.40 keV and 7.06 keV (at 650 and 652) , respectively. The superposition of these peaks, due to pulse stacking, occurs at the output of the SDD detector, when radiation events arrive at the detector in such rapid succession that the detector cannot adequately recover from the first event (the detector output signal does not return to the baseline) before the arrival of the subsequent signal.

[0070] O empilhamento de pulso na saída digitalizada de um detector SDD provoca picos de empilhamento no espectro de energia de raios-X estes picos podem interferir com a caracterização precisa de materiais à medida que eles podem mascarar picos espectrais de outras fluorescências de raios- X originárias da amostra. Assim, a unidade de processamento de sinal 114 é empregue como descrito acima para determinar a localização e a amplitude de pulsos na saída do detector de SDD.[0070] Pulse stacking in the digitized output of an SDD detector causes stacking peaks in the X-ray energy spectrum these peaks can interfere with the accurate characterization of materials as they can mask spectral peaks from other X-ray fluorescence X originating from the sample. Thus, signal processing unit 114 is employed as described above to determine the location and amplitude of pulses at the output of the SDD detector.

[0071] A abordagem da presente invenção pode ser aplicada em muitos outros campos. Em algumas implementações, empilhamento de pulso é um problema no processamento de dados sísmicos. Algumas abordagens são computacionalmente intensivas (mesmo se produzindo bons resultados); o método da presente invenção pode ser aplicado ao processamento de dados sísmicos, sem sobrecarga computacional excessiva de tal modo que uma abordagem alternativa relativamente rápida e barata é fornecida, mesmo que em algumas aplicações os resultados não sejam tão bons como são fornecidos por algumas técnicas.[0071] The approach of the present invention can be applied in many other fields. In some implementations, pulse stacking is a problem when processing seismic data. Some approaches are computationally intensive (even if they produce good results); the method of the present invention can be applied to the processing of seismic data, without excessive computational overhead in such a way that a relatively fast and cheap alternative approach is provided, even if in some applications the results are not as good as are provided by some techniques.

[0072] Numa outra concretização da invenção, um sistema de sismologia de reflexão é utilizado para empregar energia sônica para executar a exploração de petróleo do subsolo como um exemplo não limitativo. A reflexão sônica, ou sismologia de reflexão, é uma técnica para exploração geofísica utilizando os princípios da sismologia para determinar as propriedades do ambiente do subsolo. A sismologia reflexão é conduzida por iniciar ondas sísmicas no subsolo da Terra em um ponto de iniciação utilizando uma explosão, vibradores ou canhão de ar especialmente projetado. As ondas sísmicas assim geradas são um tipo de onda elástica que é realizada através da Terra. Diferentes tipos de material do subsolo abaixo, tais como o granito, xisto, gás ou petróleo, têm diferentes impedâncias acústicas assim, quando as ondas sísmicas iniciadas encontram uma fronteira entre os materiais (isto é, entre os materiais e com diferentes impedâncias acústicas), alguma da energia da onda será transmitida através da fronteira, e uma porção da energia da onda vai ser refletida para fora da fronteira. A amplitude da onda refletida depende da magnitude da onda que chega na fronteira, o ângulo no qual a onda cruza a fronteira e o contraste de impedância entre os dois materiais.[0072] In another embodiment of the invention, a reflection seismology system is used to employ sonic energy to perform underground oil exploration as a non-limiting example. Sonic reflection, or reflection seismology, is a technique for geophysical exploration using the principles of seismology to determine the properties of the subsurface environment. Reflection seismology is conducted by initiating seismic waves underground at an initiation point using a blast, vibrators or specially designed air cannon. The seismic waves thus generated are a type of elastic wave that is carried through the Earth. Different types of subsurface material below, such as granite, shale, gas or oil, have different acoustic impedances so when the initiated seismic waves find a boundary between materials (that is, between materials and with different acoustic impedances), some of the wave energy will be transmitted across the boundary, and a portion of the wave energy will be reflected off the boundary. The amplitude of the reflected wave depends on the magnitude of the wave arriving at the boundary, the angle at which the wave crosses the boundary, and the impedance contrast between the two materials.

[0073] A porção da onda sísmica que é refletida de volta a partir da fronteira para a superfície da terra é detectada por um conjunto sismômetro. O conjunto sismômetro compreende uma pluralidade de geofones individuais que convertem o movimento do solo, induzido pelas ondas sísmicas refletidas, em sinais elétricos. Em utilização, os geofones estão acoplados na superfície da Terra, e ligados em conjunto com os cabos. Os sinais elétricos emitidos pelos geofones são então gravados em uma estação de gravação, para posterior análise e processamento. A estação de gravação inclui uma placa de processamento de pulso comparável à placa de processamento de puslo 114 da Figura 1, adaptada para receber e processar os sinais elétricos emitidos pelos geofones, para resolver os sinais individuais na saída de geofones.[0073] The portion of the seismic wave that is reflected back from the boundary to the earth's surface is detected by a seismometer assembly. The seismometer assembly comprises a plurality of individual geophones that convert ground motion induced by reflected seismic waves into electrical signals. In use, the geophones are attached to the Earth's surface, and connected together with cables. The electrical signals emitted by the geophones are then recorded in a recording station, for later analysis and processing. The recording station includes a pulse processing board comparable to the pulse processing board 114 of Figure 1, adapted to receive and process the electrical signals emitted by the geophones, to resolve the individual signals at the geophones output.

[0074] Deve-se notar que, em algumas aplicações desta técnica, pode haver um único ponto de detonação com múltiplos detectores sônicos para a gravação das formas de ondas sísmicas refletidas. Em outras aplicações, podem ser utilizados múltiplos locais de detonação em conjunto com uma multiplicidade de locais de detecção sônica para determinar um modelo mais robusto do ambiente do subsolo.[0074] It should be noted that, in some applications of this technique, there may be a single detonation point with multiple sonic detectors for recording the reflected seismic waveforms. In other applications, multiple blast sites can be used in conjunction with a multiplicity of sonic detection sites to determine a more robust model of the subsurface environment.

[0075] Um sistema semelhante de acordo com outra concretização da presente invenção pode ser utilizado para a realização de estudos de exploração no ambiente marinho. Nesta concretização, o sistema compreende um navio que reboca uma série de canhões de ar pneumáticos como uma fonte de excitação. Estes canhões emitem pulsos sonoros de baixa frequência (até 300 Hz e 250 dB) no oceano para estimular ondas sísmicas no fundo do mar abaixo. O sistema também inclui vários cabos sísmicos para detectar as ondas sísmicas refletidas; os cabos de que são tipicamente implementados em paralelo têm, nesta concretização, pelo menos, 6 km de comprimento e são espaçados em 150 metros de distância, e fornecidos com hidrofones em intervalos regulares ao longo de cada cabo para gravar as características refletidas dos sinais sonoros sob o fundo do mar. O sistema, de acordo com esta concretização, inclui uma placa de processamento de pulso (no navio) comparável à placa de processamento de pulso (114) da Figura 1 para receber e processar a saída dos hidrofones, a fim de resolver os sinais individuais na saída destes hidrofones.[0075] A similar system according to another embodiment of the present invention can be used for conducting exploration studies in the marine environment. In this embodiment, the system comprises a vessel towing a series of pneumatic air guns as an excitation source. These guns emit low-frequency sound pulses (up to 300 Hz and 250 dB) into the ocean to stimulate seismic waves in the sea floor below. The system also includes several seismic cables to detect the reflected seismic waves; the cables which are typically implemented in parallel are, in this embodiment, at least 6 km in length and are spaced 150 meters apart, and provided with hydrophones at regular intervals along each cable to record the reflected characteristics of the sound signals under the seabed. The system, in accordance with this embodiment, includes a pulse processing board (on the ship) comparable to the pulse processing board (114) of Figure 1 for receiving and processing the output of the hydrophones in order to resolve the individual signals in the output of these hydrophones.

[0076] A sismologia de reflexão é a principal forma de exploração de hidrocarbonetos em ambos os ambientes terrestre e marinho e pode ser usado para encontrar outros recursos, incluindo carvão, minérios, minerais e energia geotérmica. Para mais detecção de características do subsolo pouco profundas, até algumas dezenas de metros de profundidade, as ondas eletromagnéticas podem ser usadas em vez de ondas elásticas, uma técnica denominada de radar de penetração no solo. Todos esses sistemas podem, de acordo com outras concretizações da presente invenção, incluir uma placa de processamento de pulso comparável à placa de processamento de pulso 114 da Figura 1 para processar a saída dos detectores sônicos ou de radar, a fim de resolver os sinais individuais na saída dos respectivos detectores.[0076] Reflection seismology is the main form of exploration for hydrocarbons in both terrestrial and marine environments and can be used to find other resources including coal, ores, minerals and geothermal energy. For more detection of shallow subsurface features, up to a few tens of meters deep, electromagnetic waves can be used instead of elastic waves, a technique called ground-penetrating radar. All of these systems may, in accordance with other embodiments of the present invention, include a pulse processing board comparable to the pulse processing board 114 of Figure 1 for processing the output of the sonic or radar detectors in order to resolve the individual signals. at the output of the respective detectors.

[0077] O método da presente invenção pode também ser empregue em muitos campos de análise de material ou do produto. Em algumas implementações, processamento e fabricação de semicondutores emprega dispositivos de medição de alta resolução e técnicas para avaliação dos parâmetros de amostras; várias medições são efetuadas nas quais películas finas - tais como óxidos, metais ou dielétricos- são depositadas sobre substratos semicondutores de, por exemplo, silício. As técnicas não destrutivas são particularmente úteis para a avaliação de espessura, a identificação de impurezas e a determinação do índice de refração das películas para assegurar rendimentos elevados durante a fabricação. Um tipo de dado que é particularmente útil na fabricação de semicondutores é a que respeita à dosagem e perfil de implantação iônica de dopantes como o arsênio, fósforo e boro; estes dados podem ser obtidos com as medições de fluorescência de raios-X realizadas em diferentes ângulos pequenos, e coletados utilizando um detector de estado sólido de energia dispersiva, tal como um detector de Si(Li). O método da presente invenção pode ser usado para processar a saída de um tal detector neste campo.[0077] The method of the present invention can also be employed in many fields of material or product analysis. In some implementations, semiconductor processing and fabrication employs high-resolution measurement devices and techniques for evaluating sample parameters; various measurements are carried out in which thin films - such as oxides, metals or dielectrics - are deposited on semiconductor substrates of, for example, silicon. Non-destructive techniques are particularly useful for assessing thickness, identifying impurities and determining the refractive index of films to ensure high yields during manufacturing. One type of data that is particularly useful in the manufacture of semiconductors concerns the dosage and ion implantation profile of dopants such as arsenic, phosphorus and boron; these data can be obtained with X-ray fluorescence measurements taken at different small angles, and collected using an energy dispersive solid state detector, such as a Si(Li) detector. The method of the present invention can be used to process the output of such a detector in this field.

[0078] Na sequenciação automática do ácido desoxirribonucleico (ADN), o problema do empilhamento de pulso (e, portanto, tempo morto) pode ser evitado assegurando que apenas um nucleotídeo está presente numa região de detecção, a qualquer momento dado. No entanto, a necessidade de o fazer deve ser substancialmente reduzida -permitindo a coleta de dados muito mais rapidamente - pela utilização do método da presente invenção.[0078] In automated sequencing of deoxyribonucleic acid (DNA), the problem of pulse stacking (and therefore dead time) can be avoided by ensuring that only one nucleotide is present in a detection region at any given time. However, the need to do so should be substantially reduced - allowing much faster data collection - by using the method of the present invention.

[0079] Da mesma forma, o uso generalizado de circuitos eletrônicos miniaturizados cria a necessidade de técnicas de análise sofisticadas capazes de realizar a medição de alta resolução. Em algumas implementações, espectroscopia da vida útil de fotoluminescência é usada para medir fotoluminescência em semicondutores, especialmente aqueles de compostos tais como o arsenieto de gálio que são suscetíveis à incidência de descontinuidades estruturais devido a defeitos de cristalização locais. Em outra aplicação, tais defeitos são detectados como variações na saída foto luminescente, medida com detectores de diodos de avalanche de fóton único (Single Photon Avalanche Diode - SPAD). A saída de tais detectores é processada para permitir a medição das características de foto luminescência de atraso de vida útil da amostra sob inspeção. Em algumas implementações, a rápida deterioração da fotoluminescência em substratos de GaAs permite o uso de fontes de laser pulsado de alta taxa de repetição, teoricamente, permitindo uma taxa de coleta de dados de 500.000 contagens por segundo. Na prática, o empilhamento de pulsos limita a taxa máxima de coleta de dados em tais aplicações para cerca de 100.000 contagens por segundo devido ao tempo morto de conversão finito de conversor de tempo para amplitude comercialmente disponível ainda mais rápido. O método da presente invenção, utilizada para processar os dados a partir de tais detectores, vai permitir taxas de coleta de dados significativamente mais elevadas nestas aplicações.[0079] Likewise, the widespread use of miniaturized electronic circuits creates the need for sophisticated analysis techniques capable of performing high resolution measurement. In some implementations, photoluminescence lifetime spectroscopy is used to measure photoluminescence in semiconductors, especially those from compounds such as gallium arsenide that are susceptible to the incidence of structural discontinuities due to local crystallization defects. In another application, such defects are detected as variations in the photoluminescent output, measured with Single Photon Avalanche Diode (SPAD) detectors. The output of such detectors is processed to allow measurement of the lifetime delay photoluminescence characteristics of the sample under inspection. In some implementations, the rapid decay of photoluminescence on GaAs substrates allows the use of high repetition rate pulsed laser sources, theoretically allowing a data collection rate of 500,000 counts per second. In practice, pulse stacking limits the maximum data collection rate in such applications to about 100,000 counts per second due to the finite conversion dead time of the even faster commercially available time-to-span converter. The method of the present invention used to process data from such detectors will allow for significantly higher data collection rates in these applications.

[0080] A pessoa versada na técnica irá prontamente apreciar que a disposição de detector de radiação acima descrita é meramente uma concretização exemplar. A presente invenção pode ser igualmente aplicada a qualquer sistema de detecção de radiação, vibração ou outros tipos de energia, por exemplo, como aqui descrito.[0080] The person skilled in the art will readily appreciate that the above-described radiation detector arrangement is merely an exemplary embodiment. The present invention can be equally applied to any system for detecting radiation, vibration or other types of energy, for example, as described herein.

[0081] Em algumas implementações, outras disposições variadas para as quais a presente invenção é aplicável, mas não limitada, incluem: 1) A detecção de radiação com um número de outros tipos de cintiladores orgânicos ou inorgânicos, por exemplo, mas não limitada a, fluoreto de bário (BaF2), fluoreto de cálcio (CaF2), germanato de bismuto (BGO), tungstato de cádmio (CdWO4), iodeto de césio CsI, ou dopado com tálio CsI(Tl), dopado com sódio CsI(Na). Oxisulfato de gadolínio (Gd2O2S), o brometo de lantânio (Labr3), cloreto de lantânio (LaCl3), tungstato de chumbo (PbWO4), iodeto de lutécio (LuI3), oxiortosilicato de lutécio (LSO), iodeto de sódio dopado com tálio NaI(Tl), granada de ítrio e alumínio (YAG), sulfureto de zinco (ZnS), tungstato de zinco (ZnWO4). 2) Detecção de radiação com detectores de estado sólido (semicondutores) que dependem de detecção dos portadores de carga (elétrons e buracos) gerados em semicondutores de energia depositada por fótons de raios gama. Por exemplo, detectores feitos de silício e germânio dopado com lítio, telureto de cádmio ou telureto de cádmio e zinco. 3) Detecção de elétrons em microscopia eletrônica de varredura (MEV). Dois tipos de detector de elétrons podem ser usados para imagiologia de SEM: detectores de tipo cintilador (Everhart-Thornley) são utilizados para imagiologia de elétrons secundária, em que o detector é carregado com uma tensão positiva de atrair elétrons para o detector para uma melhor relação sinal-ruído, enquanto os detectores de elétrons retroespalhados podem ser um detector de cintilador ou de estado sólido. 4) Detecção de radiação óptica em citometria de fluxo. Em citometria de fluxo, detectores incluem tipicamente fotodiodos de silício ou tubos fotomultiplicadores (PMTs). Os fotodiodos de silício podem ser usados para medir a dispersão para a frente quando o sinal óptico é forte. Os PMTs são instrumentos mais sensíveis e são ideais para leituras de dispersão e fluorescência.[0081] In some implementations, other miscellaneous provisions to which the present invention is applicable, but not limited, include: 1) The detection of radiation with a number of other types of organic or inorganic scintillators, for example, but not limited to , barium fluoride (BaF2), calcium fluoride (CaF2), bismuth germanate (BGO), cadmium tungstate (CdWO4), cesium iodide CsI, or thallium-doped CsI(Tl), sodium-doped CsI(Na) . Gadolinium oxysulfate (Gd2O2S), lanthanum bromide (Labr3), lanthanum chloride (LaCl3), lead tungstate (PbWO4), lutetium iodide (LuI3), lutetium oxyorthosilicate (LSO), sodium iodide doped with thallium NaI (Tl), yttrium aluminum garnet (YAG), zinc sulfide (ZnS), zinc tungstate (ZnWO4). 2) Radiation detection with solid-state (semiconductor) detectors that rely on detection of charge carriers (electrons and holes) generated in semiconductors from energy deposited by gamma-ray photons. For example, detectors made of silicon and germanium doped with lithium, cadmium telluride or cadmium zinc telluride. 3) Detection of electrons in scanning electron microscopy (SEM). Two types of electron detector can be used for SEM imaging: scintillator-type detectors (Everhart-Thornley) are used for secondary electron imaging, where the detector is charged with a positive voltage to draw electrons into the detector for better signal-to-noise ratio, while backscattered electron detectors can be either a scintillator or a solid-state detector. 4) Optical radiation detection in flow cytometry. In flow cytometry, detectors typically include silicon photodiodes or photomultiplier tubes (PMTs). Silicon photodiodes can be used to measure forward scatter when the optical signal is strong. PMTs are more sensitive instruments and are ideal for scattering and fluorescence readings.

[0082] A Figura 7 é um diagrama esquemático dos elementos funcionais do aparelho de espectroscopia da Figura 1, e é fornecido para explicar em mais detalhes o método de processamento de sinal para recuperação de empilhamento de pulso empregue pelo aparelho da Figura 1. Com referência à Figura 7, o detector de radiação (750) está ligado a uma placa de processamento de pulsos (752) através de uma extremidade frontal analógica (AFE) (754). O objetivo da AFE (754) é o de digitalizar o sinal produzido pelo detector de radiação (750) através da realização de conversão de analógico para digital, nesta concretização, em 125 MHz com precisão de conversão de 12 bits.[0082] Figure 7 is a schematic diagram of the functional elements of the spectroscopy apparatus of Figure 1, and is provided to explain in more detail the signal processing method for pulse stacking recovery employed by the apparatus of Figure 1. With reference 7, the radiation detector (750) is connected to a pulse processing board (752) through an analog front end (AFE) (754). The purpose of the AFE (754) is to digitize the signal produced by the radiation detector (750) by performing analogue to digital conversion, in this embodiment, at 125 MHz with 12-bit conversion precision.

[0083] Uma vez que a saída da radiação foi digitalizada pela AFE (754), o método de processamento de sinais para a recuperação de empilhamento de pulso é implementado. O sinal digital produzido pela AFE (754) é passado para o arranjo de portas programáveis em campo (Field Programmable Gate Array - FPGA) de processamento de pulso (756). O FPGA de processamento de pulsos (756), em seguida, implementa o método de processamento de pulso da presente concretização; um coprocessador (758) de processamento de sinal digital (DSP) pode ser usado para auxiliar o FPGA de processamento de pulso (756) para implementar o método de processamento de pulso. Variáveis exigidas pelo FPGA de processamento de pulso (756) e os dados produzidos nas etapas intermediárias do método de processamento de pulso são armazenadas na memória (760). O processamento de sinal é controlado através de uma Interface de Dados/ Controle (762) que, em conjunto com um processador de controle (764), pode ser usada para modificar a execução do processamento de sinal. Os dados de saída do método de processamento de sinal podem ser exibidos em um display (766) através da Interface de Dados/ Controle (762). O display (766) é proporcionado em um computador que pode, se desejado, ser utilizado para realizar o pós-processamento e controle do sistema.[0083] Once the radiation output has been digitized by the AFE (754), the signal processing method for pulse stacking recovery is implemented. The digital signal produced by the AFE (754) is passed to the pulse processing Field Programmable Gate Array (FPGA) array (756). The pulse processing FPGA (756) then implements the pulse processing method of the present embodiment; a digital signal processing (DSP) coprocessor (758) may be used to assist the pulse processing FPGA (756) to implement the pulse processing method. Variables required by the pulse processing FPGA (756) and the data produced in the intermediate steps of the pulse processing method are stored in memory (760). Signal processing is controlled through a Data/Control Interface (762) which, in conjunction with a control processor (764), can be used to modify the execution of the signal processing. Output data from the signal processing method can be displayed on a display (766) via the Data/Control Interface (762). The display (766) is provided on a computer which may, if desired, be used to perform post-processing and control of the system.

[0084] As figuras 8A, 8B e 8C ilustram a forma de onda exemplar resultante da digitalização de dados de saída do detector, em intervalos de tempo de 1000 microssegundos, 100 microssegundos e 10 microssegundos, respectivamente. Os vários picos nesses valores correspondem à detecção de respectivos raios gama. Alguns picos aparecem como sinais ou pulsos discretos (870, 872), que podem indicar a presença de apenas um único raio gama. Outros picos são devidos ao empilhamento qualquer um de dois picos (876) ou de três ou mais picos (874).[0084] Figures 8A, 8B and 8C illustrate the exemplary waveform resulting from digitizing detector output data at time intervals of 1000 microseconds, 100 microseconds and 10 microseconds, respectively. The various peaks in these values correspond to the detection of respective gamma rays. Some spikes appear as discrete signals or pulses (870, 872), which may indicate the presence of only a single gamma ray. Other peaks are due to stacking either two peaks (876) or three or more peaks (874).

[0085] As figuras 9A, 9B e 9C ilustram formas de empilhamento de pulso exemplares, a saber: 'empilhamento tail-end’, 'empilhamento de pico’ e ‘empilhamento de múltiplos picos', respectivamente, de acordo com uma concretização exemplar da invenção. Conforme mostrado nas Figuras 9a, 9b e 9c, o efeito de empilhamento de pulso é mostrado pelos sinais ou pulsos ilustrativos representados como energia E em função do tempo t (tanto em unidades arbitrárias). A Figura 9a ilustra o chamado ‘empilhamento tail-end’ em que, dependendo do tipo de condicionamento de impulso empregue, a cauda (980) de um pulso (981) pode proporcionar um desvio positivo ou negativo significativo (positivo na concretização ilustrada) para a amplitude de um pulso subsequente (982). Embora o deslocamento de tempo entre os dois pulsos, Δt, seja relativamente grande (quando comparado com o intervalo de tempo total para o qual os pulsos prevalecem), o envelope de sinal ou forma de onda resultante (984) é significativamente acima de zero no momento da chegada do segundo pulso (982).[0085] Figures 9A, 9B and 9C illustrate exemplary pulse stacking forms, namely: 'tail-end stacking', 'peak stacking' and 'multi-peak stacking', respectively, according to an exemplary embodiment of the invention. As shown in Figures 9a, 9b and 9c, the effect of pulse stacking is shown by the illustrative signals or pulses represented as energy E versus time t (both in arbitrary units). Figure 9a illustrates so-called 'tail-end stacking' where, depending on the type of pulse conditioning employed, the tail (980) of a pulse (981) can provide a significant positive or negative offset (positive in the illustrated embodiment) to the amplitude of a subsequent pulse (982). Although the time offset between the two pulses, Δt, is relatively large (when compared to the total time interval for which the pulses prevail), the resulting signal envelope or waveform (984) is significantly above zero at moment of arrival of the second pulse (982).

[0086] A ausência de um verdadeiro estado de sinal nulo entre os dois pulsos corrompe a análise à medida que a cauda do primeiro, infla falsamente a amplitude do segundo pulso. A Figura 9b ilustra a segunda forma de empilhamento de pulso, 'o empilhamento de pico'. Aqui dois pulsos (986) e (988) chegam estreitamente espaçados no tempo (isto é, o tempo de deslocamento Δt entre os pulsos é pequeno em comparação com o intervalo de tempo total durante o qual os pulsos prevalecem). A forma de onda de saída resultante (990) aparece mais ou menos como um único pulso de uma amplitude pouco maior do que qualquer uma dos pulsos componentes. Em situações em que o fluxo de eventos através do detector é extremo, não é incomum ter múltiplos eventos que chegam dentro do tempo de resposta do detector levando a múltiplos empilhamentos de pico. Um tal caso é ilustrado pela Figura 9c. Múltiplos sinais ou pulsos (tais como aqueles mostrados em 992) chegam com o tempo de separação Δt aleatório e se somam para produzir uma forma de onda resultante (994) a partir da qual os parâmetros dos sinais componentes são difíceis de extrair.[0086] The absence of a true null signal state between the two pulses corrupts the analysis as the tail of the first pulse falsely inflates the amplitude of the second pulse. Figure 9b illustrates the second form of pulse stacking, 'peak stacking'. Here two pulses (986) and (988) arrive closely spaced in time (ie, the shift time Δt between the pulses is small compared to the total time interval over which the pulses prevail). The resulting output waveform (990) appears more or less as a single pulse of slightly greater amplitude than any of the component pulses. In situations where the flow of events through the detector is extreme, it is not uncommon to have multiple events arrive within the detector response time leading to multiple peak stacking. One such case is illustrated by Figure 9c. Multiple signals or pulses (such as those shown at 992) arrive with random separation time Δt and sum to produce a resultant waveform (994) from which the parameters of the component signals are difficult to extract.

[0087] Um dos componentes do método de endereçamento de empilhamento de pulso de acordo com esta concretização é a estimativa de certos parâmetros dos sinais ou pulsos; estes parâmetros são o número, o tempo de chegada e a energia de todos os raios gama no fluxo de dados do detector. Estes parâmetros são estimados, de acordo com esta concretização, modelando os sinais no fluxo de dados matematicamente.[0087] One of the components of the pulse stacking addressing method according to this embodiment is the estimation of certain parameters of the signals or pulses; these parameters are the number, arrival time, and energy of all gamma rays in the detector's data stream. These parameters are estimated, according to this embodiment, by mathematically modeling the signals in the data stream.

Modelagem de sinalsignal modeling

[0088] A Figura 10 é um diagrama que ilustra a modelagem exemplar do processo de detecção de eventos de acordo com uma concretização exemplar da invenção. A radiação ou outros eventos de energia g(t) (1000) são incidentes no detector (1002) representado pelo processo de medição m(t), resultando em dados de saída do detector de y(t) (1004). A adição de um processo de amostragem (1006) produz os dados de detector digital ou ‘série cronológica’ X[n] (1008).[0088] Figure 10 is a diagram illustrating exemplary modeling of the event detection process in accordance with an exemplary embodiment of the invention. Radiation or other events of energy g(t) (1000) are incident on the detector (1002) represented by the measurement process m(t), resulting in detector output data of y(t) (1004). The addition of a sampling process (1006) produces the digital detector data or 'time series' X[n] (1008).

[0089] É possível adicionar ao modelo descrito acima algum conhecimento sobre os processos físicos de detecção de eventos de energia. A Figura 11 ilustra um modelo matemático mais detalhado do processo de detecção de energia mostrado na Figura 10 de acordo com uma concretização exemplar da invenção. A entrada para o detector de g(t) é caracterizado pela equação 1, em que a entrada de g(t) é assumida como sendo um número desconhecido (N) de impulsos do tipo função delta de amplitude aleatória (α) e tempo de chegada (T) . Uma implementação exemplar de tal entrada é mostrada em (1110).

Figure img0005
[0089] It is possible to add to the model described above some knowledge about the physical processes of detection of energy events. Figure 11 illustrates a more detailed mathematical model of the energy sensing process shown in Figure 10 in accordance with an exemplary embodiment of the invention. The input to the g(t) detector is characterized by equation 1, where the g(t) input is assumed to be an unknown number (N) of delta function-type pulses of random amplitude (α) and time of arrival (T) . An exemplary implementation of such an entry is shown at (1110).
Figure img0005

[0090] O detector é assumido para ter uma resposta específica para os eventos de entrada, referida como a resposta ao impulso do detector d(t), que está ilustrada em (1112). A versão digitalizada da resposta ao impulso do detector é denotada d[n].[0090] The detector is assumed to have a specific response to the input events, referred to as the detector impulse response d(t), which is illustrated in (1112). The digitized version of the detector's impulse response is denoted d[n].

[0091] A saída do detector é mostrada em (1116) e caracterizada pela Equação 2, em que a saída do detector y(t) é a soma de um número de sinais desconhecido de predeterminada forma d(t), com energia desconhecida (α) e tempo de chegada desconhecido (t). Consideração é dada às fontes de ruído aleatório a(t) (1114). O dado de detectores digitais x[n] mostrado em (1118) e é produzido pelo conversor de analógico para digital.

Figure img0006
[0091] The detector output is shown in (1116) and characterized by Equation 2, in which the detector output y(t) is the sum of a number of unknown signals of predetermined form d(t), with unknown energy ( α) and unknown arrival time (t). Consideration is given to random noise sources a(t) (1114). The digital detector data x[n] is shown in (1118) and is produced by the analog to digital converter.
Figure img0006

[0092] O sinal digitalizado x[n] na saída do conversor analógico para digital (306), como se ilustra em (1118), é, por conseguinte, dado por: N

Figure img0007
onde d[n] é a forma de tempo discreto da forma predeterminada do sinal d(t), Δi é o atraso em amostras para o i-ésimo sinal, e új(n) é a forma tempo discreto do ruído. O sinal digitalizado x[n] também pode ser escrito na forma matricial como:
Figure img0008
onde A é uma matriz m x N, as entradas das quais são dadas por:
Figure img0009
[0092] The digitized signal x[n] at the output of the analogue to digital converter (306), as illustrated in (1118), is therefore given by: N
Figure img0007
where d[n] is the discrete time form of the predetermined form of signal d(t), Δi is the delay in samples for the ith signal, and új(n) is the discrete time form of the noise. The digitized signal x[n] can also be written in matrix form as:
Figure img0008
where A is an mxN matrix, the entries of which are given by:
Figure img0009

[0093] Além disso, T é o comprimento de d[n] em amostras, m é o número total de amostras no sinal digitalizado x[n], α é o vetor de N energias dos sinais, e a é o vetor de ruído de comprimento m. A matriz A também

Figure img0010
[0093] Furthermore, T is the length of d[n] in samples, m is the total number of samples in the digitized signal x[n], α is the vector of N energies of the signals, and a is the noise vector in length m. The matrix A also
Figure img0010

[0094] Assim, as colunas da matriz A contém múltiplas versões do formato do sinal. Para cada uma das colunas individuais do ponto inicial da forma do sinal é definido pela posição temporal do sinal. Em algumas implementações, se os sinais dos dados chegam nas posições 2, 40, 78 e 125, coluna 1 da matriz A terá '0' na primeira linha, o primeiro ponto de referência da forma do sinal na segunda linha, o segundo ponto de referência da forma de sinal na terceira linha, etc. A segunda coluna terá '0' até à linha 40, seguido pela forma do sinal. A terceira coluna terá '0' até a linha 78; a quarta coluna terá '0' até à linha 125 e, em seguida, a forma de sinal. Por isso, o tamanho da matriz A é determinado pelo número de sinais identificados (que passa a ser o número de colunas), enquanto o número de linhas depende do número de amostras na ‘série cronológica’.[0094] Thus, the columns of matrix A contain multiple versions of the signal format. For each of the individual columns the starting point of the signal shape is defined by the time position of the signal. In some implementations, if data signals arrive at positions 2, 40, 78 and 125, column 1 of matrix A will have '0' in the first row, the first signal shape reference point in the second row, the second reference point signal shape reference on the third line, etc. The second column will have '0' up to row 40, followed by the shape of the signal. The third column will have '0' until line 78; the fourth column will have '0' until row 125 and then the sign shape. Therefore, the size of matrix A is determined by the number of identified signals (which becomes the number of columns), while the number of rows depends on the number of samples in the 'time series'.

[0095] O método de processamento de sinal da presente concretização, portanto, os esforços para proporcionar uma estimativa exata de alguns parâmetros desconhecidos dos dados de detector, incluindo não apenas o número de sinais de componente (N) na saída do detector, mas também a energia (α) e tempo de chegada (T) de cada um dos sinais de componente.[0095] The signal processing method of the present embodiment therefore endeavors to provide an exact estimate of some unknown parameters of the detector data, including not only the number of component signals (N) at the detector output, but also the energy (α) and arrival time (T) of each of the component signals.

Pulso Transformação FormaPulse Shape Transformation

[0096] Até à data, processamento de rejeição de empilhamento de pulso tem envolvido a utilização de toda a forma da resposta ao impulso do detector para tentar estimar as energias de impulsos individuais. Como resultado, o cálculo envolveu a solução de um sistema de equações matriciais, incluindo a decomposição de toda uma matriz (mais ou menos) de dimensão 45x45.[0096] To date, pulse stacking rejection processing has involved using every form of the detector's impulse response to attempt to estimate the energies of individual pulses. As a result, the calculation involved the solution of a system of matrix equations, including the decomposition of an entire matrix (more or less) of dimension 45x45.

[0097] A presente invenção evita os desafios de computação e aplicação dos métodos do estado da técnica ao primeiro assegurar que o sinal já esteja, ou seja transformado, em uma forma mais simples para processamento posterior, que se assemelha substancialmente uma função degrau, em contraste com a forma de onda de pico curvo de dados de detectores típicos. Isto reduz significativamente a carga computacional dos métodos do estado da técnica e permite o processamento de sinais recebidos em taxas de contagem de entrada muito altas, e uma vez processado, a saída de sinais com as taxas de contagem de saída muito mais elevadas.[0097] The present invention avoids the challenges of computation and application of prior art methods by first ensuring that the signal is already, or is transformed, into a simpler form for further processing, which substantially resembles a step function, in contrast to the curved peak waveform of typical detector data. This significantly reduces the computational burden of prior art methods and allows the processing of signals received at very high input count rates, and once processed, the output of signals with much higher output count rates.

[0098] O sinal digital produzido pela AFE é passado para o arranjo de portas programáveis em campo (FPGA) 756 de processamento de pulso que compreende um transformador de forma de pulso. A Figura 12 ilustra um processo exemplar para a determinação de um histograma que ilustra os parâmetros dos dados do detector utilizando uma transformada de forma de pulso de acordo com uma concretização. As etapas ilustradas na Figura 12 podem ser realizadas por um FPGA de processamento de pulso 756, ou qualquer outro componente, tal como por um coprocessador DSP 758 e/ ou um processador de controle 764. No bloco 1220, FPGA de processamento de pulso 756 processa os dados do detector utilizando uma transformada de forma de pulso para estender o tempo de decaimento de pulso para o infinito. No bloco 1222, o FPGA de processamento de pulso 756 processa ainda os dados de detectores para detectar a presença de pulsos. No bloco 1224, o FPGA de processamento de pulso 756 calcula a energia e/ ou outros parâmetros de interesse dos pulsos detectados. No bloco 1226, o FPGA de processamento de pulso 756 verifica a exatidão das estimativas por meio de um processo de validação descrito em detalhes abaixo. Finalmente, no bloco 1228, o FPGA de processamento de pulso 756 utiliza as estimativas de energia validadas para construir um histograma que pode ser utilizado pelo usuário para obter mais o pós-processamento.[0098] The digital signal produced by the AFE is passed to the pulse processing field programmable gate array (FPGA) 756 which comprises a pulse shape transformer. Figure 12 illustrates an exemplary process for determining a histogram illustrating detector data parameters using a pulse shape transform in accordance with one embodiment. The steps illustrated in Figure 12 can be performed by a pulse processing FPGA 756, or any other component, such as a DSP coprocessor 758 and/or a control processor 764. In block 1220, pulse processing FPGA 756 processes detector data using a pulse shape transform to extend the pulse decay time to infinity. At block 1222, pulse processing FPGA 756 further processes data from detectors to detect the presence of pulses. At block 1224, pulse processing FPGA 756 calculates the energy and/or other parameters of interest from the detected pulses. At block 1226, pulse processing FPGA 756 verifies the accuracy of the estimates through a validation process described in detail below. Finally, at block 1228, pulse processing FPGA 756 uses the validated energy estimates to construct a histogram that can be used by the user for further post-processing.

[0099] A Figura 13 representa uma forma de pulso exemplar para a radiação recebida em um detector. Tal como descrito anteriormente e com referência à Figura 13, o fluxo de dados contém pulsos 1330 cujas formas são tipicamente compostas de uma borda de subida rápida (1332), atingindo um pico (1334), em seguida, uma borda de descida mais gradual que decai de volta para a linha de base (1336). O módulo de transformação de forma de pulso serve para comprimir a borda de subida e estender a borda de descida de cada pulso no domínio do tempo. Idealmente, a borda de subida seria comprimida para se tornar instantânea, e a borda de descida seria estendida para o infinito, no entanto, as características da forma de pulso do detector irão determinar quão perto deste ideal pode ser alcançado.[0099] Figure 13 represents an exemplary pulse shape for radiation received at a detector. As described earlier and with reference to Figure 13, the data stream contains pulses 1330 whose shapes are typically composed of a fast rising edge (1332), peaking (1334), then a more gradual falling edge which decays back to the baseline (1336). The pulse shape transformation module serves to compress the rising edge and extend the falling edge of each pulse in the time domain. Ideally, the rising edge would be compressed to become instantaneous, and the falling edge would be extended to infinity, however, the pulse shape characteristics of the detector will determine how close to this ideal can be achieved.

[0100] O transformador de forma de pulso é capaz de transformar um número qualquer de uma variedade de formas de pulso para a forma de onda de etapa desejada com operações de transformação adequadas, por exemplo Gaussiana ou formas de impulso exponenciais únicas. No entanto, a concretização preferida descrita a seguir modela os pulsos de sinal com uma forma de onda exponencial dupla que representa de forma mais próxima o processo físico de detecção de eventos no detector, fornecendo a caracterização mais sofisticada e precisa de eventos de detecção.[0100] The pulse shape transformer is capable of transforming any number of a variety of pulse shapes to the desired step waveform with suitable transform operations, for example Gaussian or single exponential pulse shapes. However, the preferred embodiment described below models the signal pulses with a double exponential waveform that more closely represents the physical process of sensing events at the detector, providing the most sophisticated and accurate characterization of sensing events.

Implementação 1 - Exponencial Dupla:Implementation 1 - Double Exponential:

[0101] Uma forma de pulso de detector exemplar, como mostrado na Figura 13, pode ser modelada por uma forma de onda de exponencial dupla:

Figure img0011
Onde: p(t) é o pulso, A é a energia do pulso, e a, b determinam as bordas de descida e subida da forma de pulso.[0101] An exemplary detector pulse shape, as shown in Figure 13, can be modeled by a double exponential waveform:
Figure img0011
Where: p(t) is the pulse, A is the pulse energy, and a, b determine the falling and rising edges of the pulse shape.

[0102] Para uma forma de impulso exponencial dupla, o Transformer forma de pulso executa a seguinte manipulação sobre o fluxo de dados recebidos:

Figure img0012
Onde: x(n) é o valor fluxo de dados recebidos na amostra 'n' a, b determina as bordas de descida e subida da forma de pulso y(n) é o fluxo de dados escalonado, o que pode exigir escalonamento adicional.[0102] For a double exponential pulse shape, the Pulse Shape Transformer performs the following manipulation on the received data stream:
Figure img0012
Where: x(n) is the received data stream value in sample 'n' a, b determines the falling and rising edges of the pulse shape y(n) is the scaled data stream, which may require additional scaling.

[0103] Isto pode ser executado com uma estrutura de filtro de resposta ao impulso infinito (IIR) padrão.[0103] This can be performed with a standard infinite impulse response (IIR) filter structure.

[0104] O uso de transformação de forma de pulso no passado era com o objetivo de reduzir a incidência de empilhamento de pulso para melhorar o rendimento, tipicamente ao tentar isolar cada pulso individual. Em opesição, o resultado de estender a borda de fuga para o infinito, como descrito acima é que o empilhamento de pulso é significativamente aumentado. Para um dado pulso, cada pulso que chega depois dele será empilhado após a sua resposta ao pulso infinitamente longa. Embora este método de processamento pareça ser, por conseguinte, contraproducente e não intuitivo de uma pessoa versada na técnica, esta etapa de processamento intermediário permite análise computacional muito mais simples dos dados de detectores nos estágios de processamento seguintes quando estes são apresentados neste estado transformado.[0104] The use of pulse shape transformation in the past was aimed at reducing the incidence of pulse stacking to improve throughput, typically when trying to isolate each individual pulse. In contrast, the result of extending the trailing edge to infinity as described above is that pulse stacking is significantly increased. For a given pulse, each pulse that arrives after it will be stacked after its infinitely long pulse response. Although this processing method therefore appears to be counterproductive and non-intuitive to a person skilled in the art, this intermediate processing step allows much simpler computational analysis of the detector data in the following processing stages when they are presented in this transformed state.

[0105] As Figuras 14a e 14b mostram um resultado exemplar de transformação dos dados de resposta ao impulso do detector em dados escalonados (também chamados de dados integrais) no processo de transformação de forma de pulso.[0105] Figures 14a and 14b show an exemplary result of transforming the detector's impulse response data into scaled data (also called integral data) in the pulse shape transformation process.

Supressão de Amostras:Sample Suppression:

[0106] A transformação do fluxo de pulso original para a forma de degrau ideal (por compressão do tempo de borda de subida a zero e estendendo o tempo de decaimento da borda de descida ao infinito) nem sempre é possível de atingir, devido a limitações de modelagem, os efeitos de segunda ordem, ou limites sobre recursos disponíveis para a implementação da transformação de forma de pulso. Em particular, a Figura 15 representa uma borda de subida exemplar dos pulsos transformados que ocorrem ao longo de várias amostras.[0106] The transformation of the original pulse flow to the ideal step shape (by compressing the rising edge time to zero and extending the falling edge decay time to infinity) is not always possible to achieve, due to limitations modeling requirements, second-order effects, or limits on available resources for implementing the pulse shape transformation. In particular, Figure 15 depicts an exemplary rising edge of the transformed pulses occurring over several samples.

[0107] A fim de se obter a vantagem na redução computacional que a forma de pulso idealmente transformada proporcionaria, os cálculos podem ser ligeiramente modificados. Uma modificação desejável garante que a região de borda de subida de cada pulso (onde os dados de pulso reais transformados diferem do pulso idealmente transformado) seja excluída dos cálculos. Enquanto a forma curva poderia, teoricamente, ser modelada, esta seria computacionalmente cara, e como uma opção mais desejável, a exclusão de amostras dentro de uma janela definida em torno da borda de subida evita problemas decorrentes do tempo de subida de pulso não modelado, e também quaisquer erros na estimativa de tempo de chegada. Se muitas amostras são excluídas, o empilhamento pode se tornar um problema novo, e caso poucas amostras sejam excluídas, ainda pode haver alguma transição de pulsos incluída no cálculo, levando a erros de estimativa. Ao eliminar estas porções do fluxo de dados, as estimativas de amplitude podem ser realizadas como se a transformação tivesse sido ideal, enquanto nenhuma degradação no resultado é pequena. Se um ou mais eventos chegarem durante a região excluída de um primeiro evento, a região excluída é estendida para cobrir todas as regiões excluídas sobrepostas dos eventos no cluster. O cluster é tratado como um único evento, mas é sinalizada como empilhamento.[0107] In order to obtain the advantage in computational reduction that the ideally transformed pulse shape would provide, the calculations can be slightly modified. A desirable modification ensures that the rising edge region of each pulse (where the actual transformed pulse data differs from the ideally transformed pulse) is excluded from the calculations. While the curved shape could theoretically be modeled, this would be computationally expensive, and as a more desirable option, excluding samples within a defined window around the rising edge avoids problems arising from unmodeled pulse rise time, and also any errors in the estimated time of arrival. If too many samples are excluded, stacking can become a new problem, and if too few samples are excluded, there may still be some pulse transition included in the calculation, leading to estimation errors. By eliminating these portions of the data stream, amplitude estimates can be performed as if the transformation had been ideal, while no degradation in the result is minor. If one or more events arrive during the excluded region of a first event, the excluded region is extended to cover all overlapping excluded regions of events in the cluster. Clustering is treated as a single event, but is flagged as stacking.

Detecção de sinalsignal detection

[0108] Os dados do fluxo de dados transformado são, então, analisados para a presença de pulsos. A detecção de sinais em forma de onda do detector digitalizada é conseguida pelo ajuste de um modelo de "métrica de detecção" para um número fixo de pontos de dados. Esta "janela de detecção" de comprimento fixo é enrolada continuamente através dos dados de detectores digitalizados. Os tamanhos de janela de detecção podem variar de quatro para mais de 128 amostras, no entanto, o tamanho de janela ideal é entre quatro e 64 amostras, devido aos custos de utilização do processamento de mais do que 64 amostras.[0108] The data from the transformed data stream is then analyzed for the presence of pulses. Detection of signals on a digitized detector waveform is achieved by fitting a "detection metric" model to a fixed number of data points. This fixed-length "detection window" is scrolled continuously through the digitized detector data. Detection window sizes can range from four to over 128 samples, however, the optimal window size is between four and 64 samples due to the usage costs of processing more than 64 samples.

[0109] A detecção é implementada através da realização de um ajuste dos mínimos quadrados da forma do pulso esperada com um ou mais segmentos de janela de deslizamento de dados. O termo "janela de deslizamento" geralmente refere-se a um processo iterativo de realizar cálculos matemáticos em segmentos de comprimento finito (por exemplo, janelas) dos dados. Os cálculos matemáticos são sequencialmente realizados nas janelas e cada janela pode se sobrepor-se a janelas adjacentes. Em algumas concretizações, duas janelas adjacentes podem diferir por tão pouco como uma amostra nos pontos de início e fim das mesmas. Na presente concretização, o ajuste de parâmetro estimado (em cada local da janela) pode ser usado como uma métrica de detecção.[0109] Detection is implemented by performing a least squares fit of the expected pulse shape with one or more data sliding window segments. The term "sliding window" generally refers to an iterative process of performing mathematical calculations on finite-length segments (eg, windows) of the data. Mathematical calculations are sequentially performed on windows, and each window can overlap with adjacent windows. In some embodiments, two adjacent windows may differ by as little as one sample in their start and end points. In the present embodiment, the estimated parameter fit (at each window location) can be used as a detection metric.

[0110] O estimador de mínimos quadrados para ajustar a forma de pulso esperada com o segmento de janela é dado por:

Figure img0013
Onde: x(k) representa a métrica de detecção para a amostra 'K'
Figure img0014
ou seja, um segmento do fluxo de dados escalonado, centrado na amostra 'k' A é o vetor da forma de pulso esperada centrado.[0110] The least squares estimator to fit the expected pulse shape with the window segment is given by:
Figure img0013
Where: x(k) represents the detection metric for sample 'K'
Figure img0014
that is, a segment of the scaled data stream, centered on sample 'k' A is the vector of the centered expected pulse shape.

[0111] Como consequência do processo de transformação de forma de pulso anterior, a forma de pulso transformada está estreitamente aproximada por uma função degrau. Assumindo que a forma de pulso já esteja, ou que tenha sido transformada em uma função degrau ideal, permite que a carga computacional da implementação seja reduzida significativamente, enquanto apenas sofrendo uma ligeira redução no desempenho. Se o vetor de forma de pulso esperado A é uma função degrau próxima de zero de comprimento 'N', por exemplo:

Figure img0015
[0111] As a consequence of the previous pulse shape transformation process, the transformed pulse shape is closely approximated by a step function. Assuming that the pulse shape already exists, or that it has been transformed into an ideal step function, allows the computational load of the implementation to be significantly reduced, while only suffering a slight reduction in performance. If the expected pulse shape vector A is a near-zero step function of length 'N', for example:
Figure img0015

[0112] Em seguida, pode-se observar que: o termo (ATA)-1 é constante o termo AT.b(k) está intimamente relacionado com o termo AT.b(k-1), e é dado por:

Figure img0016
[0112] Then, it can be observed that: the term (ATA)-1 is constant the term AT.b(k) is closely related to the term AT.b(k-1), and is given by:
Figure img0016

[0113] Daí o estimador de mínimos quadrados para o ajuste do pulso ideal ao fluxo de dados escalonado pode ser atualizado de forma incremental a partir da estimativa anterior usando adição ou subtração e escalonamento simples.[0113] Hence the least squares estimator for optimal pulse fit to the scaled data stream can be updated incrementally from the previous estimate using addition or subtraction and simple scaling.

[0114] A métrica de detecção de impulso é analisada para determinar a presença ou ausência de um pulso. No caso de nenhum pulso presente, a métrica de detecção é simplesmente de ruído significativo zero. Como um pulso entra pela janela de métricas de detecção de pulsos, a métrica de detecção aumenta a partir de zero e atinge um máximo quando o impulso está centrado na janela, caindo para zero à medida que o pulso deixa a janela. Se múltiplos pulsos estão presentes na janela, a métrica de detecção exibe picos múltiplos. Há dois testes que são combinados para detectar a presença de um pulso: 1) O primeiro teste é um teste simples de limite de ruído para eliminar falsos disparos devido ao ruído. A métrica de detecção é comparada com um limite simples. Se a métrica for inferior ao limite, então nenhum pulso é considerado presente. Se ela excede o limite, em seguida, um ou mais pulsos podem estar presentes. O limite é definido para um nível adequado para garantir que a probabilidade de falsos disparos devido ao ruído seja aceitavelmente baixa. O FPGA de processamento de pulso 756 pode determinar a probabilidade de falsos disparos com base, por exemplo, na variância do ruído no sinal. Quando o FPGA de processamento de pulso 756 define o limite com base na variância, a probabilidade pode ser ajustada para um nível aceitável. 2) O segundo teste é uma busca de picos significativos na métrica de detecção. Isto ocorre quando a inclinação do pico muda de positiva para negativa. Na vizinhança de um pico, a métrica de detecção pode ser modelada por uma aproximação quadrática. Uma aproximação quadrática é realizada de um segmento de janela deslizante do fluxo de métrica de detecção. Uma máquina de estados pode ser utilizada para monitorar os coeficientes quadráticos para determinar quando a métrica de detecção encontra um pico. O processamento adicional dos coeficientes quadráticos fornece uma estimativa do tempo de chegada de sub-amostra do pulso.[0114] The pulse detection metric is analyzed to determine the presence or absence of a pulse. In the case of no pulse present, the detection metric is simply zero significant noise. As a pulse enters the pulse detection metric window, the detection metric increases from zero and reaches a maximum when the pulse is centered in the window, dropping to zero as the pulse leaves the window. If multiple pulses are present in the window, the detection metric displays multiple peaks. There are two tests that are combined to detect the presence of a pulse: 1) The first test is a simple noise threshold test to eliminate false triggering due to noise. The detection metric is compared to a simple threshold. If the metric is less than the threshold, then no pulses are considered to be present. If it exceeds the threshold then one or more pulses may be present. The threshold is set to an adequate level to ensure that the probability of false triggering due to noise is acceptably low. The pulse processing FPGA 756 can determine the probability of false triggers based on, for example, the noise variance in the signal. When the pulse processing FPGA 756 sets the threshold based on variance, the probability can be adjusted to an acceptable level. 2) The second test is a search for significant peaks in the detection metric. This occurs when the slope of the peak changes from positive to negative. In the vicinity of a peak, the detection metric can be modeled by a quadratic approximation. A quadratic approximation is performed on a sliding window segment of the detection metric stream. A state machine can be used to monitor the squared coefficients to determine when the detection metric peaks. Further processing of the squared coefficients provides an estimate of the subsample arrival time of the pulse.

[0115] Se os testes indicarem que um pico está presente, e é improvável que tenham sido causados por ruído, em seguida, um evento de detecção de sinal é declarada. A localização do pulso no fluxo de dados escalonado é sinalizada, e transferida para o Estimador de Energia.[0115] If tests indicate that a spike is present, and it is unlikely to have been caused by noise, then a signal detection event is declared. The location of the pulse in the scaled data stream is flagged, and transferred to the Energy Estimator.

[0116] O desempenho da métrica de detecção, em dados coletados a partir de um detector de SDD, é mostrado nas Figuras 16a e 16b. A métrica de detecção responde rapidamente à chegada de um novo sinal e decai de volta para o valor de estado estacionário logo após a borda de subida do raio-X ter passado. O limite de detecção, para dois pulsos de dimensão semelhante que se aproximam um do outro é (NDW/2 - 1), onde NDW é o comprimento da janela de detecção em amostras. O uso de uma janela de detecção de 8 amostras e uma taxa de digitalização de 60 Hz pode fornecer um limite de detecção de par de pulsos da ordem de 50 ns.[0116] The performance of the detection metric, in data collected from an SDD detector, is shown in Figures 16a and 16b. The detection metric responds quickly to the arrival of a new signal and decays back to the steady state value just after the rising edge of the X-ray has passed. The detection limit, for two pulses of similar size approaching each other is (NDW/2 - 1), where NDW is the length of the detection window in samples. Using an 8-sample detection window and a 60 Hz digitization rate can provide a pulse pair detection limit on the order of 50 ns.

[0117] O algoritmo de detecção ajusta um modelo quadrático para uma janela de deslizamento de cinco amostras da métrica de detecção. A fim de que um pico seja declarado, o algoritmo analisa a decomposição e declara um pico se a curvatura está dentro de um intervalo admissível, a constante está acima de um limite, e o termo linear mudou de positivo para negativo. Uma concretização utiliza cinco amostras para a janela de detecção, porque isso produz uma operação FPGA particularmente simples: com coeficientes de (-2,-1,0,1,2) e (4,1,0,1,4) deslocamento de bit, o que é trivial em um FPGA, podem ser utilizados. No entanto, qualquer número de amostras pode ser escolhido para a janela de detecção.[0117] The detection algorithm fits a quadratic model to a sliding window of five samples of the detection metric. In order for a peak to be declared, the algorithm analyzes the decomposition and declares a peak if the curvature is within an allowable range, the constant is above a threshold, and the linear term has changed from positive to negative. One embodiment uses five samples for the detection window, because this produces a particularly simple FPGA operation: with coefficients of (-2, -1,0,1,2) and (4,1,0,1,4) offset of bit, which is trivial on an FPGA, can be used. However, any number of samples can be chosen for the detection window.

Estimativa de Energia de PulsoPulse Energy Estimation

[0118] A estimativa das amplitudes de um grupo de impulsos (com ou sem acumulação) é realizado por um dos mínimos quadrados decomposição de uma parte do fluxo de dados em degraus de acordo com a equação:

Figure img0017
Onde: b é um segmento do fluxo de dados escalonado A é uma matriz de sistema da forma acima descrita na Equação 6, cujas colunas contêm as formas de pulso, alinhadas com os locais de pulsos esperados, conforme determinado pelo processamento de detecção de pulsos, e x é a estimativa das amplitudes dos pulsos.[0118] The estimation of the amplitudes of a group of impulses (with or without accumulation) is performed by a least squares decomposition of a part of the data stream in steps according to the equation:
Figure img0017
Where: b is a segment of the scaled data stream A is a system matrix of the form described above in Equation 6, whose columns contain the pulse shapes, aligned with the expected pulse locations, as determined by pulse detection processing, x is the estimate of the amplitudes of the pulses.

[0119] Quando a borda de subida do pulso tiver sido comprimida para o tempo próximo de zero e o tempo de descida da forma de pulso se estende para o infinito, a matriz do sistema A é da forma de tal modo que (AT.A)-1 é banda diagonal com um largura de banda estreita, tal como mostrado na Figura 23. Os termos de empilhamento são em grande medida dissociados de todos, mas dos impulsos vizinhos imediatos. Os termos diferentes de zero de (AT.A)-1 podem ser determinados analiticamente. Isto permite uma redução significativa na carga computacional e na complexidade da implementação.[0119] When the rising edge of the pulse has been compressed to time close to zero and the falling time of the pulse shape extends to infinity, the matrix of system A is of the form such that (AT.A )-1 is diagonal band with a narrow bandwidth, as shown in Figure 23. The stacking terms are largely decoupled from all but the immediate neighbor pulses. The non-zero terms of (AT.A)-1 can be determined analytically. This allows a significant reduction in computational load and implementation complexity.

[0120] A estimativa da amplitude resultante para um dado impulso se torna igual ao valor médio do fluxo de dados escalonado, após o pulso ter chegado (mas antes do próximo pulso), menos o valor médio do fluxo de dados escalonados antes da borda de subida do pulso (mas após a chegada do pulso anterior).[0120] The resulting amplitude estimate for a given pulse becomes equal to the mean value of the scaled data stream after the pulse has arrived (but before the next pulse), minus the mean value of the scaled data stream before the edge of rise of the pulse (but after the arrival of the previous pulse).

Comprimento de Acumulação:Accumulation Length:

[0121] Existem vantagens para limitar o número de amostras incluídas no cálculo da estimativa da amplitude, em vez de usar o comprimento total de dados entre um dado pulso e os seus dois vizinhos imediatos para estimar a amplitude do pulso. A degradação de resolução devido ao ruído de baixa frequência, desvios de CC e da taxa de contagem é reduzida, limitando os dados utilizados numa estimativa de um número máximo de amostras ("N") imediatamente em ambos os lados de um sinal.[0121] There are advantages to limiting the number of samples included in the amplitude estimation calculation, rather than using the total length of data between a given pulse and its two immediate neighbors to estimate the pulse amplitude. Resolution degradation due to low frequency noise, DC drift and count rate is reduced by limiting the data used in an estimate to a maximum number of samples ("N") immediately on either side of a signal.

[0122] Se um sinal ocorre mais estreita do que as 'N' amostras em ambos os lados do sinal de interesse, em seguida, o número de amostras disponíveis para aquela porção do cálculo será menor do que "N". Numa concretização, para uma estimativa de amplitude do sinal a ser considerada aceitável deve ser maior do que um número mínimo de amostras incluídas no cálculo. Isto assegura que a variância da estimativa devido ao ruído tenha sido reduzida para um nível desejado. Pulsos que chegam mais próximo do limite mínimo são descartados, de modo a preservar a resolução do espectro de saída. Isto pode ter o efeito de aumentar o tempo morto à medida que aumenta a taxa de contagem.[0122] If a signal occurs closer than the 'N' samples on either side of the signal of interest, then the number of samples available for that portion of the calculation will be less than 'N'. In one embodiment, for a signal amplitude estimate to be considered acceptable it must be greater than a minimum number of samples included in the calculation. This ensures that the estimation variance due to noise has been reduced to a desired level. Pulses that come closest to the minimum threshold are discarded, in order to preserve the resolution of the output spectrum. This can have the effect of increasing dead time as the count rate increases.

[0123] Uma vez que as estimativas de amplitude são feitas, validação adicional, rejeição, formatação e apresentação dos dados podem ser realizadas.[0123] Once the range estimates are made, further validation, rejection, formatting and presentation of the data can be performed.

ValidaçãoValidation

[0124] A fase final do algoritmo de processamento de sinal em tempo real, é a fase de validação. Nesta fase todos os parâmetros que foram estimados por etapas algorítmicas anteriores (forma de pulso, número de eventos, tempo de chegada e energia de eventos) são combinados para reconstruir um modelo "sem ruído" dos dados do detector. O FPGA de processamento de pulso 756 constrói o modelo livre de ruído, colocando os parâmetros calculados no modelo da saída do detector y(t). Por exemplo, numa concretização, o FPGA de processamento de pulso 756 combina a resposta ao impulso do detector d(t), a energia desconhecido (α) e tempo de chegada desconhecido (T) para modelar a saída do detector y(t) através da equação (2). Numa outra concretização, o FPGA de processamento de pulso 756 modelos a forma da resposta do detector de impulsos d(t) com base em p(t) mostrado na equação (7), que o FPGA de processamento de pulso 756, em seguida, substitui na equação (2) para reconstruir o modelo y(t). Subtraindo este modelo dos dados do detector da série cronológica de detector digitalizado real, o FPGA de processamento de pulso 756 pode determinar a precisão dos parâmetros estimados. Bem como examinar o resíduo a partir de um ajuste de linha reta de um conjunto de dados, se a magnitude dos resíduos é pequena, os parâmetros descrevem bem os dados. No entanto, se em qualquer ponto, grandes resíduos são observados, os dados do detector foram mal estimados e aquela porção dos dados pode ser rejeitada.[0124] The final phase of the real-time signal processing algorithm is the validation phase. In this phase all parameters that were estimated by previous algorithmic steps (pulse shape, number of events, arrival time and energy of events) are combined to reconstruct a "noiseless" model of the detector data. The 756 pulse processing FPGA builds the noise-free model by putting the calculated parameters into the model of the detector output y(t). For example, in one embodiment, the pulse processing FPGA 756 combines the detector impulse response d(t), the unknown energy (α) and unknown arrival time (T) to model the detector output y(t) through from equation (2). In another embodiment, the pulse processing FPGA 756 models the shape of the pulse detector response d(t) based on p(t) shown in equation (7), which the pulse processing FPGA 756 then models. substitutes into equation (2) to reconstruct the y(t) model. By subtracting this detector data model from the actual digitized detector time series, the pulse processing FPGA 756 can determine the accuracy of the estimated parameters. Much like looking at the residual from a straight-line fit of a data set, if the magnitude of the residuals is small, the parameters describe the data well. However, if at any point, large residuals are observed, the detector data has been misestimated and that portion of the data may be rejected.

[0125] A forma de erros mais comum detectada pelo estágio de validação são erros na estimativa do número de eventos no fluxo de dados. Quando dois eventos chegam com separação < 50 ns eles são registrados como um único evento. No entanto, este erro irá causar um "blip" no sinal residual e os eventos mal estimados podem ser descartados. Geração de Espectro[0125] The most common form of errors detected by the validation stage are errors in estimating the number of events in the data stream. When two events arrive < 50 ns apart they are logged as a single event. However, this error will cause a "blip" in the residual signal and misestimated events can be discarded. Spectrum Generation

[0126] Uma vez que o processamento dos dados de detector estiver concluído, os dados são compilados em um histograma, representando o espectro de energias estimadas para todos os eventos de detecção identificados nos dados.[0126] Once the detector data processing is completed, the data is compiled into a histogram, representing the spectrum of estimated energies for all detection events identified in the data.

[0127] O método da invenção para estimar a variância em comparação com o ruído subjacente, a fim de aceitar ou rejeitar cada evento de detecção é o mais preciso e controlável dentro os métodos do estado da técnica. Em algumas implementações, é possível classificar todas as estimativas de variância a partir de um período de coleta de dados em particular e só usar o melhor de 80%. Isto fixa o tempo morto em 20% e assegura que apenas as melhores estimativas (para uma dada saída) sejam usadas no espectro. Ao alterar a variância ou eventos aceitáveis, ele é muito simples de ajustar o tempo morto e obter um espectro melhorado.[0127] The method of the invention to estimate the variance compared to the underlying noise in order to accept or reject each detection event is the most accurate and controllable within the prior art methods. In some implementations, it is possible to rank all variance estimates from a particular data collection period and only use the best 80%. This sets the dead time to 20% and ensures that only the best guesses (for a given output) are used in the spectrum. By changing the variance or acceptable events, it is very simple to adjust the dead time and get an improved spectrum.

[0128] Um benefício importante do processamento submetido no espaço integral é a estrutura da matriz de sistema, A. A natureza diagonal de banda única de inv(ATA) (com uma largura de banda estreita, como mostrado na Figura 23) pode permitir inversão mais precisa e/ ou robusta via decomposição QR ou decomposição de valor único (SVD). Alternativamente, pode ser possível calcular o inverso e/ ou utilizar as tabelas de consulta, uma vez que a forma, número e posição relativa dos eventos foi determinada. Esta abordagem seria de extremamente eficiente por hardware.[0128] An important benefit of submitted processing in full space is the structure of the system matrix, A. The diagonal single-band nature of inv(ATA) (with a narrow bandwidth as shown in Figure 23) can allow inversion more accurate and/or robust via QR decomposition or single value decomposition (SVD). Alternatively, it may be possible to calculate the inverse and/or use the look-up tables once the shape, number and relative position of the events has been determined. This approach would be extremely hardware efficient.

[0129] Um importante benefício de realizar a inversão completa da matriz SVD é a capacidade de extrair estimativas de variância, ou ‘graus de confiança’, sobre a energia dos raios-X sendo detectados. As amplitudes das entradas em inv(ATA) são ilustrativas da variância na estimativa da energia de raio X. Eventos em que a energia de raio X é conhecida com maior confiança terão entradas menores na faixa diagonal.[0129] An important benefit of performing the complete inversion of the SVD matrix is the ability to extract variance estimates, or 'degrees of confidence', about the energy of the X-rays being detected. The amplitudes of the entries in inv(ATA) are illustrative of the variance in the X-ray energy estimate. Events where the X-ray energy is known with greater confidence will have smaller entries in the diagonal range.

Vantagens de Processamento de SinaisAdvantages of Signal Processing

[0130] A implementação do presente algoritmo tem um número de vantagens, incluindo: • uma carga computacional inferior, utilizando o mesmo hardware, mas para conseguir mais; • permitir uma taxa de amostragem ADC mais rápida ou executar vários canais; • taxas de contagem entrada e de saída maiores; • potencial para detectar eventos de energia muito baixa; • barras de erro em estimativas de energia para ajudar a manter a resolução constante; • permitir um melhor desempenho de resolução/ taxa de energia, e; • endereçar múltiplas formas em grandes detectores.[0130] The implementation of this algorithm has a number of advantages, including: • a lower computational load, using the same hardware but to achieve more; • enable faster ADC sample rate or run multiple channels; • increased inbound and outbound count rates; • potential to detect very low energy events; • error bars in power estimates to help keep resolution constant; • enable better resolution/power rate performance, and; • address multiple shapes in large detectors.

Método de Processamento de Sinal AlternativoAlternative Signal Processing Method

[0131] As concretizações descritas acima representam um método de processamento de sinal de acordo com a presente invenção. Contudo, métodos alternativos também podem ser implementados que usam conceitos semelhantes àqueles detalhados nas concretizações acima descritas, com aplicações variadas.[0131] The embodiments described above represent a signal processing method according to the present invention. However, alternative methods can also be implemented that use concepts similar to those detailed in the above-described embodiments, with varied applications.

[0132] Dentro do estágio de processamento de dados iicial, uma variante do estágio de transformação de pulso pode ser realizada, que resulta em uma saída de dados escalonada semelhante, se bem que com um processamento mais complexo. A Figura 17 ilustra um processo exemplar para a validação de um modelo de saída do detector gerado a partir de processos de recuperação de empilhamento de pulso de acordo com uma concretização da invenção. Um filtro de resposta de impulso finito (FIR) é convolvido com os dados de detector integrados, como representado na Figura 17. Esta operação pode realizar, pelo menos, um dos, e, desejavelmente, ambos, a extensão do decaimento exponencial do componente de cauda para um tempo de decaimento de "infinito" , e a compressão do componente de borda de subida para um tempo de decaimento de zero. Isso resulta em uma borda muito mais nítida sobre a qual se obtém estimativas de tempo de chegada de pulso precisas, e leva à melhoria total na estimativa de energia de pulso através da estimativa precisa de tempo de chegada de sub-amostra.[0132] Within the initial data processing stage, a variant of the pulse transformation stage can be performed, which results in a similar scaled data output, albeit with more complex processing. Figure 17 illustrates an exemplary process for validating a model detector output generated from pulse stack recovery processes in accordance with one embodiment of the invention. A finite impulse response (FIR) filter is co-involved with the integrated detector data, as depicted in Figure 17. This operation can perform at least one of, and desirably both, the extent of the exponential decay of the input component. tail for a decay time of "infinity", and the compression of the rising edge component for a decay time of zero. This results in a much sharper edge over which accurate pulse arrival time estimates are obtained, and leads to the overall improvement in pulse energy estimation through accurate subsample arrival time estimation.

[0133] Com referência à Figura 17, um processo para a geração de um modelo de saída do detector e validação do modelo será descrito. No bloco 1702, o ADC 1006 gera dados digitalizados x[n] (ver Figura 10). No bloco 1704, o FPGA de processamento de pulso 756 calibra o detector de radiação 750. No bloco 1706, o FPGA de processamento de pulso 756 integra os dados digitalizados x[n]. No bloco 1708, o FPGA de processamento de pulso 756 convolve o sinal integrado com um filtro de resposta ao impulso finito (FIR) de forma a anular os componentes da borda de cauda e subida do sinal. No bloco 1710, o FPGA de processamento de pulso 756 localiza os pulsos utilizando uma métrica de detecção para coincidir com uma onda em degrau para os dados integrais. No bloco 1712, o FPGA de processamento de pulso 756 estima a energia e/ ou outros parâmetros de interesse dos impulsos detectados. No bloco 1714, o FPGA de processamento de pulso 756 calcula um modelo com base nos parâmetros e valida o modelo.[0133] With reference to Figure 17, a process for generating a detector output model and validating the model will be described. In block 1702, ADC 1006 generates digitized data x[n] (see Figure 10 ). In block 1704, pulse processing FPGA 756 calibrates radiation detector 750. In block 1706, pulse processing FPGA 756 integrates the digitized data x[n]. At block 1708, pulse processing FPGA 756 wraps the integrated signal with a finite impulse response (FIR) filter in order to cancel out the tailing and rising edge components of the signal. At block 1710, pulse processing FPGA 756 locates the pulses using a detection metric to match a step wave to the integral data. In block 1712, pulse processing FPGA 756 estimates the energy and/or other parameters of interest of the detected pulses. At block 1714, pulse processing FPGA 756 computes a model based on the parameters and validates the model.

[0134] O processamento dos dados em que ou o expoente de arrasto pode ter sido estendido para o infinito, e/ ou a borda de subida pode ter sido comprimida, leva a economia significativa de eficiência no cálculo da matriz em comparação com métodos do estado da técnica. Este método pode ter sido provocado através da tentativa de obter o algoritmo de estimativa de energia de pulso mais simples possível, no entanto, pode não ser tão eficiente como na concretização descrita acima.[0134] Processing data where either the drag exponent may have been extended to infinity, and/or the rising edge may have been compressed, leads to significant efficiency savings in matrix calculation compared to state methods of the technique. This method may have been brought about by trying to obtain the simplest possible pulse energy estimation algorithm, however, it may not be as efficient as in the embodiment described above.

[0135] Para a alternativa de processamento de sinal instantâneo, os seguintes parâmetros podem, por exemplo ser variados para controlar as características de dados de saída: 1) Janela Integração: O número máximo de amostras para as quais a energia é integrada. A janela de integração é reduzida quando o espaçamento entre os pulsos não permite a janela completa. 2) Fator de Integração, que controla a variância máxima.[0135] For the instantaneous signal processing alternative, the following parameters can for example be varied to control the output data characteristics: 1) Integration Window: The maximum number of samples for which the energy is integrated. The integration window is reduced when the spacing between the pulses does not allow the complete window. 2) Integration Factor, which controls the maximum variance.

[0136] A variância máxima é definida para o Fator de Integração > = 1. O fator de integração = 1, a variância máxima é de 2/IntLength, e assim pulsos são aceitos somente se a energia de cada lado da borda de subida pode ser integrada por exatamente IntegrationLength amostras. À medida que o fator é aumentado, os pulsos para os quais a janela de integração é mais curta podem ser incluídos nos dados validados. Isso aumenta a taxa de contagem de saída disponível, com uma penalidade provável em resolução de energia, e também uma penalidade que é susceptível de variar com a taxa de contagem - em maior taxa de contagem é mais provável que os pulsos estarão muito perto de atingir o comprimento de integração máximo especificado.[0136] The maximum variance is defined for Integration Factor > = 1. The integration factor = 1, the maximum variance is 2/IntLength, and thus pulses are accepted only if the energy on either side of the rising edge can be integrated by exactly IntegrationLength samples. As the factor is increased, pulses for which the integration window is shorter can be included in the validated data. This increases the available output count rate, with a likely penalty in energy resolution, and also a penalty that is likely to vary with count rate - at higher count rate it is more likely that the pulses will be very close to reaching the specified maximum integration length.

[0137] A Figura 18 mostra as formas de onda exemplares formadas em vários estágios de processamento de pulsos de dados do detector realizados pelo FPGA de processamento de pulso 756 de acordo com a presente concretização. A Figura 18a ilustra saída exemplar do FPGA de processamento de pulso 756 no bloco de integração de pulso 1706. A Figura 18b ilustra coeficientes exemplares de um filtro FIR usado pelo FPGA de processamento de pulso 756 no bloco 1708. A Figura 18c ilustra saída exemplar do FPGA de processamento de pulso 756 no bloco 1708 após o FPGA de processamento de pulso 756 convolver o sinal integrado com os coeficientes do filtro FIR da Figura 18b. Pode ser visto que a sequência de processamento executada pelo FPGA de processamento de pulso 756 tem o mesmo efeito que a compressão da borda de subida, enquanto que se estende a partir da borda de descida para o infinito.[0137] Figure 18 shows exemplary waveforms formed at various stages of processing detector data pulses performed by pulse processing FPGA 756 in accordance with the present embodiment. Figure 18a illustrates exemplary output from pulse processing FPGA 756 at pulse integration block 1706. Figure 18b illustrates exemplary coefficients of a FIR filter used by pulse processing FPGA 756 at block 1708. Figure 18c illustrates exemplary output from pulse processing FPGA 756 at block 1708. Pulse processing FPGA 756 at block 1708 after pulse processing FPGA 756 convolves the integrated signal with the FIR filter coefficients of Fig. 18b. It can be seen that the processing sequence performed by the pulse processing FPGA 756 has the same effect as the rising edge compression, while extending from the falling edge to infinity.

[0138] A Figura 19 mostra um gráfico exemplar da taxa de contagem de saída contra a taxa de contagem de entrada à medida que o comprimento de integração e o fator de integração são variados no processo de recuperação de empilhamento de pulso de acordo com uma concretização. Existem pelo menos duas tendências: à medida que o comprimento de integração é aumentado, a taxa de contagem disponível diminui, e à medida que o fator de integração é aumentado, a taxa de contagem disponível aumenta.[0138] Figure 19 shows an exemplary plot of the output count rate against the input count rate as the integration length and integration factor are varied in the pulse stacking recovery process according to one embodiment . There are at least two trends: as the integration length is increased, the available count rate decreases, and as the integration factor is increased, the available count rate increases.

[0139] Nota-se que, mesmo para comprimentos de integração moderados, o tempo morto se aproxima rapidamente de 50%. Este é um resultado substancialmente pior do que se o comprimento de integração não fosse limitado, e o tempo morto foi fixado em 10%. Além disso, à medida que o comprimento de integração aumenta, FWHM também aumenta (resultando em degradação de resolução de energia) e deslocamento na localização do pico. Isso é significativo, visto que o comprimento de integração pode influenciar resolução de energia, mas pode exigir calibração para corrigir deslocamentos de pico.[0139] It is noted that, even for moderate integration lengths, the dead time rapidly approaches 50%. This is a substantially worse result than if the integration length were not limited, and the deadtime was set to 10%. Furthermore, as the integration length increases, FWHM also increases (resulting in energy resolution degradation) and shift in peak location. This is significant as the length of integration can influence energy resolution but may require calibration to correct for peak offsets.

[0140] Em relação ao fator de integração, FWHM varia ligeiramente à medida que o fator de integração aumenta de 1 a 1,5, permitindo que mais pulsos sejam aceitos. O resultado sugere que um fator superior a 1,0 deve ser considerado para aumentar a taxa de contagem disponível sem uma degradação drástica na FWHM.[0140] Regarding the integration factor, FWHM varies slightly as the integration factor increases from 1 to 1.5, allowing more pulses to be accepted. The result suggests that a factor greater than 1.0 should be considered to increase the available count rate without a drastic degradation in the FWHM.

[0141] Em relação à eliminação de amostras dentro de uma janela definida em torno da borda de subida, a Figura 20 demonstra uma otimização exemplar de FWHM que pode ser conseguida pela alteração do número de amostras eliminadas no processo de recuperação de empilhamento de pulso de acordo com uma concretização. A degradação de FWHM é clara no caso de eliminação de quatro amostras, portanto, o número ideal para eliminação é de cerca de seis a dez. Acima de 10, não há melhoria significativa na FWHM e a taxa de contagem máxima disponível se degrada.[0141] Regarding the deletion of samples within a window defined around the rising edge, Figure 20 demonstrates an exemplary optimization of FWHM that can be achieved by changing the number of samples deleted in the pulse stacking recovery process of according to an embodiment. FWHM degradation is clear in the case of dropping four samples, so the ideal number for dropping is around six to ten. Above 10, there is no significant improvement in FWHM and the maximum available count rate degrades.

[0142] Ambos extensão da cauda e a compressão da borda de subida são desejáveis para o processamento ideal para assegurar a máxima simplificação do sinal de se aproximar de uma função degrau; no entanto, existem algumas situações em que um ou outro não seria essencial. Em algumas implementações, se a borda de subida decai rapidamente em comparação com a taxa de amostragem - como para um cristal de detector LYSO, pulsos de decaimento exponencial único, ou taxas de amostragem ADC lentas - então compressão de borda frontal pode não ser necessária. Da mesma forma, para os impulsos de decaimento muito lento - tais como detectores assentados em azoto líquido, ou uma com um capacitor muito grande - a cauda de decaimento já será muito longa, e pode não precisar ser estendida até ao infinito dada sua similaridade com uma forma de pulso desejável.[0142] Both tail extension and rising edge compression are desirable for optimal processing to ensure maximum simplification of the signal approaching a step function; however, there are some situations where one or the other would not be essential. In some implementations, if the leading edge decays rapidly compared to the sampling rate - such as for a LYSO detector crystal, single exponential decay pulses, or slow ADC sampling rates - then leading edge compression may not be necessary. Likewise, for very slow decay pulses - such as detectors sitting in liquid nitrogen, or one with a very large capacitor - the decay tail will already be very long, and may not need to be extended to infinity given its similarity to a desirable pulse shape.

[0143] O cancelamento do expoente de fuga conduz a uma forma de impulso se aproximando de uma função em degrau, mas um tempo de subida governado pelo tempo de subida pré- existente do detector e eletrônica. Este ainda pode ser de muitas dezenas de amostras, e levar a se sobrepor. A Figura 21 representa uma estrutura de pulso exemplar. Neste exemplo o tempo de subida é da ordem de 50 amostras, o que leva ainda a possibilidade significativa de sobreposição de pulsos e incapacidade de distinguir pulsos empilhados. Neste caso, a estrutura de ATA é ilustrada na Figura 22. Os dados em cada linha à esquerda da diagonal principal são aproximadamente constantes, diminuindo ligeiramente na diagonal, e em seguida diminuindo depois da diagonal. No entanto, em algumas implementações, quando os pulsos se sobrepõem (estão mais próximos do que cerca de 50-60 amostras), existem ainda muitos elementos fora da diagonal. A inversa de ATA tem uma estrutura diagonal de faixa ilustrada na Figura 23, com uma largura de banda na ordem de 2-5, dependendo de quantos pulsos se sobrepõem.[0143] The cancellation of the vanishing exponent leads to an impulse shape approaching a step function, but a rise time governed by the pre-existing rise time of the detector and electronics. This can still be many dozens of samples, and lead to overlap. Figure 21 depicts an exemplary wrist structure. In this example, the rise time is of the order of 50 samples, which still leads to a significant possibility of pulse overlap and the inability to distinguish between stacked pulses. In this case, the ATA structure is illustrated in Figure 22. The data in each row to the left of the main diagonal is approximately constant, decreasing slightly on the diagonal, and then decreasing down the diagonal. However, in some implementations, when the pulses overlap (they are closer than about 50-60 samples), there are still many off-diagonal elements. The reverse ATA has a diagonal band structure illustrated in Figure 23, with a bandwidth on the order of 2-5 depending on how many pulses overlap.

[0144] É conveniente descrever a invenção em relação a concretizações particularmente preferidas. No entanto, a invenção é aplicável a uma ampla variedade de implementações e deve ser apreciado que outras construções e disposições são também consideradas como decaindo dentro do escopo da invenção. Várias modificações, alterações, variações e/ ou adições à construção e arranjos aqui descritos também são considerados como estando dentro do escopo e alcance da presente invenção.[0144] It is convenient to describe the invention in relation to particularly preferred embodiments. However, the invention is applicable to a wide variety of implementations and it should be appreciated that other constructions and arrangements are also considered to fall within the scope of the invention. Various modifications, alterations, variations and/or additions to the construction and arrangements described herein are also considered to be within the scope and scope of the present invention.

[0145] Informação e sinais podem ser representados utilizando qualquer de uma variedade de tecnologias e técnicas diferentes. Por exemplo, dados, instruções, comandos, informação, sinais, bits, símbolos, e chips que podem ser referenciados em toda a descrição acima podem ser representados por tensões, correntes, ondas eletromagnéticas, campos magnéticos ou partículas, campos ópticos ou partículas, ou qualquer combinação dos mesmos.[0145] Information and signals can be represented using any of a variety of different technologies and techniques. For example, data, instructions, commands, information, signals, bits, symbols, and chips that may be referenced throughout the above description may be represented by voltages, currents, electromagnetic waves, magnetic fields or particles, optical fields or particles, or any combination thereof.

[0146] Os vários blocos, módulos, circuitos, e etapas de algoritmo lógicos ilustrativos descritos em conexão com as concretizações aqui divulgadas podem ser implementados como hardware eletrônico, software de computador, ou combinações de ambos. Para ilustrar claramente esta permutabilidade de hardware e software, vários componentes ilustrativos, blocos, módulos, circuitos, e etapas foram descritos acima, geralmente em termos da sua funcionalidade. Se tal funcionalidade é implementada como hardware ou software depende de limitações de aplicação e design específicas impostas ao sistema global. A funcionalidade descrita pode ser implementada de várias maneiras para cada aplicação em particular, mas tais decisões de execução não devem ser interpretadas como causa de afastamento do escopo das concretizações da invenção.[0146] The various illustrative logic blocks, modules, circuits, and algorithm steps described in connection with the embodiments disclosed herein may be implemented as electronic hardware, computer software, or combinations of both. To clearly illustrate this interchangeability of hardware and software, various illustrative components, blocks, modules, circuits, and steps have been described above, generally in terms of their functionality. Whether such functionality is implemented as hardware or software depends on specific application and design limitations imposed on the overall system. The described functionality can be implemented in several ways for each particular application, but such execution decisions should not be interpreted as a cause of departure from the scope of the embodiments of the invention.

[0147] Os vários blocos, módulos, e circuitos descritos ilustrativos em conexão com as concretizações aqui divulgadas podem ser implementados ou executados com um processador de uso geral, um processador de sinal digital (DSP), um circuito integrado de aplicação específica (ASIC), um arranjo de portas programável em campo (FPGA) ou outro dispositivo lógico programável, porta discreta ou lógica de transistor, componentes de hardware discretos, ou qualquer combinação dos mesmos concebida para executar as funções aqui descritas. Um processador de uso geral pode ser um microprocessador, mas, em alternativa, o processador pode ser qualquer processador convencional, controlador, microcontrolador, ou máquina de estados convencional. Um processador pode também ser implementado como uma combinação de dispositivos de computação, por exemplo, uma combinação de um DSP e um microprocessador, uma pluralidade de microprocessadores, um ou mais microprocessadores em conjunto com um núcleo de DSP, ou qualquer outro tipo de configuração.[0147] The various illustrative blocks, modules, and circuits described in connection with the embodiments disclosed herein can be implemented or executed with a general-purpose processor, a digital signal processor (DSP), an application-specific integrated circuit (ASIC) , a field-programmable gate array (FPGA) or other programmable logic device, discrete gate or transistor logic, discrete hardware components, or any combination thereof designed to perform the functions described herein. A general purpose processor may be a microprocessor, but, alternatively, the processor may be any conventional processor, controller, microcontroller, or conventional state machine. A processor can also be implemented as a combination of computing devices, for example a combination of a DSP and a microprocessor, a plurality of microprocessors, one or more microprocessors together with a DSP core, or any other type of configuration.

[0148] As etapas de um método ou algoritmo e funções descritas em conexão com as concretizações aqui divulgadas podem ser incorporados diretamente em hardware, num módulo de software executado por um processador, ou numa combinação dos dois. Se implementado em software, as funções podem ser armazenadas em ou transmitidas através de uma ou mais instruções ou código em um meio legível por computador tangível, não transitório. Um módulo de software pode residir na memória de acesso aleatório (RAM), memória flash, memória somente de leitura (ROM), ROM eletricamente apagável (EPROM), ROM programável e eletricamente apagável (EEPROM), registradores, disco rígido, um disco removível, um CD-ROM, ou qualquer outra forma de meio de armazenamento conhecido na técnica. Um meio de armazenamento é acoplado ao processador de modo que o processador pode ler informação a partir de, e escrever informação para, o meio de armazenamento. Em alternativa, o meio de armazenamento pode ser parte integral do processador. O disco, como aqui utilizado, inclui disco compacto (CD), disco laser, disco óptico, disco versátil digital (DVD), disquete e disco Blu- ray onde os discos geralmente reproduzem dados magneticamente, enquanto que outros discos reproduzem dados opticamente com lasers. As combinações dos anteriores também devem ser incluídas dentro do escopo dos meios de leitura por computador. O processador e o meio de armazenamento podem residir num ASIC. O ASIC pode residir num terminal de usuário. Em alternativa, o processador e o meio de armazenamento podem residir como componentes discretos num terminal de usuário.[0148] The steps of a method or algorithm and functions described in connection with the embodiments disclosed herein can be incorporated directly in hardware, in a software module executed by a processor, or in a combination of the two. If implemented in software, the functions may be stored in or transmitted through one or more instructions or code on a tangible, non-transient computer-readable medium. A software module can reside in random access memory (RAM), flash memory, read-only memory (ROM), electrically erasable ROM (EPROM), programmable and electrically erasable ROM (EEPROM), registers, hard disk, a removable disk , a CD-ROM, or any other form of storage medium known in the art. A storage medium is coupled to the processor so that the processor can read information from, and write information to, the storage medium. Alternatively, the storage medium may be an integral part of the processor. Disc as used herein includes compact disc (CD), laser disc, optical disc, digital versatile disc (DVD), floppy disk and Blu-ray disc where discs generally reproduce data magnetically while other discs reproduce data optically with lasers. . Combinations of the foregoing must also be included within the scope of computer-readable means. The processor and storage medium can reside in an ASIC. The ASIC can reside on a user terminal. Alternatively, the processor and storage medium may reside as discrete components in a user terminal.

[0149] Para efeitos de resumo da divulgação, determinados aspectos, vantagens e novas características da invenção foram aqui descritos. Deve ser entendido que não necessariamente todas as tais vantagens podem ser alcançadas de acordo com qualquer concretização particular da invenção. Assim, a invenção pode ser concretizada ou realizada de uma maneira que alcança ou otimiza uma vantagem ou grupo de vantagens tal como aqui ensinado, sem necessariamente alcançar outras vantagens como pode ser ensinado ou aqui sugerido.[0149] For purposes of summarizing the disclosure, certain aspects, advantages and novel features of the invention have been described herein. It should be understood that not necessarily all such advantages can be achieved according to any particular embodiment of the invention. Thus, the invention can be embodied or carried out in a manner that achieves or optimizes an advantage or group of advantages as taught herein, without necessarily achieving other advantages as may be taught or suggested herein.

[0150] Várias modificações das concretizações descritas acima serão evidentes, e os princípios genéricos aqui definidos poderão ser aplicados a outras concretizações sem nos afastarmos do espírito ou escopo da invenção. Assim, a presente invenção não se destina a ser limitada às concretizações aqui apresentadas mas deve estar de acordo com o mais vasto escopo consistente com os princípios e características inovadoras aqui descritos.[0150] Various modifications of the embodiments described above will be evident, and the generic principles defined herein may be applied to other embodiments without departing from the spirit or scope of the invention. Thus, the present invention is not intended to be limited to the embodiments presented herein but is to be accorded the widest scope consistent with the principles and innovative features described herein.

Claims (15)

1. Aparelho para a resolução de sinais individuais (300, 870, 872, 1330) em dados de saída do detector, os dados de saída do detector compreendendo um fluxo de amostras digitais, cada sinal (300, 870, 872, 1330) sendo um pulso que corresponde a um evento de detecção individual que ocorre em um detector tendo uma forma de pulso com uma borda de subida e uma borda de descida acima de uma linha de base, e os dados de saída do detector originando-se a partir do detector, caracterizado pelo fato de que compreende: um front end analógico (754) configurado para realizar a conversão analógica para digital dos dados de saída do detector para obter dados de saída do detector digitalizados; e um circuito de processamento configurado para: transformar os dados de saída do detector digitalizado de tal forma que a borda de subida de cada pulso seja comprimida e a borda de descida de cada pulso seja estendida, de modo a produzir dados escalonados digitais compreendendo um fluxo transformado de amostras que se aproximam de uma função degrau ideal e, sucessivamente à transformação, realizar recuperação de empilhamento de pulso e detectar cada sinal (300, 870, 872, 1330) pelo menos parcialmente com base nos dados escalonados digitais; e estimar um ou mais de uma energia de sinal ou um tempo de chegada de cada sinal (300, 870, 872, 1330) detectado pelo menos parcialmente com base nos dados escalonados digitais.1. Apparatus for resolving individual signals (300, 870, 872, 1330) into detector output data, the detector output data comprising a stream of digital samples, each signal (300, 870, 872, 1330) being a pulse corresponding to an individual detection event occurring at a detector having a pulse shape with a rising edge and a falling edge above a baseline, and the detector output data originating from the detector, characterized in that it comprises: an analog front end (754) configured to perform analog to digital conversion of detector output data to obtain digitized detector output data; and a processing circuit configured to: transform the digitized detector output data such that the rising edge of each pulse is compressed and the falling edge of each pulse is extended, so as to produce digital scaled data comprising a stream transforming samples approaching an ideal step function and, following the transformation, performing pulse stacking recovery and detecting each signal (300, 870, 872, 1330) at least partially on the basis of the digital scaled data; and estimating one or more of a signal energy or a time of arrival of each signal (300, 870, 872, 1330) detected at least partially based on the digital scaled data. 2. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o circuito de processamento é ainda configurado para: determinar uma amplitude de cada sinal (300, 870, 872, 1330) nos dados escalonados pelo menos parcialmente com base na diferença entre um valor médio das amostras de dados escalonados seguindo o sinal (300, 870, 872, 1330) e um valor médio das amostras de dados escalonados antes do sinal (300, 870, 872, 1330); e estimar cada energia de sinal pelo menos parcialmente, com base na amplitude de cada sinal (300, 870, 872, 1330), em que o circuito de processamento é ainda configurado para: gerar um modelo dos dados de saída do detector pelo menos parcialmente com base em cada energia de sinal estimada; determinar a diferença entre o modelo e os dados de saída do detector; e rejeitar partes dos dados de saída do detector que diferem do modelo por mais do que um limite.2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the processing circuit is further configured to: determine an amplitude of each signal (300, 870, 872, 1330) in the scaled data at least partially based on the difference between an average value of the scaled data samples following the signal (300, 870, 872, 1330) and an average value of the scaled data samples before the signal (300, 870, 872, 1330); and estimating each signal energy at least partially based on the amplitude of each signal (300, 870, 872, 1330), wherein the processing circuit is further configured to: generate a model of the detector output data at least partially based on each estimated signal energy; determine the difference between the model and the detector output data; and rejecting parts of the detector output data that differ from the model by more than a threshold. 3. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a etapa de transformar os dados de saída do detector compreende: modelar a forma de pulso pelo menos parcialmente com base em uma variável de borda de subida e uma variável de borda de descida; transformar a variável de borda de subida de tal modo que o tempo de subida de cada sinal (300, 870, 872, 1330) é substancialmente zero; e transformar a variável de borda de descida de tal modo que o tempo de queda de cada sinal (300, 870, 872, 133) é substancialmente infinito.3. Apparatus according to claim 1, characterized in that the step of transforming the detector output data comprises: modeling the pulse shape at least partially based on a rising edge variable and an edge variable of descent; transforming the rising edge variable such that the rise time of each signal (300, 870, 872, 1330) is substantially zero; and transform the falling edge variable such that the decay time of each signal (300, 870, 872, 133) is substantially infinite. 4. Aparelho, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que a etapa de transformar os sinais de saída do detector compreende adicionalmente modelar cada pulso pelo menos parcialmente com base em uma forma de onda exponencial dupla, em que a forma de onda exponencial dupla é determinada por:
Figure img0018
onde: P (t) é o pulso, A é a energia de sinal, a é a variável de borda de subida, e b é a variável de borda de descida.
4. Apparatus according to claim 3, characterized in that the step of transforming the detector output signals further comprises modeling each pulse at least partially based on a double exponential waveform, in which the waveform double exponential is determined by:
Figure img0018
where: P(t) is the pulse, A is the signal energy, a is the rising edge variable, and b is the falling edge variable.
5. Aparelho, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que a etapa de transformar os dados de saída do detector é realizada pela seguinte operação:
Figure img0019
onde: x (n) é o valor do fluxo de dados de saída do receptor recebidos na amostra 'n' 1. b determinam as bordas de subida e descida da forma de sinal y (n) corresponde aos dados escalonados, o que pode exigir mais dimensionamento.
5. Apparatus according to claim 3, characterized in that the step of transforming the detector output data is performed by the following operation:
Figure img0019
where: x (n) is the value of the receiver output data stream received in sample 'n' 1. b determine the rising and falling edges of the signal shape y (n) corresponds to the scaled data, which may require more sizing.
6. Aparelho, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o circuito de processamento é ainda configurado para apagar pelo menos uma das amostras nos dados escalonados dentro de uma janela em torno da borda de subida do sinal (300, 870, 872, 1330); ou em que a etapa de detectar cada sinal (300, 870, 872, 1330) compreende: determinar uma ou mais métricas de detecção, em que a uma ou mais métricas de detecção são determinadas através do ajuste de uma forma de sinal esperada para uma ou mais janelas deslizantes de amostras nos dados escalonados, e estimar um ajuste de parâmetros entre a forma de sinal esperada e os dados escalonados para cada janela; analisar uma ou mais das métricas de detecção; e determinar se existem sinais (300, 870, 872, 1330) nos dados escalonados com base na referida análise de uma ou mais métricas de detecção; ou em que a etapa de detectar cada sinal (300, 870, 872, 1330) compreende: determinar uma ou mais métricas de detecção, em que a uma ou mais métricas de detecção são determinadas através do ajuste de uma forma de sinal esperada para uma ou mais janelas deslizantes de amostras nos dados escalonados, e estimar um ajuste de parâmetros entre a forma de sinal esperada e os dados escalonados para cada janela; analisar uma ou mais das métricas de detecção; e determinar se existem sinais (300, 870, 872, 1330) nos dados escalonados com base na referida análise de uma ou mais métricas de detecção; e em que a etapa de analisar a uma ou mais métricas de detecção compreende: comparar uma ou mais métricas de detecção a um limite; ou modelar uma ou mais métricas de detecção com uma aproximação quadrática aplicada a uma ou mais janelas deslizantes dos dados de métrica de detecção, e comparar os coeficientes quadráticos de uma pluralidade de janelas deslizantes da métrica de detecção; ou em que a etapa de detectar cada sinal (300, 870, 872, 1330) compreende: determinar uma ou mais métricas de detecção, em que a uma ou mais métricas de detecção são determinadas através do ajuste de uma forma de sinal esperada para uma ou mais janelas deslizantes de amostras nos dados escalonados, e estimar um ajuste de parâmetros entre a forma de sinal esperada e os dados escalonados para cada janela; analisar uma ou mais das métricas de detecção; e determinar se existem sinais (300, 870, 872, 1330) nos dados escalonados com base na referida análise de uma ou mais métricas de detecção; e em que a etapa de determinar a uma ou mais métricas de detecção é pelo menos parcialmente baseada em um ajuste dos mínimos quadrados da forma do sinal esperado com os dados escalonados, em que as métricas de detecção são dadas por:
Figure img0020
em que: k é a amostra, x (k) representa a métrica de detecção para a amostra K, b (k) é um segmento de dados escalonados, centrado na amostra K, e A é o vetor da forma do sinal esperado centrado; ou em que a etapa de detectar cada sinal (300, 870, 872, 1330) compreende: determinar uma ou mais métricas de detecção, em que a uma ou mais métricas de detecção são determinadas através do ajuste de uma forma de sinal esperada para uma ou mais janelas deslizantes de amostras nos dados escalonados, e estimar um ajuste de parâmetros entre a forma de sinal esperada e os dados escalonados para cada janela; analisar uma ou mais das métricas de detecção; e determinar se existem sinais (300, 870, 872, 1330) nos dados escalonados com base na referida análise de uma ou mais métricas de detecção; e atualizar, de forma incremental, uma ou mais métricas de detecção pelo menos parcialmente com base na métrica de detecção anterior, utilizando adição, subtração e/ou dimensionamento.
6. Apparatus according to claim 5, characterized in that the processing circuit is further configured to delete at least one of the samples in the scaled data within a window around the rising edge of the signal (300, 870, 872, 1330); or wherein the step of detecting each signal (300, 870, 872, 1330) comprises: determining one or more detection metrics, wherein the one or more detection metrics are determined by adjusting an expected signal shape to a or more sliding windows of samples in the scaled data, and estimating a parameter fit between the expected signal shape and the scaled data for each window; analyze one or more of the detection metrics; and determining whether signals (300, 870, 872, 1330) exist in the scaled data based on said analysis of one or more detection metrics; or wherein the step of detecting each signal (300, 870, 872, 1330) comprises: determining one or more detection metrics, wherein the one or more detection metrics are determined by adjusting an expected signal shape to a or more sliding windows of samples in the scaled data, and estimating a parameter fit between the expected signal shape and the scaled data for each window; analyze one or more of the detection metrics; and determining whether signals (300, 870, 872, 1330) exist in the scaled data based on said analysis of one or more detection metrics; and wherein the step of analyzing the one or more detection metrics comprises: comparing the one or more detection metrics to a threshold; or modeling one or more detection metrics with a quadratic approximation applied to one or more sliding windows of the detection metric data, and comparing the quadratic coefficients of a plurality of sliding windows of the detection metric; or wherein the step of detecting each signal (300, 870, 872, 1330) comprises: determining one or more detection metrics, wherein the one or more detection metrics are determined by adjusting an expected signal shape to a or more sliding windows of samples in the scaled data, and estimating a parameter fit between the expected signal shape and the scaled data for each window; analyze one or more of the detection metrics; and determining whether signals (300, 870, 872, 1330) exist in the scaled data based on said analysis of one or more detection metrics; and wherein the step of determining the one or more detection metrics is at least partially based on a least squares fit of the expected signal shape to the scaled data, wherein the detection metrics are given by:
Figure img0020
where: k is the sample, x (k) represents the detection metric for the K sample, b (k) is a scaled data segment, centered on the K sample, and A is the vector of the centered expected signal shape; or wherein the step of detecting each signal (300, 870, 872, 1330) comprises: determining one or more detection metrics, wherein the one or more detection metrics are determined by adjusting an expected signal shape to a or more sliding windows of samples in the scaled data, and estimating a parameter fit between the expected signal shape and the scaled data for each window; analyze one or more of the detection metrics; and determining whether signals (300, 870, 872, 1330) exist in the scaled data based on said analysis of one or more detection metrics; and incrementally updating one or more detection metrics at least partially based on the previous detection metric using addition, subtraction and/or scaling.
7. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o circuito de processamento está configurado adicionalmente para descartar sinais que são separados a partir do pelo menos um sinal (300, 870, 872, 1330) nos dados escalonados por menos do que um número limite de amostras; ou o circuito de processamento está configurado adicionalmente para transformar os dados de saída do detector, pelo menos parcialmente com base na convolução de um filtro de resposta de impulso finito (FIR) com os dados de saída do detector.7. Apparatus according to claim 1, characterized in that the processing circuit is further configured to discard signals that are separated from the at least one signal (300, 870, 872, 1330) in the data scaled by less than a limited number of samples; or the processing circuit is further configured to transform the detector output data at least partially based on the convolution of a finite impulse response (FIR) filter with the detector output data. 8. Método para a resolução de sinais (300, 870, 872, 1330) individuais em dados de saída de detector, os dados de saída do detector compreendendo um fluxo de amostras digitais, cada sinal (300, 870, 872, 1330) sendo um pulso que corresponde a um evento de detecção individual que ocorre em um detector tendo uma forma de pulso com uma borda de subida e uma borda de descida acima de uma linha de base, e os dados de saída do detector originando-se a partir do detector, caracterizado pelo fato de que compreende: realizar a conversão analógica para digital dos dados de saída do detector usando um front end analógico (754) para obter dados de saída do detector digitalizados; transformar os dados de saída do detector digitalizado de tal forma que a borda de subida de cada pulso seja comprimida e a borda de descida de cada pulso seja estendida, de modo a produzir dados escalonados digitais compreendendo um fluxo transformado de amostras que se aproximam de uma função degrau ideal, e sucessivamente à transformação, realizar recuperação de empilhamento de pulso e detectar cada sinal (300, 870, 872, 1330) pelo menos parcialmente com base nos dados escalonados digitais; e estimar um ou mais de uma energia de sinal ou um tempo de chegada de cada sinal (300, 870, 872, 1330) detectado pelo menos parcialmente com base nos dados escalonados digitais.8. Method for resolving individual signals (300, 870, 872, 1330) into detector output data, the detector output data comprising a stream of digital samples, each signal (300, 870, 872, 1330) being a pulse corresponding to an individual detection event occurring at a detector having a pulse shape with a rising edge and a falling edge above a baseline, and the detector output data originating from the detector, characterized in that it comprises: performing analog to digital conversion of detector output data using an analog front end (754) to obtain digitized detector output data; transform the digitized detector output data such that the rising edge of each pulse is compressed and the falling edge of each pulse is extended, so as to produce digital scaled data comprising a transformed stream of samples approaching a ideal step function, and successively transform, perform pulse stacking recovery and detect each signal (300, 870, 872, 1330) at least partially based on digital scaled data; and estimating one or more of a signal energy or a time of arrival of each signal (300, 870, 872, 1330) detected at least partially based on the digital scaled data. 9. Método, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que compreende ainda: determinar uma amplitude de cada sinal (300, 870, 872, 1330) nos dados escalonados pelo menos parcialmente, com base na diferença entre um valor médio das amostras de dados escalonados seguindo o sinal (300, 870, 872, 1330) e um valor médio das amostras de dados escalonados antes do sinal (300, 870, 872, 1330); e estimar cada energia de sinal pelo menos parcialmente, com base na amplitude de cada sinal (300, 870, 872, 1330); ou em que o método compreende ainda: gerar um modelo dos dados de saída do detector pelo menos parcialmente com base em cada energia de sinal estimada; determinar a diferença entre o modelo e os dados de saída do detector; e rejeitar partes dos dados de saída do detector que diferem do modelo por mais do que um limite; ou em que a etapa de transformar os dados de saída do detector compreende: modelar a forma de pulso pelo menos parcialmente com base em uma variável de borda de subida e uma variável de borda de descida; transformar a variável de borda de subida de tal modo que o tempo de subida de cada sinal (300, 870, 872, 1330) é substancialmente zero; e transformar a variável de borda de descida de tal modo que o tempo de queda de cada sinal (300, 870, 872, 133) é substancialmente infinito; ou em que o método compreende adicionalmente: excluir pelo menos uma amostra nos dados escalonados dentro de uma janela definida em torno da borda de subida do sinal (300, 870, 872, 1330); ou em que a etapa de detectar cada sinal (300, 870, 872, 1330) compreende: determinar uma ou mais métricas de detecção, em que a uma ou mais métricas de detecção são determinadas através do ajuste de uma forma de sinal esperado para uma ou mais janelas deslizantes de amostras nos dados escalonados e estimar um ajuste de parâmetros entre a forma de sinal esperado e os dados escalonados para cada janela; analisar uma ou mais das métricas de detecção; e determinar se existem sinais (300, 870, 872, 1330) nos dados escalonados com base na referida análise de uma ou mais das métricas de detecção.9. Method, according to claim 8, characterized in that it further comprises: determining an amplitude of each signal (300, 870, 872, 1330) in the scaled data at least partially, based on the difference between an average value of the scaled data samples following the signal (300, 870, 872, 1330) and an average value of the scaled data samples before the signal (300, 870, 872, 1330); and estimating each signal energy at least partially based on the amplitude of each signal (300, 870, 872, 1330); or wherein the method further comprises: generating a model of the detector output data at least partially based on each estimated signal energy; determine the difference between the model and the detector output data; and rejecting parts of the detector output data that differ from the model by more than a threshold; or wherein the step of transforming the detector output data comprises: modeling the pulse shape at least partially based on a rising edge variable and a falling edge variable; transforming the rising edge variable such that the rise time of each signal (300, 870, 872, 1330) is substantially zero; and transforming the falling edge variable such that the decay time of each signal (300, 870, 872, 133) is substantially infinite; or wherein the method further comprises: deleting at least one sample in the scaled data within a defined window around the rising edge of the signal (300, 870, 872, 1330); or wherein the step of detecting each signal (300, 870, 872, 1330) comprises: determining one or more detection metrics, wherein the one or more detection metrics are determined by fitting an expected signal shape to a or more sliding windows of samples on the scaled data and estimating a parameter fit between the expected signal shape and the scaled data for each window; analyze one or more of the detection metrics; and determining whether signals (300, 870, 872, 1330) exist in the scaled data based on said analysis of one or more of the detection metrics. 10. Método, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que a etapa de detectar cada sinal (300, 870, 872, 1330) compreende: determinar uma ou mais métricas de detecção, em que a uma ou mais métricas de detecção são determinadas através do ajuste de uma forma de sinal esperado para uma ou mais janelas deslizantes de amostras nos dados escalonados e estimar um ajuste de parâmetros entre a forma de sinal esperado e os dados escalonados para cada janela; analisar uma ou mais das métricas de detecção; e determinar se existem sinais (300, 870, 872, 1330) nos dados escalonados com base na referida análise de uma ou mais das métricas de detecção e em que a etapa de analisar a uma ou mais métricas de detecção compreende: comparar uma ou mais métricas de detecção com um limite; ou modelar uma ou mais métricas de detecção com uma aproximação quadrática aplicada a uma ou mais janelas deslizantes dos dados de métrica de detecção, e comparar os coeficientes quadráticos de uma pluralidade de janelas deslizantes da métrica de detecção.10. Method, according to claim 8, characterized in that the step of detecting each signal (300, 870, 872, 1330) comprises: determining one or more detection metrics, in which the one or more detection metrics are determined by fitting an expected signal shape to one or more sliding sample windows in the scaled data and estimating a parameter fit between the expected signal shape and the scaled data for each window; analyze one or more of the detection metrics; and determining whether signals (300, 870, 872, 1330) exist in the scaled data based on said analyzing one or more of the detection metrics and wherein the step of analyzing the one or more detection metrics comprises: comparing one or more detection metrics detection metrics with a threshold; or modeling one or more detection metrics with a quadratic approximation applied to one or more sliding windows of the detection metric data, and comparing the quadratic coefficients of a plurality of sliding windows of the detection metric. 11. Método, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que a etapa de detectar cada sinal (300, 870, 872, 1330) compreende: determinar uma ou mais métricas de detecção, em que as métricas de detecção são determinadas ajustando-se uma forma de sinal esperado a uma ou mais janelas deslizantes de amostras nos dados escalonados e estimar um ajuste de parâmetro entre a forma de sinal esperado e os dados escalonados para cada janela; analisar uma ou mais das métricas de detecção; e determinar se há sinais (300, 870, 872, 1330) nos dados escalonados com base na referida análise de uma ou mais métricas de detecção; e em que a etapa de determinar a uma ou mais métricas de detecção é pelo menos parcialmente baseada em um ajuste dos mínimos quadrados da forma do sinal esperado com os dados escalonados, em que as métricas de detecção são dadas por:
Figure img0021
em que: k é a amostra, x (k) representa a métrica de detecção para a amostra K, x (k) é um segmento de dados escalonados, centrado na amostra K, e A é o vetor da forma do sinal esperado centrado.
11. Method, according to claim 8, characterized in that the step of detecting each signal (300, 870, 872, 1330) comprises: determining one or more detection metrics, in which the detection metrics are determined by adjusting - assign an expected signal shape to one or more sliding windows of samples in the scaled data and estimate a parameter fit between the expected signal shape and the scaled data for each window; analyze one or more of the detection metrics; and determining whether there are signals (300, 870, 872, 1330) in the scaled data based on said analysis of one or more detection metrics; and wherein the step of determining the one or more detection metrics is at least partially based on a least squares fit of the expected signal shape to the scaled data, wherein the detection metrics are given by:
Figure img0021
where: k is the sample, x (k) represents the detection metric for the K sample, x (k) is a scaled data segment, centered on the K sample, and A is the vector of the centered expected signal shape.
12. Método, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que a etapa de detecção cada sinal (300, 870, 872, 1330) compreende: determinar uma ou mais métricas de detecção, em que a uma ou mais métricas de detecção são determinadas ajustando- se uma forma de sinal esperado a uma ou mais janelas deslizantes de amostras nos dados escalonados e estimar um ajuste de parâmetro entre a forma de sinal esperado e os dados escalonados para cada janela; analisar uma ou mais das métricas de detecção; e determinar se há sinais (300, 870, 872, 1330) nos dados escalonados com base na referida análise de uma ou mais métricas de detecção atualizar de forma incremental uma ou mais métricas de detecção, pelo menos parcialmente com base na métrica de detecção anterior, utilizando adição, subtração e/ou dimensionamento.12. Method, according to claim 8, characterized in that the step of detecting each signal (300, 870, 872, 1330) comprises: determining one or more detection metrics, in which the one or more detection metrics are determined by fitting an expected signal shape to one or more sliding sample windows in the scaled data and estimating a parameter fit between the expected signal shape and the scaled data for each window; analyze one or more of the detection metrics; and determining whether there are signals (300, 870, 872, 1330) in the scaled data based on said analysis of one or more detection metrics incrementally updating one or more detection metrics at least partially based on the previous detection metric , using addition, subtraction and/or scaling. 13. Método, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que a etapa de transformar os dados de saída do detector compreende ainda a modelagem do sinal pelo menos parcialmente com base em uma forma de onda exponencial dupla, em que a forma de onda exponencial dupla é determinada por:
Figure img0022
onde: P (t) é o sinal, A é a potência do sinal, a é a variável de borda de subida, e b é a variável de borda de descida.
13. Method according to claim 8, characterized in that the step of transforming the output data of the detector further comprises modeling the signal at least partially based on a double exponential waveform, in which the form of double exponential wave is determined by:
Figure img0022
where: P(t) is the signal, A is the signal strength, a is the rising edge variable, and b is the falling edge variable.
14. Método, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que a etapa de transformação dos dados de saída do detector é realizada pela seguinte operação:
Figure img0023
onde: x (n) é o valor fluxo de dados recebidos na amostra 'n' a, b determinam as bordas de subida e descida da forma do sinal y (n) é a corrente de dados escalonados, o que pode exigir mais dimensionamento.
14. Method, according to claim 8, characterized in that the step of transforming the detector output data is performed by the following operation:
Figure img0023
where: x(n) is the received data stream value in sample 'n' a, b determine the rising and falling edges of the signal shape y(n) is the scaled data stream, which may require further scaling.
15. Método, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que: a etapa de transformar os dados de saída do detector é pelo menos parcialmente baseada na convolução de um filtro de resposta de impulso finito (FIR) com os dados de saída do detector.15. Method according to claim 8, characterized in that: the step of transforming the output data of the detector is at least partially based on the convolution of a finite impulse response filter (FIR) with the output data of the detector.
BR112016013655-1A 2013-12-11 2014-12-11 METHOD AND DEVICE FOR DATA SIGNAL RESOLUTION BR112016013655B1 (en)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201361914912P 2013-12-11 2013-12-11
US61/914,912 2013-12-11
PCT/AU2014/050420 WO2015085372A1 (en) 2013-12-11 2014-12-11 Method and apparatus for resolving signals in data

Publications (2)

Publication Number Publication Date
BR112016013655A2 BR112016013655A2 (en) 2017-08-08
BR112016013655B1 true BR112016013655B1 (en) 2023-02-14

Family

ID=

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11079502B2 (en) Method and apparatus for resolving signals in data
US10545257B2 (en) Device and method for material characterization
US9922003B2 (en) Method and apparatus for identifying pulses in detector output data
AU2016200724B2 (en) Method and apparatus for resolving piled-up pulses by using a mathematical transform
AU2012269722A1 (en) Method and apparatus for identifying pulses in detector output data
US10962485B2 (en) System and method for material characterization
AU2015255309A1 (en) Method and apparatus for identifying pulses in detector output data
BR112016013655B1 (en) METHOD AND DEVICE FOR DATA SIGNAL RESOLUTION
González de Orduña et al. Pulse shape analysis to reduce the background of BEGe detectors