CN102981179B - 用于闪烁探测器的位置表生成方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种闪烁探测器的位置表生成方法，包括：寻找该闪烁探测器中的每个晶体条在散点图中对应的标记点；对所有标记点进行二维排序；确定位置表的边界点；依次连接位置表边界点，生成位置表。本发明能使闪烁探测器生成位置表更加准确、快捷，不仅适用于一般的、质量较好的散点图，对于大尺寸、散点分布稀疏特性差异大、散点排列不规则的散点图也具有较好的效果。

Description

用于闪烁探测器的位置表生成方法

技术领域

本发明涉及闪烁探测器，且特别涉及闪烁探测器的位置表生成方法。

背景技术

闪烁探测器是最为常用的核辐射探测器之一，可探测带电粒子或中性粒子(如中子，γ射线)，满足快时间响应、高探测效率、大面积灵敏、高能量分辨和高位置分辨等不同的物理要求。在核物理实验、粒子天体物理、核医学、地质探测和工业成像等领域有着广泛的应用。

闪烁探测器包括晶体、光电倍增管。在使用闪烁探测器进行位置探测时，通常将晶体切割成一个个小晶体条组成晶体阵列，然后与多个光电倍增管或位置灵敏光电倍增管耦合。当γ光子入射到晶体时，相互作用产生荧光，光电倍增管将荧光信号转为电信号放大输出，利用该电信号，采用加权的方法可计算出γ光子入射的位置坐标，最后根据位置坐标判断γ光子入射到哪个晶体条。

理想情况下，由光电倍增管电信号加权得到的位置坐标与晶体条位置呈线性关系，也就是每个晶体条线性对应位置坐标的一个区域。因此，通过判断信号位置坐标所在的区域，就可得到γ光子打到哪个晶体条。而在实际情况中，由于晶体条个体之间的差异，光电倍增管、电子学的非线性响应，以及光子康普顿散射等因素，使得这一对应关系总是呈非线性特征。为确保对应关系的准确性，就必需建立信号位置坐标与晶体条编号之间的映射表，通常称为位置表。位置表的准确程度将直接影响探测器的位置分辨性能。

现有技术中，建立位置表的方法都是基于实验测量的位置散点图。散点图记录的是每个坐标位置上测量到的入射γ光子事例数。建立位置表的总体思路是：首先通过一定的方法得到每个晶体条对应散点图的区域边界，然后在每个边界区域范围内填充不同的值，对应相应的晶体条。

现有技术中的一种建立位置表的方案如下，首先利用寻找极值的方法找到每个晶体条对应的标记点(峰位)，然后对位置表进行赋值，赋值原则是寻找与赋值点最近的峰位，将其对应的晶体条编号赋到相应的位置坐标点上。

另一方案是，采用峰值点周围的局部极小值点作为晶体条的边界点，然后依次相连，将整个散点图划分为一个个区域，每个区域只包含一个峰值点，将峰值点对应的晶体条编号标记到该区域的每一个位置坐标，最终建立起位置表。

在以上的位置表生成方法中，有两个关键的步骤：一是准确寻找每个晶体条在散点图中的标记点(上述方法用峰值点做标记)，该晶体条标记点选取的准确程度将直接影响到生成位置表的好坏；二是对第一步找到的晶体条标记点进行二维排序，也就是确定标记点与晶体条的对应关系。

在对现有技术的方案进行研究后，发明人发现现有技术的方案存在如下的问题：(1)峰值点可能不在散点区域的几何中心上；(2)对于大尺寸散点图，散点分布的疏密特性不同，将会导致大量的误寻峰，增加了手动校正的工作量；(3)对于发生形变、散点排列不规则的散点图，采用标记点的绝对位置进行二维排序发生错误的概率较高。

发明内容

为了解决现有技术中的上述问题，本发明提供了一种闪烁探测器生成位置表的方法，该方法能够准确地生成闪烁探测器的位置表，能适用于散点图中散点分布疏密特性不同的闪烁探测器。

本发明提供了一种闪烁探测器的位置表生成方法，包括：

步骤S1：根据闪烁探测器的散点图的数据，采用区域提取的方式，寻找该闪烁探测器中的每个晶体条在散点图中对应的标记点；

步骤S2：根据所述标记点在散点图中的二维坐标，对所有的标记点进行相对位置二维排序；

步骤S3：确定散点图中的位置表边界点，每个所述位置表边界点是由四个相邻的标记点的平均位置而确定；

步骤S4：依次连接各个位置表边界点，生成位置表。

该步骤S1包括：采用区域提取的方式，将散点图划分为与晶体条对应的互不连通的多个区域；

将每个区域提取出来，并计算各区域的几何中心作为与区域对应的晶体条的标记点。

该步骤S2包括：对各标记点进行二维排序时，根据前一个标记点的位置排序后一个标记点；

该步骤S3包括：在选取位置表边界点时，计算相邻四个标记点的平均位置，并采用向上或向下取整的方式得到位置表边界点。

本发明能使闪烁探测器生成位置表更加准确、快捷，不仅适用于一般的、质量较好的散点图，而且对于大尺寸、散点分布稀疏特性差异大、散点排列不规则的散点图也具有较好的效果。

附图说明

图1为本发明的用于闪烁探测器的位置表生成方法的流程图；

图2为寻找晶体条标记点的流程图；

图3为边界点向上取整的情况位置表生成示意图；

图4-8为生成位置表的效果图。

具体实施方式

体现本发明特征与优点的典型实施例将在以下的说明中详细叙述。应理解的是本发明能够在不同的实施例上具有各种的变化，其皆不脱离本发明的范围，且其中的说明及所附附图在本质上是当作说明之用，而非用以限制本发明。

为了解决现有技术中的上述问题，本发明提供了一种用于闪烁探测器的位置表生成方法，该方法能够准确建立入射光子事例的信号位置坐标与晶体条编号之间的映射关系。

参见图1所示的本发明的用于闪烁探测器的位置表生成方法的流程图，本发明基于散点图区域提取寻找晶体条标记点的方法，以及对标记点进行相对位置二维排序的方法，将以上两种方法结合应用于位置表生成方法中。以下对本发明的位置表生成方法进行详细介绍，如图1所示，该方法包括：

步骤S1：根据闪烁探测器的散点图数据，采用区域提取的方式，寻找该闪烁探测器中的每个晶体条在散点图中对应的标记点。

寻找晶体条标记点是整个位置表生成方法中的最重要的一步，分为自动寻找标记点和手动校正操作。

自动寻找标记点采用的是基于区域提取的算法，即先对散点图进行处理，得到一个二值图像，使得每个晶体条对应的散点图区域相互分离，然后再提取出每一个区域，并计算区域的几何中心作为晶体条标记点。由于自动寻找晶体条标记点无法保证将所有的标记点找全，故需要进行判断和手动校正，若找到的标记点数不等于晶体条总数，则进行手动校正操作。手动校正的具体操作为，在散点图上没有找到标记点或找错标记点的散点区域，手动增加或删减标记点，直到散点图的每个散点区域都对应一个标记点。

下面对寻找晶体条标记点的过程进行详细介绍，参见图2所示为寻找晶体条标记点的流程图，包括步骤S11-S19，具体介绍如下：

步骤S11：转换散点图的数据到预定的范围。

为了避免后续操作的计算量过大，对于光子入射事例的计数值(以下简称计数值)较高的散点图，通常将其按比例转化到一定范围，如：0～1023，以减少色阶。而对于计数值较低的散点图可以选择不进行转换，可忽略此步骤。

步骤S12：在散点图的各像素中，筛选出计数值大于平均值的像素。而对于小于平均值的像素，将其像素计数值置为特定值P，P的取值包括0；对于小于平均值的像素，不进行后续的处理，如不进行局部归一化等处理，以此减小后续处理的数据量，增加算法的效率。

步骤S13：对筛选后的散点图进行局部归一化处理，使得散点图各部分的平均计数相近。

对筛选后的散点图进行局部归一化处理，即对上述筛选出的计数值大于平均值的像素进行局部归一化处理，其余像素不参与计算和处理，以减少数据处理量。该局部归一化处理的具体操作为：首先，计算筛选出的各像素的平均计数量Ag；然后，将散点图划分为多个小的区域，如：划分为32×32个方形区域，并计算第i个区域的平均计数Al_i；最后，用作为第i个区域的归一化因子进行归一化处理。

步骤S14：对局部归一化处理的散点图进行均衡化处理。

进行均衡化处理的作用是将像素取各个值的计数均匀化，使得整个散点图取每个值的像素数相近，在显示上起到增加对比度的作用，在整个算法中配合后续的筛选步骤，能更好的划分晶体条在散点图对应的各个区域。

本步骤中可采用直方图均衡化处理，具体的执行步骤如下：首先，统计散点图取各个值的像素数N_k，总像素数N＝ΣN_k，其中k＝0,1，…，L－1，L为散点图灰度级总数目，本发明中L的取值为1024；其次，将灰度级为i的像素映射到灰度级T_i，映射公式为

在该处理步骤中，也可以采用其它图像增强的方法，替代寻找晶体条标记点中的直方图均衡化方法。比如：可采用设置窗位窗宽的方法对图像进行增强。通过设置适当的窗位窗宽，得到一个数据判选上下限Lower、Upper，若散点图像素的数值小于Lower，则将其赋值为0；若散点图像素的数值大于Upper，则将其赋值为1023；散点图像素的数值在Lower和Upper之间的线性变化到0～1023。

步骤S15：对均衡化处理的散点图进行平滑滤波处理。

例如可采用3×3模板的均值滤波。这一步的主要目的在于排除一些噪声引起的假峰，避免筛选出多余的区域，增加手动校正的负担。

步骤S16：根据预设的临界值，对经过上述局部归一化、均衡化处理和平滑滤波处理后的该散点图的各像素进行二值化处理，以此得到二值图像。

对于从散点图中筛选出的计数值大于平均值且经过了上述处理的像素，进一步从中筛选出计数量大于临界值的像素，取值为一特定值A。而散点图中的其余像素，取值为一特定值B。其中，A的取值包括但不限于1；B的取值包括但不限于0，A和B取值不同，以此标记不同计数量的像素。以下仅以A为1，B为0为例进行说明，本领域技术人员能够理解A和B也可以采用其他的取值，于此不再赘述。

设散点图中的各像素的计数值中的最大值为M，则该临界值可以选取散为M的0.8倍。像素大于该临界值取1，否则取0。这样就得到一个二值图像，图像中取1的部分表示晶体条在散点图上对应的区域。临界值的选取与步骤S14采用的图像增强方法、散点图的质量有关。临界值选取过小，将导致散点图的相邻散点区域分不开，多个散点区域合为一个；临界值选取过大，将导致散点图的一些散点区域完全小于临界值，使得一些散点区域消失。若采用直方图均衡化的方法，临界值的取值范围为0.70～0.90倍的M之间，具体取值可对具体设备产生的散点图进行实验测试，根据结果选取最佳的临界值，以使得找到的标记点数目和晶体条数目最接近；也可在算法中对每一个临界值进行循环，以选取最佳临界值。

步骤S17：提取散点图的每个区域并计算各区域的几何中心作为标记点。

提取散点图区域的算法中采用了递归的方法，当搜索到某一像素取值为1时，记录该像素的坐标并置零，判断其周围8个像素的取值情况，若某像素取值为1，记录该像素的坐标并置零，继续判断它周围8个像素的取值情况，以此类推，直到周围8个像素都为零停止，由此提取到了一个区域；然后，将记录的像素点的坐标取平均作为标记点的坐标；若某一区域只有一个记录的像素，则将该区域视为假峰排除掉。

步骤S18：判断标记点数是否等于晶体条总数，若是，则直接执行步骤S2；否则执行步骤S19，再执行步骤S2。

步骤S19：进行手动寻峰操作，直到寻得的标记点数目和晶体条总数相等为止。

通过上述操作，就完成了找寻该闪烁探测器中的每个晶体条在散点图中对应的标记点。接下进行步骤S2：根据标记点在散点图中的二维坐标，对所有的标记点进行相对位置二维排序。

由于在步骤S1中找到的晶体条标记点并不是按照顺序存储的，而是杂乱无章排列的。也就是我们无法将找到的标记点对应到相应晶体条上。因此，在生成位置表之前，需要将晶体条标记点进行二维排序。对于一个非常规则的散点图，各散点之间行列分明，可以很容易的采用各标记点的绝对位置坐标进行二维排序。而对于散点排列不规则的散点图，行的上下波动或列的左右波动比较大，不能再用标记点的绝对位置进行二维排序。

本发明是利用标记点相对位置进行二维排序的方法，二维排序的具体过程如下：

假设要进行排序的晶体阵列为m行n列，“(i，j)点”表示第i行第j列的标记点。

(1)对已找到的m×n个标记点按照y坐标进行升序排序。

(2)提取编号i×n+1到(i+2)×n的标记点，准备对第i行进行排序。(i＝0,1,2，…，m–2)。

(3)从提取的2n个标记点中选取距原点最近的点作为(i，0)点。

(4)从提取的第j到2n个标记点中选择满足以下情况的两个点P1，P2：P1、P2的x坐标大于(i，j–1)点的x坐标，P1、P2与(i，j–1)点的x距离大于y距离，在满足以上条件的情况下，取距离(i，j–1)点最近的为P1，次近的为P2。(j＝1,2，…，n–1)。

(5)判断P1和P2的x间距Δx和y间距Δy。若Δx＞Δy，则取P1点为(i，j)点；否则，取P1、P2中y坐标较小的作为(i，j)点。

(6)对最后一行单独进行排序。

对于以上的排序过程做如下说明：

(a)从第(2)到第(5)步是完成对第i行进行排序，i的取值为从0到m–2依次递增，需要循环m–1次。

(b)从第(4)到第(5)步是完成对第j列标记点的选取，j的取值为从1到n–1依次递增，需要循环n–1次。

(c)第(4)步之所以要选择两个点P1、P2，是因为排除图三a的情况。图3a会误选C点作为A点的下一个点。

(d)第(5)步中，若Δx＜Δy，对应图3b；若Δx≥Δy，对应图3c。

通过上述操作，就完成了标记点的二维排序，之后执行步骤S3：确定散点图中的位置表边界点。

为了将散点图分割为一个个与晶体条对应的区域，需要确定位置表的边界点。位置表的边界点是由四个相邻晶体条标记点的平均位置确定的，边界点V的位置为

$V=\frac{P_1+P_2+P_3+P_4}{4}$

其中，V、P1、P2、P3和P4为二维坐标值。需要对V进行取整操作，可采用向上取整或向下取整的方式，而采用向上取整或向下取整将影响到后续的边界取值问题。

在确定了位置表边界点后，就可以进一步执行步骤S4：生成位置表。

生成位置表的方法如下：将相邻的位置表边界点相连，把散点图划分为一个个区域，每个区域内的所有像素点都对应同一晶体条。在对每个区域进行边界取值时，若步骤S3中的边界点V采取向上取整，则将左边界和下边界归在该区域，右边界和上边界归在其它相邻的区域；若边界点V采取向下取整，则将右边界和上边界归在该区域，左边界和下边界归在其它相邻的区域。图3给出了边界点V向上取整的情况。最后，将每个区域填充相应的晶体条编号，完成位置表的生成。

以下结合具体的实验结果，对本发明进行具体的介绍。

一种实验环境下，探测器相关参数为：散点图大小为1024×1024，晶体阵列大小为75×75。

参见图4为原始散点图图像；图5为提取区域后的二值图像；图6为生成晶体条标记点的图像；图7为将散点图进行区域划分，即生成位置表的图像，图8为同时显示标记点和位置表边界的图像；结合上述图示可知本案生成的位置表较为规则和准确。

结合上述叙述可知，本发明的方案能快捷准确的生成晶体条位置表；对于大尺寸、散点分布疏密特性不同的散点图，也可以较快捷的生成位置表；对于发生形变、散点排列不规则的散点图，也可以较准确的生成位置表，本发明能够准确建立闪烁探测器的信号位置坐标与晶体条编号之间的映射关系，能有效提高闪烁探测器的效能。

Claims (7)

1.一种闪烁探测器的位置表生成方法，其特征在于，包括：

步骤S1：根据闪烁探测器的散点图的数据，采用区域提取的方式，寻找该闪烁探测器中的每个晶体条在散点图中对应的标记点；

步骤S2：根据所述标记点在散点图中的二维坐标，对所有的标记点进行相对位置二维排序；

步骤S3：确定散点图中的位置表边界点，每个所述位置表边界点是由四个相邻的标记点的平均位置而确定；

步骤S4：依次连接各个位置表边界点，生成位置表；

其中，该步骤S1包括：

采用区域提取的方式，将散点图划分为与晶体条对应的互不连通的多个区域；

将每个区域提取出来，并计算各区域的几何中心作为与区域对应的晶体条的标记点。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该步骤S1包括：

在散点图的各像素中，提取出光子入射事例计数值大于平均值的像素，

从提取出的像素中进一步筛选出光子入射事例计数值大于预设临界值的像素，取值为特定值A；而散点图中的其余像素取值为特定值B；以获得散点图的二值图像；其中，A与B取值不同；

采用递归的方法在该二值图像中计算每个晶体条的标记点，计算方法包括：

当搜索到一像素的取值为A时，记录该像素的坐标并置为B，判断其周围8个像素的取值情况；

若该8个像素中的某一像素取值为A，则记录该像素的坐标并置为B，并继续判断它周围8个像素的取值情况，若取值为A则进行记录并置为B；循环执行上述步骤，直到周围8个像素都为B时停止，被记录的各像素构成本次提取的区域；

将该区域内的各像素的坐标取平均得到一平均坐标，将该平均坐标作为该区域所对应的晶体条的标记点的坐标。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，该计算方法中，若提取到的一区域中只有一个像素点，则将该区域视为假峰排除。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该步骤S2包括：

对各标记点进行二维排序时，根据前一个标记点的位置排序后一个标记点；该排序方法包括：

按照各标记点的纵坐标进行升序排序，并将其排列成m×n阵列；

循环执行以下步骤，依次对每行标记点进行排序：

提取阵列中第i行和i+1行的标记点；(i＝0,1,2，…，m–2)；

从提取的标记点中选取距离该散点图的二维坐标原点最近的点作为(i，0)点；

循环执行以下步骤依次对各标记点进行排序：

从提取的第j到2n个标记点中选择满足以下情况的两个点：横坐标大于(i，j–1)点的横坐标，与(i，j–1)点的横坐标距离大于纵坐标距离；(j＝1,2，…，n–1)；

设两个点中距离(i，j–1)点最近的为P1，次近的为P2；判断P1和P2的横坐标间距Δx和纵坐标间距Δy；若Δx＞Δy，则取P1点为(i，j)点；否则，取P1、P2中纵坐标较小的作为(i，j)点。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该步骤S3包括：

在选取位置表边界点时，计算相邻四个标记点的平均位置，并采用向上或向下取整的方式得到位置表边界点。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，还包括：

进行边界分配，若选取位置表边界点时采用了向上取整的方式，则将每个区域的左边界和下边界归在该区域，右边界和上边界归在其相邻的区域；若选取位置表边界点采用了向下取整，则将每个区域的右边界和上边界归在该区域，左边界和下边界归在其相邻的区域。

7.如权利要求2所述的方法，其特征在于，在获得散点图的二值图像之前，还包括：对所述提取出的光子入射事例计数值大于平均值的像素，进行局部归一化处理、均衡化处理和平滑滤波处理。