CN103235841A - 基线恢复方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基线恢复方法及装置。该方法包括：采用逻辑器件对前端设备输出的信号进行处理，获取所述信号的非有效信号平均值，将所述非有效信号平均值作为基线估计值；判断所述前端设备输出的信号的极性；根据所述信号的极性，将所述信号的信号值与所述基线估计值进行减法运算，进行基线恢复。该装置包括：处理模块、判断模块和运算模块，所述处理模块、判断模块和运算模块集成于逻辑器件中。本发明提供的基线恢复方法及装置，采用逻辑器件实时对前端设备输出的信号进行基线估计及基线恢复，避免了在模拟电路上设计基线恢复电路而加大系统噪声的缺陷，同时减少了由固定基线恢复而引起的计算误差，提高了基线恢复的精度、稳定性和可靠性。

Description

基线恢复方法及装置

技术领域

本发明涉及数字信号处理技术，特别涉及一种基线恢复方法及装置。

背景技术

在核成像系统的数字电子学中，需要对前端探测器输出的信号中提取出的核事例的时间、位置、能量等信息进行处理。但是当外部的工作条件发生改变时，例如温度发生改变，核成像的前端探测器输出的信号基线则会发生漂移，这将会不可避免地引入噪声，从而直接影响核成像系统的成像效果并影响系统的分辨率等各项重要指标。

针对核成像系统中信号基线漂移的现象，通常有两种做法：一，在前端探测器的模拟电路上设计电容和二极管等元件，形成基线恢复电路，以跟踪基线的变化，记录有效信号到达之前的基线电平，当有效信号到达时，该电路将有效信号减去其到达之前的基线电平；二，在后端设备中，定期地通过软件辅助工具在程序中人工修改基线数值。

上述第一种基线恢复技术，由于理想的基线恢复电路很难实现，而实际的基线恢复电路则会提高整体系统的噪声；而第二种技术则存在过于频繁的人工干预，无法保证基线的实时更新，时效性差。

发明内容

在下文中给出关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。

本发明提供一种基线恢复方法及装置，用以解决现有技术中系统噪声高及时效性差的缺陷，实现高精度、高稳定性、高可靠性的基线恢复。

本发明提供了一种基线恢复方法，包括：

采用逻辑器件对前端设备输出的信号进行处理，获取所述信号的非有效信号平均值，将所述非有效信号平均值作为基线估计值；

判断所述前端设备输出的信号的极性；

根据所述信号的极性，将所述信号的信号值与所述基线估计值进行减法运算，进行基线恢复。

本发明还提供了一种基线恢复装置，包括：

处理模块，用于对前端设备输出的信号进行处理，获取所述信号的非有效信号平均值，将所述非有效信号平均值作为基线估计值；

判断模块，用于判断所述前端设备输出的信号的极性；

运算模块，用于根据所述信号的极性，将所述信号的信号值与所述基线估计值进行减法运算，进行基线恢复；

所述处理模块、判断模块和运算模块集成于逻辑器件中。

本发明提供的基线恢复方法及装置，采用逻辑器件实时对前端设备输出的信号进行基线估计及基线恢复，避免了在模拟电路上设计基线恢复电路而加大系统噪声的缺陷，同时减少了由固定基线恢复而引起的计算误差，提高了基线恢复的精度、稳定性和可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明基线恢复方法第一实施例的流程图；

图2为本发明基线恢复方法第二实施例的流程图；

图3为本发明基线恢复装置第一实施例的结构示意图；

图4为本发明基线恢复装置第二实施例的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。在本发明的一个附图或一种实施方式中描述的元素和特征可以与一个或更多个其它附图或实施方式中示出的元素和特征相结合。应当注意，为了清楚的目的，附图和说明中省略了与本发明无关的、本领域普通技术人员已知的部件和处理的表示和描述。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明基线恢复方法第一实施例的流程图。如图1所示，本发明实施例提供了一种基线恢复方法，包括：

步骤S10、采用逻辑器件对前端设备输出的信号进行处理，获取信号的非有效信号平均值，将该非有效信号平均值作为基线估计值；

步骤S20、判断前端设备输出的信号的极性；

步骤S30、根据信号的极性，将信号的信号值与上述基线估计值进行减法运算，进行基线恢复。

在本发明实施例中，对于前端设备输出的各路信号，采用逻辑器件动态采集非有效信号时的信号平均值作为基线估计值，并根据各路信号的极性，将信号值与基线估计值进行减法运算，以实现基线恢复。

本发明实施例提供的基线恢复方法，采用逻辑器件实时对前端设备输出的信号进行基线估计及基线恢复，避免了在模拟电路上设计基线恢复电路而加大系统噪声的缺陷，同时减少了由固定基线恢复而引起的计算误差，提高了基线恢复的精度、稳定性和可靠性。

图2为本发明基线恢复方法第二实施例的流程图。如图2所示，在上述方法第一实施例的基础上，上述步骤S10可以进一步具体包括：

步骤S11、对前端设备输出的信号进行前后两次同周期的连续采样；

步骤S12、比较两次连续采样的信号平均值，若两次的信号平均值相等，则执行步骤S13，否则，执行步骤S11；

步骤S13、将该信号平均值作为一个有效值；

步骤S14、判断所获得的有效值的个数是否达到M，其中，M为预设阈值，若有效值的个数达到M，则执行步骤S15，否则，执行步骤S11；

步骤S15、计算M个有效值的平均值，获取信号的非有效信号平均值，将该非有效信号平均值作为基线估计值。

在本发明实施例中，逻辑器件首先对各路信号进行前后两次同周期的连续采样（该周期的选取可参考前端设备输出的信号宽度）。因为有效信号的信号值远远大于基线值，若在采样过程中遇到有效信号出现，则会导致基线估计值偏高，后续进行基线恢复则会使有效信号变小，因此需要比较两次采样的信号平均值，若不相等，则说明其中一次采样遇到了有效信号，舍去该次采样结果，若相等，则将该信号平均值作为一个有效值，并继续执行步骤S11的采样操作。每得到一个有效值，逻辑器件中的逻辑单元搭建寄存器以进行存储，直到获得M个有效值时（预设阈值M的设置需根据前端设备的类型以及信号类型进行选取），计算M个有效值的平均值，获取各路信号的非有效信号平均值。

本发明实施例提供的基线恢复方法，避免了对有效信号的误采样，保证了采样点都在非有效信号的基线上，减小了基线估计值的随机性，同时预设阈值选取较大值，可以降低采样的统计涨落。

更进一步地，上述步骤S30可以具体包括：

步骤S31、当前端设备输出正脉冲信号时，将该正脉冲信号的信号值减去上述基线估计值，获得基线恢复后的正脉冲信号；

步骤S32、当前端设备输出负脉冲信号时，将上述基线估计值减去该负脉冲信号的信号值，获得基线恢复后的正脉冲信号。

前端设备输出的脉冲信号的面积携带了所需提供的信息，无论是正脉冲信号还是负脉冲信号，经上述步骤进行基线恢复后，得到的均是正脉冲信号，利于脉冲面积的计算。

另外，本发明实施例提供的基线恢复方法可以在系统上电或复位时执行。实时地更新信号数据，增加了信号的可靠性和稳定性。当实际需要对多路信号同时进行处理时，利用本发明实施例提供的方法同样适用于对多通道信号并行进行基线恢复，具有很好的通用性。

上述步骤也可以在系统运行的过程中执行，所有操作自动完成，实现率信号基线的实施恢复实时恢复，避免外界环境以及各种意外情况发生导致的基线漂移而引入的误差，减少了人为操作的麻烦。

优选地，本发明实施例中所采用的逻辑器件可以为现场可编程门阵列（Field-Programmable Gate Array，简称FPGA），在FPGA中通过状态机的跳转执行上述步骤，FPGA可以直接实现加减运算，简单方便，更加灵活地适用于不同工作状态下的前端设备中的多通道信号采集，提升了信号处理的可靠性，提高了整体成像系统的性能。

本发明提供的基线恢复方法，采用逻辑器件实时对前端设备输出的信号进行基线估计及基线恢复，克服基线采样中的统计误差、基线漂移及存在有效信号等因素影响，避免了在模拟电路上设计基线恢复电路而加大系统噪声的缺陷，同时减少了由固定基线恢复而引起的计算误差，避免了由计算误差引起的图像模糊、位置分辨率低、能峰移动、投影波形不规则等缺陷，提高了基线恢复的精度、稳定性和可靠性。

图3为本发明基线恢复装置第一实施例的结构示意图。如图3所示，本发明实施例提供了一种基线恢复装置，包括：处理模块31、判断模块32和运算模块33。其中，处理模块31用于对前端设备输出的信号进行处理，获取信号的非有效信号平均值，将该非有效信号平均值作为基线估计值；判断模块32用于判断前端设备输出的信号的极性；运算模块33用于根据信号的极性，将信号的信号值与基线估计值进行减法运算，进行基线恢复；上述处理模块31、判断模块32和运算模块33集成于逻辑器件中。

在本发明实施例中，对于前端设备输出的各路信号，集成于逻辑器件中的处理模块31动态采集非有效信号时的信号平均值作为基线估计值，运算模块33根据各路信号的极性，将信号值与基线估计值进行减法运算，以实现基线恢复。

本发明实施例提供的基线恢复装置，采用逻辑器件实时对前端设备输出的信号进行基线估计及基线恢复，避免了在模拟电路上设计基线恢复电路而加大系统噪声的缺陷，同时减少了由固定基线恢复而引起的计算误差，提高了基线恢复的精度、稳定性和可靠性。

图4为本发明基线恢复装置第二实施例的结构示意图。如图4所示，在上述装置第一实施例的基础上，处理模块31可以进一步包括：采样子模块41、比较子模块42和计算子模块43。其中，采样子模块41用于对前端设备输出的信号进行前后两次同周期的连续采样；比较子模块42用于比较采样子模块41两次连续采样的信号平均值，若两次的信号平均值相等，则将该信号平均值作为一个有效值；计算子模块43用于当比较子模块42获得的有效值的个数达到M时，计算M个有效值的平均值，获取信号的非有效信号平均值，其中，M为预设阈值。

在本发明实施例中，集成于逻辑器件中的采样子模块41首先对各路信号进行前后两次同周期的连续采样（该周期的选取可参考前端设备输出的信号宽度）。因为有效信号的信号值远远大于基线值，若在采样过程中遇到有效信号出现，则会导致基线估计值偏高，后续进行基线恢复则会使有效信号变小，因此比较子模块42比较两次采样的信号平均值，若不相等，则说明其中一次采样遇到了有效信号，舍去该次采样结果，若相等，则将该信号平均值作为一个有效值，然后采样子模块41继续执行上述采样操作。每得到一个有效值，逻辑器件中的逻辑单元搭建寄存器以进行存储，直到获得M个有效值时（预设阈值M的设置需根据前端设备的类型以及信号类型进行选取），计算子模块43计算M个有效值的平均值，获取信号的非有效信号平均值。

本发明实施例提供的基线恢复装置，避免了对有效信号的误采样，保证了采样点都在非有效信号的基线上，减小了基线估计值的随机性，同时预设阈值选取较大值，可以降低采样的统计涨落。

更进一步地，上述运算模块33可以具体包括：第一运算子模块44和第二运算子模块45。其中，第一运算子模块44用于当前端设备输出正脉冲信号时，将正脉冲信号的信号值减去基线估计值，获得基线恢复后的正脉冲信号；第二运算子模块45用于当前端设备输出负脉冲信号时，将基线估计值减去负脉冲信号的信号值，获得基线恢复后的正脉冲信号。

前端设备输出的脉冲信号的面积携带了所需提供的信息，无论是正脉冲信号还是负脉冲信号，分别经第一运算子模块44和第二运算子模块45进行基线恢复后，得到的均是正脉冲信号，利于脉冲面积的计算。

另外，本发明实施例提供的基线恢复装置中，处理模块31可以在系统上电或复位时对前端设备输出的信号进行处理。实时地更新信号数据，增加了信号的可靠性和稳定性。当实际需要对多路信号同时进行处理时，利用本发明实施例提供的基线恢复装置同样适用于对多通道信号并行进行基线恢复，具有很好的通用性。

处理模块31还可以在系统运行的过程中对前端设备输出的各路信号进行处理，所有操作自动完成，实现率信号基线的实时恢复，避免外界环境以及各种意外情况发生导致的基线漂移而引入的误差，减少了人为操作的麻烦。

优选地，本发明实施例中所采用的逻辑器件可以为FPGA，FPGA可以直接实现加减运算，简单方便，更加灵活地适用于不同工作状态下的前端设备中的多通道信号采集，提升了信号处理的可靠性，提高了整体成像系统的性能。

本发明提供的基线恢复装置，采用逻辑器件实时对前端设备输出的信号进行基线估计及基线恢复，克服基线采样中的统计误差、基线漂移及存在有效信号等因素影响，避免了在模拟电路上设计基线恢复电路而加大系统噪声的缺陷，同时减少了由固定基线恢复而引起的计算误差，避免了由计算误差引起的图像模糊、位置分辨率低、能峰移动、投影波形不规则等缺陷，提高了基线恢复的精度、稳定性和可靠性。

在本发明上述各实施例中，实施例的序号仅仅便于描述，不代表实施例的优劣。对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：只读存储器（Read-Only Memory，简称ROM）、随机存取存储器（Random Access Memory，简称RAM）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

在本发明的装置和方法等实施例中，显然，各部件或各步骤是可以分解、组合和/或分解后重新组合的。这些分解和/或重新组合应视为本发明的等效方案。同时，在上面对本发明具体实施例的描述中，针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。

应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、要素、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、要素、步骤或组件的存在或附加。

最后应说明的是：虽然以上已经详细说明了本发明及其优点，但是应当理解在不超出由所附的权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下可以进行各种改变、替代和变换。而且，本发明的范围不仅限于说明书所描述的过程、设备、手段、方法和步骤的具体实施例。本领域内的普通技术人员从本发明的公开内容将容易理解，根据本发明可以使用执行与在此所述的相应实施例基本相同的功能或者获得与其基本相同的结果的、现有和将来要被开发的过程、设备、手段、方法或者步骤。因此，所附的权利要求旨在在它们的范围内包括这样的过程、设备、手段、方法或者步骤。

Claims (10)

1.一种基线恢复方法，其特征在于，包括：

采用逻辑器件对前端设备输出的信号进行处理，获取所述信号的非有效信号平均值，将所述非有效信号平均值作为基线估计值；

判断所述前端设备输出的信号的极性；

根据所述信号的极性，将所述信号的信号值与所述基线估计值进行减法运算，进行基线恢复。

2.根据权利要求1所述的基线恢复方法，其特征在于，所述对前端设备输出的信号进行处理，获取所述信号的非有效信号平均值，包括：

步骤S1、对所述前端设备输出的信号进行前后两次同周期的连续采样；

步骤S2、比较两次连续采样的信号平均值，若两次的信号平均值相等，则执行步骤S3，否则，执行步骤S1；

步骤S3、将所述信号平均值作为一个有效值；

步骤S4、判断所获得的所述有效值的个数是否达到M，其中，M为预设阈值，若所述有效值的个数达到M，则执行步骤S5，否则，执行步骤S1；

步骤S5、计算M个所述有效值的平均值，获取所述信号的非有效信号平均值。

3.根据权利要求1所述的基线恢复方法，其特征在于，所述根据所述信号的极性，将所述信号的信号值与所述基线估计值进行减法运算，进行基线恢复，包括：

当所述前端设备输出正脉冲信号时，将所述正脉冲信号的信号值减去所述基线估计值，获得基线恢复后的正脉冲信号；

当所述前端设备输出负脉冲信号时，将所述基线估计值减去所述负脉冲信号的信号值，获得基线恢复后的正脉冲信号。

4.根据权利要求1所述的基线恢复方法，其特征在于，当系统上电或复位时，对所述前端设备输出的信号进行处理。

5.根据权利要求1至4中任一所述的基线恢复方法，其特征在于所述逻辑器件为现场可编程门阵列。

6.一种基线恢复装置，其特征在于，包括：

处理模块，用于对前端设备输出的信号进行处理，获取所述信号的非有效信号平均值，将所述非有效信号平均值作为基线估计值；

判断模块，用于判断所述前端设备输出的信号的极性；

运算模块，用于根据所述信号的极性，将所述信号的信号值与所述基线估计值进行减法运算，进行基线恢复；

所述处理模块、判断模块和运算模块集成于逻辑器件中。

7.根据权利要求6所述的基线恢复装置，其特征在于，所述处理模块包括：

采样子模块，用于对所述前端设备输出的信号进行前后两次同周期的连续采样；

比较子模块，用于比较所述采样子模块两次连续采样的信号平均值，若两次的信号平均值相等，则将所述信号平均值作为一个有效值；

计算子模块，用于当所述比较子模块获得的所述有效值的个数达到M时，计算M个所述有效值的平均值，获取所述信号的非有效信号平均值，其中，M为预设阈值。

8.根据权利要求6所述的基线恢复装置，其特征在于，所述运算模块包括：

第一运算子模块，用于当所述前端设备输出正脉冲信号时，将所述正脉冲信号的信号值减去所述基线估计值，获得基线恢复后的正脉冲信号；

第二运算子模块，用于当所述前端设备输出负脉冲信号时，将所述基线估计值减去所述负脉冲信号的信号值，获得基线恢复后的正脉冲信号。

9.根据权利要求6所述的基线恢复装置，其特征在于，所述处理模块在系统上电或复位时，对所述前端设备输出的信号进行处理。

10.根据权利要求6至9中任一所述的基线恢复装置，其特征在于，所述逻辑器件为现场可编程门阵列。

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