CN105277578B - 一种提高双能辐射系统材料识别能力的方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种提高双能辐射系统材料识别能力的方法，包括：步骤一，确定被检测材料的原子序数和厚度；步骤二，基于被检测材料的原子序数和厚度计算脉冲数量比(或剂量比)；步骤三，将双能辐射系统的脉冲数量比(或剂量比)调节为计算好的比例。本发明还公开了一种双能辐射系统。利用本发明可以快速地获得双能辐射系统的最佳材料识别状态，在此状态下进行扫描检查，双能系统的材料识别能力具有大幅提高。
Description
技术领域
本发明涉辐射成像技术领域，具体涉及一种提高双能辐射系统材料识别能力的方法及系统。
背景技术
随着辐射成像技术的发展，利用双能技术对集装货物和车辆进行检查变得越来越广泛。相对于普通的单能射线技术，双能技术可以确定被测物的等效原子序数Z，可以辅助识别毒品、爆炸物、特殊核材料等。通常，这类双能射线系统使用交替式双能X射线辐射源，两个能量的单个脉冲剂量差别较大。研究分析表明，当低能射线脉冲穿透具有一定厚度的被测物之后，探测器探测到的射线剂量的相对误差变大，随着材料厚度的增加，双能系统识别材料的能力显著变差。
发明内容
有鉴于此，本发明提出一种一种提高双能辐射系统材料识别能力的方法及系统，优化了双能辐射源的辐射脉冲数量比或脉冲剂量比，使双能系统的材料识别能力得到提高。
本发明提供一种提高双能辐射系统材料识别能力的方法，包括：步骤一，确定被检测材料的原子序数和厚度；步骤二，基于所述原子序数和所述厚度，按照以下公式计算脉冲数量比；
其中，下角标1、2分别代表高能脉冲辐射和低能脉冲辐射对应的数据，I为无材料遮挡时射线脉冲辐射的剂量，t为材料的厚度，Z为材料的原子序数，μ(t，z)为材料的衰减系数；步骤三，将双能辐射系统的脉冲数量比调节为按照所述公式计算得到的脉冲数量比。
优选地，对于步骤一，在扫描过程中，根据双能辐射系统获得的所述被检测材料的双能辐射图像，确定所述被检测材料的原子序数和厚度。
本发明还提供一种双能辐射系统，其基于上述提高双能辐射系统材料识别能力的方法，包括：双能辐射源、辐射探测器、双能图像获取装置、算法模块和控制模块；其中，双能辐射源发出双能辐射束，对被检测材料实施双能扫描；辐射探测器接收双能辐射束，将双能辐射束转换为数字信号，发送至双能图像获取装置；双能图像获取装置根据接收到的数字信号生成双能辐射图像；算法模块基于所述原子序数和所述厚度，按照所述公式计算脉冲数量比；控制模块控制双能辐射源按照所述算法模块计算得到的脉冲数量比发出双能辐射束。
本发明还提供一种提高双能辐射系统材料识别能力的方法，包括：步骤一，确定被检测材料的原子序数和厚度；步骤二，基于所述原子序数和所述厚度，按照以下公式计算脉冲剂量比；
其中，下角标1、2分别代表高能脉冲辐射和低能脉冲辐射对应的数据，t为材料的厚度，Z为材料的原子序数，μ(t，z)为材料的衰减系数；步骤三，将双能辐射系统的脉冲剂量比调节为按照所述公式计算得到的脉冲剂量比。
本发明还提供一种双能辐射系统，其基于上述提高双能辐射系统材料识别能力的方法，包括：双能辐射源、辐射探测器、双能图像获取装置、算法模块和控制模块；其中，双能辐射源发出双能辐射束，对被检测材料实施双能扫描；辐射探测器接收双能辐射束，将双能辐射束转换为数字信号，发送至双能图像获取装置；双能图像获取装置根据接收到的数字信号生成双能辐射图像；算法模块基于所述原子序数和所述厚度，按照所述公式计算脉冲剂量比；控制模块控制双能辐射源按照所述算法模块计算得到的脉冲剂量比发出双能辐射束。
本发明还提供一种提高双能辐射系统材料识别能力的方法，包括：步骤一，确定测试样品的原子序数和厚度；步骤二，基于所述原子序数和所述厚度，按照以下公式计算脉冲数量比；
其中，下角标1、2分别代表高能脉冲辐射和低能脉冲辐射对应的数据， I为无材料遮挡时射线脉冲辐射的剂量，t为材料的厚度，Z为材料的原子序数，μ(t，z)为材料的衰减系数；步骤三，将双能辐射系统的脉冲数量比调节为按照所述公式计算得到的脉冲数量比；步骤四，对测试样品实施双能扫描检测，得到扫描检测结果；步骤五，根据扫描检测结果判断检测到的数据与测试样品是否一致，如果检测到的种类不同于第一种类或者检测到的厚度不同于第一厚度，则检测到的数据与测试样品不一致，执行步骤六；如果检测到的种类为第一种类并且检测到的厚度为第一厚度，则检测到的数据与测试样品一致，执行步骤七；步骤六，调节双能辐射源的脉冲数量比，返回步骤四；步骤七，将当前脉冲数量比确定为双能辐射系统的扫描工作比例。
优选地，脉冲剂量比的调节范围为0.7:1～3:1。
本发明还提供一种提高双能辐射系统材料识别能力的方法，包括：步骤一，确定测试样品的原子序数和厚度；步骤二，基于所述原子序数和所述厚度，按照以下公式计算脉冲剂量比；
其中，下角标1、2分别代表高能脉冲辐射和低能脉冲辐射对应的数据， t为材料的厚度，Z为材料的原子序数，μ(t，z)为材料的衰减系数；步骤三，将双能辐射系统的脉冲剂量比调节为按照所述公式计算得到的脉冲剂量比；步骤四，对测试样品实施双能扫描检测，得到扫描检测结果；步骤五，根据扫描检测结果判断检测到的数据与测试样品是否一致，如果检测到的种类不同于第一种类或者检测到的厚度不同于第一厚度，则检测到的数据与测试样品不一致，执行步骤六；如果检测到的种类为第一种类并且检测到的厚度为第一厚度，则检测到的数据与测试样品一致，执行步骤七；步骤六，调节双能辐射源的脉冲剂量比，返回步骤四；步骤七，将当前脉冲剂量比确定为双能辐射系统的扫描工作比例。
本发明还提供一种提高双能辐射系统材料识别能力的方法，包括：步骤一，确定测试样品的原子序数和厚度；步骤二，基于所述原子序数和所述厚度，按照以下公式计算脉冲数量比；
其中，下角标1、2分别代表高能脉冲辐射和低能脉冲辐射对应的数据， I为无材料遮挡时射线脉冲辐射的剂量，t为材料的厚度，Z为材料的原子序数，μ(t，z)为材料的衰减系数；步骤三，将双能辐射系统的脉冲数量比调节为按照所述公式计算得到的脉冲数量比；步骤四，对测试样品实施双能扫描检测，得到扫描检测结果；步骤五，根据扫描检测结果判断系统判据是否达到极小值，如果没有达到极小值，执行步骤六；如果达到了极小值，执行步骤七；步骤六，调节双能辐射源的脉冲数量比，返回步骤四；步骤七，将当前脉冲数量比确定为双能辐射系统的扫描工作比例；其中，
系统判据为或者其中下角标1exp、2exp分别代表高能脉冲辐射和低能脉冲辐射对应的扫描检测结果，ΔT为针对射线脉冲剂量的测量偏差，Zi表示第i种材料的原子序数， n为正整数。
本发明还提供一种提高双能辐射系统材料识别能力的方法，包括：步骤一，确定测试样品的原子序数和厚度；步骤二，基于所述原子序数和所述厚度，按照以下公式计算脉冲剂量比；
其中，下角标1、2分别代表高能脉冲辐射和低能脉冲辐射对应的数据， t为材料的厚度，Z为材料的原子序数，μ(t，z)为材料的衰减系数；步骤三，将双能辐射系统的脉冲剂量比调节为按照所述公式计算得到的脉冲剂量比；步骤四，对测试样品实施双能扫描检测，得到扫描检测结果；步骤五，根据扫描检测结果判断系统判据是否达到极小值，如果没有达到极小值，执行步骤六；如果达到了极小值，执行步骤七；步骤六，调节双能辐射源的脉冲剂量比，返回步骤四；步骤七，将当前脉冲剂量比确定为双能辐射系统的扫描工作比例；其中，
系统判据为或者其中下角标1exp、2exp分别代表高能脉冲辐射和低能脉冲辐射对应的扫描检测结果，ΔT为针对射线脉冲剂量的测量偏差，Zi表示第i种材料的原子序数， n为正整数。
本发明的有益效果：对于双能辐射成像系统，本发明可针对不同的材料调节双能辐射源的辐射脉冲数量比或剂量比，获得不同材料分别对应的系统最佳材料识别状态，在正式扫描之前将系统设置为最佳材料识别状态、或是在工作中实时切换系统的工作状态，可实现对某一种材料或是多种材料的双能识别，材料识别能力高。利用本发明侦测感兴趣的材料物质，能够获得最佳的双能辐射图像，降低漏检率，侦测识别结果靠性。
附图说明
图1是本发明第一实施例的在扫描工作之前基于样品调节的流程图。
图2是本发明第二实施例的在扫描工作之前基于样品调节的流程图。
图3是本发明一个实施例的双能辐射成像系统的结构框图。
图4是本发明第三实施例的在扫描工作过程中实时调节的流程图。
图5是本发明基于图4实施例的双能辐射脉冲剂量比的状态示意图。
图6是本发明另一实施例的双能辐射成像系统的结构框图。
图7是本发明第四实施例的在扫描工作之前基于样品调节的流程图。
图8是本发明基于图7实施例的双能辐射脉冲剂量比的状态示意图。
图9是本发明第五实施例的多方法调节双能辐射脉冲数量或剂量比的流程图。
图10是本发明第六实施例的多方法调节双能辐射脉冲数量或剂量比的流程图。
具体实施方式
以下结合附图以及具体实施例，对本发明的技术方案进行详细描述。
在双能辐射的实际扫描过程中，对于单次扫描过程，双能辐射源发出辐射束的总剂量是确定值，总射线脉冲数也是确定值，本发明将高能射线脉冲和低能射线脉冲分别看作由若干子射线脉冲组成，脉冲数量比是指高能射线脉冲和低能射线脉冲的数量的比值，脉冲剂量比是指高能射线脉冲和低能射线脉冲的剂量的比值。对于双能辐射系统，通过调整两种能量射线出束的时间可以调节系统的脉冲数量比或剂量比。
图1示出了本发明的提高双能辐射系统材料识别能力的方法流程图，包括：
S101：确定测试样品的种类和厚度；
S102：对具有第一种类和第一厚度的测试样品实施双能扫描检测，得到扫描检测结果；
S103：根据扫描检测结果判断检测到的数据与测试样品是否一致，如果检测到的种类不同于第一种类或者检测到的厚度不同于第一厚度，检测到的数据与测试样品不一致，执行S104；如果检测到的种类为第一种类并且检测到的厚度为第一厚度，检测到的数据与测试样品一致，执行S105；
S104：调整双能辐射源的脉冲数量比或脉冲剂量比，返回S102；
S105：将当前脉冲数量比或脉冲剂量比确定为双能辐射源的扫描作业比例。
在实际应用场景中，如果对某种特定材料感兴趣，希望提高双能系统对该材料的识别能力，可利用上述方法对材料的测试样品进行扫描测试，将双能系统的脉冲数量比或脉冲剂量比调节到理想值，也就是测试结果与样品本身相符合，以这种理想值状态对之后的被检测物进行扫描，可以获得针对该种感兴趣材料的理想的图像效果，从而双能系统的材料识别能力得到了提高。
举例来说，以厚度为t1的铁为测试样品进行双能扫描，如果扫描结果得到的厚度不是t1，或者扫描结果显示的材料不是铁，表现在双能图像上通常是图像效果不清晰，像素杂质多，说明当前系统对于该样品的识别能力不高。为了提高系统对厚度为t1的铁材料的识别能力，调整双能辐射源两种能量射线出束的时间，改变系统的脉冲数量比或剂量比，重新对样品进行扫描，并观察扫描图像效果，判断扫描的厚度是否为t1，材料是否为铁，如果有一项不符合，继续调整，直到扫描结果的厚度为t1，材料为铁。此时双能系统扫描结果与样品本身属性相符合，说明对于厚度为t1的铁材料来说，双能系统识别能力最好，本发明将双能系统的这种状态称为“最佳材料识别状态”。
利用上述方案，经过调节的双能系统对t1厚度的铁的识别能力足够好，在正式的扫描作业过程中，系统工作在最佳材料识别状态，如果被检测物中有t1厚度的铁，系统能够很好地识别出来，从而避免错检、漏检情况的发生。
以上根据双能系统的扫描结果调节双能辐射源的脉冲数量比或剂量比，使双能系统达到最佳材料识别状态，除此之外，本发明的方法还可以利用系统判据来判断双能系统是否达到了最佳材料识别状态，实现对脉冲数量比或剂量比的调节。
具体来看，根据已有研究，双能射线穿透物质的衰减值与物质的原子序数有关，将检测得到的数据与已有数据进行对比可确定被测物质的种类，这种属性通过以下非线性积分方程描述：
其中，T(E，t，Z)是高、低能射线的透明度，其物理意义是能量为E、剂量为1的射线经过厚度为t的原子序数为Z的材料之后，该射线的剂量。在利用双能系统进行材料识别之前，需对系统进行标定，获取不同厚度的材料在两种能量脉冲条件下的T(E，t，Z)值，标定完成后可形成不同能量、不同材料、不同厚度的T值表，对厚度t进行拟合可得到材料在所有厚度下的T值。
双能系统的高、低能射线穿透被测物之后，探测器可测得两种射线的脉冲剂量T1exp和T2exp(角标1和2代表高、低能射线)，其中两种射线脉冲剂量存在测量偏差，分别为：ΔT1exp＝T(E1，t，Z)-T1exp、ΔT2exp＝T(E2，t，Z)-T2exp。在算法上，双能材料识别的本质是寻找下式的最小值：
在标定的T值表中查找使R最小的t和Z，即得到了被测物的厚度和原子序数，实现了被测物的材料识别。可见，当式(2)达到最小值时，可得到被测物的种类和厚度。
如图2所示，本发明将式(2)作为双能系统进行材料识别的系统判据，对系统的脉冲数量比或脉冲剂量比进行调节。在具体计算时，系统根据对被测样品的双能扫描结果，计算式(2)是否达到了极小值，如果没有达到极小值，调节脉冲数量比或剂量比，直到式(2)达到极小值，对应的脉冲数量比或剂量比就是双能系统的最佳材料识别状态。
相应地，本发明还提供一种双能辐射成像系统100，如图3所述结构框图，包括：双能辐射源10、辐射探测器12、双能图像获取装置14、判断处理模块16、调整处理模块18、控制模块20和存储模块22；其中，
双能辐射源10发出双能辐射束实施双能扫描，其中高能辐射束和低能辐射束交替出束；
辐射探测器12接收双能辐射束，将双能辐射束转换为数字信号，发送至双能图像获取装置14；
双能图像获取装置14根据接收到的数字信号生成双能辐射图像，当双能辐射束穿过被检物时，射线的剂量将相应发生变化，双能图像获取装置14是根据这个变化生成双能图像，并且可以获取到被检测物的厚度、原子序数等信息，如果图像足够清晰说明识别效果好；
判断处理模块16根据双能辐射图像包含的扫描检测结果判断检测到的数据与测试样品是否一致，如果判断结果为不一致，判断处理模块16 将判断结果发送给调整处理模块18；如果判断结果为一致，判断处理模块16将判断结果发送给存储模块22；
调整处理模块18对双能辐射源10的脉冲数量比或者脉冲剂量比进行调整，并将调整结果发送给控制模块20；
控制模块20对双能辐射源10进行控制，使双能辐射源10按照调整处理模块18的调整结果发出双能辐射束；
存储模块22根据判断处理模块16的判断结果，将当前双能辐射源 10的脉冲数量比或者脉冲剂量比存储为测试样品对应的扫描作业比例。
可选地，判断处理模块16’也可设置为根据双能辐射图像包含的扫描检测结果判断系统判据(即公式(2))是否达到极小值，如果没有达到极小值，判断处理模块16’将判断结果发送给调整处理模块18；如果达到了极小值，判断处理模块16’将判断结果发送给存储模块22。
利用本发明方案，可对不同厚度、不同材质种类的测试样品进行上述调试过程，记录存储每种样品对应的最佳材料识别状态的参数(即调试好的双能辐射源的脉冲数量比或剂量比)，在后续对一系列被检测物安检扫描时，可根据实时获取的不同的被检测物属性参数(厚度和原子序数)，使系统在对应的最佳材料识别状态之间切换，可进行多种材料的识别，识别能力高。
在具体操作过程中，可以根据以下步骤针对n种被测物(ti，Zi)，i＝ 1，...，n，确定系统各自达到对应的最佳识别状态的脉冲数量比或剂量比：
S111：选择n种被测物(ti，Zi)，i＝1，...，n；
S112：调整系统当前脉冲数量比或剂量比，控制双能辐射源按调整后的比例交替输出高低能脉冲；
S113：观察双能图像，判断是否有被测物达到最佳的材料识别效果，如果结果为是，进入第S114步；如果结果为否，返回S112；
S114：记录当前到达最佳材料识别效果的材料，及其对应的脉冲数量比或剂量比；
S115：是否n种被测物都已经获得其对于的脉冲数量比或剂量比，如果为是，则结束测量；如果为否，则返回S112。
上述的n种被测物可选择双能材料识别标定使用的测试材料。利用上述测试结果，可以实现在扫描过程中实时调节双能辐射源高、低能脉冲数量比或剂量比，操作过程如下：
S121：在双能成像系统工作时，实时获取双能图像数据；
S122：基于前期得到的材料和对应的脉冲数量比或剂量比的记录，针对当前被检测物的属性参数，选择其对应的最佳脉冲数量比或脉冲剂量比；
S123：根据S122选择的比例，控制即将输出的辐射脉冲数量比或剂量比。
另一方面，在辐射成像系统应用中，往往有单次扫描的剂量限制，在这种限制之下，本发明提出通过计算获得双能系统的最佳工作比例，合理分配高能射线和低能射线的脉冲数量或剂量，是系统快速到达最佳材料识别状态。以下介绍脉冲数量和剂量的最佳分配比例计算式的推导过程。
将式(2)变型为：
其中，I1和I2分别为无材料遮挡时，高、低能射线辐射脉冲的剂量。ΔI1(t，Z)和ΔI2(t，Z)分别为高、低能射线脉冲经过厚度为t，原子序数为Z 的材料之后射线脉冲剂量的标准差。忽略不同探测器在探测效率方面的差别，射线与物质的作用过程服从二项式分布：
其中，μ1（t，z)和μ2（t，z)是厚度为t，原子序数为Z的材料对应于两种能量脉冲的衰减系数。将式(4)代入式(3)，得：
对于单次扫描检测过程，双能辐射源发出辐射束的总剂量是确定值，总射线脉冲数也是确定值，将高能或低能射线脉冲看作由若干子射线脉冲组成，假设在一次扫描检测过程中，两种能量射线的总脉冲数为2N，其中高能射线的脉冲数为N-k，剂量为I1，低能射线的脉冲数为N+k，剂量为I2(也即高、低能射线的脉冲数量比为N-k:N+k，剂量比为I1∶I2)，基于式(5)有：
要求R的最小值，就是要令R′(k)＝0，对式(6)求导可得：
将双能射线源的I1，I2以及感兴趣的材料(如一定厚度的铁)的参数 t，Z，μ1(t，z)，μ2(t，z)代入式(7)，可得到N-k:N+k的值，这是双能射线源两种能量射线的脉冲数的最佳分配比例。按照该比例控制交替式双能辐射源输出辐射脉冲，系统为最佳材料识别状态，对该厚度的铁材料的识别能力最佳。
进一步地，当式(7)中k＝0即脉冲数量比N-k:N+k＝1时，有：
由式(8)得到了双能射线源两种能量射线的脉冲剂量的最佳分配比例 I1∶I2。与式(7)类似，在该最佳剂量比例状态下工作的双能系统，对该厚度的铁材料的识别能力最佳，此时双能辐射图像效果最好。
可以看到，将辐射源的射线脉冲看作若干的子射线脉冲，不同能量射线的脉冲数量比问题可以转换为脉冲剂量比问题，因此对于脉冲数量比例问题的结论同样适用于脉冲剂量比问题。
以常用的9/6MeV双能为例，瓦里安(Varian)公司的M9A加速器， 9MeV射线半值层约为30.5mm铁，6MeV射线半值层约为28mm铁，对于质量厚度为40g/cm2的铁，根据式(8)，最佳材料识别状态的9/6MeV射线的剂量比约为1.0658:1。当剂量比为1:1时，对于铁的最佳识别质量厚度约为22.2g/cm2。对于9/6MeV双能，当需要识别的铁的厚度为 1g/cm2～200g/cm2的范围时，9/6MeV射线的最佳剂量比范围为 0.9208:1～1.6756:1。
以3/1.2MeV双能为例，瓦里安(Varian)公司的M3A加速器，1.2MeV 射线半值层约为16.5mm，3MeV射线的半值层约为23.1mm。当需要识别的铁的厚度为1g/cm2～70g/cm2的范围时，3/1.2MeV射线的最佳剂量比范围为0.7272:1～2.7748:1。
在实际应用场景中，不同于前述的在正式扫描开始之前根据样品确定系统的最佳材料识别状态，利用公式(7)或(8)可以在正式扫描检查过程中，实时地将系统调节为最佳材料识别状态，灵活地控制系统对不同材料的识别能力。图4示出了在扫描过程中实时调节双能辐射源高、低能脉冲数量比或剂量比的情况。
S201：在双能系统工作时，实时获取双能图像数据，基于双能图像数据获得当前被检测物的属性参数(被检测物的厚度、原子序数和衰减系数)；
S202：代入式(7)计算最佳脉冲数量比，或者代入式(8)计算最佳剂量比；
S203：根据S202计算的比例，控制即将输出的辐射脉冲数量比或剂量比。这样，双能系统被快速地调节至最佳材料识别状态。
图5为本发明一个实施例中实时调整双能辐射脉冲剂量状态示意图。当双能系统工作时，被测物(t1,Z1)在某一时刻换为(t2,Z2)，系统检测到被测物发生变化后，立刻调整后续辐射脉冲的剂量。在本实施例中，高能脉冲剂量增强，低能脉冲剂量相应减弱，高低能脉冲的总剂量不发生改变。这样处理的好处是，在系统提高材料识别能力的同时，系统的边界剂量并未发生变化，即辐射防护的区域不会发生改变。
相应地，本发明还提供一种双能辐射系统300，结构框图如图6，包括：双能辐射源30、辐射探测器32、双能图像获取装置34、算法模块 36和控制模块38；其中，
双能辐射源30发出双能辐射束，对被检测材料实施双能扫描；
辐射探测器32接收双能辐射束，将双能辐射束转换为数字信号，发送至双能图像获取装置34；
双能图像获取装置34根据接收到的数字信号生成双能辐射图像；
算法模块36基于被检测物的原子序数和厚度，按照公式(7)或(8)计算脉冲数量比或剂量比；
控制模块38控制双能辐射源30按照算法模块36计算得到的脉冲剂量比发出双能辐射束。
当然，利用公式(7)或(8)也可以在正式扫描之前，先针对感兴趣的样品计算好最佳比例，在正式扫描时使用该比例，具体过程如图7：
S301：确定感兴趣的检测对象及相关参数(厚度、原子序数和衰减系数)；
S302：基于对象参数，根据式(7)计算最佳脉冲数量比，或者根据式 (8)计算最佳脉冲剂量比；
S303：双能系统工作时，控制双能辐射源按照第302步计算得到的最佳脉冲数量比或剂量比交替输出辐射脉冲。
图8为本发明一个实施例中基于公式(7)或(8)调整双能辐射脉冲剂量状态示意图，横轴为时间，纵轴为脉冲剂量，H表示高能脉冲，L表示低能脉冲。基于常用的9/6MeV双能直线加速器，9MeV的高能脉冲的剂量是6MeV低能脉冲的剂量的3倍左右。以主要检测对象为100mm厚的 Fe为例，由式(7)计算可得脉冲数量比N-k/N+k＝0.6324，即高、低能脉冲数量比为0.6324:1，按照这个比例交替发出双能辐射束，系统对该材料识别状态为最佳。在实际应用中，也可以取一个比较接近0.6324:1 的比例，例如1:2或者2:3。图8 (a)为传统的交替式双能脉冲剂量，图8 (b) 为高、低能脉冲数量比为2:3的情况。图8 (c)为高、低能脉冲剂量比为 1:1的情况。对于诸如X光机和同位素射线源，还可以通过控制出束时间控制双能脉冲的剂量，如图8 (d)所示。可以看到，使用已有双能系统，高、低能脉冲数量比通常为1:1。在经过本发明的调整之后，高、低能脉冲数量比不再是1:1，剂量经过合理分配，系统材料识别能力得到快速大幅提高。
在实际应用中，也可以对图7实施例进一步优化，如图9，确定检测样品之后，先利用公式(7)或(8)计算出最佳脉冲数量比或剂量比，按照最佳比例对样品实施扫描，然后观察扫描图像效果是否理想，如果不理想说明扫描结果与样品本身参数不一致，这时可对系统脉冲数量比或剂量比做进一步调整，直到获得最佳的图像效果；如果扫描图像效果理想，可以满足使用需求，则对利用公式(7)或(8)计算出的最佳比例不需要进一步调整。
此外，关于本发明使用的系统判据公式(2)，还可以使用其它算法判据代替。根据已有研究，关于双能材料识别的算法和判据，可以通过对两种能量射线检测同一材料的厚度的结果进行对比，来判断被检测物的材料种类，该方法的判据为：
由式(10)可以看出，当射线剂量低或材料比较厚时，射线经过被检材料后到达探测器的剂量变弱，探测器测量到的剂量的相对误差增大，测量到的厚度值的误差变大，将导致材料识别不准确。例如当高能射线脉冲经过被检材料之后，探测器测量到的剂量的相对误差比较小，当低能射线脉冲经过被检材料之后，探测器测量到的剂量的相对误差很大，后者是前者的很多倍，这会导致式(10)左边的值很大，也就是材料识别不准确。因此，适当调整两种能量射线脉冲数的比例，使得两者误差相当，可以获得更好的材料识别能力。
为此，在双能辐射成像系统完成材料标定后，针对n种被测物 (ti，Zi)，i＝1，...，n，调整双能辐射源两种能量脉冲的脉冲数量比或剂量比，使得以下式(11)获得最小值，所对应的脉冲数量比或剂量比可使系统工作在最佳材料识别状态：
也就是说，通过计算式(11)是否达到极小值也可以对双能系统的脉冲数量比或剂量比进行调节。
因此，基于式(2)或者式(11)均可对本发明双能系统实施脉冲数量比或剂量比的调节，式(2)或者式(11)达到极小值时对应的脉冲数量比或剂量比为最佳比例，系统达到最佳材料识别状态。
在实际应用中，可以利用系统判据式(2)或者式(11)代替图9实施例中的步骤404观察辐射图像看是否达到最佳识别效果，具体如图10，在利用公式(7)或(8)计算出最佳脉冲数量比或剂量比之后，再判据式(2)或者式 (11)是否达到极小值，从而进一步调节系统脉冲数量比或剂量比。
通过如图9或图10实施例的处理，可以弥补理论计算与实际系统差异之间的误差。
基于本发明提供的方案，结合实际情况，在高、低能脉冲剂量比介于0.7:1～3:1的范围内调节双能系统，可获得较好的调节效果。
以上，结合具体实施例对本发明的技术方案进行了详细介绍，所描述的具体实施例用于帮助理解本发明的思想。本领域技术人员在本发明具体实施例的基础上做出的推导和变型也属于本发明保护范围之内。
Claims (14)
1.一种提高双能辐射系统材料识别能力的方法，其特征在于，包括：
步骤一，确定被检测材料的原子序数和厚度；
步骤二，基于所述原子序数和所述厚度，按照以下公式计算脉冲数量比；
其中，下角标1、2分别代表高能脉冲辐射和低能脉冲辐射对应的数据，I为无材料遮挡时射线脉冲辐射的剂量，t为材料的厚度，Z为材料的原子序数，μ(t,z)为材料的衰减系数；
步骤三，将双能辐射系统的脉冲数量比调节为按照所述公式计算得到的脉冲数量比。
2.如权利要求1所述的提高双能辐射系统材料识别能力的方法，其特征在于，对于步骤一，在扫描过程中，根据双能辐射系统获得的所述被检测材料的双能辐射图像，确定所述被检测材料的原子序数和厚度。
3.一种双能辐射系统，其基于权利要求1所述的提高双能辐射系统材料识别能力的方法，其特征在于，包括：双能辐射源、辐射探测器、双能图像获取装置、算法模块和控制模块；其中，
双能辐射源发出双能辐射束，对被检测材料实施双能扫描；
辐射探测器接收双能辐射束，将双能辐射束转换为数字信号，发送至双能图像获取装置；
双能图像获取装置根据接收到的数字信号生成双能辐射图像；
算法模块基于所述原子序数和所述厚度，按照所述公式计算脉冲数量比；
控制模块控制双能辐射源按照所述算法模块计算得到的脉冲数量比发出双能辐射束。
4.一种提高双能辐射系统材料识别能力的方法，其特征在于，包括：
步骤一，确定被检测材料的原子序数和厚度；
步骤二，基于所述原子序数和所述厚度，按照以下公式计算脉冲剂量比；
其中，下角标1、2分别代表高能脉冲辐射和低能脉冲辐射对应的数据，t为材料的厚度，Z为材料的原子序数，μ(t,z)为材料的衰减系数；
步骤三，将双能辐射系统的脉冲剂量比调节为按照所述公式计算得到的脉冲剂量比。
5.如权利要求4所述的提高双能辐射系统材料识别能力的方法，其特征在于，对于步骤一，在扫描过程中，根据双能辐射系统获得的所述被检测材料的双能辐射图像，确定所述被检测材料的原子序数和厚度。
6.一种双能辐射系统，其基于权利要求4所述的提高双能辐射系统材料识别能力的方法，其特征在于，包括：双能辐射源、辐射探测器、双能图像获取装置、算法模块和控制模块；其中，
双能辐射源发出双能辐射束，对被检测材料实施双能扫描；
辐射探测器接收双能辐射束，将双能辐射束转换为数字信号，发送至双能图像获取装置；
双能图像获取装置根据接收到的数字信号生成双能辐射图像；
算法模块基于所述原子序数和所述厚度，按照所述公式计算脉冲剂量比；
控制模块控制双能辐射源按照所述算法模块计算得到的脉冲剂量比发出双能辐射束。
7.一种提高双能辐射系统材料识别能力的方法，其特征在于，包括：
步骤一，确定测试样品的原子序数和厚度；
步骤二，基于所述原子序数和所述厚度，按照以下公式计算脉冲数量比；
其中，下角标1、2分别代表高能脉冲辐射和低能脉冲辐射对应的数据，I为无材料遮挡时射线脉冲辐射的剂量，t为材料的厚度，Z为材料的原子序数，μ(t,z)为材料的衰减系数；
步骤三，将双能辐射系统的脉冲数量比调节为按照所述公式计算得到的脉冲数量比；
步骤四，对测试样品实施双能扫描检测，得到扫描检测结果；
步骤五，根据扫描检测结果判断检测到的数据与测试样品是否一致，如果检测到的种类不同于第一种类或者检测到的厚度不同于第一厚度，则检测到的数据与测试样品不一致，执行步骤六；如果检测到的种类为第一种类并且检测到的厚度为第一厚度，则检测到的数据与测试样品一致，执行步骤七；其中，所述第一种类是根据所述步骤一中确定的测试样品的原子序数得到的测试样品的种类，所述第一厚度是所述步骤一中确定的测试样品的厚度；
步骤六，调节双能辐射源的脉冲数量比，返回步骤四；
步骤七，将当前脉冲数量比确定为双能辐射系统的扫描工作比例。
8.如权利要求7所述的提高双能辐射系统材料识别能力的方法，其特征在于，在步骤六中，脉冲剂量比的调节范围为0.7:1～3:1。
9.一种提高双能辐射系统材料识别能力的方法，其特征在于，包括：
步骤一，确定测试样品的原子序数和厚度；
步骤二，基于所述原子序数和所述厚度，按照以下公式计算脉冲剂量比；
其中，下角标1、2分别代表高能脉冲辐射和低能脉冲辐射对应的数据，t为材料的厚度，Z为材料的原子序数，μ(t,z)为材料的衰减系数；
步骤三，将双能辐射系统的脉冲剂量比调节为按照所述公式计算得到的脉冲剂量比；
步骤四，对测试样品实施双能扫描检测，得到扫描检测结果；
步骤五，根据扫描检测结果判断检测到的数据与测试样品是否一致，如果检测到的种类不同于第一种类或者检测到的厚度不同于第一厚度，则检测到的数据与测试样品不一致，执行步骤六；如果检测到的种类为第一种类并且检测到的厚度为第一厚度，则检测到的数据与测试样品一致，执行步骤七；其中，所述第一种类是根据所述步骤一中确定的测试样品的原子序数得到的测试样品的种类，所述第一厚度是所述步骤一中确定的测试样品的厚度；
步骤六，调节双能辐射源的脉冲剂量比，返回步骤四；
步骤七，将当前脉冲剂量比确定为双能辐射系统的扫描工作比例。
10.如权利要求9所述的提高双能辐射系统材料识别能力的方法，其特征在于，在步骤六中，脉冲剂量比的调节范围为0.7:1～3:1。
11.一种提高双能辐射系统材料识别能力的方法，其特征在于，包括：
步骤一，确定测试样品的原子序数和厚度；
步骤二，基于所述原子序数和所述厚度，按照以下公式计算脉冲数量比；
其中，下角标1、2分别代表高能脉冲辐射和低能脉冲辐射对应的数据，I为无材料遮挡时射线脉冲辐射的剂量，t为材料的厚度，Z为材料的原子序数，μ(t,z)为材料的衰减系数；
步骤三，将双能辐射系统的脉冲数量比调节为按照所述公式计算得到的脉冲数量比；
步骤四，对测试样品实施双能扫描检测，得到扫描检测结果；
步骤五，根据扫描检测结果判断系统判据是否达到极小值，如果没有达到极小值，执行步骤六；如果达到了极小值，执行步骤七；
步骤六，调节双能辐射源的脉冲数量比，返回步骤四；
步骤七，将当前脉冲数量比确定为双能辐射系统的扫描工作比例；其中，
所述系统判据为或者其中下角标1exp、2exp分别代表高能脉冲辐射和低能脉冲辐射对应的扫描检测结果，ΔT为针对射线脉冲剂量的测量偏差，Zi表示第i种材料的原子序数，n为正整数。
12.如权利要求11所述的提高双能辐射系统材料识别能力的方法，其特征在于，在步骤六中，脉冲剂量比的调节范围为0.7:1～3:1。
13.一种提高双能辐射系统材料识别能力的方法，其特征在于，包括：
步骤一，确定测试样品的原子序数和厚度；
步骤二，基于所述原子序数和所述厚度，按照以下公式计算脉冲剂量比；
其中，下角标1、2分别代表高能脉冲辐射和低能脉冲辐射对应的数据，t为材料的厚度，Z为材料的原子序数，μ(t,z)为材料的衰减系数；
步骤三，将双能辐射系统的脉冲剂量比调节为按照所述公式计算得到的脉冲剂量比；
步骤四，对测试样品实施双能扫描检测，得到扫描检测结果；
步骤五，根据扫描检测结果判断系统判据是否达到极小值，如果没有达到极小值，执行步骤六；如果达到了极小值，执行步骤七；
步骤六，调节双能辐射源的脉冲剂量比，返回步骤四；
步骤七，将当前脉冲剂量比确定为双能辐射系统的扫描工作比例；
其中，
所述系统判据为或者其中下角标1exp、2exp分别代表高能脉冲辐射和低能脉冲辐射对应的扫描检测结果，ΔT为针对射线脉冲剂量的测量偏差，Zi表示第i种材料的原子序数，n为正整数。
14.如权利要求13所述的提高双能辐射系统材料识别能力的方法，其特征在于，在步骤六中，脉冲剂量比的调节范围为0.7:1～3:1。
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