CN105700029A - 基于宇宙射线的检查对象的方法、装置及系统 - Google Patents

基于宇宙射线的检查对象的方法、装置及系统 Download PDF

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Abstract

本申请涉及基于宇宙射线的检查对象的方法、装置及系统，属于辐射成像及安全检查技术领域。该方法包括：利用监控设备记录受检查对象的运动轨迹；利用位置灵敏探测器获取所述宇宙射线中的带电粒子信息，所述带电粒子信息包括带电粒子径迹信息；将所述运动轨迹和所述径迹信息进行位置符合，确定所述对象；根据所述带电粒子信息进行所述带电粒子的径迹重建；根据所述径迹重建，识别所述运动对象内部的材料。本公开通过宇宙射线，针对行走运动中的人的进行检查，可以检测人体携带的核材料、毒品及爆炸物等危险品。

Description

基于宇宙射线的检查对象的方法、装置及系统
技术领域
本发明涉及辐射成像及安全检查技术，具体而言，涉及基于宇宙射线的检查对象的方法、装置及系统。
背景技术
随着核能与核技术的快速发展，核武器制备的技术门槛越来越低。按照国际原子能机构的规定，核弹原料铀235或钚239的纯度达到92-93％称为武器级，即达到一定量(一般认为铀12-16kg、钚6-9kg)就可引起核爆炸。核武器强大的破坏性不仅带来巨大的经济损失，更严重威胁了人类的生存和发展。
另一方面，爆炸物和毒品的非法扩散造成的犯罪事件和经济损失，也给个人、家庭和整个社会带来了巨大的危害。特别是近几年，全球的安全形势都非常严峻，恐怖组织、极端组织活动猖獗，近期制造了许多恐怖袭击活动，造成了很恶劣的影响，比如俄罗斯客机在埃及坠毁、法国巴黎恐怖袭击等，都是极端组织利用爆炸物的恐怖后果。
因此，必须严格控制和管理上述材料的非法扩散，加强保障和实体保护技术，发展与之相关的材料监视和检测技术。
因此，需要一种新的基于宇宙射线的检查对象的方法、装置及系统。
在所述背景技术部分公开的上述信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
发明内容
本申请公开一种基于宇宙射线的检查对象的方法、装置及系统，能够提升安全检查的效率。
本公开的其他特性和优点将通过下面的详细描述变得显然，或部分地通过本公开的实践而习得。
根据本公开的一个方面，提供一种基于宇宙射线的检查对象的方法，包括：利用监控设备记录所述运动对象的运动轨迹；利用位置灵敏探测器获取所述宇宙射线中的带电粒子信息，所述带电粒子信息包括带电粒子径迹信息；将所述运动轨迹和所述径迹信息进行位置符合，确定所述运动对象；根据所述带电粒子信息进行所述带电粒子的径迹重建；根据所述径迹重建，识别所述运动对象内部的材料。
根据本公开的一实施方式，配置所述位置灵敏探测器具有检测来自所述宇宙射线的带电粒子的能力。
根据本公开的一实施方式，配置所述位置灵敏探测器具有检测包括原子序数大于铝的中至高原子序数材料和原子序数低于铝的低原子序数材料的能力。其中利用所述电子的阻挡作用分辨所述低原子序数材料；利用所述μ子的散射作用分辨所述中至高原子序数材料。
根据本公开的一实施方式，其中所述位置灵敏探测器包括GEM探测器、MRPC探测器、漂移室或漂移管阵列。
根据本公开的一实施方式，所述位置灵敏探测器配置作为行人检查系统的一部分，其中所述位置灵敏探测器放置在检查通道中，其中要检查的行人穿过所述位置灵敏探测器。
根据本公开的一实施方式，其中所述根据所述带电粒子信息进行所述带电粒子的径迹重建包括：根据所述带电粒子的径迹信息计算所述材料的Ratio参数，预估所述材料的初始原子序数值和初始相对质量数，其中所述Ratio参数是所述材料对所述带电粒子的散射参数和阻挡参数的比值；根据所述初始原子序数值和初始相对质量数与辐射长度的关系，计算辐射长度；根据所述辐射长度获得所述材料厚度；利用所述初始原子序数值、初始相对质量数和所述材料厚度，计算所述材料的阻挡参数和散射参数，利用所述阻挡参数和所述散射参数能够识别所述材料，其中利用所述带电粒子中的电子的阻挡作用分辨所述低原子序数材料，利用所述带电粒子中的μ子的散射作用分辨所述中至高原子序数材料。
根据本公开的一实施方式，还包括：根据所述阻挡参数、散射参数与材料特性的对应关系，利用成像算法重建材料分布图，其中所述成像算法包括PoCA算法和/或MLSD-OSEM算法。
根据本公开的一实施方式，还包括：更新材料信息，进行下一步迭代。
根据本公开的一实施方式，还包括：根据所述散射参数、阻挡参数与材料特性的对应关系，对所述对象的材料进行分类。
根据本公开的一实施方式，其中所述径迹重建中对所述带电粒子的多条径迹信息进行并行处理。
根据本公开的一实施方式，其中所述带电粒子的径迹信息包括所述带电粒子的入射时间、入射位置和入射方向以及出射时间、出射位置和出射方向。
根据本公开的一实施方式，其中将所述运动轨迹和所述径迹信息进行位置符合，确定所述对象包括：对所述入射时间和所述出射时间进行时间差分析；根据所述入射位置、所述出射位置以及所述时间差分析，将所述带电粒子的径迹信息与所述对象的运动轨迹的时间和位置进行符合。
根据本公开的另一个方面，提供一种基于宇宙射线的检查对象的装置，包括：记录模块，用于利用监控设备记录受检查对象的运动轨迹；获取模块，用于利用位置灵敏探测器获取所述宇宙射线中的带电粒子信息，所述带电粒子信息包括所述带电粒子径迹信息；符合模块，用于将所述运动轨迹和所述径迹信息进行位置符合，确定所述运动对象；重建模块，用于根据所述带电粒子信息进行所述带电粒子的径迹重建；判断模块，用于根据所述径迹重建，识别所述运动对象内部的材料。
根据本公开的一实施方式，所述位置灵敏探测器配置为具有检测来自所述宇宙射线的带电粒子的能力。
根据本公开的一实施方式，所述位置灵敏探测器配置为具有检测包括原子序数大于铝的中至高原子序数材料和原子序数低于铝的低原子序数材料的能力。其中利用所述电子的阻挡作用分辨所述低原子序数材料；利用所述μ子的散射作用分辨所述中至高原子序数材料。
根据本公开的一实施方式，其中所述位置灵敏探测器包括GEM探测器、MRPC探测器、漂移室或漂移管阵列。
根据本公开的一实施方式，所述位置灵敏探测器配置作为行人检查系统的一部分，其中所述位置灵敏探测器放置在检查通道中，其中要检查的行人穿过所述位置灵敏探测器。
根据本公开的一实施方式，其中所述重建模块包括：预估单元，用于根据所述带电粒子的径迹信息计算所述材料的Ratio参数，预估所述材料的初始原子序数值和初始相对质量数，其中所述Ratio参数是所述材料对所述带电粒子的散射作用和阻挡作用的比值；辐射长度计算单元，用于根据所述初始原子序数值和初始相对质量数与辐射长度的关系，计算辐射长度；厚度计算单元，用于根据所述辐射长度获得所述材料厚度；阻挡散射计算单元，用于根据所述初始原子序数值、初始相对质量数和所述材料厚度，计算所述材料的阻挡作用和散射作用，利用所述阻挡作用和所述散射作用能够识别所述材料，其中利用所述带电粒子中的电子的阻挡作用分辨所述低原子序数材料，利用所述带电粒子中的μ子的散射作用分辨所述中至高原子序数材料。
根据本公开的一实施方式，还包括：图像重建单元，用于根据所述阻挡作用、散射作用与材料特性的对应关系，利用成像算法重建材料分布图，其中所述成像算法包括PoCA算法和/或MLSD-OSEM算法。
根据本公开的一实施方式，还包括更新单元，用于更新材料信息，进行下一步迭代。
根据本公开的一实施方式，还包括：分类单元，用于根据所述散射参数、阻挡参数与材料特性的对应关系，对所述对象的材料进行分类。
根据本公开的一实施方式，其中所述图像重建单元包括多个能够并行执行的图像处理子单元，用于对所述带电粒子的多条径迹信息进行并行处理。
根据本公开的一实施方式，其中所述带电粒子的径迹信息包括所述带电粒子的入射时间、入射位置和入射方向以及出射时间、出射位置和出射方向。
根据本公开的一实施方式，其中所述符合模块包括：时间差分析单元，用于对所述入射时间和所述出射时间进行时间差分析；时间位置符合单元，用于根据所述入射位置、所述出射位置以及所述时间差分析，将所述带电粒子的径迹信息与所述对象的运动轨迹的时间和位置进行符合。
根据本公开的再一个方面，提供一种基于宇宙射线的检查对象的系统，包括：监控设备，用于追踪受检查对象的运动轨迹，记录所述对象的时间-位置对应关系；位置灵敏探测器，用于探测所述宇宙射线中的带电粒子信息，所述带电粒子信息包括所述带电粒子径迹信息；控制台，用于检测受检查运动对象的速度在预设范围内，将所述运动轨迹和所述径迹信息进行位置符合，确定所述运动对象，以及根据所述带电粒子信息进行所述带电粒子的径迹重建，识别所述运动对象内部的材料。
根据本公开的一实施方式，所述位置灵敏探测器配置为具有检测来自所述宇宙射线的带电粒子的能力。
根据本公开的一实施方式，所述位置灵敏探测器配置为具有检测包括原子序数大于铝的中至高原子序数材料和原子序数低于铝的低原子序数材料的能力。其中利用所述电子的阻挡作用分辨所述低原子序数材料；利用所述μ子的散射作用分辨所述中至高原子序数材料。
根据本公开的一实施方式，其中所述位置灵敏探测器作为行人检查系统的一部分，所述位置灵敏探测器放置在检查通道中，其中要检查的行人穿过所述位置灵敏探测器。
根据本公开的一实施方式，其中所述位置灵敏探测器包括：第一组位置灵敏探测器，位于所述检查通道的第一侧，用于测量进入所述检查通道的入射带电粒子的位置和方向；第二组位置灵敏探测器，位于与所述第一侧相对的所述检查通道的第二侧，用于测量离开所述检查通道的出射带电粒子的位置和方向。
根据本公开的一实施方式，其中所述位置灵敏探测器还包括：第三组位置灵敏探测器，位于与所述第一侧和第二侧不同的所述检查通道的侧边，用于测量离开所述检查通道的出射带电粒子的位置和方向；和/或第四组位置灵敏探测器，位于与所述第一侧、第二侧和第三侧不同的所述检查通道的侧边，用于测量离开所述检查通道的出射带电粒子的位置和方向。
根据本公开的一实施方式，其中所述第三组位置灵敏探测器和/或第四组位置灵敏探测器与所述第二组位置灵敏探测器之间的夹角大于90度小于180度。
根据本公开的一实施方式，其中所述位置灵敏探测器包括GEM探测器、MRPC探测器、漂移室或漂移管阵列。
根据本公开的一实施方式，其中所述漂移管阵列由多根铝漂移管排列形成多超层结构，其中每个超层至少包括第一方向的第一平面铝漂移管和与所述第一方向不同的第二方向的第二平面铝漂移管。
根据本公开的一实施方式，其中所述第一平面铝漂移管和所述第二平面铝漂移管分别包括相互平行的两排铝漂移管。
根据本公开的一实施方式，其中所述控制台包括信号处理单元，用于接收来自第一组位置灵敏探测器的入射带电粒子的测量信号和来自第二组和/或第三组和/或第四组位置灵敏探测器的出射带电粒子的测量信号的数据，其中所述信号处理单元根据所述带电粒子的测量的入射和出射位置及方向，分析所述检查通道中穿过所述材料的所述带电粒子的散射，以获得所述检查通道中散射中心的空间分布或所述带电粒子的径迹重建。
根据本公开的一实施方式，其中所述监控设备包括：热成像仪、摄像头、压力传感器、光学传感器中的任意一种或几种的组合。
根据本公开的一实施方式，其中所述监控设备包括深度摄像头。
根据本公开的基于宇宙射线的检查对象的方法、装置及系统，能够提升安全检查的效率和辐射成像的质量。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本公开。
附图说明
通过参照附图详细描述其示例实施方式，本公开的上述和其它特征及优点将变得更加明显。
图1示意性示出根据本公开示例实施方式的基于宇宙射线的检查对象的方法的流程图；
图2示意性示出根据本公开示例实施方式的基于宇宙射线的检查对象的方法的流程图；
图3示意性示出根据本公开示例实施方式的基于宇宙射线的检查对象的装置的结构图；
图4示意性示出根据本公开示例实施方式的基于宇宙射线的检查对象的系统的结构图；
图5示意性示出根据本公开示例实施方式的基于宇宙射线的检查对象的系统中位置灵敏探测器的漂移管的结构图；
图6示意性示出根据本公开示例实施方式的基于宇宙射线的检查对象的系统的结构图；
图7示意性示出根据本公开示例实施方式的基于宇宙射线的检查对象的系统的结构图。
具体实施例
现在将参考附图更全面地描述示例实施例。然而，示例实施例能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施例；相反，提供这些实施例使得本公开将全面和完整，并将示例实施例的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。
此外，所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本公开的实施例的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本公开的技术方案而没有所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、材料、装置、步骤等。在其它情况下，不详细示出或描述公知结构、方法、装置、实现、材料或者操作以避免模糊本公开的各方面。
附图中所示的方框图仅仅是功能实体，不一定必须与物理上独立的实体相对应。即，可以采用软件形式来实现这些功能实体，或在一个或多个软件硬化的模块中实现这些功能实体或功能实体的一部分，或在不同网络和/或处理器装置和/或微控制器装置中实现这些功能实体。
宇宙射线经过大气层到达地球时，初级宇宙射线粒子由约90％的质子和10％的α粒子组成。初级宇宙射线粒子到达地球约30000米高度时，与大气层核子发生碰撞产生π介子。在海拔9000米高度衰减为μ子和中微子，这些μ子再部分衰减为中微子和电子。到达地球表面的宇宙射线粒子主要成分是μ子、质子和电子，数量比例约为70：1：7，平均能量和总通量如表1所示。其中μ子的平均能量为3/4GeV，通量约为10000/(minute*m2)，运动速度为0.998c(c为光速)，平均半衰期为2.2*10-6s，角分布正比于cos2α(α为垂直角度)。
表1达到地球表面的宇宙射线粒子平均能量和总通量μ子能量高，穿透能力强，散射截面小，在探测区域内基本不会被吸收而是发生散射，可探测大型物体的内部结构，测量屏蔽层内部的重核物质等高Z物质。利用μ子进行材料识别、图像重建的原理主要是：μ子穿过物质时因多次库仑散射的作用偏移其原先的轨道，散射密度和μ子在物质中的辐射长度成比例，由于辐射长度和原子序数存在对应关系，可通过测量μ子穿过物质的散射角分布进行材料识别。
而电子散射作用更明显，散射截面大，在探测器区域内穿过一定厚度的中、低Z物质容易发生大角度偏转或被吸收，可测量毒品/爆炸物等低Z物质的分布情况。
与传统利用X射线、伽马射线、质子、中子等进行物质检测的测量技术相比，利用宇宙射线的新型检测技术因其穿透能力强、无需外加辐射防护等特点而备受关注。可以探测大型物体的内部结构，以及屏蔽层内部的重核物质分布。
2001年，美国LosAlamos国家实验室(LANL)率先利用宇宙线μ子对重核物质进行辐射成像，提出了利用宇宙线缪子在物质中的多次库仑散射规律，来区分高原子序数和低原子序数材料的方法。此后，英国、意大利、匈牙利和我国的清华大学、核技术应用研究所、中国原子能科学研究院等在内的多个国家和研究机构均展开了相关研究。在测量系统上，所采用的探测器主要是基于大面积位置灵敏的MRPC或漂移管探测器阵列，但是上述仅利用μ子进行材料识别的方法及其系统信号采集时间过长，或者材料分辨能力不足。
图1示意性示出根据本公开示例实施方式的基于宇宙射线的检查对象的方法的流程图。
如图1所示，在步骤S110，利用监控设备记录受检查对象的运动轨迹。
根据示例实施例，所述受检查对象可以是安检场所的被检查人，所述被检查人在检查通道例如地铁的人行通道中行进，可以采用视频监控技术，获取被检查人在通道中的位置。例如，可以采用覆盖通道的多个深度摄像头实现人的检测与跟踪，即检测到有人出现时，通过跟踪算法获取该目标对象的运动轨迹，实时计算出人在通道地面的位置，并传递给检查对象的系统。所述深度摄像头例如可以使用微软的kinect即可实现此目的。
在步骤S120，利用位置灵敏探测器获取所述宇宙射线中的带电粒子信息，所述带电粒子信息包括所述带电粒子径迹信息。
根据示例实施例，配置所述位置灵敏探测器具有检测来自所述宇宙射线的μ子和电子的能力。
根据示例实施例，其中所述位置灵敏探测器包括GEM探测器、MRPC探测器、漂移室或漂移管阵列。
根据示例实施例，所述位置灵敏探测器配置作为行人检查系统的一部分，其中所述位置灵敏探测器放置在检查通道中，其中要检查的行人穿过所述位置灵敏探测器。
本发明主要针对人体的检查，可以检测人体携带的核材料、毒品及爆炸物等，并且可以对运动中的人进行检查，被检查人在通道中缓慢行走，监控设备可以监控并记录被检查人在某一时刻的位置，并与探测器探测到的宇宙射线粒子的时间位置进行符合，从而可以得到人体的一些信息，给出是否携带有相关违禁品，提高了检查的便利性。
根据示例实施例，其中所述带电粒子信息可以包括带电粒子的散射角、粒子平均动量、粒子数目、作用面积、作用时间等。其中所述带电粒子径迹信息包括所述带电粒子的入射时间、入射位置和入射方向以及出射时间、出射位置和出射方向。
在步骤S130，将所述运动轨迹和所述径迹信息进行位置符合，确定所述对象。
根据示例实施例，其中将所述运动轨迹和所述径迹信息进行位置符合，确定所述对象包括：对所述入射时间和所述出射时间进行时间差分析；根据所述入射位置、所述出射位置以及所述时间差分析，将所述带电粒子的径迹信息与所述对象的运动轨迹的时间和位置进行符合。
在步骤S140，根据所述带电粒子信息进行所述带电粒子的径迹重建。
根据示例实施例，其中所述带电粒子的径迹重建包括：预估所述材料的初始原子序数值和初始相对质量数，其中所述Ratio参数是所述材料对所述带电粒子的散射作用和阻挡作用的比值；根据所述初始原子序数值和初始相对质量数与辐射长度的关系，计算辐射长度；根据所述辐射长度获得所述材料的厚度；利用所述初始原子序数值或初始相对质量数和所述材料的厚度，计算所述材料的阻挡作用和散射作用。
根据示例实施例，还包括：根据所述阻挡作用、散射作用与材料特性的对应关系，利用成像算法重建材料分布图，其中所述成像算法包括PoCA算法和/或MLSD-OSEM算法。
根据示例实施例，还包括：更新材料信息，进行下一步迭代。
根据示例实施例，其中所述径迹重建中对所述带电粒子的多条径迹信息进行并行处理。
基于宇宙射线产生的μ子和电子依赖于不能人工增加的来自天空的μ子和电子的自然密度。因此，在来自天空的进入μ子和电子的限制下，需要让对象在最小时间段内暴露给来自天空的μ子和电子流入，以确保足够数目的μ子和电子穿透并且由受检查对象散射，从而生成具有足够细节使得能够识别对象和/或与周围回波区分的扫描图像。该操作称为成像扫描，并且这种扫描的持续时间由暴露到特定质量的扫描图像所需的μ子和电子的时间指定。长扫描时间提供比用较短扫描时间获得的图像更多的图像细节。在实际检查系统中，在检查的吞吐量(例如，根据人流密度)和检查的可靠性之间加以权衡。
在步骤S150，根据所述径迹重建，识别所述运动对象内部的材料。
根据示例实施例，配置所述位置灵敏探测器具有检测包括原子序数大于铝的中至高原子序数材料和原子序数低于铝的低原子序数材料的能力。其中利用所述电子的阻挡作用分辨所述低原子序数材料；利用所述μ子的散射作用分辨所述中至高原子序数材料。
根据示例实施例，还包括：根据所述散射参数、阻挡参数与材料特性的对应关系，对所述对象的材料进行分类。
整个成像过程的控制、数据传输、图像重建以及数据处理由控制台例如计算机完成。被检查人的位置信息、探测器的响应等通过数据采集装置输入到计算机中，计算机会处理被检查人的位置信息得到其运动轨迹，处理宇宙射线在探测器中的响应，重建粒子信息，并且将被检查人的运动轨迹与宇宙射线粒子进行符合，得到宇宙射线与人体对应的部位(或携带物品的对应部位)发生的散射和吸收信息，进而完成物体的透射图像、断层图像以及三维立体图像的重建工作，最后在显示器上显示出来。
根据上述成像结果判断被检查人是否携带重核物质，若存在，计算机中的信号处理单元将进一步分析危险品的类型与所在位置，并通过报警系统发出警告。还可以根据上述成像结果判断被检查人是否携带爆炸物或毒品，若存在，信号处理单元将进一步分析危险品的类型与所在位置，并通过报警系统发出警告。
本公开实施方式提出了一种新型的基于宇宙射线的检查对象的方法，采用天然宇宙射线中携带的μ子和电子作为检测手段的超高效的检查方式，利用宇宙射线覆盖范围广的特点，让受检查对象即这里的被检查人能在运动状态下进行检测，并且能够对多人同时进行检测，可以最大程度的提高检测的效率。并且，由于检测手段使用天然宇宙射线的信号，对人体无任何额外附加伤害，具有极高的安全性，适合所有人群。同时可以检测核材料等中高Z材料，以及毒品、爆炸物等低Z材料。
图2示意性示出根据本公开示例实施方式的基于宇宙射线的检查对象的方法的流程图。
如图2所示，在步骤S210，利用监控设备记录受检查对象的运动轨迹。
由于在检查过程中，行人在通道中是运动的，因此需要采用监控设备记录行人在通道中的轨迹，以便与探测器探测到的宇宙射线粒子位置进行符合。常规的方法有热成像仪、摄像头、压力传感器、光学传感器等。可以采用覆盖通道的多个深度摄像头实现人的检测与跟踪，即检测到有人出现时，通过跟踪算法获取该目标对象的运动轨迹，实时计算出人在通道地面的位置，并传递给检查对象的系统。所述深度摄像头例如可以使用微软的kinect即可实现此目的。在步骤S220，利用位置灵敏探测器获取所述宇宙射线中的带电粒子信息，所述带电粒子信息包括所述带电粒子径迹信息。
在步骤S230，将所述运动轨迹和所述径迹信息符合，确定所述对象。
宇宙射线中的带电粒子(海平面上主要为μ子和电子)，穿过介质时，会发生散射和吸收，利用高灵敏度大面积的位置灵敏探测器可以探测到粒子入射和出射介质的时间、位置和方向，从而得到粒子的散射角度以及是否被介质阻挡。
在步骤S240，根据所述带电粒子的径迹信息计算所述材料的Ratio参数，获取所述材料的初始原子序数值和初始相对质量数，其中所述Ratio参数是所述材料对所述带电粒子的散射作用Rscatter和阻挡作用Rstop的比值。
所述参数Ratio(Ratio＝Rscatter/Rstop，其中Rscatter表示散射作用，Rstop表示阻挡作用)通过测量宇宙射线被物质阻挡与散射部分的比值得到的物质阻挡能力。其对不同材料呈现较为显著的特异性：不同低Z物质对宇宙射线阻挡作用的可分性强于对散射作用的可分性，与此相反，不同高Z物质对散射作用的可分性更加明显；对于原子序数大于AL的高Z物质，R参数呈现很好的线性特点。
根据宇宙射线带电粒子的径迹计算参数Ratio，其其与散射角、粒子平均动量、粒子数目、作用面积、作用时间等因素有关，预估材料原子序数初值Z0(A0，A表示相对质量数)。所述材料原子序数初值的预估可以通过各种材料的标定实现。。
在步骤S250，根据所述初始原子序数值和初始相对质量数与辐射长度Lrad的关系，计算辐射长度Lrad。
Lrad计算公式如下：
L r a d = 716.4 g · cm - 2 A 0 ρ · Z 0 ( Z 0 + 1 ) ln ( 287 / Z 0 )
其中，ρ表示材料密度。
在步骤S260，根据所述辐射长度Lrad获得所述材料厚度L。
L计算公式如下：
R s c a t t e r = σ θ 2 · p 2 L R s c a t t e r = = ( 14.1 c ) 2 · 1 L r a d ( p ≈ 3 G e V )
其中，σθ表示散射角，p表示入射粒子的平均动量。
由于材料穿透厚度对准确计算散射作用和阻挡作用，并进而进行材料分辨至关重要，故根据原子序数Z0(A0)得到的辐射长度Lrad获取材料厚度L：根据预估的Z0(A0)与辐射长度的关系，得到此像素位置的辐射长度Lrad，并根据辐射长度Lrad和散射角求得材料厚度L。
在步骤S270，根据所述初始原子序数值和初始相对质量数和所述材料的厚度，计算所述材料的阻挡参数和散射参数。
散射参数和阻挡参数计算公式如下：
R s c a t t e r = σ θ 2 · p 2 L R s t o p = N s t o p / ( a s t o p · t s t o p ) N s c a t t e r / ( a s c a t t e r · t s c a t t e r ) · p L
其中，Nscatter/(ascatter·tscatter)表示在tscatter时间内ascatter成像面积或体积上探测到的与物质发生散射作用的粒子个数Nscatter，Nstop/(astop·tstop)表示在tstop时间内astop成像面积或体积上与物质发生阻挡作用的粒子个数Nstop。
在步骤S280，利用所述阻挡参数和所述散射参数识别所述材料。在步骤S290，根据所述阻挡参数、散射参数与材料特性的对应关系，确定所述运动对象的材料的分类特征，利用非参数检验方法作判定。
成像过程中，多条带电粒子的有效径迹之间相互独立，可并行执行，故可利用多核CPU或多线程GPU加速，提高图像重建的速度。
由于成像质量随着宇宙射线粒子的增多有所改善，且单次重建效果可能不够理想，故需实时更新数据，加入新的粒子径迹，执行下一步迭代过程。
在步骤S2100，针对同一对象的一次检查完成后，对所有带电粒子的有效径迹迭代完毕，或者在上述步骤S290中利用所述非参数检验方法初步判别所述运动对象内部可能存在可疑材料时，根据所述散射参数、阻挡参数与材料特性的对应关系，利用成像算法对被测行人整体重建材料分布图。重建材料分布图能够得到更理想的重建图像，更能够肯定所述对象内部的材料类别、材料分布位置。
利用初值范围计算散射参数和阻挡参数，并分辨材料：分辨低原子序数材料依据的主要是阻挡作用，包括物质对μ子和电子的散射和吸收作用；分辨中至高原子序数材料依据的主要是散射作用，指μ子的散射作用。
根据散射、阻挡参数与材料特性的对应关系，确定特殊物质的分类特征，可以利用非参数检验方法快速判别，或对被测车辆整体重建材料分布图。成像过程可采用基于径迹重建的PoCA(PointofClosestApproach)算法或基于最大似然迭代重建的MLSD-OSEM算法等。其中，MLSD(maximumlikelihoodsequencedetection，最大似然序列检测)是对PoCA法的改进，加入了散射角和散射位移的概率统计信息，采用最大似然估计迭代法获取重建图像，成像分辨率更高，尤其对于多种材料组合的物体检测结果更优；而OSEM解法提高了收敛速度，减少了计算时间，适当选取子集还可提高成像质量。
当在图中发现存在危险物品分布区域时，分析所述运动对象内部的所述危险物品是高Z的核物质还是低Z的毒品、爆炸物等，给出报警信息或者以图像显示，例如，在图像中以不同颜色标识不同类别的危险物品分布。。
图3示意性示出根据本公开示例实施方式的基于宇宙射线的检查对象的装置的结构图。
如图3所示，该装置包括：记录模块310，用于利用监控设备记录受检查对象的运动轨迹；获取模块320，用于利用位置灵敏探测器获取所述宇宙射线中的带电粒子的径迹信息；符合模块330，用于将所述运动轨迹和所述径迹信息进行位置符合，确定所述对象；重建模块340，用于根据所述带电粒子信息进行所述带电粒子的径迹重建；判断模块350，用于根据所述径迹重建，识别所述运动对象内部的材料。
根据示例实施例，所述位置灵敏探测器配置为具有检测来自所述宇宙射线的带电粒子的能力。
根据示例实施例，所述位置灵敏探测器配置为具有检测包括原子序数大于铝的中至高原子序数材料和原子序数低于铝的低原子序数材料的能力。其中利用所述电子的阻挡作用分辨所述低原子序数材料；利用所述μ子的散射作用分辨所述中至高原子序数材料。
根据示例实施例，其中所述位置灵敏探测器配置为：基于来自所述位置灵敏探测器的信号，重建通过对象的μ子和电子的轨迹；基于来自所述位置灵敏探测器的信号，测量μ子的入射动量和出射动量；确定对象中散射密度的空间分布；以及使用对象中轨迹、动量和散射密度的空间分布的信息以构建对象内部的扫描图像。
根据示例实施例，其中所述位置灵敏探测器包括GEM探测器、MRPC探测器、漂移室或漂移管阵列。
根据示例实施例，所述位置灵敏探测器配置作为行人检查系统的一部分，其中所述位置灵敏探测器放置在检查通道中，其中要检查的行人穿过所述位置灵敏探测器。
根据示例实施例，其中所述重建模块包括：预估单元，用于根据所述带电粒子的径迹信息计算所述材料的Ratio参数，预估所述材料的初始原子序数值和初始相对质量数，其中所述Ratio参数是所述材料对所述带电粒子的散射参数和阻挡参数的比值；辐射长度计算单元，用于根据所述初始原子序数值和初始相对质量数与辐射长度的关系，计算辐射长度；厚度计算单元，用于根据所述辐射长度获得所述材料厚度；阻挡散射计算单元，用于根据所述初始原子序数值、初始相对质量数和所述材料厚度，计算所述材料的阻挡参数和散射参数，利用所述阻挡参数和所述散射参数能够识别所述材料，其中利用所述带电粒子中的电子的阻挡作用分辨所述低原子序数材料，利用所述带电粒子中的μ子的散射作用分辨所述中至高原子序数材料。
根据示例实施例，还包括：图像重建单元，用于根据所述阻挡参数、散射参数与材料特性的对应关系，利用成像算法重建材料分布图，其中所述成像算法包括PoCA算法和/或MLSD-OSEM算法。
根据示例实施例，还包括更新单元，用于更新材料信息，进行下一步迭代。
根据示例实施例，还包括：分类单元，用于根据所述散射参数、阻挡参数与材料特性的对应关系，对所述对象的材料进行分类。
根据示例实施例，其中所述图像重建单元包括多个能够并行执行的图像处理子单元，用于对所述带电粒子的多条径迹信息进行并行处理。
根据示例实施例，其中所述带电粒子的径迹信息包括所述带电粒子的入射时间、入射位置和入射方向以及出射时间、出射位置和出射方向。
根据示例实施例，其中所述符合模块包括：时间差分析单元，用于对所述入射时间和所述出射时间进行时间差分析；时间位置符合单元，用于根据所述入射位置、所述出射位置以及所述时间差分析，将所述带电粒子的径迹信息与所述对象的运动轨迹的时间和位置进行符合。
本公开实施方式的基于宇宙射线的检查对象的装置，通过监控设备记录被检查人的运动轨迹，并与探测器探测到的宇宙射线粒子的径迹进行符合，检测出穿透人体的宇宙射线粒子，通过重建算法，得出人体所携带的物品的物质类别，如核材料、毒品及爆炸物等。由于采用宇宙射线，覆盖范围大，没有附加伤害，因此在宇宙射线粒子信号与被检人符合后，无需被检人配合或停留。该装置还可以对多人同时检查，检查过程比较灵活、便捷、效率高。因此，该装置具有很高的市场应用潜力。
图4示意性示出根据本公开示例实施方式的基于宇宙射线的检查对象的系统的结构图。
如图4所示，该系统包括：监控设备410，用于追踪受检查对象440的运动轨迹，记录所述对象的时间-位置对应关系；位置灵敏探测器420，用于探测所述宇宙射线中的带电粒子信息，所述带电粒子信息包括所述带电粒子径迹信息；控制台430，用于将所述运动轨迹和所述径迹信息进行位置符合，确定所述运动对象，以及根据所述带电粒子信息进行所述带电粒子的径迹重建，识别所述运动对象内部的材料。
根据示例实施例，所述位置灵敏探测器配置为具有检测来自所述宇宙射线的带电粒子的能力。
根据示例实施例，所述位置灵敏探测器配置为具有检测包括原子序数大于铝的中至高原子序数材料和原子序数低于铝的低原子序数材料的能力。其中利用所述电子的阻挡作用分辨所述低原子序数材料；利用所述μ子的散射作用分辨所述中至高原子序数材料。
根据示例实施例，其中所述位置灵敏探测器作为行人检查系统的一部分，所述位置灵敏探测器放置在检查通道中，其中要检查的行人穿过所述位置灵敏探测器。
根据示例实施例，其中所述位置灵敏探测器包括：第一组位置灵敏探测器，位于所述检查通道的第一侧，用于测量进入所述检查通道的入射带电粒子的位置和方向；第二组位置灵敏探测器，位于与所述第一侧相对的所述检查通道的第二侧，用于测量离开所述检查通道的出射带电粒子的位置和方向。
根据示例实施例，其中所述位置灵敏探测器还包括：第三组位置灵敏探测器，位于与所述第一侧和第二侧不同的所述检查通道的侧边，用于测量离开所述检查通道的出射带电粒子的位置和方向；和/或第四组位置灵敏探测器，位于与所述第一侧、第二侧和第三侧不同的所述检查通道的侧边，用于测量离开所述检查通道的出射带电粒子的位置和方向。
根据示例实施例，其中所述第三组位置灵敏探测器和/或第四组位置灵敏探测器与所述第二组位置灵敏探测器之间的夹角大于90度小于180度。在某些实施例中，所述夹角可以为90度。所述夹角大于90度小于180度可以检测到更多的出射带电粒子。
根据示例实施例，其中所述位置灵敏探测器包括GEM探测器、MRPC(Multi-GapResistivePlateChambers，多气隙电阻板室)探测器、漂移室或漂移管阵列。
根据示例实施例，其中所述漂移管阵列由多根铝漂移管排列形成多超层结构，其中每个超层至少包括第一方向的第一平面铝漂移管和与所述第一方向不同的第二方向的第二平面铝漂移管。
根据示例实施例，其中所述第一平面铝漂移管和所述第二平面铝漂移管分别包括相互平行的两排铝漂移管。
通道中放置有大面积的位置灵敏探测器，可以采用探测效率比较高的漂移管探测器阵列。每一面的漂移管探测器阵列由三个超层的漂移管组成。在通道的四周(即上下左右)，各有一个大面积的漂移管探测器阵列，上面的漂移管探测器阵列用来探测入射宇宙射线粒子，其它三面探测器阵列用来探测出射宇宙射线粒子。这样可以探测到穿过探测器的粒子，并把探测器的响应等信息传递给所述控制台例如计算机，处理得到所述带电粒子的位置、时间和方向信息，宇宙射线粒子在穿过人体的时候，会发生反应，通过人体和人体所携带的不同物体，产生散射和吸收。
根据示例实施例，其中所述控制台包括信号处理单元，用于接收来自第一组位置灵敏探测器的入射带电粒子的测量信号和来自第二组和/或第三组和/或第四组位置灵敏探测器的出射带电粒子的测量信号的数据，其中所述信号处理单元根据所述带电粒子的测量的入射和出射位置及方向，分析所述检查通道中穿过所述材料的所述带电粒子的散射，以获得所述检查通道中散射中心的空间分布或所述带电粒子的轨迹重建或扫描图像。
例如，所述检查对象的系统可以包括用于受检查的对象通行(诸如行人)的检查通道、位于检查通道的第一侧以测量朝向检查通道的入射μ子和电子的位置和方向的第一组位置灵敏探测器、位于与第一侧相对的检查通道的第二侧以测量离开检查通道的出射μ子和电子的位置和方向的第二组位置灵敏探测器、以及信号处理单元，其可以包括例如微处理器，用于接收来自第一组位置灵敏探测器的进入μ子和电子的测量信号以及来自第二组位置灵敏探测器的离开μ子和电子的测量信号的数据。所述第一和第二组位置灵敏探测器的每个可以包括漂移管，安排来允许在第一方向的μ子和电子位置测量和在与第一方向不同的第二方向的μ子和电子位置测量。信号处理单元根据μ子和电子的测量进入和离开位置和方向，分析由对象中的材料导致的μ子和电子的散射行为，以获得检查通道中散射中心的空间分布或扫描图像。获得的散射中心的空间分布或扫描图像可以用于显示在检查通道中一个或多个对象(诸如具有包括核材料或设备的高原子序数的材料)的存在或不存在。每个位置灵敏探测器可以以各种配置实施，包括使用诸如填充有可以由μ子和电子电离的气体的漂移管的漂移单元。这种系统可以用于利用自然宇宙射线产生的μ子和电子，用于检测检查通道中的一个或多个对象。
粒子探测系统可以利用漂移管以实现通过通道的诸如μ子和电子的带电粒子的跟踪。
在实施断层扫描成像时，还可以使用其他随机处理方法。
所述控制台负责整个检查对象的系统运行过程的主控制，包括机械控制、电气控制等，并对由所述监控设备和所述位置灵敏探测器获得的数据进行处理，将所述监控设备得到的被检查人在通道中的运动轨迹和所述位置灵敏探测器得到的所述带电粒子穿过人体或其携带的行李的粒子径迹进行符合，重建人体所携带物品的材料物质类别，并通过显示器显示出来。所述显示器可以是CRT传统显示器也可以是液晶显示器。
所述控制台可以是计算机。所述计算机可以是高性能的单个PC，也可以是工作站或机群。
所述位置灵敏探测器扫描过程中产生的大量数据和所述监控设备采集的大量数量可以通过无线传输或光缆、网线等线路传输到后端的控制台中。其中，采用有线传输可以保证数据传输的速度，降低信号在传输过程中的损失，提高信号传输的抗干扰能力。同时，可以在很大程度上降低数据采集的技术难度和成本。
根据示例实施例，其中所述监控设备包括：热成像仪、摄像头、压力传感器、光学传感器中的任意一种或几种的组合。
根据示例实施例，其中所述监控设备包括深度摄像头。
由于在检查过程中，人在人行通道中是运动的，所述监视设备用来记录人在通道中的运动轨迹，以便与所述位置灵敏探测器探测到的宇宙射线粒子进行符合。可以采用任意一种可以定位运动目标对象的技术来记录被检查人在每一时刻的位置信息，对多人同时检查的情况，可以记录每一个人在每时刻的位置信息。
当被检查人经过所述检测对象的系统中时，由于宇宙射线粒子的速度远大于人行走的速度，人的运动不会对宇宙射线粒子的径迹产生任何影响。当足够多的粒子通过人体，并被探测器探测到径迹，然后与人的运动轨迹符合上之后，就可以通过一定的重建处理过程得到所需要的信息。
根据示例实施例，还可以包括报警设备或提示设备。例如，所述控制台可以提供图形用户界面，当没有扫描发现可疑物品时以绿色生成受检查对象“通过”指示器，当发现可疑物品时以红色生成受检查对象“报警”指示器。
本公开实施方式的基于宇宙射线的检查对象的系统，利用大面积的位置灵敏探测器探测宇宙射线中的带电粒子，在人行通道周围设置多层探测器，可以探测到粒子的入射径迹和出射径迹，同时利用监视设备，记录行进中的人在每一时刻的位置，通过计算机处理，可以得到每一时刻，带电粒子在经过人体和其携带的包裹或者行李后的散射和吸收系数，重建得到人体所携带的物品的材料物质类别。
图5示意性示出根据本公开示例实施方式的基于宇宙射线的检查对象的系统中位置灵敏探测器的漂移管的结构图。
如图5所示，所述位置灵敏探测器以铝漂移管探测器阵列为例进行说明，单个漂移管的中心阳极510为镀金钨丝，阴极520为薄铝管，端头与铝管采用高气压法或高脉冲电压法密封。带电粒子入射到漂移管内某位置处发生初电离产生电子，电子漂移到阳极丝附近产生雪崩，阳极丝接收信号经过耦合、放大、甄别、去噪等处理，实现漂移时间的测量与粒子位置的计算。
根据示例实施例，为防止扩散而影响位置分辨率，每个漂移管可以包括非易燃气体，诸如氩气、二氧化碳和四氟化碳的混合物，例如管内充3个大气压的93％Ar和7％CO2高压混合气体。
所述检查对象的系统包括安排在要成像的对象之上的一组两个或更多平面的位置灵敏探测器，用于提供进入μ子和电子径迹的位置和角度(即，3D空间中的方向)。位置灵敏探测器配置为相对于两个不同方向测量进入μ子和电子轨迹的位置和角度。μ子和电子穿过其中对象可能所处的通道，并且散射到它们穿过的通道的材料的范围。另一组两个或更多平面的位置灵敏探测器配置为记录离开μ子和电子的位置和方向。探测器中的漂移管安排为允许在第一方向的μ子和电子位置测量，以及在不同于第一方向并且可能与第一方向正交的第二方向的μ子和电子位置测量。侧边探测器可以用于探测更多水平取向的μ子和电子径迹。从进入和离开μ子和电子径迹计算每个μ子和电子的散射角。
根据示例实施例，通常将多根漂移管紧密排列，形成多超层结构。每个超层包含有正交排列的两层漂移管，以确定粒子入射的二维坐标。在较短时间范围内，能够同时被相隔一定距离的两层探测器接收的粒子即被认为是同一个带电粒子。
根据示例实施例，通常将多根漂移管紧密排列形成一个单层，然后两个单层正交叠加形成一个超层，以确定粒子入射的二维坐标。为了进一步增加探测器的空间分辨率，还可将每个单层提升为两个同方向紧密排列探测器层的交错半管位叠加，这样一个超层实际上含有四层探测器，依次表示X-X-Y-Y方向，这样可以确定通过探测器超层的粒子的高灵敏度的位置坐标。例如，漂移管直径为4cm，双排排列的漂移管空间位置分辨率可达2cm。
图6示意性示出根据本公开示例实施方式的基于宇宙射线的检查对象的系统的结构图。
如图6所示，将所述基于宇宙射线的检查对象的系统的所述位置灵敏探测器作为行人检查系统的一部分，所述位置灵敏探测器放置在检查通道(例如通常的人行通道)中，其中要检查的行人穿过所述位置灵敏探测器。其中所述位置灵敏探测器包括：第一组位置灵敏探测器610，位于所述检查通道的第一侧，用于测量进入所述检查通道的入射带电粒子的位置和方向；第二组位置灵敏探测器620，位于与所述第一侧相对的所述检查通道的第二侧，用于测量离开所述检查通道的出射带电粒子的位置和方向。
根据示例实施例，在所述人行通道的上方和下方，分别设置所述第一组位置灵敏探测器和所述第二组位置灵敏探测器，其中述第一组位置灵敏探测器和所述第二组位置灵敏探测器分别包括三个超层的漂移管阵列，当宇宙射线经过人体时会发生散射和吸收，带电粒子的径迹发生改变，上面的所述第一组位置灵敏探测器的三个超层的漂移管阵列用来探测入射宇宙射线的带电粒子的时间、位置和方向，下面的所述第二组位置灵敏探测器的三个超层的漂移管阵列用来探测出射宇宙射线的带电粒子的时间、位置和方向，从而得到粒子运动轨迹的改变。
需要说明的是，虽然在图示中给出的每组位置灵敏探测器均包括三个超层的漂移管阵列，但实际上可以根据应用场合的具体情况，选择相应数量的超层结构，在此不对本发明构成限制。
根据示例实施例，所述系统中的信号处理单元(例如，计算机)，基于测量的μ子和电子的进入和离开位置和方向分析通道中μ子和电子的散射，以获得反映通道中散射强度或辐射长度的扫描图像和散射密度的空间分布。获得的通道中的扫描图像或散射密度的空间分布可以显示通道中对象的存在或不存在。漂移管探测器位于通道的顶部和底部侧。在一些实施方式中，更多的漂移管探测器可以实施在通道的侧边，以形成盒子或四边结构，包裹可以进入其中用于由系统扫描。
系统通过信号处理单元对于受检查对象中宇宙射线产生的μ子和电子的测量处理可以包括：重建μ子和电子通过通道的轨迹、基于来自探测器的信号测量进入μ子和电子的动量、基于来自探测器的信号测量离开的动量、以及确定通道的散射密度的空间分布、这些和其他处理结果可以用于构造断层扫描简档并且测量受检查对象的各种属性。
例如，穿过探测器的μ子和电子的轨迹重建可以包括：获得代表由μ子和电子打击的漂移管的标识符以及相应的打击次数的打击信号；将标识的实时漂移管分组为与穿过所述探测器的特定μ子和电子的轨迹相关联；初始估计所述特定μ子和电子打击漂移管的时刻的时间零值；基于时间零值的估计、漂移时间转换数据以及打击的时间确定漂移半径；将线性轨迹拟合到与特定时间零值相对应的漂移半径；以及搜索和选择与对于特定μ子和电子执行的最好的轨迹拟合相关联的时间零值，并且计算时间零和轨迹参数中的误差。这是一种基于时间零拟合的轨迹重建提供穿过探测器的μ子和电子的重建的线性轨迹。
此外，例如，基于来自探测器的信号测量进入和离开μ子和电子的动量的处理可以包括例如：配置多个位置灵敏探测器，以散射穿过那里的μ子和电子；测量位置灵敏探测器中μ子和电子的散射，其中测量散射包括获得散射的μ子和电子的位置测量；从位置测量确定μ子和电子的至少一条轨迹；以及从至少一条轨迹确定μ子和电子的至少一个动量测量。该技术可以用于基于从μ子和电子在所述位置灵敏探测器自身中的散射确定的μ子和电子的轨迹，确定μ子和电子的动量。
此外，例如，可以通过以下步骤从μ子和电子断层扫描数据确定对象的散射密度的空间分布：获得对应于散射角度和穿过对象的μ子和电子的估计动量的预定μ子和电子断层扫描数据；提供用于在MLSD-OSEM算法中使用的μ子和电子散射的可能性分布，可能性分布基于统计的多重散射模型；使用MLSD-OSEM算法确定对象密度的基本最大似然估计；以及输出重建的对象散射密度。重建的对象散射密度可以用于从重建的密度数据识别占据感兴趣的对象的存在和/或类型。
图7示意性示出根据本公开示例实施方式的基于宇宙射线的检查对象的系统的结构图。
如图7所示，与图6中所述实施方式相比，其不同之处在于：其中所述位置灵敏探测器除了包括上述第一组位置灵敏探测器710和第二组位置灵敏探测器720，还包括：第三组位置灵敏探测器730，位于与所述第一侧和第二侧不同的所述检查通道的侧边，用于测量离开所述检查通道的出射带电粒子的位置和方向；和/或第四组位置灵敏探测器740，位于与所述第一侧、第二侧和第三侧不同的所述检查通道的侧边，用于测量离开所述检查通道的出射带电粒子的位置和方向。
根据示例实施例，还可以在所述人行通道的左右两边，也分别加上大面积位置灵敏探测器，如图所示，从而可以更多的收集宇宙射线粒子的信息，提高检查的速度和成像质量，提高效率。
根据示例实施例，增加所述位置灵敏探测器的面积、增加所述人行通道的长度，也可以增加通过人体的宇宙射线带电粒子数，从而可以提高检查的精度、减小误报率。
本公开的基于宇宙射线的检查对象的方法、装置及系统，通过宇宙射线，针对行走运动中的人进行检查，可以检测人体携带的核材料、毒品及爆炸物等危险材料。被检查人在通道中步行前进，监控设备可以监控并记录被检查人在某一时刻的位置，得到其运动轨迹。通道中设置有大面积位置灵敏探测器，用来探测宇宙射线带电粒子，宇宙射线带电粒子与通道中的人及携带物品发生散射或吸收。探测器探测到的宇宙射线带电粒子的时间和位置与被检查人的运动轨迹进行符合，从而可以得到人体及携带的物品的材料类别等信息，给出是否携带有相关违禁品的提示信息，提高了检查的便利性，而且检查中采用的是天然的宇宙射线，对人体无害。由于在检查的过程中，被检查人是可以运动的而且可以是多人一起检查，所以检查过程比较灵活，比较便捷、效率很高。
图1和2示出根据本公开示例实施方式的基于宇宙射线的检查对象的方法的流程图。该方法可例如利用如图3、4、5、6或7所示的基于宇宙射线的检查对象的装置和系统实现，但本公开不限于此。需要注意的是，图1和2仅是根据本公开示例实施方式的方法所包括的处理的示意性说明，而不是限制目的。易于理解，图1和2所示的处理并不表明或限制这些处理的时间顺序。另外，也易于理解，这些处理可以是例如在多个模块/进程/线程中同步或异步执行的。
通过以上的实施例的描述，本领域的技术人员易于理解，本公开实施例的方法和相应模块可以通过软件或部分软件硬化的方式来实现。因此，本公开实施例的技术方案可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品可以存储在一个非易失性存储介质(可以是CD-ROM，U盘，移动硬盘等)中，包括若干指令用以使得一台计算设备(可以是个人计算机、服务器、移动终端、或者网络设备等)执行根据本公开实施例的方法。
本领域技术人员可以理解，附图只是示例实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本公开所必须的，因此不能用于限制本公开的保护范围。
本领域技术人员可以理解上述各模块可以按照实施例的描述分布于装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。
以上具体地示出和描述了本公开的示例性实施例。应该理解，本公开不限于所公开的实施例，相反，本公开意图涵盖包含在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等效布置。

Claims (37)

1.一种基于宇宙射线的检查对象的方法，其特征在于，包括：
利用监控设备记录受检查对象的运动轨迹；
利用位置灵敏探测器获取所述宇宙射线中的带电粒子信息，所述带电粒子信息包括所述带电粒子径迹信息；
将所述运动轨迹和所述径迹信息进行位置符合，确定所述对象；
根据所述带电粒子信息进行所述带电粒子的径迹重建；
根据所述径迹重建，识别所述运动对象内部的材料。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，配置所述位置灵敏探测器具有检测来自所述宇宙射线的带电粒子的能力。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，配置所述位置灵敏探测器具有检测包括原子序数大于铝的中至高原子序数材料和原子序数低于铝的低原子序数材料的能力，其中
利用所述电子的阻挡作用分辨所述低原子序数材料；
利用所述μ子的散射作用分辨所述中至高原子序数材料。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，其中所述位置灵敏探测器包括GEM探测器、MRPC探测器、漂移室或漂移管阵列。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述位置灵敏探测器配置作为行人检查系统的一部分，其中所述位置灵敏探测器放置在检查通道中，其中要检查的行人穿过所述位置灵敏探测器。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，其中所述根据所述带电粒子信息进行所述带电粒子的径迹重建包括：
根据所述带电粒子的径迹信息计算所述材料的Ratio参数，预估所述材料的初始原子序数值和初始相对质量数，其中所述Ratio参数是所述材料对所述带电粒子的散射参数和阻挡参数的比值；
根据所述初始原子序数值和初始相对质量数与辐射长度的关系，计算辐射长度；
根据所述辐射长度获得所述材料厚度；
根据所述初始原子序数值、初始相对质量数和所述材料厚度，计算所述材料的阻挡参数和散射参数；
利用所述阻挡参数和所述散射参数识别所述材料，其中利用所述带电粒子中的电子的阻挡作用分辨所述低原子序数材料，利用所述带电粒子中的μ子的散射作用分辨所述中至高原子序数材料。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，还包括：根据所述阻挡参数、散射参数与材料特性的对应关系，利用成像算法重建材料分布图，其中所述成像算法包括PoCA算法和/或MLSD-OSEM算法。
8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，还包括：更新材料信息，进行下一步迭代。
9.如权利要求6所述的方法，其特征在于，还包括：根据所述散射参数、阻挡参数与材料特性的对应关系，确定所述运动对象的材料的分类特征，利用非参数检验方法判别所述材料。
10.如权利要求6所述的方法，其特征在于，其中所述径迹重建中对所述带电粒子的多条径迹信息进行并行处理。
11.如权利要求1所述的方法，其特征在于，其中所述带电粒子径迹信息包括所述带电粒子的入射时间、入射位置和入射方向以及出射时间、出射位置和出射方向。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，其中将所述运动轨迹和所述径迹信息进行位置符合，确定所述对象包括：
对所述入射时间和所述出射时间进行时间差分析；
根据所述入射位置、所述出射位置以及所述时间差分析，将所述带电粒子的径迹信息与所述对象的运动轨迹的时间和位置进行符合。
13.一种基于宇宙射线的检查对象的装置，其特征在于，包括：
记录模块，用于利用监控设备记录受检查对象的运动轨迹；
获取模块，用于利用位置灵敏探测器获取所述宇宙射线中的带电粒子信息，所述带电粒子信息包括所述带电粒子径迹信息；
符合模块，用于将所述运动轨迹和所述径迹信息进行位置符合，确定所述对象；
重建模块，用于根据所述带电粒子信息进行所述带电粒子的径迹重建；
判断模块，用于根据所述径迹重建，识别所述运动对象内部的材料。
14.如权利要求13所述的装置，其特征在于，所述位置灵敏探测器配置为具有检测来自所述宇宙射线的带电粒子的能力。
15.如权利要求14所述的装置，其特征在于，所述位置灵敏探测器配置为具有检测包括原子序数大于铝的中至高原子序数材料和原子序数低于铝的低原子序数材料的能力，其中
利用所述电子的阻挡作用分辨所述低原子序数材料；
利用所述μ子的散射作用分辨所述中至高原子序数材料。
16.如权利要求13所述的装置，其特征在于，其中所述位置灵敏探测器包括GEM探测器、MRPC探测器、漂移室或漂移管阵列。
17.如权利要求13所述的装置，其特征在于，所述位置灵敏探测器配置作为行人检查系统的一部分，其中所述位置灵敏探测器放置在检查通道中，其中要检查的行人穿过所述位置灵敏探测器。
18.如权利要求13所述的装置，其特征在于，其中所述重建模块包括：
预估单元，用于根据所述带电粒子的径迹信息计算所述材料的Ratio参数，预估所述材料的初始原子序数值和初始相对质量数，其中所述Ratio参数是所述材料对所述带电粒子的散射参数和阻挡参数的比值；
辐射长度计算单元，用于根据所述初始原子序数值和初始相对质量数与辐射长度的关系，计算辐射长度；
厚度计算单元，用于根据所述辐射长度获得所述材料厚度；
阻挡散射计算单元，用于根据所述初始原子序数值、初始相对质量数和所述材料的厚度，计算所述材料的阻挡参数和散射参数，利用所述阻挡参数和所述散射参数能够识别所述材料，其中利用所述带电粒子中的电子的阻挡作用分辨所述低原子序数材料，利用所述带电粒子中的μ子的散射作用分辨所述中至高原子序数材料。
19.如权利要求18所述的装置，其特征在于，还包括：图像重建单元，用于根据所述阻挡参数、散射参数与材料特性的对应关系，利用成像算法重建材料分布图，其中所述成像算法包括PoCA算法和/或MLSD-OSEM算法。
20.如权利要求18所述的装置，其特征在于，还包括更新单元，用于更新材料信息，进行下一步迭代。
21.如权利要求18所述的装置，其特征在于，还包括：分类单元，用于根据所述散射参数、阻挡参数与材料特性的对应关系，对所述对象的材料进行分类。
22.如权利要求18所述的装置，其特征在于，其中所述图像重建单元包括多个能够并行执行的图像处理子单元，用于对所述带电粒子的多条径迹信息进行并行处理。
23.如权利要求13所述的装置，其特征在于，其中所述带电粒子的径迹信息包括所述带电粒子的入射时间、入射位置和入射方向以及出射时间、出射位置和出射方向。
24.如权利要求23所述的装置，其特征在于，其中所述符合模块包括：
时间差分析单元，用于对所述入射时间和所述出射时间进行时间差分析；
时间位置符合单元，用于根据所述入射位置、所述出射位置以及所述时间差分析，将所述带电粒子的径迹信息与所述对象的运动轨迹的时间和位置进行符合。
25.一种基于宇宙射线的检查对象的系统，其特征在于，包括：
监控设备，用于追踪受检查对象的运动轨迹，记录所述对象的时间-位置对应关系；
位置灵敏探测器，用于探测所述宇宙射线中的带电粒子信息，所述带电粒子信息包括所述带电粒子径迹信息；
控制台，用于将所述运动轨迹和所述径迹信息进行位置符合，确定所述运动对象，以及根据所述带电粒子信息进行所述带电粒子的径迹重建，识别所述运动对象内部的材料。
26.如权利要求25所述的系统，其特征在于，所述位置灵敏探测器配置为具有检测来自所述宇宙射线的带电粒子的能力。
27.如权利要求26所述的系统，其特征在于，所述位置灵敏探测器配置为具有检测包括原子序数大于铝的中至高原子序数材料和原子序数低于铝的低原子序数材料的能力，其中
利用所述电子的阻挡作用分辨所述低原子序数材料；
利用所述μ子的散射作用分辨所述中至高原子序数材料。
28.如权利要求25所述的系统，其特征在于，其中所述位置灵敏探测器作为行人检查系统的一部分，所述位置灵敏探测器放置在检查通道中，其中要检查的行人穿过所述位置灵敏探测器。
29.如权利要求28所述的系统，其特征在于，其中所述位置灵敏探测器包括：
第一组位置灵敏探测器，位于所述检查通道的第一侧，用于测量进入所述检查通道的入射带电粒子的位置和方向；
第二组位置灵敏探测器，位于与所述第一侧相对的所述检查通道的第二侧，用于测量离开所述检查通道的出射带电粒子的位置和方向。
30.如权利要求29所述的系统，其特征在于，其中所述位置灵敏探测器还包括：
第三组位置灵敏探测器，位于与所述第一侧和第二侧不同的所述检查通道的侧边，用于测量离开所述检查通道的出射带电粒子的位置和方向；和/或
第四组位置灵敏探测器，位于与所述第一侧、第二侧和第三侧不同的所述检查通道的侧边，用于测量离开所述检查通道的出射带电粒子的位置和方向。
31.如权利要求30所述的系统，其特征在于，其中所述第三组位置灵敏探测器和/或第四组位置灵敏探测器与所述第二组位置灵敏探测器之间的夹角大于90度小于180度。
32.如权利要求25所述的系统，其特征在于，其中所述位置灵敏探测器包括GEM探测器、MRPC探测器、漂移室或漂移管阵列。
33.如权利要求32所述的系统，其特征在于，其中所述漂移管阵列由多根铝漂移管排列形成多超层结构，其中每个超层至少包括第一方向的第一平面铝漂移管和与所述第一方向不同的第二方向的第二平面铝漂移管。
34.如权利要求33所述的系统，其特征在于，其中所述第一平面铝漂移管和所述第二平面铝漂移管分别包括相互平行的两排铝漂移管。
35.如权利要求30所述的系统，其特征在于，其中所述控制台包括信号处理单元，用于接收来自第一组位置灵敏探测器的入射带电粒子的测量信号和来自第二组和/或第三组和/或第四组位置灵敏探测器的出射带电粒子的测量信号的数据，其中所述信号处理单元根据所述带电粒子的测量的入射和出射位置及方向，分析所述检查通道中穿过所述材料的所述带电粒子的散射，以获得所述检查通道中散射中心的空间分布或所述带电粒子的径迹重建。
36.如权利要求25所述的系统，其特征在于，其中所述监控设备包括：热成像仪、摄像头、压力传感器、光学传感器中的任意一种或几种的组合。
37.如权利要求25所述的系统，其特征在于，其中所述监控设备包括深度摄像头。
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