CN107450091B - 一种基于面阵相机芯片的电离辐射计量方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于面阵相机芯片的电离辐射计量方法和装置，包括以下步骤：S1：使用面阵相机芯片捕获电离辐射粒子及射线光子，将其转换为数字信号；S2：处理面阵相机芯片产生的数字信号，并且输出电离辐射剂量；S3：将电离辐射剂量进行数字化或图形化显示，本发明采用面阵相机芯片探测电离辐射，可以实现多通道探测，数据输出效率高，并且不含现有技术中的高压转换电路，电路简单可靠，使用方便，可以探测单个电离辐射粒子或射线光子，结合连通域算法和二维高斯分布函数可以实现高精度的电离辐射剂量探测，并且可以探测电离辐射的能量，可以推断当前场景的电离辐射危害等级。

Description

一种基于面阵相机芯片的电离辐射计量方法和装置

技术领域

本发明涉及一种基于面阵相机芯片的电离辐射计量方法和装置，属于电子计量技术领域。

背景技术

随着核能技术的发展和应用，核能技术在科研领域、军用领域以及民用领域都受到特别的关注，同时各国对核安全以及核污染的监测均给予了高度的重视，而核能领域电离辐射是一种需要严密监控的辐射，传统的技术中采用盖革-米勒计数器作为核能领域中的探测器，是用于电离辐射计量上最敏锐的“眼睛”。盖革-弥勒计数器是根据电离辐射粒子或射线能使气体电离的现象设计而成的。最常用的盖革-弥勒计数器是在两端用绝缘材料密封的金属管中充入稀薄的气体，并沿着金属管的轴向插入一根金属丝电极。在金属管和金属丝之间施加一个略低于气体击穿电压的电压。通常状态下，管内气体不放电。当电离辐射粒子进入管内时，管内气体电离，在金属丝和金属管之间产生快速的气体放电现象，从而产生一个脉冲信号。通过统计单位时间内的脉冲信号数量以及累积的脉冲信号数量，盖革-弥勒计数器可以给出相应的辐照强度及累积受辐照量。盖革-弥勒计数器主要优点有探测灵敏度高，速率快。但盖革-弥勒计数器也有一些致命的缺点。首先，填充气体的盖革-弥勒计数器对γ射线的灵敏度较低，不能够有效探测所有种类的电离辐射。其次，盖革-弥勒计数器不能探测电离辐射粒子或射线光子的能量。再次，当多个电离辐射粒子或射线光子同时到达盖革-弥勒计数器时，其只能产生一个脉冲信号，造成很大的误差。这些缺陷阻碍了盖革-弥勒计数器的应用范围。最后，盖革-弥勒计数器通常含有高压转换电路，电路复杂度较高，因此其已经不能适应现在对于电离辐射的测量要求，亟待解决。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：为克服上述问题，提供一种基于面阵相机芯片的电离辐射计量方法和装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于面阵相机芯片的电离辐射计量方法，包括以下步骤：

S1：使用面阵相机芯片捕获电离辐射粒子及射线光子，将其转换为数字信号；

S2：处理面阵相机芯片产生的数字信号，并且输出电离辐射剂量和电离辐射的能量；

S3：将电离辐射剂量和电离辐射的能量进行数字化或图形化显示。

优选地，所述步骤S1具体为：捕获的电离辐射粒子或射线光子会与面阵相机芯片中的像素作用产生信号，然后将每个像素的信号强度数字化后，根据像素编号输出为一个二维的原始信号矩阵，即为数字信号。

优选地，所述步骤S2具体为：通过阈值算法分析原始信号矩阵，从中获得包含电离辐射信号的像素编号，然后生成蒙版矩阵M，通过连通域算法结合蒙版矩阵M将原始信号矩阵分割成多个包含电离辐射信号的小矩阵，即电离辐射信号矩阵，然后用二维高斯分布函数分析每个电离辐射信号矩阵中的电离辐射粒子或射线光子的数目，将其统计可得到总的电离辐射粒子或射线光子的数目，并转换为电离辐射剂量输出；同时，用二维高斯分布函数可以拟合电离辐射信号矩阵得到该矩阵的峰值，该峰值可转换为该电离辐射粒子或射线光子的能量，如得到多个峰值，则可以转换为多个电离辐射粒子或射线光子的能量；将所有的电离辐射粒子或射线光子的能量统计后，即为其电离辐射的能量。

优选地，“通过阈值算法分析原始信号矩阵，从中获得包含电离辐射信号的像素编号，然后生成蒙版矩阵M”，具体为：将原始信号矩阵中的每个像素的信号强度值I_i，j值代入以下公式：

其中t为像素在未捕获到电离辐射粒子或射线光子时，像素输出的背景信号强度，取决于面阵相机芯片的参数；若捕获到电离辐射粒子或射线光子，M_i，j的值为1；若未捕获到电离辐射粒子或射线光子，M_i，j的值为0；

将M_i，j的值根据i和j的顺序依次排列，可以生成蒙版矩阵M，所述矩阵表示为

优选地，“通过连通域算法结合蒙版矩阵M将原始信号矩阵分割成多个包含电离辐射信号的小矩阵”具体为：

Q1：从蒙版矩阵M第一个元素M_1，1开始依次扫描，若为0，则继续扫描下一个元素；若为1，则将该元素计入集合S₁，并对与该元素相邻的上、下、左和右四个元素进行扫描，将其中值为1的元素计入集合S₁；再扫描新计入集合S₁的元素的相邻元素，将其中值为1的元素计入集合S₁；重复以上步骤，直至没有新的元素加入集合S₁；在上述扫描过程中，若被扫描的元素已计入集合S₁中，则跳过扫描该元素；

Q2：在蒙版矩阵M未扫描的元素中，找到像素编号(i，j)最小的元素，即i值最小的元素，若有多个元素的矩阵i值相同，则这些元素中j值最小的元素即为像素编号最小的元素，从该元素开始扫描，若为0，则继续扫描下一个元素；若为1，则将该元素计入集合S₂，并对与该元素相邻的上、下、左和右四个元素进行扫描，将其中值为1的元素计入集合S₂；再扫描新计入集合S₂的元素的相邻四个元素，将其中值为1的元素计入集合S₂；重复以上步骤，直至没有新的元素加入集合S₂；在上述扫描过程中，若被扫描的元素已计入集合S₁和集合S₂中，则跳过扫描该元素；

Q3：重复步骤Q2直至蒙版矩阵M中的所有元素都被扫描，将每次的扫描结果计入一个新的集合中，最终建立集合S_N(N的取值范围为正整数)，在扫描过程中，若被扫描的元素已包含于集合S₁至集合S_N中，则跳过扫描该元素；

Q4：对比集合S_N中所有元素的像素编号(i，j)，找出i的最大值i_max和最小值i_min，以及j的最大值j_max和最小值j_min；将原始信号矩阵I中的下述区域分割出来，记为I_part：

Q5：扫描I_part中所有元素的像素编号(i，j)，若某元素的像素编号(i，j)不包含在集合S_N中，则将该元素值替换为t(t为像素输出的背景信号强度)；然后得到原始信号矩阵中的一个电离辐射信号矩阵R_N，该矩阵由a行b列个像素组成，所述矩阵表示为：

其中，R_x，y为电离辐射信号矩阵R_N中第x行第y列的元素；依次类推，可以根据S₁-S_N-1获得其余的电离辐射信号矩阵。

优选地，“用二维高斯分布函数分析每个电离辐射信号矩阵中的电离辐射粒子或射线光子的数目”具体为：二维高斯分布函数公式表示为：

其中w、A_i、x_i、y_i、

和

为拟合后获得的常数，g为二维高斯分布函数的使用个数；

通过该公式拟合所有的电离辐射信号矩阵R_N，其中拟合优度≥阈值p的，将每次拟合获得的g值计入集合C，将集合C中的元素加和，得到总的电离辐射粒子或射线光子数目e，该数目与单位时间内的电离辐射剂量d成正比关系，所述关系的公式表示为：

其中f为像素单位时间内输出信号的次数，χ为转换系数，取决于面阵相机芯片的参数。

优选地，“用二维高斯分布函数可以拟合电离辐射信号矩阵得到该矩阵的峰值，该峰值可转换为该电离辐射粒子或射线光子的能量”具体为：在所述二维高斯分布函数公式拟合所有的电离辐射信号矩阵R_N后，将每次拟合获得的常数A₁至A_g计入集合H，找出H中元素的最小值A_min和最大值A_max，将A_min和A_max之间的区域分成u个等距区间，每个区间的长度为v；将集合H中的每个元素与所有的u个等距区间对比，若集合H中的某个元素A_i符合[A_min+(α-1)v]＜A_i≤(A_min+αv)，则该元素A_i属于区间(A_min+(α-1)v，A_min+αv]，其中α为区间编号，其取值范围为正整数，且α≤u。将集合H的所有元素进行对比并统计元素在不同区间的出现频率，元素出现频率最高的区间为(A_min+(α_max-1)v，A_min+α_maxv]，其中α_max为元素出现频率最高的区间的区间编号，则K＝A_min+α_maxv即为出现频率最高的峰值信号；K与电离辐射的电离辐射的能量L成线性关系，所述关系的公式表示为：

L＝εK+q

其中ε为转换系数，取决于面阵相机芯片的参数，q为背底信号，根据该公式可得出电离辐射的能量L的值。

优选地，还包括步骤S4：将电离辐射剂量通过无线传输方式传输到终端设备。

一种采用以上所述的基于面阵相机芯片的电离辐射计量方法的电离辐射计量装置，包括面阵相机芯片、与所述面阵相机芯片信号输出端连接的处理芯片、与所述处理芯片信号输出端连接的显示屏和给所述面阵相机芯片、处理芯片和显示屏供电的电源；

所述面阵相机芯片用于捕获电离辐射粒子及射线光子，并将其转换为数字信号发送给所述处理芯片；

所述处理芯片处理面阵相机芯片产生的数字信号，并且输出电离辐射剂量到显示屏；

所述显示屏将电离辐射剂量进行数字化或图形化显示。

优选地，所述处理芯片的输出端还连接无线信号传输装置，所述无线信号传输装置将电离辐射剂量通过无线传输方式传输到终端设备。

本发明的有益效果是：本发明采用面阵相机芯片探测电离辐射，可以实现多通道探测，数据输出效率高，并且不含现有技术中的高压转换电路，电路简单可靠，使用方便，可以探测单个电离辐射粒子或射线光子，结合二维高斯分布函数可以实现高精度的电离辐射剂量探测，并且可以探测电离辐射的能量，可以推断当前场景的电离辐射危害等级。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明一个实施例的流程图；

图2是本发明中单个电离辐射信号矩阵的示意图；

图3是本发明中两个相邻的电离辐射信号矩阵的示意图；

图4是本发明电离辐射计量装置的结构示意图。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

实施例1

如图1所示的本发明所述一种基于面阵相机芯片的电离辐射计量方法，包括以下步骤：

S1：使用面阵相机芯片捕获电离辐射粒子及射线光子，所述电离辐射粒子及射线光子包括α粒子、β粒子、γ射线和/或X射线，并且捕获时不仅仅是捕获单个的电离辐射粒子及射线光子，还可以同时捕获多个进行计量，将其转换为数字信号；可以实现多通道探测，数据输出效率高，并且不含现有技术中的高压转换电路，电路简单可靠，使用方便；

S2：处理面阵相机芯片产生的数字信号，并且输出电离辐射剂量；结合连通域算法和二维高斯分布函数可以实现高精度的电离辐射剂量探测，并且可以探测电离辐射的能量，可以推断当前场景的电离辐射危害等级；

S3：将电离辐射剂量和电离辐射的能量进行数字化或图形化显示，具体采用数字化或图形化根据使用者的需要进行选择。

实施例2

在实施例1所述一种基于面阵相机芯片的电离辐射计量方法的基础上，所述面阵相机芯片由m行n列个像素组成，其中m和n为正整数。像素编号为(i，j)的像素代表第i行，第j列的像素，其中i和j的取值范围为正整数，且i≤m，j≤n。每个像素会以特定的频率输出一个强度值，根据像素编号将每个像素的信号强度输出为m×n的二维矩阵，即原始信号矩阵I，所述矩阵表示为

其中，所述I_i，j是像素编号为(i，j)的像素输出的信号强度。如果所述像素没有捕获电离辐射粒子或射线光子，则该像素输出的信号强度值较低。如果所述像素捕获电离辐射粒子或射线光子，则该像素输出的信号强度值较高，并且该数字信号强度值会由于电离辐射粒子或射线光子的电离辐射能量不同而有高低不同，电离辐射能量高，则信号强度就越高。

所述步骤S1具体为：捕获的电离辐射粒子或射线光子会与面阵相机芯片中不同区域的像素作用产生不同强度的信号，该信号包括了所捕获的电离辐射粒子或射线光子的信号强度及像素编号，将该信号数字化后输出为原始信号矩阵I。

所述步骤S2具体为：通过阈值算法分析原始信号矩阵I，从中获得包含电离辐射信号的像素编号(i，j)，所述公式为

其中t为像素在未捕获到电离辐射粒子或射线光子时，像素输出的背景信号强度，该值取决于面阵相机芯片的参数。M_i，j为判断像素编号为(i，j)的像素是否捕获到电离辐射粒子或射线光子。若捕获到电离辐射粒子或射线光子，M_i，j的值为1；若未捕获到电离辐射粒子或射线光子，M_i，j的值为0。

将M_i，j的值根据i和j的顺序依次排列，可以生成蒙版矩阵M，所述矩阵表示为

通过连通域算法可以获取原始信号矩阵I中连续信号区域的像素编号(i，j)，从而可以将原始信号矩阵I分割成多个包含电离辐射信号的小矩阵，即电离辐射信号矩阵R。

获取原始信号矩阵I中中所有元素的像素坐标集合S_N算法具体为：

(1)蒙版矩阵M中某元素的相邻元素定义为与该元素相邻的上、下、左、右四个元素。对于元素M_i，j来说，该元素的相邻元素为M_i-1，j、M_i，j-1、M_i+1，j和M_i，j+1。若该元素处于矩阵的边角位置，则某些相邻元素不存在，在下述步骤中不扫描这些不存在的相邻元素；

(2)从蒙版矩阵M第一个元素开始依次扫描，若为0，则继续扫描下一个元素；若为1，则将该元素计入集合S₁，并对与该元素相邻元素进行扫描，将其中值为1的元素计入集合S₁。再扫描新计入集合S₁的元素的相邻元素，将其中值为1的元素计入集合S₁。重复以上步骤，直至没有新的元素加入集合S₁。在上述扫描过程中，若被扫描的元素已计入集合S₁中，则跳过扫描该元素。

(3)在蒙版矩阵M未扫描的元素中，找到像素编号(i，j)最小的元素，即i值最小的元素，若有多个元素的矩阵i值相同，则这些元素中j值最小的元素即为像素编号最小的元素。从该元素开始扫描，若为0，则继续扫描下一个元素；若为1，则将该元素计入集合S₂，并对与该元素相邻的上、下、左、右四个元素进行扫描，将其中值为1的元素计入集合S₂。再扫描新计入集合S₂的元素的相邻四个元素，将其中值为1的元素计入集合S₂。重复以上步骤，直至没有新的元素加入集合S₂。在上述扫描过程中，若被扫描的元素已计入集合S₁和集合S₂中，则跳过扫描该元素；

(4)重复上述步骤直至蒙版矩阵M中的所有元素都被扫描，将每次的扫描结果计入一个新的集合中，最终建立集合S_N(N的取值范围为正整数)。对于集合S_N(N的取值范围为正整数)，在扫描过程中，若被扫描的元素已包含于集合S₁至集合S_N中，则跳过扫描该元素。

集合S_N中所有元素的像素坐标，对应于原始信号矩阵I上的一个连续信号区域，且该信号区域独立于其他集合对应的信号区域，该信号区域即为一个电离辐射信号矩阵R_N。

以集合S_N为例，将电离辐射信号矩阵R_N从原始信号矩阵I中分割出来的算法具体为：

(1)对比集合S_N中所有元素的像素编号(i，j)，找出i的最大值i_max和最小值i_min，以及j的最大值j_max和最小值j_min；

(2)将原始信号矩阵I中的下述区域分割出来，记为I_part，

(3)扫描I_part中所有元素的像素编号(i，j)，若某元素的像素编号(i，j)不包含在集合S_N中，则将该元素值替换为t。通过上述步骤处理后得到的矩阵即为其中的一个电离辐射信号矩阵R_N，该矩阵由a行b列个像素组成，所述矩阵表示为

其中，R_x，y为电离辐射信号矩阵R_N中第x行第y列的元素。

(4)依次类推，可以获得其余的电离辐射信号矩阵。

然后用二维高斯分布函数拟合每个电离辐射信号矩阵，得到每个电离辐射信号矩阵中的电离辐射粒子或射线光子的数目，统计后可得到总的电离辐射粒子或射线光子的数目，并转换为电离辐射剂量输出。由于电离辐射信号矩阵R_N中可能包含多个电离辐射粒子或射线光子产生的信号，需要用多个二维高斯分布函数进行拟合，从而所述拟合公式为多个二维高斯分布函数的加和，表示为

其中w、A_i、x_i、y_i、

和

为拟合后获得的常数，g为二维高斯分布函数的使用个数。

以电离辐射信号矩阵R_N为例，所述拟合步骤具体为

(1)通过一个二维高斯分布函数拟合电离辐射信号矩阵R_N，即上述公式中g＝1时，所述公式表示为

其中w、A₁、x₁、y₁、和

为拟合后获得的常数。根据统计学，拟合后可以得到该拟合的拟合优度。若该拟合的拟合优度≥阈值p，则说明该拟合符合预期，该电离辐射信号矩阵R_N中包含一个电离辐射粒子或射线光子产生的信号，即g值，将该g值计入集合C。拟合获得的常数A₁即为该电离辐射粒子或射线光子的峰值信号，计入集合H中。若该拟合的拟合优度<阈值p，则说明一个二维高斯分布函数不足以拟合该电离辐射信号矩阵R_N，需要进一步尝试使用两个二维高斯分布函数进行拟合。

(2)通过一个二维高斯分布函数拟合电离辐射信号矩阵R_N，即上述公式中g＝2时，所述公式表示为

其中w、A₁、x₁、y₁、

A₂、x₂、y₂、

和

为拟合后获得的常数。若该拟合的拟合优度≥阈值p，则说明该拟合符合预期，该电离辐射信号矩阵R_N中包含两个电离辐射粒子或射线光子产生的信号，即g值，将g值计入集合C。拟合获得的常数A₁和A₂计入集合H中。若该拟合的拟合优度<阈值p，则说明两个二维高斯分布函数不足以拟合该电离辐射信号矩阵R_N，需要进一步尝试使用三个二维高斯分布函数进行拟合。

(3)依次类推，直至拟合优度≥阈值p，将该拟合公式的g值计入集合C。拟合获得的常数A₁至A_g计入集合H中。

上述步骤中的阈值p的取值范围在0到1之间，该值决定了测量的精度。若p值越大，则测量精度越高；反之，则测量精度越低。

对于其余的电离辐射信号矩阵，重复上述拟合步骤。将集合C中的元素加和，得到总的电离辐射粒子或射线光子数目e，该数目与单位时间内的电离辐射剂量d成正比关系，所述关系的公式表示为

其中f为像素单位时间内输出信号的次数，χ为转换系数，取决于面阵相机芯片的参数。若要得到某时间段内的累积电离辐射剂量，可以将该时间段内面阵相机芯片输出的所有信号进行处理后并相加。

对于集合H，找出其中元素的最小值A_min和最大值A_max，将A_min和A_max之间的区域分成u个等距区间，每个区间的长度为v。将集合H中的每个元素与所有的区间对比，若集合H中的某个元素A_i符合[A_min+(α-1)v]＜A_i≤(A_min+αv)，则该元素A_i属于区间(A_min+(α-1)v，A_min+αv]，其中α为区间编号，其取值范围为正整数，且α≤u。将集合H的所有元素进行对比并统计元素在不同区间的出现频率，元素出现频率最高的区间为(A_min+(α_max-1)v，A_min+α_maxv]，其中α_max为元素出现频率最高的区间的区间编号，则K＝A_min+α_maxv即为出现频率最高的峰值信号。K与电离辐射的能量L成线性关系，所述关系的公式表示为

L＝εK+q (公式6)

其中ε为转换系数，取决于面阵相机芯片的参数，q为背底信号。

转换系数ε和背底信号q可基于下列方法获得：

(1)采用高压电子加速器生成一批电离辐射能量为L₁的电子，用面阵相机芯片依次捕获这批电子，处理后得到出现频率最高的峰值信号K₁。

(2)采用高压电子加速器生成一批电离辐射能量为L₂的电子，用面阵相机芯片依次捕获这批电子，处理后得到出现频率最高的峰值信号K₂。

(3)重复上述步骤，直至得到10组数据。

(4)用公式6拟合这10组数据，可以得到转换系数ε和背底信号q。

在实际测量时，面阵相机芯片得到峰值信号K_x，将其带入公式6中，即可获得对于的电离辐射能量L_x。

所述步骤S3具体为：将电离辐射剂量和电离辐射的能量进行数字化或图形化显示，具体采用数字化或图形化根据使用者的需要进行选择。其中电离辐射剂量包含单位时间内的电离辐射剂量和累积电离辐射剂量，用户可以选择只显示其中一个电离辐射剂量，也可以选择同时显示这两个电离辐射剂量。

实施例3

根据实施例1和2的论述给出相应的电离辐射的能量具体应用的实施例，图2是本发明中已经得到的电离辐射信号矩阵的示意图，矩阵大小为7×7。通过一个二维高斯分布函数，即公式3进行拟合。拟合后可以得到w＝7.4、A₁＝92.4、x₁＝4.0、y₁＝3.7、

和

且拟合优度为0.97，大于阈值0.8。说明一个二维高斯分布函数足以拟合该电离辐射信号矩阵，即该电离辐射信号矩阵只包含单个电离辐射粒子或射线光子产生的信号。拟合所得到的峰值A₁＝92.4正比于该电离辐射的能量，再通过公式5求出电离辐射的能量L的值。

图3是本发明中另一个电离辐射信号矩阵的示意图，矩阵大小为12×12。通过一个二维高斯分布函数，即公式3进行拟合后，发现拟合优度为0.71，小于阈值0.8。尝试使用两个二维高斯分布函数，即公式4进行拟合，拟合后可以得到w＝6.6、A₁＝81.7、x₁＝4.3、y₁＝4.2、

A₂＝77.2、x₂＝8.4、y₂＝8.4、

和且拟合优度为0.87，大于阈值0.8。说明两个二维高斯分布函数才足以拟合该电离辐射信号矩阵，即该电离辐射信号矩阵包含两个电离辐射粒子或射线光子产生的信号。拟合所得到的峰值A₁＝81.7和A₂＝77.2分别正比于这两个电离辐射的能量，再通过公式5求出电离辐射的能量L的值。

在优选的实施方式中，还包括步骤S4：将电离辐射剂量通过无线传输方式传输到终端设备。采用的无线传输方式可以现有的无线信号、蓝牙、手机信号等各种方式传输到电脑、手机等终端设备。

实施例4

一种以上所述的基于面阵相机芯片的电离辐射计量方法的装置，如图4所示，包括面阵相机芯片、与所述面阵相机芯片信号输出端连接的处理芯片、与所述处理芯片信号输出端连接的显示屏和给所述面阵相机芯片、处理芯片和显示屏供电的电源

所述面阵相机芯片用于捕获电离辐射粒子及射线光子，并将其转换为数字信号发送给所述处理芯片；

所述处理芯片处理面阵相机芯片产生的数字信号，并且输出电离辐射剂量到显示屏；

所述显示屏将电离辐射剂量进行数字化或图形化显示，所述显示屏可根据整体设备大小或功率需要选择不同的现有显示屏，能进行数字化和图形化显示即可，不进行具体限定。

在优选的实施方式中，所述处理芯片的输出端还连接无线信号传输装置，所述无线信号传输装置将电离辐射剂量通过无线传输方式传输到终端设备。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (8)

1.一种基于面阵相机芯片的电离辐射计量方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1:使用面阵相机芯片捕获电离辐射粒子及射线光子，捕获的电离辐射粒子或射线光子会与面阵相机芯片中的像素作用产生信号，然后将每个像素的信号强度数字化后，根据像素编号输出为一个二维的原始信号矩阵，即为数字信号，将其转换为数字信号；

S2:处理面阵相机芯片产生的数字信号，并且输出电离辐射剂量和电离辐射的能量,所述步骤S2具体为：通过阈值算法分析原始信号矩阵，从中获得包含电离辐射信号的像素编号，然后生成蒙版矩阵M,通过连通域算法结合蒙版矩阵M将原始信号矩阵分割成多个包含电离辐射信号的小矩阵，即电离辐射信号矩阵，然后用二维高斯分布函数分析每个电离辐射信号矩阵中的电离辐射粒子或射线光子的数目，将其统计得到总的电离辐射粒子或射线光子的数目，并转换为电离辐射剂量输出；同时，用二维高斯分布函数拟合电离辐射信号矩阵得到该矩阵的峰值，将该峰值转换为该电离辐射粒子或射线光子的能量，如得到多个峰值，则转换为多个电离辐射粒子或射线光子的能量；将所有的电离辐射粒子或射线光子的能量统计后，即为其电离辐射的能量；

S3:将电离辐射剂量和电离辐射的能量进行数字化或图形化显示。

2.如权利要求1所述的基于面阵相机芯片的电离辐射计量方法，其特征在于，通过阈值算法分析原始信号矩阵，从中获得包含电离辐射信号的像素编号，然后生成蒙版矩阵M，具体为：将原始信号矩阵中的每个像素的信号强度值I_i，j值代入以下公式：

其中t为像素在未捕获到电离辐射粒子或射线光子时，像素输出的背景信号强度，取决于面阵相机芯片的参数；若捕获到电离辐射粒子或射线光子，M_i，j的值为1；若未捕获到电离辐射粒子或射线光子，M_i，j的值为0；

将M_i，j的值根据i和j的顺序依次排列，可以生成蒙版矩阵M，所述矩阵表示为

3.如权利要求1所述的基于面阵相机芯片的电离辐射计量方法，其特征在于，通过连通域算法结合蒙版矩阵M将原始信号矩阵分割成多个包含电离辐射信号的小矩阵,具体为：

Q1：从蒙版矩阵M第一个元素M_1，1开始依次扫描，若为0，则继续扫描下一个元素；若为1，则将该元素计入集合S₁，并对与该元素相邻的上、下、左和右四个元素进行扫描，将其中值为1的元素计入集合S₁；再扫描新计入集合S₁的元素的相邻元素，将其中值为1的元素计入集合S₁；重复以上步骤，直至没有新的元素加入集合S₁；在上述扫描过程中，若被扫描的元素已计入集合S₁中，则跳过扫描该元素；

Q2：在蒙版矩阵M未扫描的元素中，找到像素编号(i，j)最小的元素，即i值最小的元素，若有多个元素的矩阵i值相同，则这些元素中j值最小的元素即为像素编号最小的元素，从该元素开始扫描，若为0，则继续扫描下一个元素；若为1，则将该元素计入集合S₂，并对与该元素相邻的上、下、左和右四个元素进行扫描，将其中值为1的元素计入集合S₂；再扫描新计入集合S₂的元素的相邻四个元素，将其中值为1的元素计入集合S₂；重复以上步骤，直至没有新的元素加入集合S₂；在上述扫描过程中，若被扫描的元素已计入集合S₁和集合S₂中，则跳过扫描该元素；

Q3：重复步骤Q2直至蒙版矩阵M中的所有元素都被扫描，将每次的扫描结果计入一个新的集合中，最终建立集合S_N,N的取值范围为正整数，在扫描过程中，若被扫描的元素已包含于集合S₁至集合S_N中，则跳过扫描该元素；

Q4：对比集合S_N中所有元素的像素编号(i，j)，找出i的最大值i_max和最小值i_min，以及j的最大值j_max和最小值j_min；将原始信号矩阵I中的下述区域分割出来，记为I_part：

Q5：扫描I_part中所有元素的像素编号(i，j)，若某元素的像素编号(i，j)不包含在集合S_N中,则将该元素值替换为t,t为像素输出的背景信号强度；然后得到原始信号矩阵中的一个电离辐射信号矩阵R_N，该矩阵由a行b列个像素组成，所述矩阵表示为：

其中，R_x，y为电离辐射信号矩阵R_N中第x行第y列的元素；依次类推，可以根据S₁-S_N-1获得其余的电离辐射信号矩阵。

4.如权利要求1-3任一项所述的基于面阵相机芯片的电离辐射计量方法，其特征在于，用二维高斯分布函数分析每个电离辐射信号矩阵中的电离辐射粒子或射线光子的数目,具体为：二维高斯分布函数公式表示为：

其中w、A_i、x_i、y_i、

和

为拟合后获得的常数，g为二维高斯分布函数的使用个数；

通过该公式拟合所有的电离辐射信号矩阵R_N，其中拟合优度≥阈值p的，将每次拟合获得的g值计入集合C，将集合C中的元素加和，得到总的电离辐射粒子或射线光子数目e，该数目与单位时间内的电离辐射剂量d成正比关系，所述关系的公式表示为：

其中f为像素单位时间内输出信号的次数，χ为转换系数，取决于面阵相机芯片的参数。

5.如权利要求1-3任一项所述的基于面阵相机芯片的电离辐射计量方法，其特征在于，用二维高斯分布函数拟合电离辐射信号矩阵得到该矩阵的峰值，将该峰值转换为该电离辐射粒子或射线光子的能量,具体为：在所述二维高斯分布函数公式拟合所有的电离辐射信号矩阵R_N后，将每次拟合获得的常数A₁至A_g计入集合H，找出H中元素的最小值A_min和最大值A_max，将A_min和A_max之间的区域分成u个等距区间，每个区间的长度为v；将集合H中的每个元素与所有的u个等距区间对比，若集合H中的某个元素A_i符合[A_min+(α-1)v]＜A_i≤(A_min+αv),则该元素A_i属于区间[A_min+(α-1)v，A_min+av]，其中α为区间编号，其取值范围为正整数，且α≤u，将集合H的所有元素进行对比并统计元素在不同区间的出现频率，元素出现频率最高的区间为[A_min+(α_max-1)v，A_min+α_maxv],其中α_max为元素出现频率最高的区间的区间编号，则K＝A_min+α_maxv即为出现频率最高的峰值信号；K与电离辐射的电离辐射的能量L成线性关系，所述关系的公式表示为：

L＝εK+q

其中ε为转换系数，取决于面阵相机芯片的参数，q为背底信号，根据该公式可得出电离辐射的能量L的值。

6.如权利要求1所述的基于面阵相机芯片的电离辐射计量方法，其特征在于，还包括步骤S4：将电离辐射剂量通过无线传输方式传输到终端设备。

7.一种采用权利要求1-6任一项所述的基于面阵相机芯片的电离辐射计量方法的电离辐射计量装置，其特征在于，包括面阵相机芯片、与所述面阵相机芯片信号输出端连接的处理芯片、与所述处理芯片信号输出端连接的显示屏和给所述面阵相机芯片、处理芯片和显示屏供电的电源；

所述面阵相机芯片用于捕获电离辐射粒子及射线光子，并将其转换为数字信号发送给所述处理芯片；

所述处理芯片处理面阵相机芯片产生的数字信号，并且输出电离辐射剂量到显示屏；

所述显示屏将电离辐射剂量进行数字化或图形化显示。

8.如权利要求7所述的电离辐射计量装置，其特征在于，所述处理芯片的输出端还连接无线信号传输装置，所述无线信号传输装置将电离辐射剂量通过无线传输方式传输到终端设备。

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