CN108776322A - 射线源定位方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种射线源定位方法，包括：对待检测环境成像得到所述待检测环境的图像，并测试得到所述待检测环境中各物质到达探测器的距离，基于所述待检测环境的图像及距离信息绘制所述待检测环境中各物质的三维立体图；检测所述待检测环境中射线源的定向角度范围；根据所述待检测环境中各物质的三维立体图校正所述定向角度范围，进而减小所述定向角度范围，提高定向精度。本发明通过把康普顿散射原理计算的射线源定向结果与被检测环境中的物质分布信息相结合，进一步校正了射线源的定向精度，同时获取射线源到探测器的精确距离，用于剂量和射线源活度的计算，有效提高测试系统的性能，扩展了应用的范围。
Description
技术领域
本发明涉及核辐射探测及核技术应用领域，特别是涉及一种射线源定位方法。
背景技术
放射性核素搜寻和探测识别技术，被广泛应用于环境监测、核电站运营全流程监管、其 它核设施的监测、核事故应急测试、核反恐中放射性核素走私或脏弹袭击的安保安防等领域。
在辐射探测和射线源搜寻领域，康普顿相机是常用的一种探测装置和方法。以探测器(康 普顿相机)为中心，整个球面沿着任意径向入射到探测器的光子都能被精确定向，从而给出 整个空间环境中放射性核素的径向分布图。
康普顿相机基于康普顿散射成像原理，通过探测器内部的光子散射原理对射线源的定向 角度进行检测，如图1所示为两点反应事例的原理图，射线源的入射方向可以被投影到一个 圆锥面投影上，圆锥面投影3的中心轴4通过两个反应位置(即图1中的射线在探测器内部 第一反应位置1及射线在探测器内部第二反应位置2，需要说明的是，上述两点反应事例与 所述射线在探测器内部第一反应位置1及所述射线在探测器内部第二反应位置2一一对应) 确定，可以用如下公式计算出所述圆锥面投影3的圆锥角：
其中，E0为所述射线源发出的射线的初始能量，E1为所述射线在探测器内部第一反应 位置1沉积的能量，meC2为电子质量。
但是这个方法和装置有一个局限性，只能给出放射性核素存在的方向，而放射性核素到 的探测器距离信息是无法给出的，因而不能给出精确的位置信息。同时当计算出的射线源圆 锥角，同时覆盖环境中的某一，或某些物质和空气空白空间时，不能对圆锥角修正。这些情 况对于后续的射线源活度计算的准确性都带来影响。
因此，如何进一步提升射线源的定位精度，进而提高射线源活度计算的准确性，已成为 本领域技术人员亟待解决的问题之一。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种射线源定位方法，用于解决 现有技术中康普顿相机只能定位射线源的方向且精度低的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种射线源定位方法，所述射线源定位方 法至少包括：
对待检测环境成像得到所述待检测环境的图像，并测试得到所述待检测环境中各物质到 达探测器的距离，基于所述待检测环境的图像及距离信息绘制所述待检测环境中各物质的三 维立体图；
检测所述待检测环境中射线源的定向角度范围；
根据所述待检测环境中各物质的三维立体图校正所述定向角度范围，进而减小所述定向 角度范围，提高定向精度。
优选地，采用光学成像、红外成像、激光成像或雷达成像的方式对所述待检测环境成像。
优选地，基于人工智能学习或机器学习的方式对所述检测信号进行分析获取各物质到达 探测器的距离值。
优选地，通过测距装置获取各物质到探测器距离的检测信号，进而获取各物质到达探测 器的距离值。
更优选地，采用超声波测距、红外测距、激光测距或雷达测距的方式对所述待检测环境 中各物质到探测器的距离进行探测。
优选地，检测所述定向角度范围的装置为伽马谱仪，伽马相机或康普顿相机。
优选地，基于康普顿散射原理确定所述定向角度范围。
优选地，所述定向角度范围满足如下关系式：
其中，E0为所述射线源的初始能量，E1为所述射线源在探测器内部第一反应位置沉积 的能量，meC2为电子质量。
优选地，校正所述定向角度范围的步骤包括：当所述定向角度范围同时覆盖一物质及空 白空间时，去除覆盖空白空间的角度范围，保留覆盖物质的角度范围作为校正后的定向角度 范围。
如上所述，本发明的射线源定位方法，具有以下有益效果：
本发明的射线源定位方法构建待检测环境中各物质的三维立体图，并检测待检测环境中 射线源的定向角度范围，根据各物质的三维立体图校正所述定向角度范围，减小所述定向角 度范围，提高定向精度，提升了系统的综合性能，进而大大提高后续射线源活度、剂量计算 的准确性。
附图说明
图1显示为现有技术中的康普顿散射原理示意图。
图2显示为本发明的射线源定位方法的流程示意图。
图3显示为本发明的待检测环境中各物质的三维立体图。
图4显示为本发明的射线源定位方法检测射线源的原理示意图。
图5显示为本发明的射线源定位方法校正定向角度范围的原理示意图。
元件标号说明
1 射线在探测器内部第一反应位置
2 射线在探测器内部第二反应位置
3 圆锥面投影
4 圆锥面投影的中心轴
5 探测器
6 第一物质
7 第二物质
8 第三物质
9 第四物质
S1～S3 步骤
S1’～S3’ 步骤
S1”～S3” 步骤
S11～S13 步骤
S11’～S13’ 步骤
S11”～S13” 步骤
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露 的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加 以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精 神下进行各种修饰或改变。
请参阅图2～图5。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的 基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及 尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型 态也可能更为复杂。
实施例一
如图2所示，本实施例提供一种射线源定位方法，所述射线源定位方法包括：
步骤S1：对待检测环境成像得到所述待检测环境的图像，并测试得到所述待检测环境中 各物质到达探测器的距离，基于所述待检测环境的图像及所述距离绘制所述待检测环境中各 物质的三维立体图。
具体地，步骤S1进一步包括：
步骤S11：对待检测环境成像得到所述待检测环境的图像，成像的方式包括但不限于光 学成像、红外成像、激光成像或雷达成像，任意可成像的方式均适用于本发明，在此不一一 赘述。在本实施例中，采用光学成像对所述待检测环境成像，所述待检测环境包括以探测器 为中心的球体空间。
步骤S12：通过测距装置获取各物质到探测器距离的检测信号，进而获取各物质到达探 测器的距离值。
更具体地，测试距离的方式包括但不限于超声波测距、红外测距、激光测距或雷达测距， 任意可实现距离检测的方式均适用于本发明，在此不一一赘述。在本实施例中，通过红外测 距采集红外发出到返回的时间差，再根据红外光的传播速度计算得到各物质到达探测器的距 离值。
需要说明的是，步骤S11及步骤S12可采用相同的装置进行成像和测距，以简化步骤， 节约成本。
步骤S13：基于所述待检测环境的图像及所述距离绘制所述待检测环境中各物质的三维 立体图。
具体地，通过所述待检测环境的图像中各物质的相对位置关系以及各物质到达探测器的 距离，得到所述待检测环境中各物质的三维立体图。
更具体地，如图3所示，在本实施例中，假设检测到所述待检测环境中存在四个物质， 分别为位于所述探测器5四个方向上的第一物质6、第二物质7、第三物质8及第四物质9， 所述三维立体图中仅能得到各物质与所述探测器5的相对位置，而相对位置也是不准确的， 且无法明确具体哪个物质上面有放射源存在。
步骤S2：检测所述待检测环境中射线源的定向角度范围。
具体地，通过伽马谱仪，伽马相机或康普顿相机检测所述待检测环境中射线源的定向角 度范围，任意可实现射线源检测的装置均适用于本发明，在此不一一赘述。
需要说明的是，所述伽马谱仪，伽马相机或康普顿相机的探测介质包括但不限于碲锌镉、 锗，砷化镓，碘化汞或溴化铊，任意可实现射线源检测的探测介质均适用于本发明，不以本 实施例为限。
具体地，在本实施例中，采用康普顿相机对射线源进行定向检测，如图1所示，所述定 向角度范围满足如下关系式：
其中，E0为所述射线源的初始能量，E1为所述射线源在探测器内部第一反应位置沉积 的能量，meC2为电子质量。
更具体地，基于康普顿散射原理所述探测器5检测到放射源，并确定其方向及定向角度 范围。如图4所示，作为本发明的一种实施方式，所述探测器5检测到放射源，并确定其定 向角度范围为第一角度θ1，所述第一角度θ1覆盖区域部分与所述第一物质6交叠，部分为 空白区域。
步骤S3：根据所述待检测环境中各物质的三维立体图校正所述定向角度范围，进而减小 所述定向角度范围，提高定向精度。
具体地，基于距离分布的信息及探测器定向的角度范围，重新校正探测器的定向角度范 围。
当所述定向角度范围同时覆盖一物质及空白空间时，去除覆盖空白空间的角度范围，保 留覆盖物质的角度范围作为校正后的定向角度范围；如图5所示，将所述定向角度范围缩小 为第二角度θ1’。
自此，对所有已经初步定向的射线源，执行步骤S3，去除虚假的分布角度信息，给出新 的分布信息结果，可以进一步减小康普顿散射定向的角度范围，提高定向的精度和距离信息 的准确性，以便于后续射线源活度、剂量计算的精确性。
实施例二
本实施例提供一种射线源定位方法，与实施例一的不同之处在于，采用人工智能学习或 机器学习的方式获取各物质到达探测器的距离值，所述射线源定位方法包括：
步骤S1’：对待检测环境成像得到所述待检测环境的图像，并测试得到所述待检测环境中 各物质到达探测器的距离，基于所述待检测环境的图像及所述距离绘制所述待检测环境中各 物质的三维立体图。
具体地，步骤S1’进一步包括：
步骤S11’：对待检测环境成像得到所述待检测环境的图像，成像的方式包括但不限于光 学成像、红外成像、激光成像或雷达成像，任意可成像的方式均适用于本发明，在此不一一 赘述。在本实施例中，采用光学成像对所述待检测环境成像，所述待检测环境包括以探测器 为中心的球体空间。
步骤S12’：采用人工智能学习或机器学习的方式对所述待检测环境的图像进行分析，进 而获取各物质到达探测器的距离值。
具体地，在本实施例中，采用人工智能学习的方法分析所述待检测环境的图像，根据所 述待检测环境的图像获取各物质到达探测器的距离值。人工智能学习使用算法来解析数据、 从中学习，然后对真实世界中的事件做出决策和预测；与传统的为解决特定任务、硬编码的 软件程序不同，人工智能学习是用大量的数据来“训练”，通过各种算法从数据中学习如何 完成任务；人工智能学习的具体步骤在此不一一赘述。
步骤S13’：基于所述待检测环境的图像及所述距离绘制所述待检测环境中各物质的三维 立体图。
步骤S2’：检测所述待检测环境中射线源的定向角度范围。
具体操作步骤与实施例一相同，在此不一一赘述。
步骤S3’：根据所述待检测环境中各物质的三维立体图校正所述定向角度范围，进而减小 所述定向角度范围，提高定向精度。
具体操作步骤与实施例一相同，在此不一一赘述。
实施例三
本实施例提供一种射线源定位方法，与实施例一的不同之处在于，采用测距装置与人工 智能学习或机器学习相结合的方式获取各物质到达探测器的距离值，所述射线源定位方法包 括：
步骤S1”：对待检测环境成像得到所述待检测环境的图像，并测试得到所述待检测环境 中各物质到达探测器的距离，基于所述待检测环境的图像及所述距离绘制所述待检测环境中 各物质的三维立体图。
具体地，步骤S1”进一步包括：
步骤S11”：对待检测环境成像得到所述待检测环境的图像，成像的方式包括但不限于光 学成像、红外成像、激光成像或雷达成像，任意可成像的方式均适用于本发明，在此不一一 赘述。在本实施例中，采用光学成像对所述待检测环境成像，所述待检测环境包括以探测器 为中心的球体空间。
步骤S12”：采用测距装置与人工智能学习或机器学习相结合的方式获取各物质到达探测 器的距离值。
具体地，在本实施例中，采用测距装置获取各物质到探测器距离的检测信号，进而获取 各物质到达探测器的距离值。同时采用人工智能学习的方法分析所述待检测环境的图像，根 据所述待检测环境的图像获取各物质到达探测器的距离值。具体操作方法与实施例一及实施 例二相同，在此不一一赘述。将两次得到的距离值作为相互校验，若两次距离值的误差小于 设定值，则选取其中一个距离值或选取两次距离值的平均值作为最终输出值；若两次距离值 的误差大于设定值，则重新测量并计算距离。
步骤S13”：基于所述待检测环境的图像及所述距离绘制所述待检测环境中各物质的三维 立体图。
步骤S2”：检测所述待检测环境中射线源的定向角度范围。
具体操作步骤与实施例一相同，在此不一一赘述。
步骤S3”：根据所述待检测环境中各物质的三维立体图校正所述定向角度范围，进而减 小所述定向角度范围，提高定向精度。
具体操作步骤与实施例一相同，在此不一一赘述。
综上所述，本发明提供一种射线源定位方法，包括：对待检测环境成像得到所述待检测 环境的图像，并测试得到所述待检测环境中各物质到达探测器的距离，基于所述待检测环境 的图像及所述距离绘制所述待检测环境中各物质的三维立体图；检测所述待检测环境中射线 源的定向角度范围；根据所述待检测环境中各物质的三维立体图校正所述定向角度范围，进 而减小所述定向角度范围，提高定向精度。本发明的射线源定位方法通过把康普顿散射原理 计算的射线源定向结果，与其它方式成像的被检测环境中的物质分布信息相结合，进一步校 正了射线源的定向精度，同时获取射线源到探测器的精确距离，用于剂量和射线源活度的计 算，有效提高的测试系统的性能，扩展了应用的范围。所以，本发明有效克服了现有技术中 的某些缺点而具产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技 术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡 所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等 效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (9)
1.一种射线源定位方法，其特征在于，所述射线源定位方法至少包括：
对待检测环境成像得到所述待检测环境的图像，并测试得到所述待检测环境中各物质到达探测器的距离，基于所述待检测环境的图像及距离信息绘制所述待检测环境中各物质的三维立体图；
检测所述待检测环境中射线源的定向角度范围；
根据所述待检测环境中各物质的三维立体图校正所述定向角度范围，进而减小所述定向角度范围，提高定向精度。
2.根据权利要求1所述的射线源定位方法，其特征在于：采用光学成像、红外成像、激光成像或雷达成像的方式对所述待检测环境成像。
3.根据权利要求2所述的射线源定位方法，其特征在于：基于人工智能学习或机器学习的方式对所述待检测环境的图像进行分析，进而获取各物质到达探测器的距离值。
4.根据权利要求1所述的射线源定位方法，其特征在于：通过测距装置获取各物质到探测器距离的检测信号，进而获取各物质到达探测器的距离值。
5.根据权利要求1或4所述的射线源定位方法，其特征在于：采用超声波测距、红外测距、激光测距或雷达测距的方式对所述待检测环境中各物质到探测器的距离进行探测。
6.根据权利要求1所述的射线源定位方法，其特征在于：检测所述定向角度范围的装置为伽马谱仪，伽马相机或康普顿相机。
7.根据权利要求1所述的射线源定位方法，其特征在于：基于康普顿散射原理确定所述定向角度范围。
8.根据权利要求1或7所述的射线源定位方法，其特征在于：所述定向角度范围满足如下关系式：
其中，E0为所述射线源的初始能量，E1为所述射线源在探测器内部第一反应位置沉积的能量，meC2为电子质量。
9.根据权利要求1所述的射线源定位方法，其特征在于：校正所述定向角度范围的步骤包括：当所述定向角度范围同时覆盖一物质及空白空间时，去除覆盖空白空间的角度范围，保留覆盖物质的角度范围作为校正后的定向角度范围。
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