CN110646827B - 一种大视野放射源定位系统及定位方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种大视野放射源定位系统及定位方法，包括编码板、多个侧边屏蔽层和伽马成像探测器；其中，编码板用于对放射源的精确成像；侧边屏蔽层上开设有成像孔，多个侧边屏蔽层环绕伽马成像探测器设置，在伽马成像探测器外侧围成一筒状屏蔽结构，侧边屏蔽层上的成像孔用于扩大探测器视野，起到粗略成像和预警功能；伽马成像探测器用于处理伽马射线入射信息，获得编码板成像及成像孔成像，并对编码板成像及成像孔成像进行重建，然后对重建后图像进行检测，确定伽马射线入射角度及放射源位置。本发明的大视野放射源定位系统成像视野范围大，能避免盲目搜索；侧边成像孔小且灵敏度较低，不影响编码板的成像效果；制作成本低廉，定位过程简单快速。

Description

一种大视野放射源定位系统及定位方法
技术领域
本发明涉及核辐射探测技术领域，特别是指一种编码板结合小孔成像的大视野放射源定位系统及定位方法。
背景技术
探测伽马射线的核辐射定位仪对放射源的监测、定位及相关处理至关重要。随着科技的发展及放射源利用领域的扩大，人们对于探测器及探测系统的要求也随之提高。
现有技术中，基于编码孔径成像技术的编码板探测器被广泛用于放射源的定位和监测，但这些探测器的成像视野范围有限，为精确获得放射源的具体位置，需不断调整探测角度，该过程往往耗时较长。虽然为扩大探测视野，可采用多个编码板探测器同时探测的方式，但此方法会增加成本且设备较为笨重。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种编码板结合小孔成像的大视野放射源定位系统及定位方法，以解决上述编码孔成像探测系统中存在的探测放射源视野受限的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种大视野放射源定位系统，所述大视野放射源定位系统包括：编码板、多个侧边屏蔽层和伽马成像探测器；其中，每一侧边屏蔽层上分别开设有成像孔，所述多个侧边屏蔽层环绕所述伽马成像探测器设置，在所述伽马成像探测器外侧围成一筒状屏蔽结构，以使通过所述成像孔入射的伽马射线入射到所述伽马成像探测器上；
所述编码板和所述伽马成像探测器分别位于所述筒状屏蔽结构的两端，以使通过所述编码板入射的伽马射线入射到所述伽马成像探测器上；
所述伽马成像探测器用于处理通过所述编码板及成像孔入射的伽马射线入射信息，以通过所述编码板或成像孔对放射源进行成像；并通过所获得的放射源的成像效果及成像位置求解放射源的方位信息。
其中，所述伽马成像探测器包括图像重建模块，该图像重建模块用于：
根据所述成像孔和所述编码板对放射源成像的效果不同，采用预设迭代重建算法分别对成像孔和编码板所成的像进行重建，比较收敛后残差大小，从而确定放射源是位于成像孔视野或编码板视野，从而确定放射源的方位信息。
可选地，所述编码板的编码方式为随机阵列、非冗余阵列、均匀冗余阵列以及修正均匀冗余阵列中的任意一种。
其中，所述侧边屏蔽层的材质为密度不小于7g/cm3的材料。
其中，所述侧边屏蔽层为长方体结构，且所述侧边屏蔽层的侧面积大于所述伽马成像探测器的侧面积，并具有预设厚度。
可选地，所述成像孔为锥形针孔、刀形孔、船底形孔以及多棱柱形孔中的任意一种。
可选地，所述伽马成像探测器为闪烁探测器或半导体探测器。
可选地，所述图像重建模块所加载的预设迭代重建算法为最小二乘迭代、最大似然迭代以及期望最大化迭代中的任意一种。
相应地，为解决上述技术问题，本发明提供一种利用上述大视野放射源定位系统的定位方法，所述定位方法包括：
将定位系统对准需要搜索的方向，通过成像孔或编码板对放射源成像；
通过伽马成像探测器内所获得的放射源的成像效果及成像位置，求解放射源的方位信息。
其中，通过伽马成像探测器内获得的放射源的成像效果及成像位置，求解放射源的方位信息，包括：
当通过成像孔对放射源成像且成像孔的成像效果满足预设要求时，伽马成像探测器通过确定成像的中心与成像孔的连线方向，得到放射源的方位信息；
当通过成像孔对放射源成像但成像孔的成像效果不满足预设要求时，伽马成像探测器根据成像孔的成像结果确定放射源所在的空间范围，从而根据所确定的空间范围调整定位系统的角度，以通过编码板对放射源进行定位。
本发明的上述技术方案的有益效果如下：
(1)本发明的成像视野范围大，能避免盲目搜索；
(2)本发明中的侧面成像孔小且灵敏度较低，不影响编码板的成像效果；
(3)本发明制作成本低廉，定位过程简单快速。
附图说明
图1为本发明实施例提供的大视野放射源定位系统的结构示意图；
图2为本发明的大视野放射源定位系统视野扩大效果示意图，图中阴影部分为扩大的视野。
[主要元件符号说明]
1、编码板；2、侧边屏蔽层；3、伽马成像探测器；4、成像孔。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
本发明实施例提供一种大视野放射源定位系统，如图1所示，所述大视野放射源定位系统包括：编码板1、多个侧边屏蔽层2和伽马成像探测器3；
其中，每一侧边屏蔽层2上分别开设有成像孔4，多个侧边屏蔽层2环绕伽马成像探测器3设置，在所述伽马成像探测器3外侧围成一筒状屏蔽结构，以使通过所述成像孔4入射的伽马射线入射到所述伽马成像探测器3上；侧边屏蔽层2上的成像孔4的作用为用于获取编码板1视野外的核辐射信息；实现扩大探测器视野的效果，起到粗略成像和预警功能；视野扩大效果如图2所示。
所述编码板1和所述伽马成像探测器3分别位于所述筒状屏蔽结构的两端，以使通过所述编码板1入射的伽马射线入射到所述伽马成像探测器3上；其中，编码板1用于对放射源精确成像；
所述伽马成像探测器3用于处理通过编码板1及成像孔4入射的伽马射线入射信息，以通过编码板1或成像孔4对放射源进行成像；并根据成像孔4成像与编码板1成像的效果不同，及放射源不同入射角度得到的成像位置的不同，通过分析所获得的放射源的成像效果及成像位置求解放射源的方位信息。
其中，所述伽马成像探测器3包括图像重建模块，该图像重建模块用于：
根据成像孔4和编码板1对放射源成像的效果不同，采用预设迭代重建算法分别对成像孔4和编码板1所成的像进行重建，比较收敛后残差大小，从而确定放射源是位于成像孔4视野或编码板1视野，从而确定放射源的方位信息。
可选地，上述编码板1的编码方式为随机阵列(Random arrays,NA)、非冗余阵列(Non Redundant Arrays,NRA)、均匀冗余阵列(Uniformly Redundant Arrays,URA)及修正均匀冗余阵列(Modified Uniformly Redundant Arrays,MURA)中任一种。具体地，本实施例的编码板1采用由钨合金制作的修正均匀冗余阵列，当然可理解的是，本实施例并不限定编码板1的编码方式。
其中，上述侧边屏蔽层2的材质为高密度材料，密度不小于7g/cm3。且侧边屏蔽层2为长方体，其侧面积大于伽马成像探测器3的侧面积，并具有预设厚度。上述成像孔4为锥形针孔、刀形孔、船底形孔及多棱柱形孔中的任一种。
具体地，本实施例中的侧边屏蔽层2为钨合金材料，厚10mm，四个侧边各布置有一个成像孔4，采用锥形针孔，针孔中心尺寸1mm，针孔张角30度。
可选地，上述伽马成像探测器3为闪烁探测器或半导体探测器。具体地，本实施例中的伽马成像探测器3采用NaI(Tl)晶体阵列(晶体单元间隔1.65mm,阵列22*22)耦合一个位置灵敏光电倍增管PSPMT，型号H8500,由ADC将H8500的四路信号X+、X-、Y+、Y-读出，采用Anger算法进行伽马事件位置定位。当然可理解的是，本实施例并不限定伽马成像探测器3的具体类型。
可选地，上述图像重建模块所加载的预设迭代重建算法为最小二乘迭代、最大似然迭代以及期望最大化迭代中的任意一种。具体地，本实施例中采用的图像重建算法为最大释然估计；当然可以理解的是，本实施例并不限定图像重建模块所加载的图像重建算法的种类。
相应地，本实施例还提供一种利用上述大视野放射源定位系统的定位方法，所述定位方法包括：
将定位系统对准需要搜索的方向，通过成像孔或编码板对放射源成像；
通过伽马成像探测器内所获得的放射源的成像效果及成像位置，求解放射源的方位信息。
其中，通过伽马成像探测器内获得的放射源的成像效果及成像位置，求解放射源的方位信息时，若放射源较强，则在成像孔视野内即可得到良好的成像效果，此时若通过成像孔对放射源成像，成像孔的成像效果可满足预设要求，则可通过确定成像的中心与成像孔的连线方向，直接得到放射源的方位信息；
若放射源较弱，则成像孔成像效果不能满足预设要求，此时若通过成像孔对放射源成像，则可以先根据成像孔的粗略成像结果确定放射源所在的大致空间范围，从而根据所确定的空间范围调整定位系统的角度，以通过编码板对放射源进行精确定位。
此外，需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。
还需要说明的是，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种大视野放射源定位系统，包括编码板、多个侧边屏蔽层和伽马成像探测器；其特征在于，每一侧边屏蔽层上分别开设有成像孔，所述多个侧边屏蔽层环绕所述伽马成像探测器设置，在所述伽马成像探测器外侧围成一筒状屏蔽结构，以使通过所述成像孔入射的伽马射线入射到所述伽马成像探测器上；
所述编码板和所述伽马成像探测器分别位于所述筒状屏蔽结构的两端，以使通过所述编码板入射的伽马射线入射到所述伽马成像探测器上；
所述伽马成像探测器用于处理通过所述编码板及成像孔入射的伽马射线入射信息，以通过所述编码板或成像孔对放射源进行成像；并通过所获得的放射源的成像效果及成像位置求解放射源的方位信息。
2.如权利要求1所述的大视野放射源定位系统，其特征在于，所述伽马成像探测器包括图像重建模块，所述图像重建模块用于：
根据所述成像孔和所述编码板对放射源成像的效果不同，采用预设迭代重建算法分别对成像孔和编码板所成的像进行重建，比较收敛后残差大小，从而确定放射源是位于成像孔视野或编码板视野，从而确定放射源的方位信息。
3.如权利要求1所述的大视野放射源定位系统，其特征在于，所述编码板的编码方式为随机阵列、非冗余阵列、均匀冗余阵列以及修正均匀冗余阵列中的任意一种。
4.如权利要求1所述的大视野放射源定位系统，其特征在于，所述侧边屏蔽层的材质为密度不小于7g/cm3的材料。
5.如权利要求1所述的大视野放射源定位系统，其特征在于，所述侧边屏蔽层为长方体结构，且所述侧边屏蔽层的侧面积大于所述伽马成像探测器的侧面积，并具有预设厚度。
6.如权利要求1所述的大视野放射源定位系统，其特征在于，所述成像孔为锥形针孔、刀形孔、船底形孔以及多棱柱形孔中的任意一种。
7.如权利要求1所述的大视野放射源定位系统，其特征在于，所述伽马成像探测器为闪烁探测器或半导体探测器。
8.如权利要求2所述的大视野放射源定位系统，其特征在于，所述图像重建模块所加载的预设迭代重建算法为最小二乘迭代、最大似然迭代以及期望最大化迭代中的任意一种。
9.一种利用如权利要求1-8任一项所述的大视野放射源定位系统进行放射源定位的方法，其特征在于，所述方法包括：
将定位系统对准需要搜索的方向，通过成像孔或编码板对放射源成像；
通过伽马成像探测器内所获得的放射源的成像效果及成像位置，求解放射源的方位信息。
10.如权利要求9所述的放射源定位的方法，其特征在于，通过伽马成像探测器内获得的放射源的成像效果及成像位置，求解放射源的方位信息，包括：
当通过成像孔对放射源成像且成像孔的成像效果满足预设要求时，伽马成像探测器通过确定成像的中心与成像孔的连线方向，得到放射源的方位信息；
当通过成像孔对放射源成像但成像孔的成像效果不满足预设要求时，伽马成像探测器根据成像孔的成像结果确定放射源所在的空间范围，从而根据所确定的空间范围调整定位系统的角度，以通过编码板对放射源进行定位。
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