CN115793019A - 放射源的空间定位方法及定位系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种放射源的空间定位方法及定位系统。该空间定位方法包括：提供第一探测装置和第二探测装置，呈预定角度间隔设置，第一探测装置具有第一探测范围，第二探测装置具有第二探测范围，第一探测范围与第二探测范围相交形成定位探测区；在定位探测区分别获取包括放射源的第一图像和第二图像；在第一探测范围以第一角分辨率为间距进行等分形成的多条等分线中获取与第一图像中的放射源相交的第一等分线的位置；在第二探测范围以第二角分辨率为间距进行等分形成的多条等分线中获取与第二图像中的放射源相交的第二等分线的位置；根据第一等分线的位置和第二等分线的位置获取第一等分线与第二等分线的交点位置，则交点位置即为放射源的空间位置。

Description

放射源的空间定位方法及定位系统

技术领域

本申请涉及辐射探测技术领域，特别是涉及一种放射源的空间定位方法及定位系统。

背景技术

随着我国核科学技术事业的发展，对核安全和放射源的辐射监测的要求也不断提高。在实际应用场景中，精确定位放射源的空间分布对于提升核安全监管能力至关重要，在工业及医用放射源安全管理、核事故应急处置、环境辐射监测、公共安全等领域具有广泛应用。

在实际应用场景中，对放射源进行精确定位是十分重要的。但是限于目前伽马辐射阵列探测器的像素个数较少、编码板的孔径不能太小等问题，尚无法在物理测量层面实际突破探测器像素个数限制实现更加高分辨的放射性成像，进而无法快速且准确地定位放射源。

发明内容

本申请的目的是提供一种放射源的空间定位方法及定位系统，该空间定位方法可以在短时间内获得放射源相对准确的空间位置。

一方面，本申请实施例提供了一种放射源的空间定位方法，包括：提供第一探测装置和第二探测装置，第一探测装置与第二探测装置之间呈预定角度间隔设置，第一探测装置具有第一探测范围，第二探测装置具有第二探测范围，第一探测范围与第二探测范围相交的区域形成定位探测区；通过第一探测装置和第二探测装置在定位探测区分别获取包括放射源的第一图像和第二图像；在第一探测范围以第一角分辨率为间距进行等分形成的多条第一等分线中，获取与第一图像中的放射源相交的第一等分线的位置，以及在第二探测范围以第二角分辨率为间距进行等分形成的多条第二等分线中，获取与第二图像中的放射源相交的第二等分线的位置；根据第一等分线的位置和第二等分线的位置获取第一等分线与第二等分线的交点位置，则交点位置即为放射源的空间位置。

根据本申请实施例的一个方面，第一探测装置和第二探测装置位于同一平面内。

根据本申请实施例的一个方面，第一探测装置与第二探测装置之间的预定角度为45°。

根据本申请实施例的一个方面，根据第一探测装置在定位探测区测量的单位时间内的第一射线数和第二探测装置在定位探测区测量的单位时间内的第二射线数，确定第一探测装置与放射源之间的第一间距和第二探测装置与放射源之间的第二间距之间的比例关系；根据第一间距与第二间距之间的比例关系以及第一探测装置与第二探测装置之间的相对位置关系，确定放射源的校正空间位置；如果放射源的空间位置与校正空间位置之间的距离大于阈值，则重新调整第一探测装置与第二探测装置之间的相对位置关系，以重新确定放射源的空间位置。

根据本申请实施例的一个方面，第一探测装置或者第二探测装置与放射源之间的距离为L时测量的单位时间内的第一发射数为N1，放射源在单位时间内发射的第二射线数为N2，则第一发射数N1、距离L与第二射线数N2之间满足如下关系：

根据本申请实施例的一个方面，第一探测装置与放射源之间的第一间距为L1时，在定位探测区测量的单位时间内的第三射线数为N3，第二探测装置与放射源之间的第二间距为L2时，在定位探测区测量的单位时间内的第四射线数为N4，则第三射线数N3、第四射线数N4、第一间距L1和第二间距L2之间满足如下关系：

另一方面，本申请实施例还提供了一种放射源的空间定位系统，包括：第一探测装置和第二探测装置，第一探测装置与第二探测装置之间呈预定角度间隔设置，第一探测装置具有第一探测范围，第二探测装置具有第二探测范围，第一探测范围与第二探测范围相交的区域形成定位探测区，第一探测装置和第二探测装置分别用于在定位探测区获取包括放射源的第一图像和第二图像；计算单元，配置为在第一探测范围以第一角分辨率为间距进行等分形成的多条第一等分线中，获取与第一图像中的放射源相交的第一等分线的位置；在第二探测范围以第二角分辨率为间距进行等分形成的多条第二等分线中，获取与第二图像中的放射源相交的第二等分线的位置；根据第一等分线的位置和第二等分线的位置获取第一等分线与第二等分线的交点位置，则交点位置即为放射源的空间位置。

根据本申请实施例的一个方面，计算单元进一步配置为，根据第一探测装置在定位探测区测量的单位时间内的第一射线数和第二探测装置在定位探测区测量的单位时间内的第二射线数，确定第一探测装置与放射源之间的第一间距和第二探测装置与放射源之间的第二间距之间的比例关系；根据第一间距与第二间距之间的比例关系以及第一探测装置与第二探测装置之间的相对位置关系，确定放射源的校正空间位置；如果放射源的空间位置与校正空间位置之间的距离大于阈值，则重新调整第一探测装置与第二探测装置之间的相对位置关系，以重新确定放射源的空间位置。

根据本申请实施例的一个方面，第一探测装置或者第二探测装置还包括计量器，计量器用于测量射源在单位时间内的射线数。

根据本申请实施例的一个方面，第一探测装置和第二探测装置为编码式伽马相机或者康普顿式伽马相机。

本申请实施例提供的一种放射源的空间定位方法及定位系统，该空间定位方法通过呈预定角度摆放的至少两个探测装置各自拍摄的放射源在图像中的几何位置关系，可以快速推算出放射源的空间位置。相对于相关技术对放射源的定位误差大、运算量大、计算时间较长来说，该空间定位方法可以在短时间内得到放射源相对准确的空间位置，易于推广使用。

附图说明

下面将参考附图来描述本申请示例性实施例的特征、优点和技术效果。在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。

图1示出根据本申请实施例的放射源的空间定位方法的流程框图示意图；

图2示出图1所示的空间定位方法中的第一探测装置和第二探测装置探测放射源的场景示意图；

图3示出图2所示的放射源在第一图像和第二图像中的位置对比示意图；

图4示出第一探测装置和第二探测装置与放射源之间的几何关系示意图。

具体实施方式

下面将详细描述本申请的各个方面的特征和示例性实施例。在下面的详细描述中，提出了许多具体细节，以便提供对本申请的全面理解。但是，对于本领域技术人员来说很明显的是，本申请可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本申请的示例来提供对本申请的更好的理解。在附图和下面的描述中，至少部分的公知结构和技术没有被示出，以便避免对本申请造成不必要的模糊；并且，为了清晰，可能夸大了部分结构的尺寸。此外，下文中所描述的特征、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。

下述描述中出现的方位词均为图中示出的方向，并不是对本申请的具体结构进行限定。在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸式连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

参阅图1至图3，本申请实施例提供了一种放射源的空间定位方法，包括如下所述的步骤S1～步骤S4。

在步骤S1中，提供第一探测装置1和第二探测装置2，第一探测装置1与第二探测装置2之间呈预定角度间隔设置，第一探测装置1具有第一探测范围D1，第二探测装置2具有第二探测范围D2，第一探测范围D1与第二探测范围D2相交的区域形成定位探测区T。

如图2所示，第一探测装置1和第二探测装置2可以为编码式伽马相机，也可以为康普顿式伽马相机。为了便于说明，本申请实施例以第一探测装置1和第二探测装置2为编码式伽马相机为例进行说明。

第一探测装置1和第二探测装置2之间呈预定角度间隔设置，第一探测装置1具有第一探测范围D1，第二探测装置2具有第二探测范围D2，第一探测范围D1与第二探测范围D2相交的区域形成定位探测区T。其中，第一探测范围D1和第二探测范围D2为二维探测区，第一探测装置1和第二探测装置2在二维探测区具有二维成像功能，定位探测区T为三维探测区，系统可以对该区域的放射源进行定位。

第一探测装置1和第二探测装置2采用Anger原理进行成像，包括准直器、多个探测器和电子学部分，可以对能量范围在E1～E2能量范围内的射线进行成像。为了保证只有在特定路径下的入射光子被检测到，需使用准直器进行准直。其中，准直器多采用针孔准直器。针孔准直器利用小孔成像的原理，将待检测的区域形成投影图，成像大小可以为原图像的特定比例，以提高位置分辨率。第一探测装置1的探测器包括第一闪烁体12和若干第一光电倍增管11，第二探测装置2的探测器包括第二闪烁体22和若干第一二光电倍增管21，可以将入射的伽玛射线转换为可以被探测的光子，经光电倍增管11、21光电转换并放大，输出可测电信号。电子学部分对探头输出的信号进行处理并计算。探头中相应位置的光电倍增管11、21将会产生不同幅值的电信号，幅值与入射光子的能量成正比，通过相应的算法进行处理，即可得到入射光子的位置信息和能量信息。

进一步地，第一探测装置1和第二探测装置2还包括编码板，编码板一般为平面板，其上的某些区域对能量在E1和E2之间的光子透明，而某些区域对这样的光子不透明。透明和不透明的区域称之为“编码元素”，具有相同的大小，而且是以一种事先确定的方式，例如Fresnel zones模式和随机小孔模式分布的。探测器的位置分辨率与编码孔匹配，而且只对能量在E1和E2之间的光子敏感。放射源发射的多条射线透过编码板上的透明区域(也可以称为编码孔)照射探测器，探测器就记录了多个编码孔图案的投影，每个投影都是对射线源对应点源位置的编码，每个投影的强度构成对应点源强度的编码。根据探测器得到的投影信息，就可以反推出射线源的分布情况。

在步骤S2中，通过第一探测装置1和第二探测装置2在定位探测区T分别获取包括放射源RS的第一图像P1和第二图像P2。

由于第一探测装置1和第二探测装置2的摆放位置不同，对相同的放射源所成的二维图像在几何位置上也会有所差别。图3所示为第一探测装置1和第二探测装置2分别对同一点状放射源RS进行二维成像所得的第一图像P1和第二图像P2。第一图像P1和第二图像P2分别呈方形。其中在第一图像P1中，放射源RS大致位于方形区域的中间位置。在第二图像P2中，放射源RS大致位于方形区域的边缘位置。

在步骤S3中，在第一探测范围D1以第一角分辨率为间距进行等分形成的多条第一等分线PL1中，获取与第一图像P1中的放射源RS相交的第一等分线PL1的位置；以及在第二探测范围D2以第二角分辨率为间距进行等分形成的多条第二等分线PL2中，获取与第二图像P2中的放射源RS相交的第二等分线PL2的位置。

第一探测装置1和第二探测装置2的角分辨率取决于探测器的像素个数。第一角分辨率与第二角分辨率的大小可以相同，也可以不同。获取与第一图像P1中的放射源RS相交的第一等分线PL1的位置，记录该第一等分线PL1对应的探测器的位置或者编号。获取与第二图像P2中的放射源RS相交的第二等分线PL2的位置，记录该第二等分线PL2对应的探测器的位置或者编号。

在步骤S4中，根据第一等分线PL1的位置和第二等分线PL2的位置获取第一等分线PL1与第二等分线PL2的交点位置，则交点位置即为放射源RS的空间位置。

可以理解的是，本申请实施例中放射源的空间定位方法不仅适用于编码式伽马相机，也适用于康普顿式伽马相机，或者其他伽马相机，不再赘述。

本申请实施例提供的一种放射源的空间定位方法及定位系统，该空间定位方法通过呈预定角度摆放的至少两个探测装置各自拍摄的放射源在图像中的几何位置关系，可以快速推算出放射源的空间位置。相对于相关技术对放射源的定位误差大、运算量大、计算时间较长来说，该空间定位方法可以在短时间内得到放射源相对准确的空间位置，易于推广使用。

在一些实施例中，如图2所示，第一探测装置1和第二探测装置2位于同一平面内。如此设置，可以节省空间，同时可以减少定位射线源RS的运算工作量。进一步可选地，第一探测装置1与第二探测装置2之间的预定角度为45°。

在一些实施例中，放射源的空间定位方法还包括步骤S5～步骤S7。

在步骤S5中，根据第一探测装置1在定位探测区T测量的单位时间内的第一射线数和第二探测装置2在定位探测区T测量的单位时间内的第二射线数，确定第一探测装置1与放射源RS之间的第一间距和第二探测装置2与放射源RS之间的第二间距之间的比例关系。

首先，第一探测装置1或者第二探测装置2与放射源RS之间的距离为L时测量的第一发射数为N1，放射源RS在单位时间内发射的第二射线数为N2，则第一发射数N1、距离L与第二射线数N2之间满足如下关系：

当放射源不变时，

可以视为常数，此时

在实际应用中，可由第一探测装置1或者第二探测装置2获得式中N₁的值，即探测装置的计数率。

其次，第一探测装置1与放射源RS之间的第一间距为L1时，在定位探测区T测量的单位时间内的第三射线数为N3，第二探测装置2与放射源RS之间的第二间距为L2时，在定位探测区T测量的单位时间内的第四射线数为N4，则第三射线数N3、第四射线数N4、第一间距L1和第二间距L2之间满足如下关系：

根据公式(1)可得，第一探测装置1与放射源RS之间的距离为第一间距L1时测量的第三射线数N3，以及第二探测装置2与放射源RS之间的距离为第二间距L2时测量的第四射线数N4，由此根据公式(2)可以得出第一间距L1与第二间距L2之间的比例关系。

在步骤S6中，根据第一间距与第二间距之间的比例关系以及第一探测装置1与第二探测装置2之间的相对位置关系，确定放射源RS的校正空间位置。

如图4所示，已知第一探测装置1与第二探测装置2之间的距离L3，以及第一间距L1与第二间距L2之间的比例关系，根据余弦定理可以得出第一间距L1与第二间距L2的具体数值。以第一探测装置1为圆心、第一间距L1为半径画第一圆，以第二探测装置2为圆心、第二间距L2为半径画第二圆，则第一圆与第二圆的交点即为放射源RS的校正空间位置。

在步骤S7中，如果放射源RS的空间位置与校正空间位置之间的距离大于阈值，则重新调整第一探测装置1与第二探测装置2之间的相对位置关系，以重新确定放射源RS的空间位置。由此可以更加精确地对放射源RS的空间位置进行定位。

需要说明的是，本申请实施例中第一探测装置1与第二探测装置2的数量不限于图中的一个，可以为更多个，且第一探测装置1与第二探测装置2的数量越多，放射源RS的空间位置定位越精确。

另外，如图2所示，本申请实施例还提供了一种放射源RS的空间定位系统，包括：第一探测装置1、第二探测装置2和计算单元。

第一探测装置1与第二探测装置2之间呈预定角度间隔设置，第一探测装置1具有第一探测范围D1，第二探测装置2具有第二探测范围D2，第一探测范围D1与第二探测范围D2相交的区域形成定位探测区T，第一探测装置1和第二探测装置2分别用于在定位探测区T获取包括放射源RS的第一图像P1和第二图像P2。

计算单元配置为在第一探测范围D1以第一角分辨率为间距进行等分形成的多条第一等分线PL1中，获取与第一图像P1中的放射源RS相交的第一等分线PL1的位置；在第二探测范围D2以第二角分辨率为间距进行等分形成的多条第二等分线PL2中，获取与第二图像P2中的放射源RS相交的第二等分线PL2的位置；根据第一等分线PL1的位置和第二等分线PL2的位置获取第一等分线PL1与第二等分线PL2的交点位置，则交点位置即为放射源RS的空间位置。

在一些实施例中，如图2所示，第一探测装置1和第二探测装置2位于同一平面内。如此设置，可以节省空间，同时可以减少定位射线源RS的运算工作量。进一步可选地，第一探测装置1与第二探测装置2之间的预定角度为45°。

在一些实施例中，计算单元进一步配置为，根据第一探测装置1在定位探测区T测量的单位时间内的第一射线数和第二探测装置2在定位探测区T测量的单位时间内的第二射线数，确定第一探测装置1与放射源RS之间的第一间距和第二探测装置2与放射源RS之间的第二间距之间的比例关系；根据第一间距与第二间距之间的比例关系以及第一探测装置1与第二探测装置2之间的相对位置关系，确定放射源RS的校正空间位置；如果放射源RS的空间位置与校正空间位置之间的距离大于阈值，则重新调整第一探测装置1与第二探测装置2之间的相对位置关系，以重新确定放射源RS的空间位置。

在一些实施例中，第一探测装置1或者第二探测装置2还包括计量器，计量器用于测量放射源RS在单位时间内的射线数。

本申请实施例提供的一种放射源的空间定位系统，通过呈预定角度摆放的至少两个探测装置各自拍摄的放射源在图像中的几何位置关系，可以快速推算出放射源的空间位置。相对于相关技术对放射源的定位误差大、运算量大、计算时间较长来说，该空间定位方法可以在短时间内得到放射源相对准确的空间位置，易于推广使用。

虽然已经参考优选实施例对本申请进行了描述，但在不脱离本申请的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本申请并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (10)

1.一种放射源的空间定位方法，其特征在于，包括：

提供第一探测装置和第二探测装置，所述第一探测装置与所述第二探测装置之间呈预定角度间隔设置，所述第一探测装置具有第一探测范围，所述第二探测装置具有第二探测范围，所述第一探测范围与所述第二探测范围相交的区域形成定位探测区；

通过所述第一探测装置和所述第二探测装置在所述定位探测区分别获取包括放射源的第一图像和第二图像；

在所述第一探测范围以第一角分辨率为间距进行等分形成的多条第一等分线中，获取与所述第一图像中的所述放射源相交的所述第一等分线的位置，以及在所述第二探测范围以第二角分辨率为间距进行等分形成的多条第二等分线中，获取与所述第二图像中的所述放射源相交的所述第二等分线的位置；

根据所述第一等分线的位置和所述第二等分线的位置获取所述第一等分线与所述第二等分线的交点位置，则所述交点位置即为所述放射源的空间位置。

2.根据权利要求1所述的空间定位方法，其特征在于，所述第一探测装置和所述第二探测装置位于同一平面内。

3.根据权利要求1或2所述的空间定位方法，其特征在于，所述第一探测装置与所述第二探测装置之间的所述预定角度为45°。

4.根据权利要求1所述的空间定位方法，其特征在于，还包括：

根据所述第一探测装置在所述定位探测区测量的单位时间内的第一射线数和所述第二探测装置在所述定位探测区测量的单位时间内的第二射线数，确定所述第一探测装置与所述放射源之间的第一间距和所述第二探测装置与所述放射源之间的第二间距之间的比例关系；

根据所述第一间距与所述第二间距之间的比例关系以及所述第一探测装置与所述第二探测装置之间的相对位置关系，确定所述放射源的校正空间位置；

如果所述放射源的所述空间位置与所述校正空间位置之间的距离大于阈值，则重新调整所述第一探测装置与所述第二探测装置之间的相对位置关系，以重新确定所述放射源的所述空间位置。

5.根据权利要求4所述的空间定位方法，其特征在于，所述第一探测装置或者所述第二探测装置与所述放射源之间的距离为L时测量的单位时间内的第一发射数为N1，所述放射源在单位时间内发射的第二射线数为N2，则所述第一发射数N1、所述距离L与所述第二射线数N2之间满足如下关系：

6.根据权利要求4所述的空间定位方法，其特征在于，所述第一探测装置与所述放射源之间的第一间距为L1时，在所述定位探测区测量的单位时间内的第三射线数为N3，所述第二探测装置与所述放射源之间的第二间距为L2时，在所述定位探测区测量的单位时间内的第四射线数为N4，则第三射线数N3、第四射线数N4、第一间距L1和第二间距L2之间满足如下关系：

7.一种放射源的空间定位系统，其特征在于，包括：

第一探测装置和第二探测装置，所述第一探测装置与所述第二探测装置之间呈预定角度间隔设置，所述第一探测装置具有第一探测范围，所述第二探测装置具有第二探测范围，所述第一探测范围与所述第二探测范围相交的区域形成定位探测区，所述第一探测装置和所述第二探测装置分别用于在所述定位探测区获取包括放射源的第一图像和第二图像；

计算单元，配置为在所述第一探测范围以第一角分辨率为间距进行等分形成的多条第一等分线中，获取与所述第一图像中的所述放射源相交的所述第一等分线的位置；在所述第二探测范围以第二角分辨率为间距进行等分形成的多条第二等分线中，获取与所述第二图像中的所述放射源相交的所述第二等分线的位置；根据所述第一等分线的位置和所述第二等分线的位置获取所述第一等分线与所述第二等分线的交点位置，则所述交点位置即为所述放射源的空间位置。

8.根据权利要求7所述的空间定位系统，其特征在于，所述计算单元进一步配置为，根据所述第一探测装置在所述定位探测区测量的单位时间内的第一射线数和所述第二探测装置在所述定位探测区测量的单位时间内的第二射线数，确定所述第一探测装置与所述放射源之间的第一间距和所述第二探测装置与所述放射源之间的第二间距之间的比例关系；

根据所述第一间距与所述第二间距之间的比例关系以及所述第一探测装置与所述第二探测装置之间的相对位置关系，确定所述放射源的校正空间位置；

如果所述放射源的所述空间位置与所述校正空间位置之间的距离大于阈值，则重新调整所述第一探测装置与所述第二探测装置之间的相对位置关系，以重新确定所述放射源的所述空间位置。

9.根据权利要求8所述的空间定位系统，其特征在于，所述第一探测装置或者所述第二探测装置还包括计量器，所述计量器用于测量所述放射源在单位时间内的射线数。

10.根据权利要求7所述的空间定位系统，其特征在于，所述第一探测装置和所述第二探测装置为编码式伽马相机或者康普顿式伽马相机。

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