CN118311072A - 一种利用散射和吸收信息的x射线能谱成像定量分析方法 - Google Patents
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Abstract
本公开涉及材料检测技术领域，尤其涉及一种利用散射和吸收信息的X射线能谱成像定量分析方法，包括利用目标X射线成像系统得到待测样品的目标吸收信息及目标小角散射信息；目标吸收信息基于目标X射线源透射待测样品后的光强及目标X射线源的光强确定；目标小角散射信息基于目标X射线源照射到待测样品后产生的散射信号确定；计算目标吸收信息与目标小角散射信息的目标比值；根据目标比值及预设的标准数据，对待测样品进行鉴定；标准数据包括多个已知样品对应的标准比值；标准比值为通过目标X射线成像系统得到的已知样品的吸收信息与小角散射信息的比值。通过本公开，利用目标吸收信息与目标小角散射信息的目标比值，准确鉴定待测样品。
Description
技术领域
本公开涉及材料检测技术领域，尤其涉及一种利用散射和吸收信息的X射线能谱成像定量分析方法。
背景技术
X射线能谱成像是指利用X射线照射到样品，X射线穿过样品时，会与样品内部发生相互作用，这些相互作用会导致X射线能量的损失或改变，从而形成了特定的成像信息；针对不同的材料的样品，可以形成不同的成像信息；因而，可以通过成像信息鉴定样品。在利用X射线能谱成像鉴定样品时，如何实现利用成像信息进行准确鉴定具有重要意义。
发明内容
有鉴于此，本公开提出了一种利用散射和吸收信息的X射线能谱成像定量分析方法、装置、电子设备及存储介质。
根据本公开的一方面，提供了一种利用散射和吸收信息的X射线能谱成像定量分析方法，所述方法包括：
利用目标X射线成像系统得到待测样品的目标吸收信息及目标小角散射信息；其中，所述目标吸收信息基于目标X射线源透射所述待测样品后的光强及所述目标X射线源的光强确定；所述目标小角散射信息基于所述目标X射线源照射到所述待测样品后产生的散射信号确定；
计算所述目标吸收信息与目标小角散射信息的目标比值；
根据所述目标比值及预设的标准数据，对所述待测样品进行鉴定；所述标准数据包括多个已知样品对应的标准比值；其中，每一已知样品对应的标准比值为通过所述目标X射线成像系统得到的该已知样品的吸收信息与小角散射信息的比值。
在一种可能的实现方式中，所述目标X射线成像系统中配置有X射线能谱探测器，所述目标X射线源的能谱中包括多个光子能量值；所述目标吸收信息包括所述多个光子能量值对应的吸收信息，所述目标小角散射信息包括所述多个光子能量值对应的小角散射信息；所述目标比值包括所述多个光子能量值对应的比值；
所述利用目标X射线成像系统得到待测样品的目标吸收信息及目标小角散射信息，包括：
利用所述X射线能谱探测器探测所述多个光子能量值对应的吸收信息及小角散射信息，并筛选出每一光子能量值对应的吸收信息及所述每一光子能量值对应的小角散射信息；
所述计算所述目标吸收信息与目标小角散射信息的目标比值，包括：
计算所述多个光子能量值中同一光子能量值对应的吸收信息与小角散射信息的比值，得到所述多个光子能量值对应的比值。
在一种可能的实现方式中，所述目标X射线成像系统中配置有X射线能谱探测器，所述目标X射线源的能谱中包括多个光子能量值，所述多个光子能量值包括第一光子能量值；所述目标吸收信息包括所述多个光子能量值对应的吸收信息，所述目标小角散射信息包括所述多个光子能量值对应的小角散射信息；所述目标比值包括所述第一光子能量值对应的比值；
所述利用目标X射线成像系统得到待测样品的目标吸收信息及目标小角散射信息，包括：
利用所述X射线能谱探测器探测所述多个光子能量值对应的吸收信息及小角散射信息，并筛选出所述第一光子能量值对应的吸收信息及所述第一光子能量值对应的小角散射信息；
所述计算所述目标吸收信息与目标小角散射信息的目标比值，包括：
通过计算所述第一光子能量值对应的吸收信息与所述第一光子能量值对应的小角散射信息的比值，得到所述第一光子能量值对应的比值。
在一种可能的实现方式中，所述目标X射线成像系统中配置有X射线能谱探测器，所述目标X射线源的能谱中包括第二光子能量值；所述目标吸收信息包括所述第二光子能量值对应的吸收信息，所述目标小角散射信息包括所述第二光子能量值对应的小角散射信息；所述目标比值包括所述第二光子能量值对应的比值；
所述利用目标X射线成像系统得到待测样品的目标吸收信息及目标小角散射信息，包括：
利用所述X射线能谱探测器探测所述第二光子能量值对应的吸收信息及小角散射信息；
所述计算所述目标吸收信息与目标小角散射信息的目标比值，包括：
通过计算所述第二光子能量值对应的吸收信息与所述第二光子能量值对应的小角散射信息的比值，得到所述第二光子能量值对应的比值。
在一种可能的实现方式中，所述目标X射线成像系统中配置有能量积分型探测器，所述目标X射线源的能谱中包括多个光子能量值；所述目标吸收信息包括所述多个光子能量值对应的平均吸收信息，所述目标小角散射信息包括所述多个光子能量值对应的平均小角散射信息；所述目标比值包括平均光子能量值对应的比值；
所述利用目标X射线成像系统得到待测样品的目标吸收信息及目标小角散射信息，包括：
利用所述能量积分型探测器探测所述平均吸收信息及平均小角散射信息；
所述计算所述目标吸收信息与目标小角散射信息的目标比值，包括：
通过计算所述平均吸收信息与所述平均小角散射信息的比值，得到所述平均光子能量值对应的比值。
在一种可能的实现方式中，所述目标X射线成像系统中配置有能量积分型探测器；所述目标X射线源配置有X射线管，所述X射线管的不同管电压产生不同的非单色光源，每一非单色光源的能谱中均包括多个光子能量值；所述目标吸收信息包括所述每一非单色光源对应的平均吸收信息，所述目标小角散射信息包括所述每一非单色光源对应的平均小角散射信息；所述目标比值包括所述每一非单色光源的平均光子能量值对应的比值；
所述利用目标X射线成像系统得到待测样品的目标吸收信息及目标小角散射信息，包括：
利用所述能量积分型探测器探测所述每一非单色光源对应的平均吸收信息及平均小角散射信息；
所述计算所述目标吸收信息与目标小角散射信息的目标比值，包括：
计算所述每一非单色光源对应的平均吸收信息及平均小角散射信息的比值，得到所述每一非单色光源的平均光子能量值对应的比值。
在一种可能的实现方式中，所述目标X射线源包括配置有X射线管的光源、同步辐射光源、逆康普顿光源或自由电子激光光源；所述X射线能谱探测器为光子计数型能谱探测器。
在一种可能的实现方式中，所述利用目标X射线成像系统得到待测样品的目标吸收信息及目标小角散射信息，包括：
利用所述目标X射线成像系统，基于X射线成像技术得到所述待测样品的目标吸收信息及目标小角散射信息；其中，所述X射线成像技术包括以下中任一项：光栅的干涉测量成像方法、基于晶体分析仪的成像方法、编码孔径成像方法。
根据本公开的另一方面，提供了一种利用散射和吸收信息的X射线能谱成像定量分析装置，所述装置包括：
获取模块，用于利用目标X射线成像系统得到待测样品的目标吸收信息及目标小角散射信息；其中，所述目标吸收信息基于目标X射线源透射所述待测样品后的光强及所述目标X射线源的光强确定；所述目标小角散射信息基于所述目标X射线源照射到所述待测样品后产生的散射信号确定；
计算模块，用于计算所述目标吸收信息与目标小角散射信息的目标比值；
鉴定模块，用于根据所述目标比值及预设的标准数据，对所述待测样品进行鉴定；所述标准数据包括多个已知样品对应的标准比值；其中，每一已知样品对应的标准比值为通过所述目标X射线成像系统得到的该已知样品的吸收信息与小角散射信息的比值。
根据本公开的另一方面，提供了一种电子设备，包括：处理器；用于存储处理器可执行指令的存储器；其中，所述处理器被配置为在执行所述存储器存储的指令时，实现上述方法。
根据本公开的另一方面，提供了一种非易失性计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，其中，所述计算机程序指令被处理器执行时实现上述方法。
根据本公开的另一方面，提供了一种计算机程序产品，包括计算机可读代码，或者承载有计算机可读代码的非易失性计算机可读存储介质，当所述计算机可读代码在电子设备的处理器中运行时，所述电子设备中的处理器执行上述方法。
通过本公开实施例，利用目标X射线成像系统得到待测样品的目标吸收信息及目标小角散射信息；其中，所述目标吸收信息基于目标X射线源透射所述待测样品后的光强及所述目标X射线源的光强确定；所述目标小角散射信息基于所述目标X射线源照射到所述待测样品后产生的散射信号确定；计算所述目标吸收信息与目标小角散射信息的目标比值；根据所述目标比值及预设的标准数据，对所述待测样品进行鉴定；所述标准数据包括多个已知样品对应的标准比值；其中，每一已知样品对应的标准比值为通过所述目标X射线成像系统得到的该已知样品的吸收信息与小角散射信息的比值。这样，使用样品的吸收信息和小角散射信息的比值作为样品的材料的表征，从而利用目标X射线成像系统得到待测样品的目标吸收信息及目标小角散射信息，进而通过目标吸收信息与目标小角散射信息的目标比值，准确鉴定待测样品。
根据下面参考附图对示例性实施例的详细说明，本公开的其它特征及方面将变得清楚。
附图说明
包含在说明书中并且构成说明书的一部分的附图与说明书一起示出了本公开的示例性实施例、特征和方面，并且用于解释本公开的原理。
图1示出根据本公开一实施例的一种利用散射和吸收信息的X射线能谱成像定量分析方法的流程图；
图2示出根据本公开一实施例的一种利用散射和吸收信息的X射线能谱成像定量分析方法的流程图；
图3示出根据本公开一实施例的一种利用散射和吸收信息的X射线能谱成像定量分析方法的流程图；
图4示出根据本公开一实施例的一种利用散射和吸收信息的X射线能谱成像定量分析方法的流程图；
图5示出根据本公开一实施例的一种利用散射和吸收信息的X射线能谱成像定量分析方法的流程图；
图6示出根据本公开一实施例的一种利用散射和吸收信息的X射线能谱成像定量分析方法的流程图；
图7示出根据本公开一实施例的利用两个非单色光源的平均光子能量值对应的比值对不同矿石进行检测的结果示意图；
图8示出根据本公开一实施例的一种利用散射和吸收信息的X射线能谱成像定量分析方法的流程图；
图9示出根据本公开一实施例的一种利用散射和吸收信息的X射线能谱成像定量分析装置的结构图；
图10示出根据本公开一实施例的电子设备1900的框图。
具体实施方式
以下将参考附图详细说明本公开的各种示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。
在本说明书中描述的参考“一个实施例”或“一些实施例”等意味着在本申请的一个或多个实施例中包括结合该实施例描述的特定特征、结构或特点。由此，在本说明书中的不同之处出现的语句“示例性”、“在一个实施例中”、“在一些实施例中”、“在其他一些实施例中”、“在另外一些实施例中”等不是必然都参考相同的实施例，而是意味着“一个或多个但不是所有的实施例”，除非是以其他方式另外特别强调。术语“包括”、“包含”、“具有”及它们的变形都意味着“包括但不限于”，除非是以其他方式另外特别强调。
本申请中，“至少一个”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：包括单独存在A，同时存在A和B，以及单独存在B的情况，其中A，B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指的这些项中的任意组合，包括单项（个）或复数项（个）的任意组合。例如，a，b，或c中的至少一项（个），可以表示：a，b，c，a-b，a-c，b-c，或a-b-c，其中a，b，c可以是单个，也可以是多个。
另外，为了更好的说明本公开，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本公开同样可以实施。在一些实例中，对于本领域技术人员熟知的方法、手段、元件和电路未作详细描述，以便于凸显本公开的主旨。
在X射线成像中，当入射到样品的X射线为单色光束时，样品对该X射线的吸收强度遵循比尔定律，如下述公式（1）所示：
………………(1)
其中，A表示样品对X射线的吸收强度；和分别为X射线穿过样品后的光强和X射
线入射进样品的光强；是沿X射线传播路径的方向，是样品在方向的线性衰减系数。
在实际的医学X射线成像中，由于X射线管产生的X射线通常为多色光束。在这种情
况下，被X射线穿过的样品的线性衰减系数将取决于X射线的光子能量，相应的，上述公式
(1)可以表示为下述公式（2）的形式：
其中，A表示样品对X射线的吸收强度，为X射线的能谱（或光谱），和分别为
X射线穿过样品后的光强和X射线入射进样品的光强，是沿X射线传播路径的方向，为
入射进样品的X射线的光子能量值为时对应的穿过样品后的X射线的能量值，为光
子能量值为时样品沿方向的衰减系数。
该公式(2)不再是一个简单的线性积分，不满足比尔定律；然而，在某些应用范围内，例如乳腺X光检查等领域内，根据理论和实验已经证明上述公式(1)对多色光束近似成立。因此，当入射到样品的X射线为多色光束时，存在下述公式（3）所示的关系：
……………………(3)
其中，A表示样品对X射线的吸收强度，和分别为X射线穿过样品后的光强和X射
线入射进样品的光强，是沿X射线传播路径的方向，表示在X射线的光子能量值为（即平均光子能量值）时样品沿方向的有效衰减系数。
对于单一材料组成的样品，上述公式(3)可以简化为下述公式（4）的形式：
…………………………(4)
其中，A表示样品对X射线的吸收强度，为样品沿X射线的光束方向的厚度，表示在X射线的光子能量值为（即平均光子能量值）时样品的有效衰减系数。
然而，在传统的基于样品对X射线吸收的成像技术中，如果没有预先校准，利用上
述公式（4）进行定量成像（例如鉴别样品的材料或确定样品的材料成分）是不可能的；其困
难在于，上述公式(4)有两个未知的参数：即有效衰减系数和样品沿X射线的光束方
向的厚度；相同的吸收强度值可以代表样品的厚度和样品的有效衰减系数的多
个不同数值组合。
为了解决这个问题，可以引入另一个物理量，以抵消公式（4）中样品沿X射线的光
束方向的厚度；这个物理量可以与样品对X射线的吸收强度A同时获得，从而最大限度地减
少由于在不同情况下对样品进行成像所造成的误差，获取样品准确的定量信息。
本公开实施例中，基于样品对X射线的小角散射的成像技术，引入了一个物理量，
以抵消公式（4）中样品沿X射线的光束方向的厚度，其中，小角散射的成像技术的原理如
下：样品内部微米或纳米范围内的任何不均匀性都会导致照射到该样品的X射线中光子的
散射；这种前向散射集中在非常小的角度上，因此被称为小角度散射。局部小角度散射强度
的测量可以提供样品的重要结构信息，因此被广泛应用于样品的材料的表征。研究表明，样
品的小角度散射强度，例如通过光栅干涉仪或衍射增强成像等方式获得的样品的小角散射
强度，与上述公式（1）中样品对单色光束的X射线的吸收强度相似，如下述公式（5）所示：
………………………(5)
其中，表示样品对X射线的小角度散射强度；为穿过样品后的X射线的光束散
射角分布的二阶矩，是沿X射线传播路径的方向；为入射进样品的X射线的光子能量
值为时样品沿方向的广义散射参数，该广义散射参数可以表征样品的材料，其功能可以
等同于上述公式（1）中的线性衰减系数。
通常可以用高斯分布近似来模拟发生散射的单色光束的X射线，单色光束的X射线
的光子能量值为一固定值；则该光子能量值对应的散射角分布由下述公式（6）表示：
其中，为穿过样品后的X射线的散射角的均值，为穿过样品后的X射线的光束
散射角分布的二阶矩。
对于多色光束的X射线，多色光束的X射线的光子能量值包括多个数值；将所有不
同光子能量值对应的进行非相干叠加，得到下述公式（7）所示的穿过样品后的X射线
的总散射角分布：
其中，为穿过样品后的多色光束的X射线的总散射角分布，为X射线的能
谱，表示光子能量值为时对应的散射角的分布，为光子能量值为时对应的
散射角的均值，为光子能量值为时对应的散射角分布的二阶矩，为X射线
的能谱的积分区间。
如果多色光束的X射线的能谱为一个连续函数，并在积分区间上归一化，则积
分的均值定理表明，存在下述公式（8）的关系：
其中，为穿过样品后的多色光束的X射线的总散射角分布；为X射线的能
谱；为X射线的能谱的积分区间；表示平均光子能量，即多色光束的X射线的多
个光子能量值的均值，是该范围内的一个常数；为光子能量值为时对应的散
射角的均值，为光子能量值为时对应的散射角分布的二阶矩。
上述公式(8)表明，穿过样品后的多色光束的X射线的总散射角分布仍然是一
个高斯分布。对于单一材料的样品，样品对多色光束的X射线的小角度散射强度S可以转换
成下述公式（9）的形式：
其中，为光子能量值为时对应的散射角分布的二阶矩，为X射线的能
谱，为光子能量值为时对应的散射角分布的二阶矩，为能谱的积分区
间，是该范围内的一个常数；为入射进样品的X射线的光子能量值为时样品的
广义散射参数；为样品沿X射线的光束方向的厚度，表示样品在光子能量值为（即
平均光子能量值）时的有效散射参数。
基于积分的均值定理以及每个单一光子能量值对应的散射角分布是独立的事实；
在X射线能谱总体上是连续的且光束硬化效应不严重时，例如乳腺X线医学摄影等成像
应用场景中，上述公式(4)和公式(9)的线性关系仍旧成立。
其中，公式（9）中有效散射参数即为引入的物理量；在入射到样品的X射线
为多色光束时（例如普通X射线管发射的X射线），上述公式(4)中的样品对多色光束的X射线
的吸收强度A和公式(9)中样品对多色光束的X射线的小角度散射强度S均与样品沿X射线的
光束方向的厚度L呈线性关系，计算多色光束的X射线的吸收强度A与样品对多色光束的X射
线的小角度散射强度S的比值，如下述公式（10）所示：
………………………(10)
其中，R表示样品对多色光束的X射线的吸收强度A与样品对多色光束的X射线的小
角度散射强度S的比值，表示样品在光子能量值为时的有效散射参数，表示
在X射线的光子能量值为时样品的有效衰减系数，是入射到样品的X射线的平均光子能
量。
由于公式（10）所示的比值R不依赖于样品沿X射线的光束方向的厚度L，因此比值R
自然可以被认为是X射线成像中样品的材料的特征。无论样品沿X射线的光束方向的厚度L
如何，在同一检测环境下，相同材料的样品都应该显示出相同的。因此，可以利用公
式（10），通过计算样品的，对样品进行鉴定。
需要说明的是，对于可压缩样品，如医学成像中的乳腺腺组织和脂肪组织等，当处
于不同的压缩情况时，可压缩样品的有效衰减系数和有效散射参数都可能发生变化；因此，
相应的有效衰减系数与有效散射参数的也会相应变化，相应的，可以在同一检测环
境下，保持一致的压缩情况，则相同材料的可压缩样品同样具有相同的。
更进一步地，在普适性的X射线能谱条件下，即入射到样品的X射线为多色光束的X
射线，此时，X射线具有较宽的能谱范围（即具有多个光子能量值）；示例性地，可使用光子计
数型能谱探测器等类型的探测器，以从探测到的信息中，筛选出光子能量值分别为、时对应的探测信息，即多个单色光束的X射线的信息，以便针对每一光子能量
值对应的探测信息进行单独分析，如下述公式（11）所示：
……………………(11)
其中，、表示入射到样品的多色光束的X射线的n个不同的光子能量
值，、、…分别表示样品对各光子能量值的X射线的吸收强度；、、…分别表示各光子能量值对应的样品的有效衰减系数；为样
品沿X射线的光束方向的厚度；n为不小于1的整数。
同理，可得到下述（12）所示的关系：
……………………（12）
其中，、表示入射到样品的多色光束的X射线的n个不同的光子能量
值，、、…分别表示样品对各光子能量值的X射线的小角度散射强度；、、…分别表示各光子能量值时样品的有效散射系数；为样品沿X
射线的光束方向的厚度；
根据上述公式（11）和公式（12）可以得到下述公式（13）：
其中，、表示入射到样品的多色光束的X射线的n个不同的光子能量
值，、、…分别表示样品对各光子能量值的X射线的小角度散射强度；、、
…分别表示样品对各光子能量值的X射线的吸收强度；、分别表示样品
对各光子能量值的X射线的吸收强度与对相应的光子能量值的X射线的小角度散射强度的
比值；、、…分别表示各光子能量值对应的样品的有效衰
减系数；、、…分别表示各光子能量值对应的样品的有效
散射系数；为样品沿X射线的光束方向的厚度。
由于不同材料的样品在多个光子能量值下对应的比值R是不完全相同的（可能有
部分的比值R相同），因此，在获得了样品在多个光子能量值下的多个比值R后，即可以在成
像中准确地鉴别样品。这样，利用公式（13），可以抵消未知参数，通过计算样品的多个，对样品进行鉴定。示例性地，上述公式（13）所示的多个（即、）
可以组成“比值图像”，也可称为R图像；例如，可以取两个，以这两个分别作为
二维比值图像的坐标轴，同一材料的样品对应的二维比值图像中相同或相近的点，而不同
材料的样品对应的二维比值图像中的点不同，因而，可以准确地鉴别不同的样品。
本公开实施例提供了一种基于X射线能谱成像的定量分析方法（详细描述参见下文），使用样品的吸收信息和小角散射信息的比值作为样品的材料的表征，从而利用目标X射线成像系统得到待测样品的目标吸收信息及目标小角散射信息，进而通过目标吸收信息与目标小角散射信息的目标比值，准确鉴定待测样品，例如，可以鉴定待测样品的材料、组成成分等等信息，可以应用于包括材料科学、无损检测和医学成像等等领域，例如安检中的行包检查、工业中的矿石筛查和医学成像中的X光胸片、钙化点和结石鉴别等。作为一个示例，可以利用目标X射线成像系统获得待测样品的平均吸收信息及平均小角散射信息，进而通过上述公式（10）计算待测样品的平均光子能量值（或能窗）对应的目标比值，从而准确鉴别待测样品。作为另一个示例，可以利用目标X射线成像系统待测样品的一个光子能量值对应的吸收信息及小角散射信息，进而通过上述公式（13）中任一项计算待测样品的目标比值，从而准确鉴别待测样品。作为另一个示例，由于不同材料组成的样品的不同光子能量值对应的比值是不完全相同的（可能有部分的比值相同），从而可以利用目标X射线成像系统获得待测样品的多个光子能量值对应的吸收信息及小角散射信息，进而通过公式（13）计算出待测样品在多个光子能量值对应的多个目标比值后，可以更准确地鉴别待测样品。
下面对本公开实施例提供的利用散射和吸收信息的X射线能谱成像定量分析方法进行详细说明。
图1示出根据本公开一实施例的一种利用散射和吸收信息的X射线能谱成像定量分析方法的流程图，示例性地，该方法可以由处理器执行，例如，可以由电子设备的中央处理器执行，也可以由服务器或服务器群执行。如图1所示，可以包括以下步骤：
步骤101、利用目标X射线成像系统得到待测样品的目标吸收信息及目标小角散射信息；其中，所述目标吸收信息基于目标X射线源透射所述待测样品后的光强及所述目标X射线源的光强确定；所述目标小角散射信息基于所述目标X射线源照射到所述待测样品后产生的散射信号确定。
示例性地，目标吸收信息可以为待测样品对目标X射线源的吸收强度，例如，可以
为上述公式（10）中A或公式（13）中、、…；目标小角度散射信息可以为待测样
品对目标X射线源的小角度散射强度，例如，可以为上述公式（10）中S或公式（13）中、、…。
作为一个示例，目标吸收信息可以包括多个光子能量值对应的吸收信息，目标小
角散射信息包括该多个光子能量值对应的小角散射信息；例如，目标吸收信息可以包括公
式（13）中、、…，目标小角散射信息可以包括公式（13）中、、…。
作为另一个示例，目标吸收信息可以包括一个光子能量值对应的吸收信息，目标
小角散射信息包括该光子能量值对应的小角散射信息，例如，目标吸收信息可以包括公式
（13）中、、…中任一项，目标小角散射信息可以包括公式（13）中、、…
中与目标吸收信息对应的一项。
作为另一个示例，目标吸收信息可以包括多个光子能量值对应的平均吸收信息；目标小角散射信息包括该多个光子能量值对应的平均小角散射信息；例如，目标吸收信息可以包括公式（10）中A，目标小角散射信息可以包括公式（10）中S。
需要说明的是，可以根据需要选择任意的能够探测待测样品的目标吸收信息及目标小角散射信息的X射线成像系统，例如，可以使用基于光栅的多特性X射线能谱成像系统。
在一种可能的实现方式中，所述利用目标X射线成像系统得到待测样品的目标吸收信息及目标小角散射信息，包括：利用所述目标X射线成像系统，基于X射线成像技术得到所述待测样品的目标吸收信息及目标小角散射信息；其中，所述X射线成像技术包括以下中任一项：光栅的干涉测量成像方法、基于晶体分析仪的成像方法、编码孔径成像方法。此外，还可以包括其他任何可以记录吸收信息和小角度散射信息的X射线成像技术。这样，目标X射线成像系统具备进行X射线衰减成像及X射线小角散射成像的功能，从而可以得到测样品的目标吸收信息及目标小角散射信息。
作为一个示例，目标X射线成像系统中至少包括：目标X射线源、样品固定装置、探测器；在实际工作过程中，将待测样品固定在样品固定装置，目标X射线源发出X射线，照射到待测样品，目标X射线源通过待测样品后，会有部分能量被待测样品吸收，同时，待测样品被目标X射线源照射后产生小角散射信号；进而通过探测器可以接收小角散射信号、目标X射线源透射待测样品后的光强及目标X射线源的光强（即照射到被测样品的光强），实现X射线能谱成像，其中，基于探测器接收到小角散射信号可以确定目标小角散射信息；基于探测器接收到标X射线源透射待测样品后的光强及目标X射线源的光强可以确定目标吸收信息。目标X射线成像系统中还可以包括其他的部件，对此不作限定。
步骤102、计算所述目标吸收信息与目标小角散射信息的目标比值。
示例性地，可以通过上述公式（10）或公式（13）计算目标吸收信息与目标小角散射信息的目标比值。
作为一个示例，在目标吸收信息包括多个光子能量值对应的吸收信息，目标小角
散射信息包括该多个光子能量值对应的小角散射信息时；则可以通过公式（13）计算该多个
光子能量值对应的比值，即、。
作为另一个示例，在目标吸收信息包括一个光子能量值对应的吸收信息，目标小
角散射信息包括该光子能量值对应的小角散射信息时，则可以通过公式（13）中任一项计算
该光子能量值对应的比值，即计算、中对应的一项。
作为另一个示例，目标吸收信息包括多个光子能量值对应的平均吸收信息；目标小角散射信息包括该多个光子能量值对应的平均小角散射信息；则可以通过公式（10）计算平均光子能量值对应的比值，即计算R，其中，平均光子能量值即为目标X射线成像系统检测到的该多个光子能量值的平均值。
步骤103、根据所述目标比值及预设的标准数据，对所述待测样品进行鉴定；所述标准数据包括多个已知样品对应的标准比值；其中，每一已知样品对应的标准比值为通过所述目标X射线成像系统得到的该已知样品的吸收信息与小角散射信息的比值。
示例性地，对待测样品进行鉴定可以包括：鉴定待测样品的材料或材料组成等。
在实际的检测过程中，预先利用目标X射线成像系统获得多个已知的不同材料的样品（即已知样品）的吸收信息与小角散射信息的比值，作为标准比值；进而根据待测样品的目标比值及该标准比值，在已知的不同材料的样品中确定与待测样品一致或最为相似的样品，从而鉴定出待测样品的材料。需要说明的是，可以根据实际应用需要，确定已知样品，从而预先构建出标准数据，并可以根据需要，更新标准数据；其中，构建标准数据与对待测样品进行鉴定需要在相同的X射线成像系统中进行，从而得到在相同检测环境下的标准比值与目标比值。例如，各已知样品对应的标准比值可以包括通过公式（13）计算的多个光子能量值对应的标准比值，还可以包括通过公式（13）中任一项计算出的一个光子能量值对应的标准比值，还可以包括通过公式（10）计算平均光子能量值对应的标准比值。
在一种可能的实现方式中，可以预先利用目标X射线成像系统，得到各已知样品的标准比值，在目标X射线成像系统得到待测样品的目标吸收信息及目标小角散射信息，进而计算出目标比值后，利用机器学习等技术与标准比值进行对比分析，即可准确鉴定待测样品的材料。示例性地，可以利用利用标准比值预先训练神经网络模型，其中，神经网络模型可以为常规的分类模型，可以通过现有方式，对神经网络模型进行训练；这样，在实际检测过程中，将待测样品的目标比值输入到训练好的神经网络模型中，从而可以确定已知样品中与待测样品最为相似的样品，从而可以鉴定出待测样品。
本公开实施例中，利用目标X射线成像系统得到待测样品的目标吸收信息及目标小角散射信息；其中，所述目标吸收信息基于目标X射线源透射所述待测样品后的光强及所述目标X射线源的光强确定；所述目标小角散射信息基于所述目标X射线源照射到所述待测样品后产生的散射信号确定；计算所述目标吸收信息与目标小角散射信息的目标比值；根据所述目标比值及预设的标准数据，对所述待测样品进行鉴定；所述标准数据包括多个已知样品对应的标准比值；其中，每一已知样品对应的标准比值为通过所述目标X射线成像系统得到的该已知样品的吸收信息与小角散射信息的比值。这样，使用样品的吸收信息和小角散射信息的比值作为样品的材料的表征，从而利用目标X射线成像系统得到待测样品的目标吸收信息及目标小角散射信息，进而通过目标吸收信息与目标小角散射信息的目标比值，准确鉴定待测样品。作为一个示例，可以利用目标X射线成像系统获得待测样品的平均吸收信息及平均小角散射信息，进而通过上述公式（10）计算待测样品的平均光子能量值（或能窗）对应的目标比值，从而准确鉴别待测样品。作为另一个示例，可以利用目标X射线成像系统获取待测样品的一个光子能量值对应的吸收信息及小角散射信息，进而通过上述公式（13）中任一项计算待测样品的目标比值，从而准确鉴别待测样品。作为另一个示例，由于不同材料组成的样品的不同光子能量值对应的比值是不完全相同的（可能有部分的比值相同），从而可以利用目标X射线成像系统获得待测样品的多个光子能量值对应的吸收信息及小角散射信息，进而通过公式（13）计算出待测样品在多个光子能量值对应的多个目标比值后，可以更准确地鉴别待测样品。
下面以不同的检测场景下，对上述图1中利用散射和吸收信息的X射线能谱成像定量分析方法进行示例性地说明。
场景一、所述目标X射线成像系统中配置有X射线能谱探测器，所述目标X射线源的能谱中包括多个光子能量值；所述目标吸收信息包括所述多个光子能量值对应的吸收信息，所述目标小角散射信息包括所述多个光子能量值对应的小角散射信息；所述目标比值包括所述多个光子能量值对应的比值。
该场景中，目标X射线源为多色光束的X射线；当该多色光束的X射线照射到待测样品表面后，针对该多个光束中的每一单色光束，待测样品均会吸收能量，并会产生散射信号。
图2示出根据本公开一实施例的一种利用散射和吸收信息的X射线能谱成像定量分析方法的流程图，如图2所示，可以包括以下步骤：
步骤201、利用所述X射线能谱探测器探测所述多个光子能量值对应的吸收信息及小角散射信息，并筛选出每一光子能量值对应的吸收信息及所述每一光子能量值对应的小角散射信息。
在一种可能的实现方式中，所述目标X射线源包括配置有X射线管的光源、同步辐射光源、逆康普顿光源或自由电子激光光源，也可以为其他任意类型的X射线源，对此不作限定；所述X射线能谱探测器为光子计数型能谱探测器。示例性地，X射线能谱探测器为可以筛选特定单色光子能量信息的光子计数型能谱探测器；从而可以筛选出每一光子能量值对应的吸收信息及所述每一光子能量值对应的小角散射信息。
作为一个示例，利用X射线能谱探测器探测的多个光子能量值对应的吸收信息可
以包括公式（13）中、、…在内的信息，其中，、、…即为筛选出的每
一光子能量值对应的吸收信息，利用X射线能谱探测器探测的多个光子能量值对应小角散
射信息可以包括公式（13）中、、…在内的信息，其中，、、…即为筛选出
的每一光子能量值对应的小角散射信息；n的具体数值可以根据需要进行设定，对此不作限
定。
步骤202、计算所述多个光子能量值中同一光子能量值对应的吸收信息与小角散射信息的比值，得到所述多个光子能量值对应的比值。
示例性地，针对上述筛选出的每一光子能量值，计算该光子能量值对应的吸收信息与该光子能量值对应的小角散射信息的比值，从而得到该光子能量值对应的比值。
作为一个示例，可以通过公式（13）计算该多个光子能量值对应的比值，即、，其中，、即为不同光子能量值对应的比值。
步骤203、根据所述多个光子能量值对应的比值及预设的标准数据，对所述待测样品进行鉴定。
示例性地，预设的标准数据可以包括多个已知样品对应的标准比值；其中，每一已知样品对应的标准比值为通过所述X射线能谱探测器探测的该已知样品的吸收信息与小角散射信息的比值。
作为一个示例，各已知样品对应的标准比值可以包括通过公式（13）计算的多个光子能量值对应的标准比值。示例性地，可以利用目标X射线成像系统对若干种已知样品进行探测，针对每一已知样品，利用光子计数型能谱探测器筛选出每一光子能量值对应的吸收信息及小角散射信息，计算每一光子能量对应的标准比值。
示例性地，预先利用各已知样品的多个光子能量值对应的标准比值对神经网络模型进行训练；在实际检测过程中，将待测样品的多个光子能量值对应的目标比值输入到训练好的神经网络模型中，可以确定已知样品中与待测样品最为相似的样品，从而可以鉴定出待测样品。
其中，步骤201-203分别为该步骤为上述图1中步骤101-103中一种可能实现方式。
本公开实施例中，利用所述X射线能谱探测器探测多个光子能量值（即多色光束）对应的吸收信息及小角散射信息，并筛选出每一光子能量值（即单色光束）对应的吸收信息及所述每一光子能量值对应的小角散射信息；并计算所述多个光子能量值中同一光子能量值对应的吸收信息与小角散射信息的比值；进而根据多个光子能量值对应的比值对待测样品进行鉴定。这样，采用能谱探测的方式，即采用多个单一光子能量值对应的多个比值进行分析，从而准确鉴定待测样品。可以理解的是，在对待测样品进行鉴定时，光子能量值的数量越多，即得到越多的目标比值，待测样品鉴定的准确率越高。
场景二、所述目标X射线成像系统中配置有X射线能谱探测器，所述目标X射线源的能谱中包括多个光子能量值，所述多个光子能量值包括第一光子能量值；所述目标吸收信息包括所述多个光子能量值对应的吸收信息，所述目标小角散射信息包括所述多个光子能量值对应的小角散射信息；所述目标比值包括所述第一光子能量值对应的比值。
该场景中，目标X射线源为多色光束的X射线；当该多色光束的X射线照射到待测样品表面后，针对该多个光束中的每一单色光束，待测样品均会吸收能量，并会产生散射信号。
图3示出根据本公开一实施例的一种利用散射和吸收信息的X射线能谱成像定量分析方法的流程图，如图3所示，可以包括以下步骤：
步骤301、利用所述X射线能谱探测器探测所述多个光子能量值对应的吸收信息及小角散射信息，并筛选出所述第一光子能量值对应的吸收信息及所述第一光子能量值对应的小角散射信息。
其中，第一光子能量值可以为多个光子能量值中的任一光子能量值。
在一种可能的实现方式中，所述目标X射线源包括配置有X射线管的光源、同步辐射光源、逆康普顿光源或自由电子激光光源，也可以为其他任意类型的X射线源，对此不作限定；所述X射线能谱探测器为光子计数型能谱探测器。示例性地，X射线能谱探测器为可以筛选特定单色光子能量信息的光子计数型能谱探测器；从而可以筛选出第一光子能量值对应的吸收信息及第一光子能量值对应的小角散射信息。
作为一个示例，利用X射线能谱探测器探测的多个光子能量值对应的吸收信息可
以包括公式（13）中、、…在内的信息，其中，、、…中任一项即为
筛选出的第一光子能量值对应的吸收信息，利用X射线能谱探测器探测的多个光子能量值
对应小角散射信息可以包括公式（13）中、、…在内的信息，其中，、、…
中的对应项即为筛选出的第一光子能量值对应的小角散射信息。
步骤302、通过计算所述第一光子能量值对应的吸收信息与所述第一光子能量值对应的小角散射信息的比值，得到所述第一光子能量值对应的比值。
示例性地，可以通过上述公式（13）中计算第一光子能量值对应的吸收信息与第
一光子能量值对应的小角散射信息的目标比值。
步骤303、根据所述第一光子能量值对应的比值及预设的标准数据，对所述待测样品进行鉴定。
示例性地，预设的标准数据可以包括多个已知样品对应的标准比值；其中，每一已知样品对应的标准比值为通过所述X射线能谱探测器探测的该已知样品的吸收信息与小角散射信息的比值。
作为一个示例，各已知样品对应的标准比值可以包括通过公式（13）计算的第一光子能量值对应的标准比值。示例性地，可以利用目标X射线成像系统对若干种已知样品进行探测，针对每一已知样品，利用光子计数型能谱探测器筛选出第一光子能量值对应的吸收信息及小角散射信息，计算第一光子能量对应的标准比值。
示例性地，预先利用各已知样品的第一光子能量值对应的标准比值对神经网络模型进行训练；在实际检测过程中，将待测样品的第一光子能量值对应的目标比值输入到训练好的神经网络模型中，可以确定已知样品中与待测样品最为相似的样品，从而可以鉴定出待测样品。
其中，步骤301-303分别为该步骤为上述图1中步骤101-103中一种可能实现方式。
本公开实施例中，利用所述X射线能谱探测器探测所述多个光子能量值对应的吸收信息及小角散射信息，并筛选出所述第一光子能量值对应的吸收信息及所述第一光子能量值对应的小角散射信息，通过计算所述第一光子能量值对应的吸收信息与所述第一光子能量值对应的小角散射信息的比值，得到所述第一光子能量值对应的比值，根据所述第一光子能量值对应的比值及预设的标准数据，对所述待测样品进行鉴定。这样，采用多色光束的X射线源，采用能谱探测的方式并采用单一光子能量值对应的单一比值进行分析，从而准确方便地鉴定待测样品。
场景三、所述目标X射线成像系统中配置有X射线能谱探测器，所述目标X射线源的能谱中包括第二光子能量值；所述目标吸收信息包括所述第二光子能量值对应的吸收信息，所述目标小角散射信息包括所述第二光子能量值对应的小角散射信息；所述目标比值包括所述第二光子能量值对应的比值。
该场景中，目标X射线源为单色光束的X射线；当该单色光束的X射线照射到待测样品表面后，待测样品会吸收部分能量，并会产生散射信号。
图4示出根据本公开一实施例的一种利用散射和吸收信息的X射线能谱成像定量分析方法的流程图，如图4所示，包括以下步骤：
步骤401、利用所述X射线能谱探测器探测所述第二光子能量值对应的吸收信息及小角散射信息；
其中，第一光子能量值可以根据需要进行设定，对此不作限定。
在一种可能的实现方式中，所述目标X射线源包括配置有X射线管的光源、同步辐射光源、逆康普顿光源或自由电子激光光源，也可以为其他任意类型的X射线源，对此不作限定；所述X射线能谱探测器为光子计数型能谱探测器。示例性地，目标X射线源可以为单色或准单色X射线光源。
作为一个示例，利用X射线能谱探测器探测的第二光子能量值对应的吸收信息可
以为公式（13）中、、…中任一项；利用X射线能谱探测器探测的第二光子能
量值对应小角散射信息可以为公式（13）中、、…中的对应项。
步骤402、通过计算所述第二光子能量值对应的吸收信息与所述第二光子能量值对应的小角散射信息的比值，得到所述第二光子能量值对应的比值。
示例性地，可以通过上述公式（13）中计算第二光子能量值对应的吸收信息与第
二光子能量值对应的小角散射信息的目标比值。
步骤403、根据所述第二光子能量值对应的比值及预设的标准数据，对所述待测样品进行鉴定。
示例性地，预设的标准数据可以包括多个已知样品对应的标准比值；其中，每一已知样品对应的标准比值为通过所述X射线能谱探测器探测的该已知样品的吸收信息与小角散射信息的比值。
作为一个示例，各已知样品对应的标准比值可以包括通过公式（13）计算的第二光子能量值对应的标准比值。示例性地，可以利用目标X射线成像系统对若干种已知样品进行探测，针对每一已知样品，利用光子计数型能谱探测器筛选出第二光子能量值对应的吸收信息及小角散射信息，计算第二光子能量对应的标准比值。
示例性地，预先利用各已知样品的第二光子能量值对应的标准比值对神经网络模型进行训练；在实际检测过程中，将待测样品的第二光子能量值对应的目标比值输入到训练好的神经网络模型中，可以确定已知样品中与待测样品最为相似的样品，从而可以鉴定出待测样品。
其中，步骤401-403分别为该步骤为上述图1中步骤101-103中一种可能实现方式。
本公开实施例中，利用所述X射线能谱探测器探测所述第二光子能量值对应的吸收信息及小角散射信息；通过计算所述第二光子能量值对应的吸收信息与所述第二光子能量值对应的小角散射信息的比值，得到所述第二光子能量值对应的比值；根据所述第二光子能量值对应的比值及预设的标准数据，对所述待测样品进行鉴定。这样，采用能谱探测的方式，利用单色或准单色X射线光源，采用单一光子能量值对应的单一比值进行分析，从而准确方便地鉴定待测样品。
场景四、所述目标X射线成像系统中配置有能量积分型探测器，所述目标X射线源的能谱中包括多个光子能量值；所述目标吸收信息包括所述多个光子能量值对应的平均吸收信息，所述目标小角散射信息包括所述多个光子能量值对应的平均小角散射信息；所述目标比值包括平均光子能量值对应的比值。
该场景中，目标X射线源为多色光束的X射线；当该多色光束的X射线照射到待测样品表面后，待测样品均吸收部分能量，并会产生散射信号。
图5示出根据本公开一实施例的一种利用散射和吸收信息的X射线能谱成像定量分析方法的流程图，如图5所示，包括以下步骤：
步骤501、利用所述能量积分型探测器探测所述平均吸收信息及平均小角散射信息。
示例性地，所述目标X射线源包括配置有X射线管的光源、同步辐射光源、逆康普顿光源或自由电子激光光源，也可以为其他任意类型的X射线源，对此不作限定。
示例性地，在目标X射线源照射到待测样品后，通过能量积分型探测器可以收集吸收信息，即为多个光子能量值对应的平均吸收信息；通过能量积分型探测器可以收集小角散射信息，即为多个光子能量值对应的平均小角散射信息。
作为一个示例，利用能量积分型探测器探测的多个光子能量值对应的平均吸收信息作为公式（10）中A，利用能量积分型探测器探测的多个光子能量值对应的平均小角散射信息作为公式（10）中S。
步骤502、通过计算所述平均吸收信息与所述平均小角散射信息的比值，得到所述平均光子能量值对应的比值。
作为一个示例，可以通过公式（10）计算该平均光子能量值对应A与S比值R。
步骤503、根据所述平均光子能量值对应的比值及预设的标准数据，对所述待测样品进行鉴定。
示例性地，预设的标准数据可以包括多个已知样品对应的标准比值；其中，每一已知样品对应的标准比值为通过所述能量积分型探测器探测的该已知样品的吸收信息与小角散射信息的比值。
作为一个示例，各已知样品对应的标准比值可以包括通过公式（10）计算的平均光子能量值对应的标准比值。示例性地，可以利用目标X射线成像系统对若干种已知样品进行探测，针对每一已知样品，利用能量积分型探测器收集多个光子能量值的平均吸收信息及平均小角散射信息，进而计算该多个光子能量值的平均光子能量值对应的标准比值。
示例性地，预先利用各已知样品的平均光子能量值对应的标准比值对神经网络模型进行训练；在实际检测过程中，将待测样品的平均光子能量值对应的目标比值输入到训练好的神经网络模型中，可以确定已知样品中与待测样品最为相似的样品，从而可以鉴定出待测样品。
其中，步骤501-503分别为该步骤为上述图1中步骤101-103中一种可能实现方式。
本公开实施例中，利用所述能量积分型探测器探测所述平均吸收信息及平均小角散射信息；通过计算所述平均吸收信息与所述平均小角散射信息的比值，得到所述平均光子能量值对应的比值；根据所述平均光子能量值对应的比值及预设的标准数据，对所述待测样品进行鉴定。这样，利用能量积分型探测器探测多个光子能量值对应的平均吸收信息及平均小角散射信息，从而直接采用X射线源发射出的全能谱（包括该多个光子能量值）进行分析，从而准确方便地鉴定待测样品。
场景五、所述目标X射线成像系统中配置有能量积分型探测器；所述目标X射线源配置有X射线管，所述X射线管的不同管电压产生不同的非单色光源，每一非单色光源的能谱中均包括多个光子能量值；所述目标吸收信息包括所述每一非单色光源对应的平均吸收信息，所述目标小角散射信息包括所述每一非单色光源对应的平均小角散射信息；所述目标比值包括所述每一非单色光源的平均光子能量值对应的比值。
该场景中，目标X射线源为不同能量的多色光束的X射线，即不同能量的非单色光源；当每一非单色光源照射到待测样品表面后，待测样品均吸收部分能量，并会产生散射信号。
图6示出根据本公开一实施例的一种利用散射和吸收信息的X射线能谱成像定量分析方法的流程图，如图6所示，包括以下步骤：
步骤601、利用所述能量积分型探测器探测所述每一非单色光源对应的平均吸收信息及平均小角散射信息。
示例性地，所述目标X射线源包括配置有X射线管的光源、同步辐射光源、逆康普顿光源或自由电子激光光源，也可以为其他任意类型的X射线源，对此不作限定。
示例性地，在X射线管产生的某一非单色光源照射到待测样品后，通过能量积分型探测器可以收集吸收信息，即为该非单色光源对应的平均吸收信息；通过能量积分型探测器可以收集小角散射信息，即为该非单色光源对应的平均小角散射信息。
作为一个示例，利用能量积分型探测器探测的每一非单色光源对应的平均吸收信息均可作为公式（10）中A，利用能量积分型探测器探测的每一非单色光源对应的平均小角散射信息均可作为公式（10）中S。
步骤602、计算所述每一非单色光源对应的平均吸收信息及平均小角散射信息的比值，得到所述每一非单色光源的平均光子能量值对应的比值。
作为一个示例，针对每一非单色光源，可以通过公式（10）计算该非单色光源的平
均光子能量值对应平均吸收信息A与平均小角散射信息S的比值R。
步骤603、根据所述每一非单色光源的平均光子能量值对应的比值及预设的标准数据，对所述待测样品进行鉴定。
示例性地，预设的标准数据可以包括多个已知样品对应的标准比值；其中，每一已知样品对应的标准比值为通过所述能量积分型探测器探测的该已知样品的吸收信息与小角散射信息的比值。
作为一个示例，各已知样品对应的标准比值可以包括通过公式（10）计算的每一非单色光源的平均光子能量值对应的标准比值。示例性地，可以利用目标X射线成像系统对若干种已知样品进行探测，针对每一已知样品，利用能量积分型探测器收集每一非单色光源对应的平均吸收信息及平均小角散射信息，进而计算每一非单色光源的平均光子能量值对应的标准比值。
示例性地，预先利用各已知样品的每一非单色光源的平均光子能量值对应的标准比值对神经网络模型进行训练；在实际检测过程中，通过调节X射线管的管电压，产生不同的非单色光源，并将计算得到的待测样品的每一非单色光源的平均光子能量值对应的目标比值输入到训练好的神经网络模型中，可以确定已知样品中与待测样品最为相似的样品，从而可以鉴定出待测样品。
图7示出根据本公开一实施例的利用两个非单色光源的平均光子能量值对应的比
值对不同矿石进行检测的结果示意图。如图7所示，每个点代表了不同的矿石样品，共六个
矿石样品；图中的轴的坐标表示在X射线管的较高管电压时测得的不同矿石样品的平均
光子能量值对应的比值；轴的坐标表示在X射线管的较低管电压时测得的不同矿石标本
的平均光子能量值对应的比值。由图7可知，不同的矿石样品的这两个比值不同，在图7中，
可以明显区分各个不同的矿石样品。
其中，步骤601-603分别为该步骤为上述图1中步骤101-103中一种可能实现方式。
本公开实施例中，利用所述能量积分型探测器探测所述每一非单色光源对应的平均吸收信息及平均小角散射信息；计算所述每一非单色光源对应的平均吸收信息及平均小角散射信息的比值，得到所述每一非单色光源的平均光子能量值对应的比值；根据所述每一非单色光源的平均光子能量值对应的比值及预设的标准数据，对所述待测样品进行鉴定。这样，通过调节X射线管的电压值产生不同的非单色光源，并利用能量积分型探测器探测每一非单色光源对应的平均吸收信息及平均小角散射信息，从而直接采用X射线源发射出的全能谱（包括该多个光子能量值）进行分析，并利用多个非单色光源的平均光子能量值对应的多个比值，从而更加准确地鉴定待测样品。
需要说明的是，在上述图1-图6中的实施例中，需要预先利用目标X射线成像系统获得多个已知的不同材料的样品（即已知样品）的吸收信息与小角散射信息的比值，作为标准比值，进而利用目标X射线成像系统获得待测样品的目标比值对待测样品进行鉴定。以上述场景一为例，图8示出根据本公开一实施例的一种利用散射和吸收信息的X射线能谱成像定量分析方法的流程图，如图8所示，可以包括以下流程：首先选择X射线能谱成像系统，利用光子计数型能谱探测器，获得若干已知样品的多个光子能量值对应的吸收信息和小角散射信息，从而获得多个光子能量值中每一光子能量值对应的标准比值，作为数据库。然后，在测定待测样品时，利用X射线能谱成像系统和光子计数型能谱探测器，获得待测样品的该多个光子能量值对应的吸收信息和小角散射信息。进而，对待测样品的每一光子能量值对应的吸收信息和对应的小角散射信息相除，得到待测样品的每一光子能量值对应的目标比值。最后，利用机器学习方法，将待测样品的多个光子能量值对应的多个比值与已获得的数据库进行比对，得出待测样品的鉴别结果。
图9示出根据本公开一实施例的一种利用散射和吸收信息的X射线能谱成像定量分析装置的结构图，如图9所示，所述装置包括：获取模块901，用于利用目标X射线成像系统得到待测样品的目标吸收信息及目标小角散射信息；其中，所述目标吸收信息基于目标X射线源透射所述待测样品后的光强及所述目标X射线源的光强确定；所述目标小角散射信息基于所述目标X射线源照射到所述待测样品后产生的散射信号确定；计算模块902，用于计算所述目标吸收信息与目标小角散射信息的目标比值；鉴定模块903，用于根据所述目标比值及预设的标准数据，对所述待测样品进行鉴定；所述标准数据包括多个已知样品对应的标准比值；其中，每一已知样品对应的标准比值为通过所述目标X射线成像系统得到的该已知样品的吸收信息与小角散射信息的比值。
在一种可能的实现方式中，所述目标X射线成像系统中配置有X射线能谱探测器，所述目标X射线源的能谱中包括多个光子能量值；所述目标吸收信息包括所述多个光子能量值对应的吸收信息，所述目标小角散射信息包括所述多个光子能量值对应的小角散射信息；所述目标比值包括所述多个光子能量值对应的比值；所述获取模块901，还用于：利用所述X射线能谱探测器探测所述多个光子能量值对应的吸收信息及小角散射信息，并筛选出每一光子能量值对应的吸收信息及所述每一光子能量值对应的小角散射信息；所述计算模块902，用于：计算所述多个光子能量值中同一光子能量值对应的吸收信息与小角散射信息的比值，得到所述多个光子能量值对应的比值。
在一种可能的实现方式中，所述目标X射线成像系统中配置有X射线能谱探测器，所述目标X射线源的能谱中包括多个光子能量值，所述多个光子能量值包括第一光子能量值；所述目标吸收信息包括所述多个光子能量值对应的吸收信息，所述目标小角散射信息包括所述多个光子能量值对应的小角散射信息；所述目标比值包括所述第一光子能量值对应的比值；所述获取模块901，还用于：利用所述X射线能谱探测器探测所述多个光子能量值对应的吸收信息及小角散射信息，并筛选出所述第一光子能量值对应的吸收信息及所述第一光子能量值对应的小角散射信息；所述计算模块902，用于：通过计算所述第一光子能量值对应的吸收信息与所述第一光子能量值对应的小角散射信息的比值，得到所述第一光子能量值对应的比值。
在一种可能的实现方式中，所述目标X射线成像系统中配置有X射线能谱探测器，所述目标X射线源的能谱中包括第二光子能量值；所述目标吸收信息包括所述第二光子能量值对应的吸收信息，所述目标小角散射信息包括所述第二光子能量值对应的小角散射信息；所述目标比值包括所述第二光子能量值对应的比值；所述获取模块901，还用于：利用所述X射线能谱探测器探测所述第二光子能量值对应的吸收信息及小角散射信息；所述计算模块902，用于：通过计算所述第二光子能量值对应的吸收信息与所述第二光子能量值对应的小角散射信息的比值，得到所述第二光子能量值对应的比值。
在一种可能的实现方式中，所述目标X射线成像系统中配置有能量积分型探测器，所述目标X射线源的能谱中包括多个光子能量值；所述目标吸收信息包括所述多个光子能量值对应的平均吸收信息，所述目标小角散射信息包括所述多个光子能量值对应的平均小角散射信息；所述目标比值包括平均光子能量值对应的比值；所述获取模块901，还用于：利用所述能量积分型探测器探测所述平均吸收信息及平均小角散射信息；所述计算模块902，还用于：通过计算所述平均吸收信息与所述平均小角散射信息的比值，得到所述平均光子能量值对应的比值。
在一种可能的实现方式中，所述目标X射线成像系统中配置有能量积分型探测器；所述目标X射线源配置有X射线管，所述X射线管的不同管电压产生不同的非单色光源，每一非单色光源的能谱中均包括多个光子能量值；所述目标吸收信息包括所述每一非单色光源对应的平均吸收信息，所述目标小角散射信息包括所述每一非单色光源对应的平均小角散射信息；所述目标比值包括所述每一非单色光源的平均光子能量值对应的比值；所述获取模块901，还用于：利用所述能量积分型探测器探测所述每一非单色光源对应的平均吸收信息及平均小角散射信息；所述计算模块902，还用于：计算所述每一非单色光源对应的平均吸收信息及平均小角散射信息的比值，得到所述每一非单色光源的平均光子能量值对应的比值。
在一种可能的实现方式中，所述目标X射线源包括配置有X射线管的光源、同步辐射光源、逆康普顿光源或自由电子激光光源；所述X射线能谱探测器为光子计数型能谱探测器。
在一种可能的实现方式中，所述获取模块901，还用于：利用所述目标X射线成像系统，基于X射线成像技术得到所述待测样品的目标吸收信息及目标小角散射信息；其中，所述X射线成像技术包括以下中任一项：光栅的干涉测量成像方法、基于晶体分析仪的成像方法、编码孔径成像方法。
在一些实施例中，本公开实施例提供的装置具有的功能或包含的模块可以用于执行上文方法实施例描述的方法，其具体实现可以参照上文方法实施例的描述，为了简洁，这里不再赘述。
本公开实施例还提出一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，所述计算机程序指令被处理器执行时实现上述方法。计算机可读存储介质可以是易失性或非易失性计算机可读存储介质。
本公开实施例还提出一种电子设备，包括：处理器；用于存储处理器可执行指令的存储器；其中，所述处理器被配置为在执行所述存储器存储的指令时，实现上述方法。
本公开实施例还提供了一种计算机程序产品，包括计算机可读代码，或者承载有计算机可读代码的非易失性计算机可读存储介质，当所述计算机可读代码在电子设备的处理器中运行时，所述电子设备中的处理器执行上述方法。
图10示出根据本公开一实施例的电子设备1900的框图。例如，电子设备1900可以被提供为一服务器或终端设备。参照图10，电子设备1900包括处理组件1922，其进一步包括一个或多个处理器，以及由存储器1932所代表的存储器资源，用于存储可由处理组件1922的执行的指令，例如应用程序。存储器1932中存储的应用程序可以包括一个或一个以上的每一个对应于一组指令的模块。此外，处理组件1922被配置为执行指令，以执行上述方法。
电子设备1900还可以包括一个电源组件1926被配置为执行电子设备1900的电源管理，一个有线或无线网络接口1950被配置为将电子设备1900连接到网络，和一个输入输出接口1958（I/O接口）。电子设备1900可以操作基于存储在存储器1932的操作系统，例如Windows ServerTM，Mac OS XTM，UnixTM, LinuxTM，FreeBSDTM或类似。
在示例性实施例中，还提供了一种非易失性计算机可读存储介质，例如包括计算机程序指令的存储器1932，上述计算机程序指令可由电子设备1900的处理组件1922执行以完成上述方法。
本公开可以是系统、方法和/或计算机程序产品。计算机程序产品可以包括计算机可读存储介质，其上载有用于使处理器实现本公开的各个方面的计算机可读程序指令。
计算机可读存储介质可以是可以保持和存储由指令执行设备使用的指令的有形设备。计算机可读存储介质例如可以是――但不限于――电存储设备、磁存储设备、光存储设备、电磁存储设备、半导体存储设备或者上述的任意合适的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子（非穷举的列表）包括：便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、可擦式可编程只读存储器（EPROM或闪存）、静态随机存取存储器（SRAM）、便携式压缩盘只读存储器（CD-ROM）、数字多功能盘（DVD）、记忆棒、软盘、机械编码设备、例如其上存储有指令的打孔卡或凹槽内凸起结构、以及上述的任意合适的组合。这里所使用的计算机可读存储介质不被解释为瞬时信号本身，诸如无线电波或者其他自由传播的电磁波、通过波导或其他传输媒介传播的电磁波（例如，通过光纤电缆的光脉冲）、或者通过电线传输的电信号。
这里所描述的计算机可读程序指令可以从计算机可读存储介质下载到各个计算/处理设备，或者通过网络、例如因特网、局域网、广域网和/或无线网下载到外部计算机或外部存储设备。网络可以包括铜传输电缆、光纤传输、无线传输、路由器、防火墙、交换机、网关计算机和/或边缘服务器。每个计算/处理设备中的网络适配卡或者网络接口从网络接收计算机可读程序指令，并转发该计算机可读程序指令，以供存储在各个计算/处理设备中的计算机可读存储介质中。
用于执行本公开操作的计算机程序指令可以是汇编指令、指令集架构（ISA）指令、机器指令、机器相关指令、微代码、固件指令、状态设置数据、或者以一种或多种编程语言的任意组合编写的源代码或目标代码，所述编程语言包括面向对象的编程语言—诸如Smalltalk、C++等，以及常规的过程式编程语言—诸如“C”语言或类似的编程语言。计算机可读程序指令可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络—包括局域网(LAN)或广域网(WAN)—连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机（例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接）。在一些实施例中，通过利用计算机可读程序指令的状态信息来个性化定制电子电路，例如可编程逻辑电路、现场可编程门阵列（FPGA）或可编程逻辑阵列（PLA），该电子电路可以执行计算机可读程序指令，从而实现本公开的各个方面。
这里参照根据本公开实施例的方法、装置（系统）和计算机程序产品的流程图和/或框图描述了本公开的各个方面。应当理解，流程图和/或框图的每个方框以及流程图和/或框图中各方框的组合，都可以由计算机可读程序指令实现。
这些计算机可读程序指令可以提供给通用计算机、专用计算机或其它可编程数据处理装置的处理器，从而生产出一种机器，使得这些指令在通过计算机或其它可编程数据处理装置的处理器执行时，产生了实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作的装置。也可以把这些计算机可读程序指令存储在计算机可读存储介质中，这些指令使得计算机、可编程数据处理装置和/或其他设备以特定方式工作，从而，存储有指令的计算机可读介质则包括一个制造品，其包括实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作的各个方面的指令。
也可以把计算机可读程序指令加载到计算机、其它可编程数据处理装置、或其它设备上，使得在计算机、其它可编程数据处理装置或其它设备上执行一系列操作步骤，以产生计算机实现的过程，从而使得在计算机、其它可编程数据处理装置、或其它设备上执行的指令实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作。
附图中的流程图和框图显示了根据本公开的多个实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或指令的一部分，所述模块、程序段或指令的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
以上已经描述了本公开的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。
Claims (10)
1.一种利用散射和吸收信息的X射线能谱成像定量分析方法，其特征在于，所述方法包括：
利用目标X射线成像系统得到待测样品的目标吸收信息及目标小角散射信息；其中，所述目标吸收信息基于目标X射线源透射所述待测样品后的光强及所述目标X射线源的光强确定；所述目标小角散射信息基于所述目标X射线源照射到所述待测样品后产生的散射信号确定；
计算所述目标吸收信息与目标小角散射信息的目标比值；
根据所述目标比值及预设的标准数据，对所述待测样品进行鉴定；所述标准数据包括多个已知样品对应的标准比值；其中，每一已知样品对应的标准比值为通过所述目标X射线成像系统得到的该已知样品的吸收信息与小角散射信息的比值。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述目标X射线成像系统中配置有X射线能谱探测器，所述目标X射线源的能谱中包括多个光子能量值；所述目标吸收信息包括所述多个光子能量值对应的吸收信息，所述目标小角散射信息包括所述多个光子能量值对应的小角散射信息；所述目标比值包括所述多个光子能量值对应的比值；
所述利用目标X射线成像系统得到待测样品的目标吸收信息及目标小角散射信息，包括：
利用所述X射线能谱探测器探测所述多个光子能量值对应的吸收信息及小角散射信息，并筛选出每一光子能量值对应的吸收信息及所述每一光子能量值对应的小角散射信息；
所述计算所述目标吸收信息与目标小角散射信息的目标比值，包括：
计算所述多个光子能量值中同一光子能量值对应的吸收信息与小角散射信息的比值，得到所述多个光子能量值对应的比值。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述目标X射线成像系统中配置有X射线能谱探测器，所述目标X射线源的能谱中包括多个光子能量值，所述多个光子能量值包括第一光子能量值；所述目标吸收信息包括所述多个光子能量值对应的吸收信息，所述目标小角散射信息包括所述多个光子能量值对应的小角散射信息；所述目标比值包括所述第一光子能量值对应的比值；
所述利用目标X射线成像系统得到待测样品的目标吸收信息及目标小角散射信息，包括：
利用所述X射线能谱探测器探测所述多个光子能量值对应的吸收信息及小角散射信息，并筛选出所述第一光子能量值对应的吸收信息及所述第一光子能量值对应的小角散射信息；
所述计算所述目标吸收信息与目标小角散射信息的目标比值，包括：
通过计算所述第一光子能量值对应的吸收信息与所述第一光子能量值对应的小角散射信息的比值，得到所述第一光子能量值对应的比值。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述目标X射线成像系统中配置有X射线能谱探测器，所述目标X射线源的能谱中包括第二光子能量值；所述目标吸收信息包括所述第二光子能量值对应的吸收信息，所述目标小角散射信息包括所述第二光子能量值对应的小角散射信息；所述目标比值包括所述第二光子能量值对应的比值；
所述利用目标X射线成像系统得到待测样品的目标吸收信息及目标小角散射信息，包括：
利用所述X射线能谱探测器探测所述第二光子能量值对应的吸收信息及小角散射信息；
所述计算所述目标吸收信息与目标小角散射信息的目标比值，包括：
通过计算所述第二光子能量值对应的吸收信息与所述第二光子能量值对应的小角散射信息的比值，得到所述第二光子能量值对应的比值。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述目标X射线成像系统中配置有能量积分型探测器，所述目标X射线源的能谱中包括多个光子能量值；所述目标吸收信息包括所述多个光子能量值对应的平均吸收信息，所述目标小角散射信息包括所述多个光子能量值对应的平均小角散射信息；所述目标比值包括平均光子能量值对应的比值；
所述利用目标X射线成像系统得到待测样品的目标吸收信息及目标小角散射信息，包括：
利用所述能量积分型探测器探测所述平均吸收信息及平均小角散射信息；
所述计算所述目标吸收信息与目标小角散射信息的目标比值，包括：
通过计算所述平均吸收信息与所述平均小角散射信息的比值，得到所述平均光子能量值对应的比值。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述目标X射线成像系统中配置有能量积分型探测器；所述目标X射线源配置有X射线管，所述X射线管的不同管电压产生不同的非单色光源，每一非单色光源的能谱中均包括多个光子能量值；所述目标吸收信息包括所述每一非单色光源对应的平均吸收信息，所述目标小角散射信息包括所述每一非单色光源对应的平均小角散射信息；所述目标比值包括所述每一非单色光源的平均光子能量值对应的比值；
所述利用目标X射线成像系统得到待测样品的目标吸收信息及目标小角散射信息，包括：
利用所述能量积分型探测器探测所述每一非单色光源对应的平均吸收信息及平均小角散射信息；
所述计算所述目标吸收信息与目标小角散射信息的目标比值，包括：
计算所述每一非单色光源对应的平均吸收信息及平均小角散射信息的比值，得到所述每一非单色光源的平均光子能量值对应的比值。
7.根据权利要求2-4中任一项所述的方法，其特征在于，所述目标X射线源包括配置有X射线管的光源、同步辐射光源、逆康普顿光源或自由电子激光光源；所述X射线能谱探测器为光子计数型能谱探测器。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用目标X射线成像系统得到待测样品的目标吸收信息及目标小角散射信息，包括：
利用所述目标X射线成像系统，基于X射线成像技术得到所述待测样品的目标吸收信息及目标小角散射信息；其中，所述X射线成像技术包括以下中任一项：光栅的干涉测量成像方法、基于晶体分析仪的成像方法、编码孔径成像方法。
9.一种利用散射和吸收信息的X射线能谱成像定量分析装置，其特征在于，所述装置包括：
获取模块，用于利用目标X射线成像系统得到待测样品的目标吸收信息及目标小角散射信息；其中，所述目标吸收信息基于目标X射线源透射所述待测样品后的光强及所述目标X射线源的光强确定；所述目标小角散射信息基于所述目标X射线源照射到所述待测样品后产生的散射信号确定；
计算模块，用于计算所述目标吸收信息与目标小角散射信息的目标比值；
鉴定模块，用于根据所述目标比值及预设的标准数据，对所述待测样品进行鉴定；所述标准数据包括多个已知样品对应的标准比值；其中，每一已知样品对应的标准比值为通过所述目标X射线成像系统得到的该已知样品的吸收信息与小角散射信息的比值。
10.一种电子设备，其特征在于，包括：
处理器；
用于存储处理器可执行指令的存储器；
其中，所述处理器被配置为在执行所述存储器存储的指令时，实现权利要求1-8中任意一项所述的方法。
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