專利名稱：基于圖像識別的數(shù)字核信號處理和多參數(shù)核信息獲取方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及多參數(shù)核信息獲取技術(shù)，特別涉及一種基于圖像識別的數(shù)字核信號處理和多參數(shù)核信息獲取的方法。
背景技術(shù)：
二十世紀(jì)七十年代中，荷蘭菲利浦實驗室的H. KOENAN等人首先提出了在核能譜測量中采用數(shù)字濾波器進(jìn)行核信號處理的思想。設(shè)計了橫向數(shù)字濾波器，將核信號成形為梯形脈沖，并且建立了一套基于橫向數(shù)字化濾波器的X射線能譜測量系統(tǒng)。在當(dāng)時的器件 水平下構(gòu)成的數(shù)字化能譜測量系統(tǒng)無論在結(jié)構(gòu)和性能方面都沒能超越模擬式能譜測量系統(tǒng)，因此數(shù)字化核儀器的理論和實現(xiàn)在那一時期并沒有引起更多人的關(guān)注。直到二十世紀(jì)八十年代末九十年代初，隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)和計算機科學(xué)的飛躍進(jìn)步，數(shù)字化IC器件步入了飛速前進(jìn)的時期，對數(shù)字化核儀器的研究也逐漸成為熱點；自此，該領(lǐng)域主要研究方向之一是數(shù)字化核信號處理原理和方法。意大利Politecnico實驗室先后發(fā)表了多延遲線成形技術(shù)的數(shù)字化實現(xiàn)方法、數(shù)字化基線恢復(fù)算法、用狀態(tài)空間法對模擬線路實現(xiàn)數(shù)字極零識別和補償、考慮Ι/f噪聲的最優(yōu)化濾波器的算法等，但他們的研究思路是將傳統(tǒng)多道分析器中由硬件完成的功能軟件化。美國XIA(X — ray Instrumentation Associates)公司從2000年以來推出了一系列數(shù)字化X射線、低能Y射線譜儀(X射線與譜儀是平行關(guān)系嗎)，包括CAMAC插件式(DXP — 2X型)和便攜式(Micro DXP型)能譜測量儀。同期，ORTEC公司和CANNBERRA公司也研制出了性能相似的數(shù)字化譜儀產(chǎn)品。這些譜儀產(chǎn)品大都著眼于解決核能譜的全數(shù)字化獲取，從核能譜產(chǎn)品的組成和結(jié)構(gòu)中可以看出全數(shù)字化能譜儀比模擬式多道分析器功能更靈活、結(jié)構(gòu)更簡潔、性能更優(yōu)越。但是這些產(chǎn)品中都是依據(jù)已有的核信號處理理論，利用數(shù)字信號處理技術(shù)先將數(shù)字化核信號成形為一定寬度的梯形或高斯型以提高信號信噪比，再獲取高精度脈沖幅度和高分辨率核能譜。然而，探測器輸出的核信號除了攜帶能量信息外還攜帶著時間信息和粒子種類信息等，而在對數(shù)字核信號進(jìn)行梯形成形的過程中就將原始核信號形狀信息丟失了，因此這類產(chǎn)品只能完成核能譜獲取任務(wù)。2001年,美國Argonne國家實驗室聯(lián)合美國多所大學(xué)和科研機構(gòu),組成了“核結(jié)構(gòu)物理中的數(shù)字電子學(xué)”工作組，計劃設(shè)計和建立一套用于核結(jié)構(gòu)物理研究的通用數(shù)字信號處理系統(tǒng)，這套系統(tǒng)能夠滿足低能核物理的絕大多數(shù)應(yīng)用，如Y-Ray示蹤探測器、半導(dǎo)體探測器、閃爍探測器、快時間探測器(快塑料閃爍體、BaF2)、電離室等，可以實現(xiàn)能量、時間、粒子鑒別、一維位置、三維定位和粒子徑跡等不同參數(shù)的測量。這套系統(tǒng)設(shè)計了 40通道的模數(shù)變換器(ADC)，采用不同通道來實現(xiàn)不同測量任務(wù)，但仍然不能實現(xiàn)同一通道中同時獲取多種核信息的目標(biāo)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的正是針對現(xiàn)有技術(shù)中數(shù)字核信號處理方法無法通過同一通道同時獲取多種核信息的缺陷和不足，提出一種基于數(shù)字圖像識別的數(shù)字核信號處理和多參數(shù)核信息的獲取方法。該方法是將由“時間-幅度”序列表示的數(shù)字核信號轉(zhuǎn)化為二維空間序列表示的灰度數(shù)字圖像，再利用數(shù)字圖像處理方法對核信號進(jìn)行處理，以實現(xiàn)在同一次核測量的同一通道中同時獲取多參數(shù)核信息數(shù)據(jù)的目標(biāo)。本發(fā)明可以在不改變核波形形狀的前提下提高信號的信噪比，并準(zhǔn)確提取脈沖高度、脈沖寬度、到達(dá)時刻等參數(shù)；為同時獲取輻射粒子種類、能量、時間等核信息提供可能。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)措施構(gòu)成的技術(shù)方案來實現(xiàn)的。本發(fā)明一種基于數(shù)字圖像識別的數(shù)字核信號處理和多參數(shù)核信息的獲取方法，包括以下具體步驟(I)數(shù)字核信號波形圖像化將核探測器系統(tǒng)和核波形數(shù)字化系統(tǒng)獲取的數(shù)字核信號波形轉(zhuǎn)換為像素大小可調(diào)的灰度數(shù)字圖像信號； (2)數(shù)字核信號波形空域平滑濾波選定mXn濾波器掩膜，用傳統(tǒng)的數(shù)字圖像低通濾波方法對步驟(I)中獲取的數(shù)字核信號波形圖像進(jìn)行處理，使波形圖像更平滑，以增強其真實波形形狀信息；(3)建立數(shù)字核信號波形圖像模板對步驟(2)處理后的平滑數(shù)字核信號波形圖像，根據(jù)傳統(tǒng)數(shù)字圖像骨架提取原理實現(xiàn)對數(shù)字核信號波形圖像的模板建立；(4)數(shù)字核信號波形模板圖像參數(shù)的提取對步驟(3)建立的數(shù)字核信號波形模板圖進(jìn)行由圖像到“時間-幅度”信號的變換(ISC, Image to Signal Convert),然后完成對所述模板圖像參數(shù)的提??；(5)多參數(shù)核信息提取根據(jù)步驟(4)中提取得到的模板參數(shù)，可得到數(shù)字核信號幅度對應(yīng)的能量信息、信號波形形狀對應(yīng)的輻射種類信息、以及核輻射發(fā)生時刻和先后發(fā)生的相鄰核事件時間間隔信息，即完成多參數(shù)核信息的提取。本發(fā)明步驟(I)所述將數(shù)字核信號波形轉(zhuǎn)換為像素大小可調(diào)的灰度數(shù)字圖像信號，采用以下(I)式方程實現(xiàn)，該方程可反映出數(shù)字核信號波形圖像像素的位置與原信號的時間和幅度的對應(yīng)轉(zhuǎn)換關(guān)系
,、 t) —Λ{β "τ- Δ ). -*■!( T ~r 2 Af), + ^Af). * + Διν).} 1 Λ,..
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R — π {^4{ ). *- ( — Δ ). Α.{ — 2Δ/). Λ—~ Διγ). J '其中Aw(w-l) ^ t ^ Δ w*w(I)式中t表示核信號時間一幅度波形中的時間值，A (t)表示數(shù)字核信號t時刻的幅度值，Aw=[t/w]+l代表的是每列像素的需要的信號數(shù)據(jù)量，At表示模數(shù)轉(zhuǎn)換器采樣的時間間隔，h (t)表示時間為t的信號所在的行數(shù)，[t/w]為取t/w的下整數(shù)，R表示整幅波形圖像高度的尺寸，取R彡h，將由A(t)表示的數(shù)字核信號轉(zhuǎn)化為一副高h(yuǎn)像素，寬w像素的圖像。本發(fā)明步驟(2)所述數(shù)字圖像低通濾波方法，是在尺寸為MXN的圖像f上，用大小為選定的mXn的濾波器掩模ω進(jìn)行卷積計算，利用所述濾波掩膜的卷積方程由以下(2)式給出
權(quán)利要求
1.一種基于數(shù)字圖像識別的數(shù)字核信號處理和多參數(shù)核信息獲取方法，其特征在于包括以下具體步驟 (1)數(shù)字核信號波形圖像化 將核探測器系統(tǒng)和波形數(shù)字化系統(tǒng)獲取的數(shù)字核信號波形轉(zhuǎn)換為像素大小可調(diào)的灰度數(shù)字圖像信號； (2)數(shù)字核信號波形圖像空域平滑濾波 選定mXn濾波器掩膜，用傳統(tǒng)的數(shù)字圖像低通濾波方法對步驟(I)中獲取的數(shù)字核信號波形圖像進(jìn)行處理，使波形圖像更平滑，以增強其真實波形形狀信息； (3)建立數(shù)字核信號波形圖像模板 對步驟(2)處理后的平滑數(shù)字核信號波形圖像，根據(jù)傳統(tǒng)數(shù)字圖像骨架提取原理實現(xiàn)對所述數(shù)字核信號波形圖像的模板建立； (4)數(shù)字核信號波形模板圖像參數(shù)提取 對步驟(3)建立的數(shù)字核信號波形模板圖進(jìn)行由圖像到“時間-幅度”信號的變換，然后完成對所述模板圖像參數(shù)的提?。? (5)多參數(shù)核信息提取 由步驟(4)中提取得到的模板參數(shù)，得到數(shù)字核信號幅度對應(yīng)的能量信息、信號波形形狀對應(yīng)的輻射種類信息、以及核輻射發(fā)生時刻和先后發(fā)生的相鄰核事件時間間隔信息，即完成多參數(shù)核信息提取。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于數(shù)字圖像識別的數(shù)字核信號處理和多參數(shù)核信息獲取方法，其特征在于步驟(I)所述將數(shù)字核信號波形轉(zhuǎn)換為像素大小可調(diào)的灰度數(shù)字圖像信號，采用以下公式(I)實現(xiàn)，該公式反映出數(shù)字核信號波形圖像像素的位置與原信號的時間和幅度的對應(yīng)轉(zhuǎn)換關(guān)系
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于數(shù)字圖像識別的數(shù)字核信號處理和多參數(shù)核信息獲取方法，其特征在于步驟(2)所述數(shù)字圖像低通濾波方法，是在尺寸為MXN的圖像f上，用大小為選定的mXn的濾波器掩模ω進(jìn)行卷積計算，卷積計算方程由以下(2)式給出
4.根據(jù)權(quán)利要求I或3所述的基于數(shù)字圖像識別的數(shù)字核信號處理和多參數(shù)核信息獲取方法，其特征在于步驟(3)所述數(shù)字核信號波形圖像的模板建立，是對經(jīng)過空域平滑濾波后的波形圖像，通過傳統(tǒng)的腐蝕算法實現(xiàn)對數(shù)字核信號波形圖像的數(shù)字圖像骨架提取，提取出來的波形骨架圖即表示數(shù)字核波形圖像的模板。
5.根據(jù)權(quán)利要求I或4所 述的基于數(shù)字圖像識別的數(shù)字核信號處理和多參數(shù)核信息獲取方法，其特征在于步驟(4)所述數(shù)字核信號波形模板圖像參數(shù)的提取，是對步驟(3)建立的數(shù)字核信號波形模板圖轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的“時間-幅度”波形信號，然后完成對所述模板圖像參數(shù)的提取。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于數(shù)字圖像識別的數(shù)字核信號處理和多參數(shù)核信息獲取方法，其特征在于所述數(shù)字核信號波形模板圖像轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的“時間-幅度”波形信號的過程為 通過公式(I)建立的組成核信號波形圖像各個像素的位置與原信號的時間和幅度的對應(yīng)關(guān)系，計算出核信號骨架圖像中每個像素對應(yīng)的“時間-幅度”信息，再把所述核信號骨架圖轉(zhuǎn)化為“時間-幅度”信號，即能完成多參數(shù)核信息數(shù)據(jù)的提取。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于圖像識別的數(shù)字核信號處理和多參數(shù)核信息獲取方法。該方法是將由“時間-幅度”表示的數(shù)字核信號轉(zhuǎn)化為二維空間序列表示的數(shù)字核波形圖像，再利用數(shù)字圖像處理方法對核信號進(jìn)行處理，以實現(xiàn)在同一次核測量的同一通道中同時獲取多參數(shù)核信息數(shù)據(jù)的目標(biāo)。本發(fā)明可在不改變核信號波形形狀的前提下提高信號的信噪比；同時準(zhǔn)確提取脈沖高度、脈沖寬度等參數(shù)；為在同一次核測量同一通道中同時獲取輻射粒子種類、能量、時間等核信息提供實現(xiàn)途徑。
文檔編號G06K9/00GK102902958SQ20121034901
公開日2013年1月30日 申請日期2012年9月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月19日
發(fā)明者張軟玉, 王鵬, 萬東陽 申請人:四川大學(xué)