一种室内核辐射的四维信息重建装置及方法与流程

本发明涉及核辐射探测技术领域，尤其是一种室内核辐射四维信息实时重建装置与方法。

背景技术：

三维重建是指通过一定的测量和计算还原出空间点的三维坐标的过程。通常三维重建的实现均指采用计算机视觉方法进行物体的三维模型重建，是指利用相机作为图像传感器，综合运用图像处理、视觉计算等技术进行非接触性的三维测量，最后用计算机程序获取物体的三维信息。利用相机在不同位置拍摄同一幅场景，计算空间点在不同图像上的视差，从而还原出空间点的三维坐标。

目前，应用在核辐射领域场景的核辐射剂量探测及四维信息重建技术都无法实现核辐射场景内的四维信息实时重建，加上核辐射场景的特殊性，使得相关技术十分缺少。现有的关于核辐射场景辐射信息与三维分布信息实时重建的技术，存在如下不足。

第一，应用于核辐射场景这个特殊的领域，考虑到场景环境的危害性，常用技术装置的安装繁琐还有其高昂的设备费用；第二，常见的在结构化的室内环境和非结构化的室外环境中的环境建模技术很常见，但是在核环境中进行三维的实时重建就很少了，在核辐射场景中基于环境建模和核辐射监测技术的四维信息实时重建技术的结合基本没有，人为的主动探测更加是行不通的。

技术实现要素：

本发明针对上述存在的问题，提供一种在远离核辐射场景的条件下，重建核辐射场景的三维分布信息和场景内核辐射剂量信息的装置及重建方法。

本发明提供的一种室内核辐射的四维信息重建装置，包括移动云台、激光发射器、准直器、闪烁探测器、双目相机及信号传输电路；

所述激光发射器、准直器、双目相机及闪烁探测器均位于所述移动云台上；

准直器与闪烁探测器位于一条直线上，其中准直器用于通过将激光发射器照射到空间某点反射回来的光线，闪烁探测器用于接收通过准直器的光线并将其转换为电信号；

所述双目相机用于拍摄激光发射器照射到所述空间某点的激光光斑；

所述信号传输电路与闪烁探测器、双目相机均具有信号连接，用于将闪烁探测器输出的电信号和双目相机输出的图像传输给室外的控制中心；

控制中心用于根据所述电信号计算得到所述空间某点的辐射强度，同时根据双目相机输出的图像计算出所述空间某点的三维坐标。

进一步，还包括控制中心；所述控制中心用于接收工作人员输入的云台控制指令并发送给移动云台，进而控制移动云台升降、左右移动以及旋转。

本发明还提供了一种基于前述装置的一种室内核辐射的四维信息重建方，包括：

步骤1：控制中心接收工作人员输入的云台控制指令，控制中心将云台控制指令发送给移动云台；

步骤2：移动云台根据所述云台控制指令移动到指定位置且旋转到指定角度；

步骤3：控制激光发射器发射激光，激光与室内空间中的核辐射相互作用产生闪烁光，闪烁光通过准直器进入闪烁探测器，闪烁探测器将光信号转换为电信号并输出给信号传输电路；

步骤4：控制双目相机对激光在空间中形成的激光光斑进行拍摄，并将拍摄到的图像输出给信号传输电路；

步骤5：信号传输电路将所述电信号及所述图像传输给控制中心；

步骤6：控制中心接收所述电信号并从中提取该空间点辐射强度，以及根据双目相机输出的同一激光光斑的两幅图像计算出激光光斑所在的空间点的三维坐标。

进一步，重复步骤2~6，得到室内多个空间点的辐射强度及三维坐标。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

本发明中的准直器、激光发射器、闪烁探测器、双目相机和移动云台在获取室内任一点的辐射信息的同时，也获得了该点的三维空间坐标信息，通过激光点标注与双目相机得到的三维可见光场景进行坐标变换，实现了核辐射场景四维信息的实时重建。本装置在核辐射场景内测量的目标明确，测量距离可以达到10米，适合在室内核辐射场景下进行测量。

本发明不需要拆卸装置，激光发射器安装在准直器上，双目相机可以实现对空间任一激光点进行定位，从而可以实现空间任一点的信息获取。

本发明的装置可以在获取核辐射剂量数据的同时，实现了对其空间位置的标定及其三维坐标的建立。

本发明的所有装置不需要进行大规模的安装，相比较现有技术中的安装测量，具有便携性强，精确度高的特点。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1为本发明中装置的简易示意图。

图2为本发明中装置探测空间点辐射强度的示意图。

图3为本发明的激光点在双目相机中的成像关系示意图。

图4为本发明的三维场景坐标系示意图。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

如图1所述，本发明中的装置包括激光发射器、准直器、闪烁探测器、双目相机和移动云台。

所述激光发射器、准直器、双目相机及闪烁探测器均位于所述移动云台上。

准直器与闪烁探测器位于一条直线上，本实施例中激光发射器设置在准直器上方，在其他实施例中，激光发射器与准直器的位置关系还可以是其他形式，只要确保激光发射器照射在空间中某处反射回来的光线能通过准直器到达闪烁探测器即可。

双目相机用于拍摄激光发射器照射到所述空间某点的激光光斑。

还包括信号传输电路，具体可以是无线信号传输电路，也可以是有线传输电路。信号传输电路与闪烁探测器、双目相机均具有信号连接，用于将闪烁探测器输出的电信号和双目相机输出的图像传输给室外的控制中心。

移动云台可以在控制信号下左右水平移动，也可以上下伸缩移动，还可以旋转。

控制中心位于辐射场景房间的外面，具体可以是一台计算机，由工作人员操作。所述控制中心用于接收工作人员输入的云台控制指令并发送给移动云台，进而控制移动云台升降、左右移动及旋转，最终带动激光发射器在空间上不同点处形成激光点。

控制中心还用于根据所述电信号计算得到所述空间某点的辐射强度，同时根据双目相机输出的图像计算出所述空间某点的三维坐标。

下面介绍本发明装置的工作原理。

参见图2，所述的激光发射器在核辐射场景内发射一束激光，该激光与空间某点的射线物质发生反应产生可见光，可见光通过准直器进入闪烁探测器，可见光在闪烁探测器中经过光电倍增管多级放大，最后闪烁探测器输出形成电脉冲信号。控制中心得到所述电脉冲信号后从中提取出反应该点辐射强度的数据（从闪烁光探测器输出信号中提取辐射强度数据为现成熟技术，并非本发明创新点，在此不再赘述）。

上述是使用本装置探测空间点辐射强度数据的过程。

控制中心得到双目相机对所述空间点激光光斑拍摄的两幅图像（参见图3）后，对两幅图像进行特征提取和空间匹配得到的一系列两两对应的激光条纹的二维像素坐标，将该坐标代入摄像机标定建立的方程中，即可得到包含空间点3个未知坐标值的4个方程，通过求解这些方程，就可以得到该空间点的三维坐标（利用双目相机定位空间点三维坐标也为成熟技术，在此不再详述）。

可见，使用本发明装置便能同时获取空间点的位置坐标及辐射强度数据。

本发明还提供了一种基于前述装置的室内核辐射的四维信息重建方法，包括：

步骤1：控制中心接收工作人员输入的云台控制指令，控制中心将云台控制指令发送给移动云台；

步骤2：移动云台根据所述云台控制指令移动到指定位置且旋转到指定角度；

步骤3：控制激光发射器发射激光，激光与室内空间中的核辐射相互作用产生闪烁光，闪烁光通过准直器进入闪烁探测器，闪烁探测器将光信号转换为电信号并输出给信号传输电路；

步骤4：控制双目相机对激光在空间中形成的激光光斑进行拍摄，并将拍摄到的图像输出给信号传输电路；

步骤5：信号传输电路将所述电信号及所述图像传输给控制中心；

步骤6：控制中心接收所述电信号并从中提取该空间点辐射强度，以及根据双目相机输出的同一激光光斑的两幅图像计算出激光光斑所在的空间点的三维坐标。

重复步骤2~6，得到室内不同空间点的辐射强度数据及空间位置坐标。

将上述步骤得到的信息数据传输到室外控制中心，实时的对辐射数据在双目相机所得到的三维坐标系上进行数据融合，从而实现室内核辐射的四维信息的实时重建。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。