一种超快X射线成像无损检测方法及系统

本发明涉及无损检测，尤其涉及一种超快x射线成像无损检测方法及系统。

背景技术：

1、随着科技的发展，超高速射线成像技术作为重要的无损检测技术，在材料科学、生物医学和军事研究等方面发挥着不可替代的作用，例如监测三维打印和激光加工过程、研究材料缺陷损伤及动力学、探索生物动态行为、分析弹丸和爆炸物特征等，它能够在超精细的时间尺度上解析物体内部的变化过程。

2、传统无损检测设备在实时采集和处理射线图像信号时，现有数据采集卡连续处理图像的速率难以超过百万帧率；通过采用大量数据采集卡同步处理，可以提升图像信号处理速率，但是会大幅增加设备体积、功耗和经济成本，制约着无损检测技术的进一步发展。

3、近年来，光学领域的研究中出现了一些打破传统成像架构的仿生图像传感器，它可以在传感图像的同时对其进行压缩编码，从而有效克服采集速率的限制，为超高速射线成像开辟了一条十分有前景的新思路。

4、因此，如何设计一个数据采集快、图像分析效率高的无损检测方法，成为本领域一个亟待解决的问题。

技术实现思路

1、为解决上述问题，本发明提供一种超快x射线成像无损检测方法，具体包括如下步骤：

2、步骤s1，通过x射线束和sipm探测器获取待测物品的初始检测信号；所述sipm探测器由n个相同的子矩阵构成，所述子矩阵由m个探测器像素单元排布构成，所有子矩阵同一位置的探测器像素单元相连；

3、步骤s2，将所述初始检测信号输入神经网络模型，输出待检测物品重建的图像；所述神经网络模型由输入层、编码层、恢复层和重建层组成；所述输入层用于接收所述sipm探测器输出的初始检测信号；所述编码层实现对所述初始检测信号的编码，所述恢复层用于对编码层输出的编码信号进行解码，所述重建层用于根据恢复层输出的解码信号对待检测物品的图像进行重建，输出重建的图像；

4、步骤s3，根据所述重建的图像，输出无损检测结果。

5、进一步的，每个所述子矩阵中的不同的探测器像素单元设置不同的权重值，且不同的所述子矩阵中相同的位置的探测器像素单元具有同样的权重值，根据所述权重值，对探测器像素单元设置偏压值。

6、进一步的，所述根据所述权重值，对探测器像素单元设置偏压值的方法为：

7、将sipm探测器工作电压作为参考电压，权重值设置为1，将地线权重值设置为0，对偏压值进行归一化设置；

8、由神经网络模型给出偏压矩阵，所述偏压矩阵大小与sipm探测器子矩阵大小一致，sipm探测器工作电压为v0，若神经网络给出某一个像素单元的偏压值权重为q，0≤q≤1，则该像素单元的偏压值v=v0×q；

9、通过滑动变阻器分压原理对该像素单元的偏压值进行调节，实现探测器像素单元的偏压值设置。

10、进一步的，所述输入层神经元的个数为n，其中n为所述sipm探测器中子矩阵个数。

11、进一步的，所述编码层的激活函数为relu函数，神经元的个数为m，其中m为所述子矩阵中探测器像素单元的个数。

12、进一步的，所述恢复层的激活函数为tanh函数，层数为3层，每层神经元的个数l满足条件：l=1.5×n。

13、进一步的，所述重建层的激活函数为sigmoid函数，层数为1层，神经元的个数为n。

14、进一步的，所述神经网络模型的优化器设置为自适应矩估计；损失函数设置为均方根函数。

15、一种超快x射线成像无损检测系统，使用如上任一项所述的超快x射线成像无损检测方法，包括以下模块：

16、数据探测模块：用于通过x射线束和sipm探测器获取待测物品的初始检测信号；所述sipm探测器由n个相同的子矩阵构成，所述子矩阵由m个探测器像素单元排布构成，所有子矩阵同一位置的探测器像素单元相连；

17、神经网络模型，与所述数据探测模块连接，用于接收所述初始检测信号，输出待检测物品重建的图像；所述神经网络模型由输入层、编码层、恢复层和重建层组成；所述输入层用于接收所述sipm探测器输出的初始检测信号；所述编码层实现对所述初始检测信号的编码，所述恢复层用于对编码层输出的编码信号进行解码，所述重建层用于根据恢复层输出的解码信号对待检测物品的图像进行重建，输出重建的图像；

18、检测结果输出模块：与所述神经网络模型连接，用于根据所述重建的图像，输出无损检测结果。

19、一种电子设备，所述电子设备包括：

20、处理器和存储器；

21、所述处理器通过调用所述存储器存储的程序或指令，用于执行如上任一项所述的超快x射线成像无损检测方法的步骤。

22、与现有技术相比较，本申请的有益效果在于：

23、其一，本发明采用多个探测器像素单元构建子矩阵，由子矩阵构建sipm编码矩阵，并且将子矩阵同一位置的探测器像素单元相连，实现对图像模拟信号的压缩；通过调节不同探测器像素单元的权重偏压实现对放射性图像的差异化信号响应，完成对图像模拟信号的编码；由此将sipm构建成自编码器，可以在很大程度上减少每帧射线图像需要采集的模拟信号数据量，之后再利用神经网络模型重建待检测物品的图像，实现超快x射线成像无损检测；

24、其二，本发明在超快x射线成像无损检测系统构建时，通过fpga将各个功能模块进行了集成，实现图像数据采集、分析、重建，大大缩小了设备体积、功耗和经济成本，促进了无损检测技术的进一步发展。

技术特征：

1.一种超快x射线成像无损检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种超快x射线成像无损检测方法，其特征在于，每个所述子矩阵中的不同的探测器像素单元设置不同的权重值，且不同的所述子矩阵中相同的位置的探测器像素单元具有同样的权重值，根据所述权重值，对探测器像素单元设置偏压值。

3.根据权利要求2所述的一种超快x射线成像无损检测方法，其特征在于，所述根据所述权重值，对探测器像素单元设置偏压值的方法为：

4.根据权利要求1所述的一种超快x射线成像无损检测方法，其特征在于，所述输入层神经元的个数为n，其中n为所述sipm探测器中子矩阵个数。

5.根据权利要求1所述的一种超快x射线成像无损检测方法，其特征在于，所述编码层的激活函数为relu函数，神经元的个数为m，其中m为所述子矩阵中探测器像素单元的个数。

6.根据权利要求1所述的一种超快x射线成像无损检测方法，其特征在于，所述恢复层的激活函数为tanh函数，层数为3层，每层神经元的个数l满足条件：l=1.5×n。

7.根据权利要求1所述的一种超快x射线成像无损检测方法，其特征在于，所述重建层的激活函数为sigmoid函数，层数为1层，神经元的个数为n。

8.根据权利要求1所述的一种超快x射线成像无损检测方法，其特征在于，所述神经网络模型的优化器设置为自适应矩估计；损失函数设置为均方根函数。

9.一种超快x射线成像无损检测系统，使用如权利要求1至8任一项所述的超快x射线成像无损检测方法，其特征在于，包括以下模块：

10.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括：

技术总结
本发明提出了一种超快X射线成像无损检测方法及系统，涉及无损检测技术领域，针对无损检测时数据采集、图像分析效率低的问题，本发明采用多个探测器像素单元构建子矩阵，再由多个子矩阵构建SiPM编码矩阵，并且将子矩阵同一位置的探测器像素单元相连，实现对图像模拟信号的压缩；通过调节不同探测器像素单元的权重偏压实现对放射性图像的差异化信号响应，完成对图像模拟信号的编码；由此将SiPM构建成自编码器，可以在很大程度上减少每帧射线图像需要采集的模拟信号数据量，之后再利用神经网络模型重建待检测物品的图像，实现超快X射线成像无损检测。

技术研发人员：王泽宇,杨思,梁大戬,龚频,封亚辉,戴东情,周程,蒋若澄,胡志猛,汤晓斌
受保护的技术使用者：南京航空航天大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/4