阅读说明：本技术 射线发射区图像测量装置和方法 (Ray emission area image measuring device and method ) 是由 陈忠靖 王峰 郑建华 江少恩 张兴 蒲昱东 晏骥 董云松 余波 于 2020-06-07 设计创作，主要内容包括：本发明提供了射线发射区图像测量装置和方法,其中,射线发射区图像测量装置包括：依次设置的射线发射模块、成像模块和图像记录模块；其中,成像模块设置有圆弧锥；射线发射模块用于生成射线,并将射线按照预设轨迹通过圆弧锥发送至图像记录模块,以使图像记录模块根据射线生成测量图像。本申请中采用圆弧锥作为成像模块,简化了成像模块的设计、加工和检测,降低了瞄准精度,且,突破了现有的射线发射区图像探测技术视场范围的限制,降低了对射线产额的要求,提高了对发射区射线源位置随机移动的容忍度,同时,保证了高空间分辨能力,提高了测量精度。(The invention provides a ray emission area image measuring device and a method, wherein the ray emission area image measuring device comprises: the ray emission module, the imaging module and the image recording module are arranged in sequence; wherein, the imaging module is provided with an arc cone; the ray emitting module is used for generating rays and sending the rays to the image recording module through the arc cone according to a preset track so that the image recording module generates a measurement image according to the rays. Adopt the circular arc awl as imaging module in this application, simplified imaging module's design, processing and detection, reduced the accuracy of aiming, just, broken through the restriction of current ray emission area image detection technique field range, reduced the requirement to ray yield, improved the tolerance to emission area ray source position random displacement, simultaneously, guaranteed high spatial resolution ability, improved measurement accuracy.)

射线发射区图像测量装置和方法

技术领域

本发明涉及射线发射区图像的测量技术领域，尤其是涉及射线发射区图像测量装置和方法。

背景技术

射线装置在众多科研、工业生产领域有着广泛应用，常用的射线装置包括加速器中子源、散列中子源、中子管、反应堆、同步辐射装置和放射性同位素源等，射线的种类包括中子、伽马射线和X射线等。目前，大型的激光装置作为新型射线装置，其产生的射线源具有尺寸小、持续时间短和射线通量高等特点，能够同时产生中子、质子、伽马射线和X射线，具有强大的应用潜力。在实际应用中，为了能够有效地利用各种射线装置，必需了解射线源的性质，包括通量、能谱、尺寸和形状等。因此，针对不同的射线装置，发展了多种射线发射区图像探测技术。

针对大型激光装置，现有的射线发射区图像测量技术主要包括半影成像诊断技术和针孔成像诊断技术。当采用上述任一单孔作为成像组件时，即为单孔成像诊断技术的成像组件，其视场范围通常为200μm，而中子源中心位置变化范围达到400μm×500μm，因此，单孔结构无法满足激光驱动聚变中子发射区图像测量的要求。为了解决单孔结构视场范围严重不足的问题，成像组件从单孔结构演化到多类型多孔阵列结构，包括多个半影孔或者多个针孔等，多孔阵列结构虽然可以满足激光驱动聚变中子发射区图像测量的要求，但是，其应用范围受到极大限制，仅适用于中子产额超过1×10¹⁴的MJ级激光装置，导致针孔成像诊断技术的应用受到中子产额的限制，降低了测量的精度。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供射线发射区图像测量装置和方法，以缓解上述问题，且，采用圆弧锥作为成像模块，简化了成像模块的设计、加工和检测，降低了瞄准精度，突破了现有的射线发射区图像探测技术视场范围的限制，降低了对射线产额的要求，提高了对发射区射线源位置随机移动的容忍度，同时，保证了高空间分辨能力，提高了测量精度。

第一方面，本发明实施例提供了一种射线发射区图像测量装置，所述装置包括：依次设置的射线发射模块、成像模块和图像记录模块；其中，所述成像模块设置有圆弧锥；

所述射线发射模块，用于生成射线，并将所述射线按照预设轨迹通过所述圆弧锥发送至所述图像记录模块，以使所述图像记录模块根据所述射线生成测量图像。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，所述预设轨迹为与所述圆弧锥相切的路径，将所述射线按照预设轨迹通过所述圆弧锥发送至所述图像记录模块的步骤包括：

将所述射线按照与所述圆弧锥相切的路径发送至所述图像记录模块。

结合第一方面的第一种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，所述图像记录模块，用于接收所述射线，并根据所述射线生成测量图像；其中，所述测量图像包括暗区、半影区和亮区，且，所述暗区、所述半影区和所述亮区沿着径向依次向外设置。

结合第一方面的第二种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，所述射线发射模块的发射区设置有射线源；

所述图像记录模块，还用于根据所述半影区重建所述射线源的图像，得到所述射线源的重建图像。

结合第一方面的第二种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，所述暗区的信号强度根据所述圆弧锥的厚度设置。

结合第一方面的第二种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，所述亮区的信号强度根据所述射线的产额设置。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，所述圆弧锥为1个，设置在所述射线发射模块和所述图像记录模块之间；

或者，所述圆弧锥为2个，组成圆弧锥组合，且，所述圆弧锥组合设置在所述射线发射模块和所述图像记录模块之间。

结合第一方面的第三种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中，所述射线源包括以下至少一种：加速器中子源、散列中子源、中子管、反应堆、同步辐射装置、放射性同位素源和激光装置。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第八种可能的实施方式，其中，所述射线包括以下至少一种：中子、X射线和伽马射线。

第二方面，本发明实施例还提供一种射线发射区图像测量方法，该方法应用于上述射线发射区图像测量装置，该方法包括：

生成射线；其中，所述射线为通过射线发射模块生成；

将所述射线按照预设轨迹通过圆弧锥发送至所述图像记录模块，以使所述图像记录模块根据所述射线生成测量图像。

本发明实施例带来了以下有益效果：

本发明实施例提供了射线发射区图像测量装置和方法，其中，射线发射区图像测量装置包括：依次设置的射线发射模块、成像模块和图像记录模块；其中，成像模块设置有圆弧锥；射线发射模块用于生成射线，并将射线按照预设轨迹通过圆弧锥发送至图像记录模块，以使图像记录模块根据射线生成测量图像。本申请中采用圆弧锥作为成像模块，简化了成像模块的设计、加工和检测，降低了瞄准精度，且，突破了现有的射线发射区图像探测技术视场范围的限制，降低了对射线产额的要求，提高了对发射区射线源位置随机移动的容忍度，同时，保证了高空间分辨能力，提高了测量精度。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明

具体实施方式

或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种射线发射区图像测量装置的示意图；

图2为发明实施例提供的一种圆弧锥的示意图；

图3为本发明实施例提供的另一种射线发射区图像测量装置的示意图；

图4为本发明实施例提供的一种圆弧锥的尺寸示意图；

图5为本发明实施例提供的一种中子点扩散函数图；

图6为本发明实施例提供的一种中子源的测量结果示意图；

图7为本发明实施例提供的另一种中子源的测量结果示意图；

图8为本发明实施例提供的一种射线发射区图像测量方法的流程图。

图标：

10-射线发射模块；20-成像模块；30-图像记录模块。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

针对现有的大型激光装置，通过激光直接或间接驱动一个毫米量级靶丸，使靶丸不断收缩，加热靶丸内聚变燃料气体，从而达到聚变反应发生条件；此时，燃料发生聚变反应并发射出各种射线，主要包括中子、伽马射线和X射线等。在实际应用中，通常采用高空间分辨率中子成像技术获得中子源区图像，从而推导出中子源区的位置、尺寸、形状和均匀性等参数，由于中子源尺寸很小(约百微米)，因此，中子成像系统空间分辨率要求达到十微米以下。目前，应用于激光驱动聚变中子发射区测量的中子成像系统采用两种成像技术，即适用于低产额(>1×10¹³)的半影成像诊断技术和适用于高产额(>1×10¹⁵)的针孔成像诊断技术，且成像组件从单孔结构演化到多类型多孔阵列结构。

对于单孔结构而言，其视场范围通常为200μm，而中子源中心位置变化范围达到400μm×500μm，因此，单孔结构无法满足激光驱动聚变中子发射区图像测量的要求。为了解决单孔结构视场范围严重不足的问题，提出了多类型多孔阵列结构设计，其中，多类型多孔阵列结构可测量多幅图像，包括针孔图像和半影孔图像，其图像特征各异，可用于相互验证，提高图像重建的准确性；以及，多孔阵列结构可增大系统的视场范围，降低瞄准的难度。但是，多孔阵列结构的应用范围受到极大限制，仅适用于中子产额超过1×10¹⁴的MJ级激光装置，从而导致针孔成像诊断技术的应用受到中子产额的限制，降低了测量的精度。

基于上述问题，本发明实施例提供了一种射线发射区图像测量装置和方法，以缓解上述问题，且，采用圆弧锥作为成像模块，简化了成像模块的设计、加工和检测，降低了瞄准精度，突破了现有的射线发射区图像探测技术视场范围的限制，降低了对射线产额的要求，提高了对发射区射线源位置随机移动的容忍度，同时，保证了高空间分辨能力，提高了测量精度。

为便于对本实施例进行理解，下面首先对本发明实施例提供的一种射线发射区图像测量装置进行详细介绍。

实施例一：

本发明实施例提供了一种射线发射区图像测量装置，图1为本发明实施例提供的一种射线发射区图像测量装置的示意图，如图1所示，该装置包括：依次设置的射线发射模块10、成像模块20和图像记录模块30；其中，成像模块20设置有圆弧锥。

其中，射线发射模块10用于生成射线，并将射线按照预设轨迹通过圆弧锥发送至图像记录模块30，以使图像记录模块30根据射线生成测量图像。这里，成像模块20采用圆弧锥，与现有的单孔结构和多类型多孔阵列结构相比，简化了成像模块的设计、加工和检测，降低了瞄准精度。此外，成像模块20的射线点扩散函数取决于圆弧锥的圆半径，从而突破了现有的射线发射区图像探测技术视场范围的限制，降低了对射线产额的要求。

本发明实施例提供的射线发射区图像测量装置，包括：依次设置的射线发射模块、成像模块和图像记录模块；其中，成像模块设置有圆弧锥；射线发射模块用于生成射线，并将射线按照预设轨迹通过圆弧锥发送至图像记录模块，以使图像记录模块根据射线生成测量图像。本申请中采用圆弧锥作为成像模块，简化了成像模块的设计、加工和检测，降低了瞄准精度，且，突破了现有的射线发射区图像探测技术视场范围的限制，降低了对射线产额的要求，提高了对发射区射线源位置随机移动的容忍度，同时，保证了高空间分辨能力，提高了测量精度。

在实际应用中，上述圆弧锥为梭形结构，如图2所示，圆弧锥为轴对称结构，沿轴线剖面上下弧为半径相同的圆弧，垂直轴线的截面为圆形，其半径由沿轴线剖面上的圆弧半径和圆弧间距决定。此外，上述圆弧锥以垂直轴线最大截面处为界，圆弧锥的左部分和右部分可不对称，即左部分和右部分的长度和端面尺寸可以不同；或者，以垂直轴线最大截面处为界，左部分和右部分的圆弧半径也可以不同；或者，圆弧可被其它弧形结构替代，比如椭圆弧和任意二次曲线等，因此，对于圆弧锥的具体形状，本发明实施例对此不作限制说明。

此外，在实际应用中，上述圆弧锥可以为1个，此时，圆弧锥设置在射线发射模块10和图像记录模块30之间；或者，上述圆弧锥为2个，组成圆弧锥组合，该圆弧锥组合设置在射线发射模块10和图像记录模块30之间，从而通过变换圆弧锥组合中各个圆弧锥之间的相对位置关系，实现较大空间范围的射线以预设轨迹通过圆弧锥发送至图像记录模块30，即扩大了视场范围，进而提高了空间分辨率。因此，这里对于圆弧锥的数量，本发明实施例在此不作限制说明。

其中，上述预设轨迹为与圆弧锥相切的路径，射线发射模块10的发射区设置有射线源；射线源发出的射线按照与圆弧锥相切的路径发送至图像记录模块30，以使图像记录模块30根据射线生成测量图像。此外，上述预设轨迹也可为与圆弧锥相切点附近的路径，此时，射线源发出的射线按照与圆弧锥相切点附近的路径发送至图像记录模块30。其中，射线源包括以下至少一种：加速器中子源、散列中子源、中子管、反应堆、同步辐射装置、放射性同位素源和激光装置，射线包括以下至少一种：中子、X射线和伽马射线。这里图像记录模块30可以为中子图像探测系统，其由中子图像探测单元、可见光收集单元、可见光信号放大单元和可见光图像记录单元，其中中子图像探测单元可以为平板型闪烁体，也可以为毛细管阵列闪烁体，可见光收集单元可以为透镜组合，也可以为光纤光锥，也可以为传像束，可见光信号放大单元为像增强器，可见光图像记录单元可以为可见光CCD(Charge-coupledDevice，电荷耦合元件)，也可为其它根据射线生成测量图像的装置，此处关于图像记录模块30的具体形状，本发明实施例不作限制说明。

为了便于理解，这里以加速器中子源发射出中子为例说明，如图3所示，中子源发出的中子沿着与圆弧锥相切的路径发送至图像记录模块30，这里中子源为加速器中子源或者散列中子源，图像记录模块30根据接收到的中子生成测量图像。其中，如图3所示，测量图像包括暗区、半影区和亮区，且，暗区、半影区和亮区沿着径向依次向外设置。其中，测量图像的中心为暗区，暗区的信号强度根据圆弧锥的厚度设置，这里暗区的信号为测量图像的本底信号，这里本底信号为背景信号，即不包含任何发射区中发射源的任何图像信息的信号；测量图像的最***则为亮区，亮区的信号强度根据中子的产额设置，即亮区的信号强度只与中子的产额(数量)相关；在暗区和亮区之间则为半影区，这里半影区包含了发射区中加速器中子源的所有信息，此时，图像记录模块30还用于根据该半影区重建中子源的图像，从而得到中子源的重建图像。

此外，圆弧锥组成的成像模块20的射线点扩散函数还取决于圆弧锥的圆弧弧度，即圆半径，其中，射线点扩散函数为射线经过成像模块20后，形成的射线通量空间分布。此时，对于选定的圆弧锥的圆半径，如果改变射线源的位置，射线仍能与圆弧锥相切，则射线点扩散函数形状基本保持不变，此时满足上述条件的射线源的空间位置变化范围即为成像系统的视场范围，从而通过选择适合的圆弧锥的圆半径，实现较大范围***出的射线均与圆弧锥相切，突破了现有的射线发射区图像探测技术视场范围的限制，降低了对射线产额的要求，提高了对发射区射线源位置随机移动的容忍度；以及，保证射线点扩散函数具有良好的尖锐性，即高空间分辨率，即可建立大视场、高空间分辨率射线发射区图像探测技术。

上述射线发射区图像测量装置除了应用于中子源，也可应用于激光装置，对于更大尺寸的射线源，对应的，圆弧锥的尺寸需要成比例进行放大，从而视场范围也相应的成比例增加，但对于尺寸极大的射线源，测量图像的空间分辨率将会变差。此外，对于中子源，需要选择中子自由程较短的重金属材料，而中子的自由程与中子的能量直接相关，因此，圆弧锥的材料应根据中子的能量选择，如对于氘氚聚变反应发射的14MeV中子，此时圆弧锥应选用钨和金等。

此外，当射线为X射线时，其测量原理与上述中子的测量原理一样，需要说明的是，由于X射线穿透性相对于中子而言较弱，因此，此时应选用较小尺寸的圆弧锥，且，圆弧锥的材料应根据X射线的能量设置，如可以选用铜、钛、钽等材料，在实际应用中，具体的圆弧锥的材料，应根据射线源发出的射线的能量进行设置，本发明实施例对此不作限制说明。

因此，本申请中通过采用圆弧锥作为成像模块，由于射线点扩散函数取决于圆弧弧度，即圆半径，通过选取合适的圆弧锥尺寸，包括弧度、长度和端面直径等，可以实现在百微米区域内任意改变射线源的位置，射线发射模块出射的射线仍能与圆弧相切，即射线点扩散函数形状基本保持不变，与现有的单结构成像模块限制在0～200μm的视场范围而言，圆弧锥具有较大的视场范围；以及，由于空间分辨率由射线的点扩散函数的半高宽决定，因此，圆弧锥的圆半径越大，空间分辨率越高，从而在保证了高空间分辨能力，提高了测量精度的同时，突破了现有的射线发射区图像探测技术视场范围的限制，降低了对射线产额的要求，提高了对发射区射线源位置随机移动的容忍度。

为了便于理解，这里举例说明。如图3所示的射线发射区图像测量装置，其中，中子源位于视场中心位置，图4为其中圆弧锥的尺寸示意图，当中子源偏离视场中心0.5mm时，得到如图5所示的中子点扩散函数，如图5所示，在圆弧锥边缘形成锐利的边，其半宽度约为5±1μm，且边缘形状无明显变化，即当中子源偏离视场中心0.5mm时，中子点扩散函数变化不明显，成像视场不小于1mm，空间分辨率可达5μm。

此外，对于偏离视场中心0.3mm的两个相距为20μm、大小约为5μm的中子源，通过图像记录模块可以得到中子源的测量图像和重建图像，如图6所示，其中，6-a为中子源的点扩散函数图像，6-b为中子源的无噪声测量图像，6-c为中子源的源图像，6-d为中子源的滤波前的有噪声测量图像，6-e为中子源的滤波后的有噪声测量图像，6-f为中子源的重建图像。根据6-c和6-f可知，中子源的重建图像与源图像比较相似，达到了不超过5μm的空间分辨能力，且间距仍保持为20μm。

当中子源的直径约为40μm，且偏离视场中心0.3mm时，此时，通过图像记录模块可以得到中子源的测量图像和重建图像，如图7所示，其中，7-a为中子源的点扩散函数图像，7-b为中子源的无噪声测量图像，7-c为中子源的源图像，7-d为中子源的滤波前的有噪声测量图像，7-e为中子源的滤波后的有噪声测量图像，7-f为中子源的重建图像。根据7-c和7-f可知，中子源的重建图像与源图像接近，无明显畸变，从而在保证了高空间分辨能力的同时，提高了测量精度。

在上述实施例的基础上，本发明实施例还提供了一种射线发射区图像测量方法，该方法应用于上述射线发射区图像测量装置，如图8所示，该方法包括以下步骤：

步骤S802，生成射线；其中，射线为通过射线发射模块生成；

步骤S804，将射线按照预设轨迹通过圆弧锥发送至图像记录模块，以使图像记录模块根据射线生成测量图像。

本发明实施例提供的射线发射区图像测量方法，首先通过射线发射模块生成射线，并将射线按照预设轨迹通过圆弧锥发送至图像记录模块，以使图像记录模块根据射线生成测量图像。因此，本申请中采用圆弧锥作为成像模块，简化了成像模块的设计、加工和检测，降低了瞄准精度，且，突破了现有的射线发射区图像探测技术视场范围的限制，降低了对射线产额的要求，提高了对发射区射线源位置随机移动的容忍度，同时，保证了高空间分辨能力，提高了测量精度。

本发明实施例还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现上述实施例提供的射线发射区图像测量方法的步骤。

本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器运行时执行上述实施例的射线发射区图像测量方法的步骤。

本发明实施例所提供的计算机程序产品，包括存储了程序代码的计算机可读存储介质，所述程序代码包括的指令可用于执行前面方法实施例中所述的方法，具体实现可参见方法实施例，在此不再赘述。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统和装置的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

另外，在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个处理器可执行的非易失的计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。