一种中子能量分辨成像的数据处理方法、系统及存储介质与流程

本发明涉及中子成像探测与核电子学数据处理，具体涉及一种中子能量分辨成像的数据处理方法、系统及存储介质。

背景技术：

1、中子能量分辨成像是一种能够同时获取样品空间结构信息和核素特征信息的先进无损检测技术。与普通透射成像相比，能量分辨成像不仅要记录每个像素位置上的中子通量变化，还要记录中子到达探测器的时间信息，并通过飞行时间方法反演中子能量，从而获得不同能区下的透射图、共振吸收图及核素分布图。对于ev至mev范围的白光中子源实验，探测器需要同时具备高空间分辨、高时间分辨、高计数率承受能力和较高的中子探测效率。

2、nmcp（中子敏感微通道板）因具有高增益、高时间分辨、高位置分辨和可事例化读出的特点，被认为是最有前景的中子能量分辨成像探测技术路线之一。当前，结合交叉阳极条阵列的nmcp探测器已可在较少读出通道数的前提下实现较高像素等效分辨能力，并通过电荷重心方法取得优于条宽的位置精度。然而，现有数据处理方法大多围绕波形采样展开，依赖全波形的峰值提取、基线估计和离线重建。一方面，这类方式数据量大、处理链条复杂、实时性有限，不利于大通量白光中子源上的长期稳定运行；另一方面，波形模式在计数率升高、多重击中频发以及电子学动态范围受限时，容易导致触发歧义、阈值偏置和中子事例收集不完整。因此，如何建立一种不依赖全波形输出就能够长期稳定运行且不影响中子事例收集，并能够提升高能区探测效率的系统性数据处理方法，成为nmcp能量分辨成像从实验验证走向稳定工程应用的关键问题。

技术实现思路

1、本发明提供的一种中子能量分辨成像的数据处理方法、系统及存储介质，有效解决了现有的中子能量分辨成像数据处理系统无法在较低数据吞吐压力下仍能同时实现高纯度中子事例识别、优于条宽的位置分辨以及精确的飞行时间能量分辨的问题。

2、根据第一方面，一种实施例中提供一种中子能量分辨成像的数据处理方法，包括：

3、在中子事例发生后，获取采集板卡中的事件流信息；所述事件流信息包括每一条命中阳极条的条号、过阈到达时间、过阈持续时间以及触发批次号中的至少一种；

4、在所述采集板卡的全局触发窗内，根据所述命中阳极条的条号、所述命中阳极条之间的过阈到达时间的差值对x方向和y方向的阳极条的进行分簇，得到至少一个x候选簇和/或至少一个y候选簇；所述全局触发窗为所述采集板卡在同一时刻下的所有时间窗口；

5、采用联合判别策略分别对每个触发窗内出现的x候选簇和y候选簇进行配对判断，以得到每个触发窗内真实的中子事例；

6、获取所述真实的中子事例中所述x候选簇中每个命中阳极条的中心位置、每个命中阳极条的过阈持续时间校正后的权重，根据所述x候选簇中每个命中阳极条的中心位置和每个命中阳极条的过阈持续时间校正后的权重计算所述x候选簇中每个命中阳极条的位置坐标；

7、获取所述真实的中子事例中所述y候选簇中每个命中阳极条的中心位置、每个命中阳极条的过阈持续时间校正后的权重，根据所述y候选簇中每个命中阳极条的中心位置、每个命中阳极条的过阈持续时间校正后的权重计算所述y候选簇中每个命中阳极条的位置坐标；

8、获取所述采集板卡真实的中子事例中所述命中阳极条的起始时间以及过阈到达时间，根据所述起始时间和所述过阈到达时间计算所述真实的中子事例中中子的飞行时间；

9、根据所述中子的飞行时间和所述中子的飞行路径计算所述中子的能量；

10、基于所述真实的中子事例，根据所述x候选簇中每个命中阳极条的位置坐标、所述y候选簇中每个命中阳极条的位置坐标、所述中子的飞行时间以及所述中子的能量生成全能谱图以及选能区图并输出。

11、一实施例中，所述获取采集板卡中的事件流信息之后，还包括：

12、对所述采集板卡进行时钟同步，以形成统一的全局时间序列。

13、一实施例中，所述根据所述命中阳极条的条号、所述命中阳极条之间的过阈到达时间的差值对x方向和y方向的阳极条的进行分簇，包括：

14、获取每个触发窗内x方向的命中阳极条的条号，根据预设邻近关系对每个触发窗内的所述x方向的命中阳极条的条号进行分配，判断所述条号中是否存在满足预设分配条件的x方向的命中阳极条；

15、获取每个触发窗内x方向的命中阳极条的过阈到达时间，计算每两个所述x方向的命中阳极条的过阈到达时间的差值，判断所述差值是否小于第一预设时间门宽；

16、将所述条号满足预设分配条件，且，所述过阈到达时间的差值小于预设时间门宽的x方向的命中阳极条归并为同一候选簇，记为x候选簇；

17、获取每个触发窗内y方向的命中阳极条的条号，根据预设邻近关系对每个触发窗内的所述y方向的命中阳极条的条号进行分配，判断所述条号中是否存在满足预设分配条件的y方向的命中阳极条；

18、获取每个触发窗内y方向的命中阳极条的过阈到达时间，计算每两个所述y方向的命中阳极条的过阈到达时间的差值，判断所述差值是否小于第一预设时间门宽；

19、将所述条号满足预设分配条件，且，所述过阈到达时间的差值小于预设时间门宽的y方向的命中阳极条归并为同一候选簇，记为y候选簇。

20、一实施例中，所述根据所述命中阳极条的条号、所述命中阳极条之间的过阈到达时间的差值对x方向和y方向的阳极条的进行分簇，还包括：

21、将所述条号中不满足预设分配条件的x方向的命中阳极条，或，过阈到达时间的差值大于预设时间门宽的x方向的命中阳极条视为独立候选簇；

22、将所述条号中不满足预设分配条件的y方向的命中阳极条，或，过阈到达时间的差值大于预设时间门宽的y方向的命中阳极条视为独立候选簇。

23、一实施例中，所述采用联合判别策略分别对每个触发窗内出现的x候选簇和y候选簇进行配对判断，以得到每个触发窗内真实的中子事例，包括：

24、当同一触发窗内包括多个x候选簇和多个y候选簇时，判断所述x候选簇的过阈到达时间与所述y候选簇的过阈到达时间之间的差值是否小于第二预设时间门宽；

25、若是，则判断所述x候选簇的过阈持续时间的总和与所述y候选簇的过阈持续时间的总和之间的比值是否在预设范围内；

26、若是，则判断所述x候选簇的过阈持续时间的最大值位置和簇宽度、所述y候选簇的过阈持续时间的最大值位置和簇宽度是否在预设阈值之内；

27、若是，则确定所述触发窗内发生真实的中子事例；和/或，

28、当同一触发窗内包括一个x候选簇和多个y候选簇，或同一触发窗内包括多个x候选簇和一个y候选簇时，将所述x候选簇的过阈到达时间与所述y候选簇的过阈到达时间之间的差值、所述x候选簇的过阈持续时间的总和与所述y候选簇的过阈持续时间的总和之间的比值、x候选簇的簇宽度、y候选簇的簇宽度带入预设的代价函数中进行计算；

29、选取代价最小的一组x候选簇和y候选簇的组合确定为所述触发窗内发生真实的中子事例。

30、一实施例中，所述得到每个触发窗内真实的中子事例之后，还包括：

31、计算每个所述真实的中子事例的暗记数判别分数；

32、判断所述暗记数判别分数是否高于预设判别分数阈值，若是，则将所述暗记数判别分数对应的真实的中子事例剔除或标记为低置信度事例。

33、一实施例中，所述得到每个触发窗内真实的中子事例之后，还包括：

34、将所述真实的中子事例输入预设的饱和工作区，对所述真实的中子事例进行饱和式输出，使所述真实的中子事例中的过阈持续时间趋于一致。

35、一实施例中，所述根据所述起始时间和所述过阈到达时间计算所述真实的中子事例中中子的飞行时间，包括：

36、采用γ-flash对所述真实的中子事例中所述命中阳极条的起始时间进行周期性校正，得到校正后的起始时间；

37、根据所述真实的中子事例中所述命中阳极条的过阈持续时间对所述过阈到达时间进行分段补偿，得到校正后的过阈到达时间；

38、根据所述校正后的过阈到达时间和所述校正后的起始时间及计算所述真实的中子事例中中子的飞行时间。

39、一实施例中，所述得到每个触发窗内真实的中子事例之后，还包括：

40、根据每个所述命中阳极条的过阈到达时间和起始时间计算中子的飞行时间；

41、根据所述飞行时间将所述中子事例分为不同能区段，通过预设的高能响应权重模型评估所述中子事例中的有效高能中子事例。

42、根据第二方面，一种实施例中提供中子能量分辨成像的数据处理系统，包括：

43、事件流信息获取模块，用于在中子事例发生后，获取采集板卡中的事件流信息；所述事件流信息包括每一条命中阳极条的条号、过阈到达时间、过阈持续时间以及触发批次号中的至少一种；

44、分簇模块，用于在所述采集板卡的全局触发窗内，根据所述命中阳极条的条号、所述命中阳极条之间的过阈到达时间的差值对x方向和y方向的阳极条的进行分簇，得到至少一个x候选簇和/或至少一个y候选簇；所述全局触发窗为所述采集板卡在同一时刻下的所有时间窗口；

45、中子事例判断模块，用于采用联合判别策略分别对每个触发窗内出现的x候选簇和y候选簇进行配对判断，以得到每个触发窗内真实的中子事例；

46、x坐标重建模块，用于获取所述真实的中子事例中所述x候选簇中每个命中阳极条的中心位置、每个命中阳极条的过阈持续时间校正后的权重，根据所述x候选簇中每个命中阳极条的中心位置和每个命中阳极条的过阈持续时间校正后的权重计算所述x候选簇中每个命中阳极条的位置坐标；

47、y坐标重建模块，用于获取所述真实的中子事例中所述y候选簇中每个命中阳极条的中心位置、每个命中阳极条的过阈持续时间校正后的权重，根据所述y候选簇中每个命中阳极条的中心位置、每个命中阳极条的过阈持续时间校正后的权重计算所述y候选簇中每个命中阳极条的位置坐标；

48、飞行时间计算模块，用于获取所述采集板卡真实的中子事例中所述命中阳极条的起始时间以及过阈到达时间，根据所述起始时间和所述过阈到达时间计算所述真实的中子事例中中子的飞行时间；

49、能量计算模块，用于根据所述中子的飞行时间和所述中子的飞行路径计算所述中子的能量；

50、处理模块，用于基于所述真实的中子事例，根据所述x候选簇中每个命中阳极条的位置坐标、所述y候选簇中每个命中阳极条的位置坐标、所述中子的飞行时间以及所述中子的能量生成全能谱图以及选能区图并输出。

51、根据第三方面，一种实施例提供一种计算机可读存储介质，包括程序，所述程序能够被处理器执行以实现如本文中任一实施例所述的方法。

52、依据上述实施例的一种中子能量分辨成像的数据处理方法/系统，在中子事例发生之后，获取每条命中阳极条的条号、过阈到达时间、过阈持续时间以及触发批次号，然后，在采集板卡的全局触发窗内根据命中阳极条的条号、过阈到达时间的差值对x方向和y方向的命中阳极条进行分簇，得到x候选簇和y候选簇，之后，根据每个触发窗内出现的x候选簇和y候选簇来获取每个触发窗内发生的真实中子事例。之后，根据真实中子事例中x候选簇和y候选簇在每个命中阳极条中的中心位置以及每个命中阳极条的过阈持续时间校正后的权重分别计算x候选簇中每个命中阳极条的位置坐标以及y候选簇中每个命中阳极条的位置坐标；根据命中阳极条的起始时间以及过阈到达时间计算真实的中子事例中中子的飞行时间；根据中子的飞行时间和中子的飞行路径计算所述中子的能量；最终，根据x候选簇中每个命中阳极条的位置坐标、y候选簇中每个命中阳极条的位置坐标、中子的飞行时间以及中子的能量生成全能谱图以及选能区图并输出。本技术的上述方案提供了一种不依赖全波形输出，而采用toa+tot事例流进行实时或准实时的数据处理方法，使其在较低数据吞吐压力下仍能同时实现高纯度中子事例识别、优于条宽的位置分辨、精确的飞行时间以及能量分辨，实现了较低数据量、较高实时性的数据处理架构，更适合大通量宽能谱中子源实验。