本发明属于核辐射探测，具体涉及一种基于先验场景模型的康普顿移动成像方法。
背景技术：
1、对放射性物质的搜寻定位与核素识别技术是在役核设施运营监管、核设施退役、核事故应急、核安保、环境监测等领域的关键核辐射探测技术。
2、传统的放射源定位设备有伽马相机和康普顿相机，可以测量以相机为球心径向入射的光子入射方向，通过累计计数确定各个方向的伽马放射源强度。伽马相机成像基于小孔成像原理，需要机械准直结构筛选伽马光子入射方向，受到原理限制在单次成像过程中只能进行相机位置固定的静态成像，对大型辐射场景的测量需要选取多个测量位置和测量方向进行静态成像，然后基于位置坐标拼接多次静态成像的结果，效率较低；康普顿相机基于康普顿散射成像原理，无需机械准直结构，相比于伽马相机具有成像视野大、探测效率高的优点，康普顿成像过程可以独立处理每一个单光子事件进行成像，具有移动相机进行测量，实现对大型辐射场景一次成像的潜在应用能力，但目前康普顿相机只应用于静态成像，对大型辐射场景的辐射成像过程与伽马相机相同，没有发挥其潜在的效率优势。
技术实现思路
1、针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的是提供一种基于先验场景模型的康普顿移动成像方法，实现康普顿相机对大型辐射场景的一次测量成像，提高放射性物质定位的测量效率。
2、为达到以上目的，本发明采用的技术方案是：一种基于先验场景模型的康普顿移动成像方法，包括：组装康普顿相机与位姿传感器，确定康普顿相机成像中心与位姿传感器测量中心的相对位置，建立康普顿相机坐标系与位姿传感器坐标系的平移映射关系；通过康普顿相机获取以时间排序的γ光子散射事件数据及设备位姿数据；将康普顿相机坐标系下的γ光子散射事件坐标转换为位姿传感器坐标系下的γ光子散射事件坐标；将位姿传感器坐标系下的γ光子散射事件坐标转换为三维成像空间坐标系下的γ光子散射事件坐标；重建三维成像空间坐标系下的γ光子散射事件，得到与先验三维场景模型坐标对齐的γ放射源分布图像。
3、进一步，所述获取以时间排序的γ光子康普顿散射事件数据及设备位姿数据具体为：记录位姿传感器在具有先验三维场景模型的辐射场景中的测量原点后，进行移动测量，通过康普顿相机获取以时间排序的γ光子散射事件的坐标数据，并通过位姿传感器获取以时间排序的设备位姿数据。
4、进一步，所述位姿传感器的测量原点包括原点位置和原点方向。
5、进一步，所述γ光子散射事件数据包括γ光子康普顿散射事件的时间、三维坐标、沉积能量，γ光子吸收事件的三维坐标、沉积能量。
6、进一步，所述γ光子散射事件的坐标数据是在康普顿相机坐标系下的坐标数据。
7、进一步，所述设备位姿数据是相对于测量原点的相对三维位移数据和相对旋转数据。
8、进一步，所述三维成像空间坐标系以位姿传感器测量原点坐标为坐标原点，以位姿传感器测量原点方向为坐标方向。
9、进一步，所述将康普顿相机坐标系下的γ光子散射事件坐标转换为位姿传感器坐标系下的γ光子散射事件坐标具体为：根据所述康普顿相机坐标系与位姿传感器坐标系的平移映射关系，将康普顿相机坐标系下的γ光子散射事件坐标平移到位姿传感器坐标系。
10、进一步，所述将位姿传感器坐标系下的γ光子散射事件坐标转换为三维成像空间坐标系下的γ光子散射事件坐标具体为：根据时间戳，通过线性插值计算所述康普顿γ光子事件发生时刻，设备的位姿数据；根据位姿数据，对位姿传感器坐标系下的康普顿γ光子事件位置坐标先后进行旋转和平移，获取三维成像空间坐标系下的γ光子散射事件坐标
11、进一步，所述重建三维成像空间坐标系下的γ光子散射事件具体为：据位姿传感器的测量原点，确定先验三维场景模型在成像空间坐标系中的位置和方向，根据先验三维模型以矩形体素划分康普顿散射成像空间，依据康普顿散射图像重建算法重建三维成像空间坐标系下的康普顿γ光子事件。
12、进一步，所述康普顿散射图像重建算法是带权重的列表模式极大似然期望最大化算法。
13、进一步，所述图像重建算法的迭代重建公式中包括根据成像空间体素的测量时长确定的权重项，具体计算公式为：
14、
15、其中，i为γ光子事件索引，j为成像空间体素索引，n为γ光子事件总数，m为空间体素总数，为体素j在第l次迭代后的相对辐射强度值，tij为系统矩阵，tj为测量过程中体素j与相机之间无其他体素遮挡的时长；
16、所述图像重建算法的系统矩阵值计算公式中包括根据成像空间体素的测量距离确定的权重项，具体计算公式为：
17、
18、其中，i为γ光子事件索引，j为成像空间体素索引，tij为系统矩阵，vj为成像空间体素内部空间，为从位置s处以各向同性发射的γ光子向散射晶体c1位置处出射的概率，c1为γ光子的散射点位置，s为体素j的位置，为探测到γ光子的散射晶体的旋转方向，k(β,e0)为康普顿散射截面，β为真实散射角，e0为γ光子入射能量，θ为测量散射角，σ为散射角的测量不确定度，dij为空间体素j位置与γ光子入射时刻的相机位置之间的距离。
19、本发明的效果在于：通过确定康普顿相机成像中心与位姿传感器测量中心的相对位置、获取以时间排序的γ光子康普顿散射事件数据及设备位姿数据、将γ光子散射事件坐标转换为位姿传感器坐标系下的γ光子散射事件坐标、将位姿数据将位姿传感器坐标系下的γ光子散射事件坐标转换为三维成像空间坐标系下的γ光子散射事件坐标及重建三维成像空间坐标系下的康普顿γ光子事件，得到与先验三维场景模型坐标对齐的γ放射源分布图像，实现康普顿相机对大型辐射场景的一次测量成像，提高放射性物质定位的测量效率。
1.一种基于先验场景模型的康普顿移动成像方法，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的一种基于先验场景模型的康普顿移动成像方法，其特征在于：
3.如权利要求2所述的一种基于先验场景模型的康普顿移动成像方法，其特征在于：
4.如权利要求2所述的一种基于先验场景模型的康普顿移动成像方法，其特征在于：
5.如权利要求2所述的一种基于先验场景模型的康普顿移动成像方法，其特征在于：
6.如权利要求2所述的一种基于先验场景模型的康普顿移动成像方法，其特征在于：
7.如权利要求1所述的一种基于先验场景模型的康普顿移动成像方法，其特征在于：
8.如权利要求1所述的一种基于先验场景模型的康普顿移动成像方法，其特征在于，所述将康普顿相机坐标系下的γ光子散射事件坐标转换为位姿传感器坐标系下的γ光子散射事件坐标具体为：
9.如权利要求1所述的一种基于先验场景模型的康普顿移动成像方法，其特征在于，所述将位姿传感器坐标系下的γ光子散射事件坐标转换为三维成像空间坐标系下的γ光子散射事件坐标具体为：
10.如权利要求1所述的一种基于先验场景模型的康普顿移动成像方法，其特征在于：
11.如权利要求8所述的一种基于先验场景模型的康普顿移动成像方法，其特征在于：
12.如权利要求8所述的一种基于先验场景模型的康普顿移动成像方法，其特征在于：
