專利名稱：考古用同位素密度掃描自適應(yīng)成像算法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及考古中同位素密度計算機(jī)成像的數(shù)據(jù)處理計算方法及軟件實(shí)現(xiàn)的技術(shù)方法。通過本計算方法對同位素密度成像系統(tǒng)所測量的數(shù)據(jù)進(jìn)行計算，可以得出地下介質(zhì)的密度分布，從而實(shí)現(xiàn)在考古中利用同位素密度系統(tǒng)和本計算方法對數(shù)據(jù)處理所得的像圖資料達(dá)到尋找地下青銅、鐵、金、銀等金屬文物目的。
背景技術(shù)：
當(dāng)一束平行的γ射線束垂直通過吸收屏(吸收物質(zhì))時，γ射線與物質(zhì)發(fā)生相互作用，有的光子全部被吸收；有的光子失去一部分能量而改變了原來的運(yùn)動方向；有的光子則與物質(zhì)發(fā)生彈性散射。總的來說，構(gòu)成了衰減。實(shí)驗(yàn)證明，它的衰減服從指數(shù)規(guī)律I＝I0e-μx(I)式中，I0——起始點(diǎn)γ射線照射量率；I——通過吸收物質(zhì)厚度為x(cm)后的γ射線照射量率；μ——衰減系數(shù)，cm-1。
μ的物理意義從(II)式可得，dI＝-μIdxμ=-dIIdx---(II)]]>故μ的物理意義是當(dāng)射線穿過厚度為dx的介質(zhì)后，損失的γ射線照射量率(dI)，與入射γ射線照射量率I之比。
同位素密度掃描成像計算算法的理論基礎(chǔ)當(dāng)射線通過不均勻介質(zhì)的時候，其衰減的程度與介質(zhì)的密度成反比關(guān)系(非線性)。通過對透射射線強(qiáng)度和能量的測量，可以得出介質(zhì)的密度分布。
對公式(I)必須滿足兩個條件第一γ射線是平行的γ射線束；第二γ射線束垂直通過吸收屏(吸收物質(zhì))，公式(I)才成立。
μ的大小與γ射線的能量及吸收介質(zhì)密度ρ等因素有關(guān)。密度越大，單位體積中原子、電子數(shù)越多，γ射線照射量率衰減的就越快，γ射線衰減系數(shù)μ就愈大。用質(zhì)量衰減系數(shù)μm(μm＝μ/ρ)來描寫γ射線在物質(zhì)中的衰減程度。
在實(shí)際同位素密度計算機(jī)成像測量系統(tǒng)應(yīng)用中，γ射線束不是平行光束，因而不滿足第一個條件；γ射線與吸收介質(zhì)(地下介質(zhì))不是垂直作用，因而公式(I)中的許多參數(shù)不能滿足，因而測量的數(shù)據(jù)與(I)式的關(guān)系形成很大的誤差。在同位素密度成像的計算方法中，不能采用公式(I)來計算。另外，對于考古而言，地下的介質(zhì)隨不同的地點(diǎn)不同。即使在同一地點(diǎn)，介質(zhì)的密度差別很大，與當(dāng)時的水文地質(zhì)條件有關(guān)(如地面的濕度)，因而它是一個影響因素很多的參數(shù)，無法從實(shí)驗(yàn)室得到一個標(biāo)準(zhǔn)或經(jīng)驗(yàn)的值。采用線性擬合計算和多次迭代的辦法解決了對μ值的定值依賴問題。通過對測量數(shù)據(jù)計算能夠自動適應(yīng)介質(zhì)差較大的介質(zhì)，得到清楚的地下介質(zhì)密度分布圖像。
國內(nèi)尚無對考古用成像自適應(yīng)算法的報道。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服由于測量條件不能滿足計算公式的缺陷，本發(fā)明專利采用一個自適應(yīng)的算法來對考古同位素密度測量的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，達(dá)到能清楚地反映地下介質(zhì)密度的分布。
為了解決公式(I)中μ參數(shù)難于確定的問題本發(fā)明采用線性插值和多次迭代的計算方法，對同位素密度成像系統(tǒng)所測量數(shù)值進(jìn)行計算，并通過軟件實(shí)現(xiàn)，得出地下介質(zhì)密度分布圖像。
本發(fā)明具有以下優(yōu)勢1、采用線性插值和多次迭代的計算方法，設(shè)計一種新的自適應(yīng)算法，將測量儀得到的原始數(shù)據(jù)在不需要人為加入、修改參數(shù)的情況下，自行修正參數(shù)，選取出異常點(diǎn)。并用軟件實(shí)現(xiàn)該算法，用于考古用同位素密度成像儀中，實(shí)現(xiàn)考古數(shù)據(jù)的快速成像，指導(dǎo)考古現(xiàn)場工作。
2、將原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成同一坐標(biāo)系，采用線性插值和多次迭代方法設(shè)計自適應(yīng)算法，計算出成像數(shù)據(jù)。
3、采用軟件實(shí)現(xiàn)了自適應(yīng)算法，能夠直觀的得到成像圖片。
具體實(shí)施例方式
考古用同位素密度成像儀工作方式是將激發(fā)源通過一個導(dǎo)源管道被放入地下一定深度的位置，采用探測器在地表進(jìn)行密集型探測，主要探測激發(fā)源放射出的射線經(jīng)過地下介質(zhì)透射出來的射線強(qiáng)度衰減情況，從而確定地下介質(zhì)密度分布情況。
本發(fā)明如

圖1所示，假設(shè)在10×10的XY坐標(biāo)系中，以(X5，Y5)為圓心，將激發(fā)源放入地下，深度為h，在X軸和Y軸交叉點(diǎn)處進(jìn)行測量，為了避免各個測量點(diǎn)參數(shù)不同，無法對比，將原始數(shù)據(jù)全部轉(zhuǎn)化成以激發(fā)源到地表的半徑r為坐標(biāo)的坐標(biāo)系中。
1、距同位素源和等距離點(diǎn)的γ射線強(qiáng)度的計算圖中半徑為r(r＝X9-X5)的圓上各點(diǎn)到激發(fā)源的距離是相等的，若是均勻介質(zhì)，儀器探測到的應(yīng)是同一強(qiáng)度，計算圖中與X、Y軸相交點(diǎn)的計數(shù)值。以如圖中計算B點(diǎn)測量值為例。
本發(fā)明認(rèn)為A、B、C為線性關(guān)系，三點(diǎn)計數(shù)值分別為NA、NB、Nc，坐標(biāo)分別為(X7，Y9)、(X7，YB)、(X7，Y8)，則B點(diǎn)計數(shù)值為NB=NA-NCY9-Y8(YB-Y8)+NC---(III)]]>其中YB=r2-(X7-X5)2]]>按照上述辦法可以求出相同半徑的圓上與X、Y軸相交的點(diǎn)的計數(shù)值，記為NXi，NYi。
2、迭代求取ri點(diǎn)上的γ射線強(qiáng)度值Nri。
首先，將R相等的各點(diǎn)值相加，ΣNr=ΣNXi+ΣNYi---(IV)]]>然后取平均值 計算一倍均方差，假設(shè)L、H為L=Nri‾-Nri‾,H=nri‾+Nri‾]]>比較r相等的各點(diǎn)的值，如果Nri＜L或Nri＞H，將這些點(diǎn)排除。
用剩下的Nri，重復(fù)(a)，(b)步驟3至5次。
用最后剩下的Nr，計算出平均值，作為在r值處的γ射線標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度值Nri(i＝1、2……5)。
3、用2步計算出的Nri進(jìn)行線性插值，得到任意r點(diǎn)計數(shù)值的計算公式。如圖2所示，垂直Y軸作一個剖面，以D、E、F為例，三點(diǎn)對應(yīng)測量半徑r1、rE、r2，計數(shù)值分別為ND、NE、NF，計算E點(diǎn)計數(shù)值NE=ND-ND-NFr1-r2(r1-rE)---(V)]]>4、計算成像數(shù)據(jù)，其計算方法為用實(shí)測的r處的γ射線值I(Xi、Yi)減去對應(yīng)r處的計算γ射線強(qiáng)度值Nri，差作為成像數(shù)據(jù)M(Xi、Yi)＝I(Xi、Yi)-Nri(VI)從得到的成像數(shù)據(jù)M(Xi、Yi)，它是一個與μ，I0無關(guān)的數(shù)據(jù)，這樣達(dá)到拋開μ，I0來得到介質(zhì)密度的變化圖像，其缺點(diǎn)是不能得到介質(zhì)絕對密度值，但可以得出介質(zhì)度的變化及相對值，能夠滿足考古尋找金屬文物的需求。
5、軟件實(shí)現(xiàn)基于VC語言的軟件程序?qū)崿F(xiàn)了該算法，主流程如圖3。對于測量的原始數(shù)據(jù)，首先要經(jīng)過子程序計算距離激發(fā)源相同距離各點(diǎn)的射線強(qiáng)度，然后通過子程序計算出迭代方法計算相同距離處射線強(qiáng)度，從而可以通過子程序通過線性插值計算沿測量方向上各點(diǎn)射線強(qiáng)度，通過各點(diǎn)射線強(qiáng)度的比較，計算成像數(shù)據(jù)。其他子程序主要基于公式的計算，基本是各個系數(shù)的加減乘除計算，沒有專門編寫了算法程序。
本發(fā)明的有益效果本發(fā)明的考古用同位素密度掃描自適應(yīng)成像算法與研制的同位素密度掃描成像系統(tǒng)一起在模型上進(jìn)行試驗(yàn)，在沙土模型中埋入鐵塊和銅塊，如圖4測量的原始數(shù)據(jù)成圖鐵塊(2)和銅塊(3)的位置不清楚。經(jīng)過本發(fā)明的考古用同位素密度掃描自適應(yīng)成像算法后得到的圖像，如圖5鐵塊(2)和銅(3)塊的位置十分清楚。
一般巖石的密度為2.0～3.0，砂土為1.8～2.2，金屬(鐵7.9，銅8.8)，所以巖石、金屬的衰減大于泥土，其成像數(shù)據(jù)為負(fù)。即密度大的介質(zhì)的異常為負(fù)。一般巖石與砂土密度相差不大，異常較小，而金屬與泥土的密度相差大，故異常的幅度大。
本發(fā)明用于同位素密度掃描成像儀，可以在考古現(xiàn)場尋找地下埋藏的金銀銅鐵錫鉛等金屬文物。該方法的探測深度可達(dá)0.5～0.8米，地下埋藏的物體在生成的圖形中清晰可見。
現(xiàn)在只能生成平面的密度成像。通過不同能量的計數(shù)率和復(fù)雜的處理方法，可以生成立體的密度成像。
權(quán)利要求
1，本發(fā)明涉及一種考古中同位素密度計算機(jī)成像的數(shù)據(jù)處理計算方法及軟件實(shí)現(xiàn)的技術(shù)方法，其特征在于它采用線性插值和多次迭代的計算方法，設(shè)計一種新的自適應(yīng)算法，將測量儀得到的原始數(shù)據(jù)在不需要人為加入、修改參數(shù)的情況下，自行修正參數(shù)，選取出異常點(diǎn)。并用軟件實(shí)現(xiàn)該算法，用于考古用同位素密度成像儀中，實(shí)現(xiàn)考古數(shù)據(jù)的快速成像，指導(dǎo)考古現(xiàn)場工作。
2，根據(jù)權(quán)利要求1所述，其特征在于將原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化同一參數(shù)坐標(biāo)系中，采用線性插值和多次迭代方法設(shè)計自適應(yīng)算法，計算出成像數(shù)據(jù)。
3，根據(jù)權(quán)利要求1所述，其特征在于采用軟件實(shí)現(xiàn)了自適應(yīng)算法，能夠直觀的得到成像圖片。
全文摘要
本發(fā)明是一種考古中同位素密度計算機(jī)成像的數(shù)據(jù)處理計算方法及軟件實(shí)現(xiàn)的技術(shù)方法，采用線性插值和多次迭代的計算方法，設(shè)計一種新的自適應(yīng)算法，將測量儀得到的原始數(shù)據(jù)在不需要人為加入、修改參數(shù)的情況下，自行修正參數(shù)，選取出異常點(diǎn)。并用軟件實(shí)現(xiàn)該算法，用于考古用同位素密度成像儀中，實(shí)現(xiàn)考古數(shù)據(jù)的快速成像，指導(dǎo)考古現(xiàn)場工作。經(jīng)實(shí)驗(yàn)，在沙土模型中埋入鐵塊和銅塊，利用測量的原始數(shù)據(jù)成圖鐵塊和銅塊的位置不清楚，經(jīng)過本發(fā)明的考古用同位素密度掃描自適應(yīng)成像算法對原始數(shù)據(jù)處理后得到的圖像，鐵塊和銅塊的位置十分清楚。
文檔編號G01N23/02GK1945560SQ200610021489
公開日2007年4月11日 申請日期2006年7月31日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月31日
發(fā)明者庹先國, 任家富, 王緒本, 周建斌, 陶永莉, 穆克亮, 林娟 申請人:成都理工大學(xué)