本說(shuō)明書(shū)的實(shí)施例涉及基于輻射的檢查系統(tǒng)的領(lǐng)域。具體地，本說(shuō)明書(shū)的實(shí)施例涉及用于基于從基于輻射的檢查系統(tǒng)生成的檢測(cè)到的能量頻譜的實(shí)時(shí)分類進(jìn)行材料辨別的系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)：

1、貿(mào)易欺詐、走私和恐怖主義增加了對(duì)用于檢查貨物、卡車(chē)、客車(chē)和其它運(yùn)輸系統(tǒng)的非侵入性檢查系統(tǒng)(諸如基于x射線、伽馬射線和線性加速器(linac)的系統(tǒng))的需求，這有效地提供了商品跨境移動(dòng)。此外，它們還提供了將武器、爆炸物、非法藥物和貴金屬等違禁品納入其中的機(jī)會(huì)。特別地，非侵入式檢查系統(tǒng)用于從停放車(chē)輛的路邊檢查到擁擠或高交通量港口中的掃描的應(yīng)用。術(shù)語(yǔ)港口雖然通常被認(rèn)為是指海港，但也適用于陸地邊境口岸或任何入境港口。

2、輻射入口監(jiān)測(cè)器(rpm)是用于檢測(cè)穿過(guò)它的電離輻射源的存在的無(wú)源系統(tǒng)，通常用于邊界或入境港口的安全。這些系統(tǒng)用于掃描車(chē)輛、貨物容器、軌道車(chē)和行人。此外，類似的系統(tǒng)用于在鋼回收工廠檢查廢金屬，其中放射源可能被熔化并意外地與廢鋼混合，這代表了由數(shù)百萬(wàn)美元的坩堝污染引起的巨大成本。

3、天然出現(xiàn)的輻射材料(norm)可能導(dǎo)致這些系統(tǒng)報(bào)警，這需要系統(tǒng)的操作者停止交通以便調(diào)查報(bào)警的原因。norm源包括同位素，例如ra-226、th-232/tl-208、k-40和u-238。雖然norm源的存在對(duì)于這些應(yīng)用通常是可接受的，但是它們表示“干擾”警報(bào)。這些系統(tǒng)的目標(biāo)是試圖盡可能地將這些norm干擾警報(bào)減少到低于1％的水平，因?yàn)閚orm源是來(lái)自輻射入口的大多數(shù)干擾警報(bào)的原因。

4、常規(guī)地，由于norm物質(zhì)的存在而導(dǎo)致的干擾警報(bào)的減少需要使用提供增加的能量分辨率的昂貴的檢測(cè)器，以便識(shí)別引起警報(bào)的特定norm同位素。高能量分辨率檢測(cè)器用于確定由于norm同位素引起的檢測(cè)到的頻譜內(nèi)的特定能量峰。因此，該方法使用檢測(cè)到的能量頻譜的非常特定的部分來(lái)確定norm源的存在。減少由于norm物質(zhì)的存在而引起的干擾警報(bào)的其它已知方法需要使用用于執(zhí)行類似能量輻射的聚類/分倉(cāng)(binning)的算法，然后基于這些能量倉(cāng)中的計(jì)數(shù)的比率對(duì)所述聚類輻射應(yīng)用聲音警報(bào)的決定，以嘗試并推斷警報(bào)歸因于norm源。即使使用自動(dòng)化系統(tǒng)，當(dāng)系統(tǒng)在高吞吐量下操作時(shí)，也變得難以遵守保持低錯(cuò)誤警報(bào)數(shù)量的隱含要求。

5、因此，需要一種用于減少基于輻射的檢查入口中的干擾警報(bào)的系統(tǒng)和方法。還需要一種系統(tǒng)和方法，其使用低成本檢測(cè)器，并且在機(jī)器學(xué)習(xí)框架中對(duì)檢測(cè)到的輻射頻譜整體執(zhí)行分析，以確定警報(bào)是否由norm材料引起。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、結(jié)合系統(tǒng)、工具和方法描述和說(shuō)明了以下實(shí)施例及其方面，這些系統(tǒng)、工具和方法旨在是示例性和說(shuō)明性的，而不是限制范圍。本技術(shù)公開(kāi)了許多實(shí)施例。

2、本說(shuō)明書(shū)公開(kāi)了一種輻射入口監(jiān)測(cè)器，其包括與處理系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的多個(gè)檢測(cè)器，其中處理系統(tǒng)被配置為通過(guò)以下方式確定輻射頻譜是否包括與天然出現(xiàn)的輻射材料源(norm)對(duì)應(yīng)的輻射：生成訓(xùn)練頻譜的數(shù)據(jù)庫(kù)，數(shù)據(jù)庫(kù)中的每個(gè)訓(xùn)練頻譜表示norm材料；收集輻射頻譜；通過(guò)使用一個(gè)或多個(gè)預(yù)定歸一化技術(shù)對(duì)所收集的頻譜進(jìn)行歸一化；通過(guò)使用一個(gè)或多個(gè)能量縮放技術(shù)對(duì)歸一化的頻譜進(jìn)行能量縮放；將歸一化和縮放的頻譜擬合到數(shù)據(jù)庫(kù)中的每個(gè)訓(xùn)練頻譜；確定對(duì)于每個(gè)訓(xùn)練頻譜擬合歸一化和縮放的頻譜的殘差；以及基于殘差和閾值將歸一化和縮放的頻譜識(shí)別為norm材料。

3、可選地，如果殘差小于閾值，則歸一化和縮放的頻譜被確定為norm材料。

4、可選地，處理器還被配置為如果殘差大于閾值，則將歸一化的縮放頻譜識(shí)別為屬于“其它”類別。

5、可選地，處理器被配置為基于訓(xùn)練頻譜以及用一類訓(xùn)練頻譜擬合歸一化的縮放頻譜的殘差來(lái)憑經(jīng)驗(yàn)確定閾值。

6、可選地，收集輻射頻譜包括通過(guò)使用多個(gè)檢測(cè)器中的一個(gè)或多個(gè)來(lái)收集由輻射入口監(jiān)測(cè)器中的被檢查物體輻射的能量頻譜。可選地，多個(gè)檢測(cè)器是大面積低分辨率輻射檢測(cè)器。可選地，輻射檢測(cè)器是聚乙烯基甲苯(pvt)檢測(cè)器。可選地，輻射檢測(cè)器是伽馬輻射檢測(cè)器。可選地，輻射入口監(jiān)測(cè)器是不包括輻射源的無(wú)源系統(tǒng)。可選地，輻射入口監(jiān)測(cè)器是用于檢測(cè)穿過(guò)無(wú)源輻射入口監(jiān)測(cè)器(rpm)的電離輻射源的存在的rpm。可選地，rpm包括多個(gè)面板，其中面板間隔開(kāi)以使貨物容器能夠在兩個(gè)面板之間通過(guò)。可選地，每個(gè)面板包括輻射檢測(cè)器。

7、可選地，對(duì)歸一化的頻譜進(jìn)行能量縮放包括將預(yù)定權(quán)重應(yīng)用于所收集的能量頻譜以獲得所述頻譜的加權(quán)矩陣。

8、可選地，所述一種或多種能量縮放技術(shù)包括頻譜劑量指數(shù)(sdi)技術(shù)。可選地，sdi技術(shù)向歸一化頻譜中的較高能量添加更多權(quán)重，以幫助確定norm材料。

9、可選地，用于訓(xùn)練基于最優(yōu)線性關(guān)聯(lián)存儲(chǔ)(olam)的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)或多個(gè)訓(xùn)練頻譜用于填充訓(xùn)練頻譜的數(shù)據(jù)庫(kù)。可選地，用于基于olam的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練頻譜包括來(lái)自norm材料的每個(gè)同位素的一個(gè)頻譜。

10、可選地，在現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列(fpga)集成電路內(nèi)實(shí)現(xiàn)的最優(yōu)線性關(guān)聯(lián)存儲(chǔ)器(olam)神經(jīng)網(wǎng)用于確定輻射頻譜是否包括與norm材料對(duì)應(yīng)的輻射。

11、可選地，歸一化和縮放的頻譜以順序方式擬合到數(shù)據(jù)庫(kù)中的每個(gè)訓(xùn)練頻譜。

12、可選地，norm材料是以下之一：ra-226、th-232/tl-208、k-40和u-238。

13、在一些實(shí)施例中，本說(shuō)明書(shū)公開(kāi)了一種確定輻射頻譜是否包括與天然出現(xiàn)的輻射材料源(norm)對(duì)應(yīng)的輻射的方法，該方法包括：生成訓(xùn)練頻譜的數(shù)據(jù)庫(kù)，數(shù)據(jù)庫(kù)中的每個(gè)訓(xùn)練頻譜表示norm材料；收集輻射頻譜；通過(guò)使用一個(gè)或多個(gè)預(yù)定歸一化技術(shù)對(duì)所收集的頻譜進(jìn)行歸一化；通過(guò)使用一個(gè)或多個(gè)能量縮放技術(shù)對(duì)歸一化的頻譜進(jìn)行能量縮放；將歸一化和縮放的頻譜擬合到數(shù)據(jù)庫(kù)中的每個(gè)訓(xùn)練頻譜；確定對(duì)于每個(gè)訓(xùn)練頻譜類別擬合歸一化縮放頻譜的殘差；以及基于用一類訓(xùn)練頻譜和閾值擬合歸一化的縮放頻譜的殘差，將歸一化的縮放頻譜識(shí)別為norm材料。

14、可選地，如果用一類訓(xùn)練頻譜擬合歸一化的縮放頻譜的殘差小于閾值，則歸一化的縮放頻譜被確定為norm材料。

15、可選地，該方法還包括如果用一類訓(xùn)練頻譜擬合歸一化的縮放頻譜的殘差大于閾值，則將歸一化的縮放頻譜識(shí)別為屬于“其它”類別。

16、可選地，基于數(shù)據(jù)庫(kù)中的訓(xùn)練頻譜以及用一類訓(xùn)練頻譜擬合歸一化縮放頻譜的殘差來(lái)憑經(jīng)驗(yàn)確定閾值。

17、可選地，收集輻射頻譜包括通過(guò)使用一個(gè)或多個(gè)輻射檢測(cè)器來(lái)收集由輻射檢查系統(tǒng)中的被檢查物體輻射的能量頻譜。

18、可選地，輻射檢測(cè)器是大面積低分辨率檢測(cè)器。仍然可選地，輻射檢測(cè)器是聚乙烯基甲苯(pvt)檢測(cè)器。仍然可選地，輻射檢測(cè)器是伽馬輻射檢測(cè)器。

19、可選地，輻射檢查系統(tǒng)是不包括輻射源的無(wú)源系統(tǒng)。仍然可選地，輻射檢查系統(tǒng)是用于檢測(cè)穿過(guò)無(wú)源輻射入口監(jiān)測(cè)器(rpm)的電離輻射源的存在的rpm。可選地，rpm包括多個(gè)面板，其中面板間隔開(kāi)以使貨物容器能夠在兩個(gè)面板之間通過(guò)。可選地，每個(gè)面板包括輻射檢測(cè)器。

20、可選地，對(duì)歸一化的頻譜進(jìn)行能量縮放包括將預(yù)定權(quán)重應(yīng)用于所收集的能量頻譜以獲得頻譜的加權(quán)矩陣。

21、可選地，所述一種或多種能量縮放技術(shù)包括頻譜劑量指數(shù)(sdi)技術(shù)。仍然可選地，sdi技術(shù)向歸一化頻譜中的較高能量添加更多權(quán)重，以幫助確定norm材料。

22、可選地，用于訓(xùn)練基于olam的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)或多個(gè)訓(xùn)練集用于填充訓(xùn)練頻譜的數(shù)據(jù)庫(kù)。

23、可選地，在現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列(fpga)集成電路內(nèi)實(shí)現(xiàn)的最優(yōu)線性關(guān)聯(lián)存儲(chǔ)器(olam)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)用于確定輻射頻譜是否包括與norm材料對(duì)應(yīng)的輻射。

24、可選地，用于基于olam的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練頻譜包括來(lái)自norm材料的每個(gè)同位素的一個(gè)頻譜。

25、可選地，歸一化和縮放的頻譜以順序方式擬合數(shù)據(jù)庫(kù)中的每個(gè)訓(xùn)練頻譜。

26、可選地，norm材料是以下之一：ra-226、th-232/tl-208、k-40和u-238。

27、在下面提供的附圖和詳細(xì)描述中將更深入地描述本說(shuō)明書(shū)的前述和其它實(shí)施例。