【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于缪子成像，涉及一种利用透射成像技术探测被测物体内部构造的场景，特别是一种求解缪子成像的抗噪数值计算方法。
技术介绍
1、宇宙射线缪子成像是一种新型的极具应用潜力的绿色成像技术。通过探测穿透被测物体的缪子通量、角分布等信息实现对被测物体的成像。缪子源主要分为加速器缪子和宇宙射线缪子，后者由来自外太空的高能宇宙射线与地球大气相互作用产生的次级粒子。基于缪子在穿过物体时发生能量损失和多重库伦散射两种机理，缪子成像技术可分为透射成像和散射成像。透射成像利用缪子穿透物质时能量损失率与穿透路径长度有关的特性对物体的密度结构成像。宇宙射线缪子相比其它粒子具有能域宽和穿透能力强的特点，因此缪子透射成像技术可以对尺度达千米量级的物体成像。散射成像是以库伦相互作用为基础实现的，其利用缪子穿透物质时发生的多重库伦散射的散射角大小与材料原子序数有关的特性，适用于对高原子序数物体的成像。宇宙射线缪子成像技术已经被应用到诸多领域，如废弃的核燃料桶和反应堆监测、地层断面成像。三维透射成像需从多个方向联合探测被测物体，通过测量缪子穿过物体后的通量，进而得到被测物体的密度分布。
2、然而，常见的用于缪子成像的优化算法如共轭梯度法、模拟退火法、遗传算法等未涉及到双端约束，且未考虑数据采集过程中噪声对计算结果的影响，由此现有缪子成像的算法存在误差大、精确度偏低的问题。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种考虑缪子成像中的双端约束问题，同时具有良好的抗噪能力
2、本专利技术的目的可通过下列技术方案来实现：一种求解缪子成像的抗噪数值计算方法，包括以下步骤：
3、s1、根据缪子射线穿过被测物体的等效长度及射线穿过每个体素的路径长度，构建缪子成像的基本方程：aρ＝h，其中，表示射线穿过被测物体的真实长度，表示待求解的体素密度，τ表示矩阵或向量的转置，表示射线穿过被测物体的等效长度；
4、s2、根据体素密度计算值与参考值的偏离程度以及相邻体素的密度平滑性，构建缪子成像的附加方程：αs(ρ-ρref)+αx(ρ-mxρ)+αy(ρ-myρ)+αz(ρ-mzρ)＝0，其中，ρref为密度参考值，αs，αx，αy和αz是权重参数，和分别是x、y、z方向的密度平滑性矩阵；
5、s3、将基本方程与附加方程合并为新方程gρ＝d，其中
6、s4、引入非负向量将双端约束转化为等式方程，将等式方程经过联立、变换运算，得到求解缪子成像抗噪数值的最终方程：其中k是迭代次数，表示矩阵或向量的伪逆，h1＝τγ，h2＝τ2λ，τ为采样间隔，参数γ＞0、λ＞0，求解最终方程得到被测物体的密度分布。
7、在上述的求解缪子成像的抗噪数值计算方法中，步骤s1中，所述基本方程的推算过程为：
8、第i条射线与被测物体的关系为其中，hi是第i条缪子射线穿过被测物体的等效长度，是第i条射线穿过物体的路径长度，ρ(l)是被测物体沿射线方向的密度函数；假设共采集到m条缪子射线的信息，将被测物体离散化为n个体素，即可得到基本方程。
9、在上述的求解缪子成像的抗噪数值计算方法中，步骤s2中，所述附加方程的推算过程为：将密度的计算值与理论值的偏差极尽缩小，且相邻体素的密度变化趋于平滑，得到附加方程。
10、在上述的求解缪子成像的抗噪数值计算方法中，步骤s2中，将所述附加方程进一步表述为pρ＝a，其中为单位矩阵，
11、在上述的求解缪子成像的抗噪数值计算方法中，步骤s4中，待求解的体素密度双端约束表示为ρ-≤ρ≤ρ+，其中ρ-、ρ+分别表示体素密度的下限、上限，将双端约束重新表述为bρ≤κ，其中
12、在上述的求解缪子成像的抗噪数值计算方法中，步骤s4中，引入所述非负向量将双端约束不等式bρ≤κ转化为等式bρ-κ+c2＝0。
13、在上述的求解缪子成像的抗噪数值计算方法中，将等式方程进而联立方程gρ＝d并通过数学变换得aw＝l，其中为对角矩阵，
14、与现有技术相比，本求解缪子成像的抗噪数值计算方法具有以下有益效果：
15、本专利技术通过考虑缪子成像问题的基本方程、计算解与参考解的偏离程度，以及相邻体素密度平滑性，并引入非负向量解决双端约束，将缪子成像问题转化为最优化问题，进一步与双端约束不等式联立得到缪子成像的求解模型，构建了抗噪数值计算方法，能够有效地抑制噪声带来的影响，并较好地还原出被测物体，提升测量的精准性。
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1.一种求解缪子成像的抗噪数值计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的求解缪子成像的抗噪数值计算方法，其特征在于，步骤S1中，所述基本方程的推算过程为：
3.如权利要求1所述的求解缪子成像的抗噪数值计算方法，其特征在于，步骤S2中，所述附加方程的推算过程为：将密度的计算值与理论值的偏差极尽缩小，且相邻体素的密度变化趋于平滑，得到附加方程。
4.如权利要求1所述的求解缪子成像的抗噪数值计算方法，其特征在于，将所述附加方程进一步表述为Pρ＝a，其中为单位矩阵，
5.如权利要求1所述的求解缪子成像的抗噪数值计算方法，其特征在于，步骤S4中，待求解的体素密度双端约束表示为ρ-≤ρ≤ρ+，其中ρ-、ρ+分别表示体素密度的下限、上限，将双端约束重新表述为Bρ≤κ，其中
6.如权利要求1所述的求解缪子成像的抗噪数值计算方法，其特征在于，步骤S4中，引入所述非负向量将双端约束不等式Bρ≤κ转化为等式Bρ-κ+c2＝0。
7.如权利要求6所述的求解缪子成像的抗噪数值计算方法，其特征在于，将等式方程进而联立方
...【技术特征摘要】
1.一种求解缪子成像的抗噪数值计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的求解缪子成像的抗噪数值计算方法，其特征在于，步骤s1中，所述基本方程的推算过程为：
3.如权利要求1所述的求解缪子成像的抗噪数值计算方法，其特征在于，步骤s2中，所述附加方程的推算过程为：将密度的计算值与理论值的偏差极尽缩小，且相邻体素的密度变化趋于平滑，得到附加方程。
4.如权利要求1所述的求解缪子成像的抗噪数值计算方法，其特征在于，将所述附加方程进一步表述为pρ＝a，其中为单位矩阵，
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