CN118150600A - 一种x射线能谱和散射强度的标定方法及*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种X射线能谱和散射强度的标定方法及***。该标定方法包括：制备多种标定物，并获取各个标定物的扫描图像；针对各标定物的扫描图像，依次进行校正处理、图像截取，形成仅包含阶梯区域的阶梯图像；对阶梯图像中的每节阶梯分别求取像素平均值，以获取每节阶梯的一对高低能信号值并以此构建最优化目标函数Loss；通过全局非凸优化方法找到Loss的最小值，并将X射线能谱设定为多个分立的高斯形状能谱的叠加，将X射线的散射强度设定为低能散射分布强度和高能散射分布强度，从而基于Loss的最小值实现对X射线能谱和散射强度的标定。该方法无需依赖额外的设备，一次扫描即可实现同时标定X射线能谱和散射强度。
Description
技术领域
本发明涉及一种X射线能谱和散射强度的标定方法，同时也涉及相应的标定***，属于辐射成像技术领域。
背景技术
双能X射线可以获得被检物品的高低能探测信号，从而得到被检物品的等效原子序数和电子密度信息。通常，单色的X射线很难获得，实际上都是使用有一定能谱宽度(通常很宽，对于常见的安检设备而言是30～160keV)的X射线，在探测器侧使用高低能探测器，一次获得低能和高能两个信号。
由于各种探测器材料的X射线吸收系数随着X射线能量的变化都是递减的(除了少数分立的特征峰能量之外)，因此探测器对低能X射线的吸收总是大于高能X射线；低能探测器位于高能探测器之前(迎向X射线为前)，先吸收X射线能谱中低能的部分；高能探测器在后，主要吸收X射线能谱中的高能部分；当成像***中有被检物品时，被检物品也会对X射线形成衰减，低能X射线的衰减比例高于高能X射线，根据高低能探测器信号值的不同，就可以得知被检物品的等效原子序数，从而识别被检物品的组成成分。同时，散射也是影响双能X射线成像***的关键因素之一，因为散射射线的能量总是比入射射线低，它倾向于增加低能射线的比例，会导致物质识别的不准确；在实际***中经常需要先去除散射的影响，再进行物质分类。因此，X射线的能谱形状和散射强度是双能X射线物质识别的关键。
在专利号为ZL 202210927488.7的中国发明专利中，公开了一种利于标定物进行能谱校正的方法，然而该方法需要能谱模拟软件得到初始能谱，并且涉及了钨的特征峰，只适用于钨靶。此外，该方法采用迭代算法(如Gauss-Newton迭代法)，仅适用于凸函数的最优化，这需要初始能谱很接近于真实能谱，而这一点不容易做到。该方法中也没有考虑散射的影响，而散射在X射线成像，特别是对较厚物体的物质分类的影响显著。
发明内容
本发明所要解决的首要技术问题在于提供一种X射线能谱和散射强度的标定方法。
本发明所要解决的另一技术问题在于提供一种X射线能谱和散射强度的标定***。
为实现上述技术目的，本发明采用以下的技术方案：
根据本发明实施例的第一方面，提供一种X射线能谱和散射强度的标定方法，包括如下步骤：
基于多种已知原子序数的材料制备阶梯状标定物，并依次将每一种标定物放置于X射线源的扫描区域，以分别获取各标定物对应的扫描图像；
分别针对每一种标定物的扫描图像进行校正，以获取校正图像；
分别对每一个所述校正图像进行图像截取，以获取仅包含阶梯区域的阶梯图像；
针对每一种标定物的所述阶梯图像，分别对每一节阶梯求取像素平均值，以分别获取每一节阶梯对应的高低能信号值；
将X射线能谱设定为多个分立的高斯形状能谱的叠加，并将X射线的散射强度设定为低能散射分布强度QL和高能散射分布强度QH；
基于各个标定物每一节阶梯对应的高低能信号值，构建最优化目标函数Loss；
以多个分立的高斯形状能谱以及低能散射分布强度QL和高能散射分布强度QH作为变量，并以Loss作为最优化目标函数，求解最优化目标函数Loss的最小值，从而获取多个分立的高斯形状能谱的权重Si以及低能散射分布强度QL和高能散射分布强度QH的最优解；
基于所述多个分立的高斯形状能谱的权重Si的最优解标定X射线能谱，并基于所述低能散射分布强度QL和高能散射分布强度QH的最优解标定X射线源的散射强度。
其中较优地，每一种所述标定物均具有多节阶梯；其中，
所述多节阶梯的高度变化满足：当X射线垂直向下穿过不同厚度的阶梯后，X射线的强度变化接近等差数列。
其中较优地，对扫描图像进行校正，具体包括：
获取所述扫描图像前后若干行不包含阶梯的区域，沿探测器的扫描方向求均值，得到空气值Full(i)，其中，i＝1,2……D，D表示探测器像素数目；
在X射线源不出束的状态下，采集探测器本底信号Dark(m)，其中，m＝1,2……D；
采用下列公式对所述扫描图像第i列第j行的原始像素进行校正：
ImageNorm(i,j)＝[ImageRaw(i,j)-Dark(i)]/[Full(i)-Dark(i)],
其中，ImageRaw(i,j)表示所述扫描图像第i列第j行的原始像素值；j＝1,2……L，L表示所述扫描图像的高度；每个ImageNorm(i,j)均为0～1之间的实数。
其中较优地，对所述校正图像进行图像截取，具体包括：
对所述校正图像沿行的方向求均值，得到ImageCol(i),i＝1,2……L，其中，L表示所述校正图像的高度，所述行的方向与探测器的排列方向平行；
截取ImageCol小于第一阈值的区域[L1,L2]，并去除L1以上和L2以下的各行，得到第一截取图像；其中，所述第一阈值为一个小于1且接近1的实数；
对所述第一截取图像沿列的方向求均值，得到ImageRow(i),i＝1,2……D，其中，D为所述第一截取图像的宽度，所述列的方向与X射线源的扫描方向平行，且所述标定物的多个阶梯沿所述X射线源的扫描方向呈阶梯状分布；
截取ImageRow小于第二阈值的区域[D1,D2]，并去除D1左边和D2右边的各列，得到第二截取图像；其中，所述第二阈值为一个小于1的实数；
对所述第二截取图像的四边分布向内收缩若干像素，以完全去除阶梯区域以外的空白区域，从而得到仅包含阶梯区域的阶梯图像。
其中较优地，所述将X射线能谱设定为多个分立的高斯形状能谱Si的叠加，并将X射线的散射强度设定为低能散射分布强度QL和高能散射分布强度QH，具体包括：
将X射线能谱设定为P个分立的高斯形状能谱的叠加，高斯分布的中心位置位于Ei，宽度为Wi，权重为Si，总能谱S(E)表示为：
其中，E表示电子能量；Ei的取值使得各个峰在0～kVp范围内均匀分布，kVp为X射线最高能量；Wi的取值使得相邻峰的交叠恰好能覆盖峰中心之间的范围，i＝1,2……P；
设定初始的散射强度为：QL＝QH＝预设值，所述预设值不大于1％。
其中较优地，所述最优化目标函数Loss的构建过程，具体包括：
将散射过程的卷积运算简化为标量运算，L＝Ldirect*(1+QL)，H＝Hdirect*(1+QH)，并将参与双能过程的直射信号由实测信号中扣除散射得到，Ldirect＝L/(1－QL)，Hdirect＝H/(1－QH)；其中，L表示低能探测器接收到的信号，H表示高能探测器接收到的信号，Ldirect表示低能探测器接收到的直射射线信号，Hdirect表示高能探测器接收到的直射射线信号；
根据每一种标定物的每一节阶梯的高低能信号值，求解每一种标定物的每一节阶梯对应的等效原子序数Z和质量厚度T；
对于每一种标定物，分别求解每一节阶梯的等效原子序数Z的均方根误差；
对于每一种标定物，基于各节阶梯的等效原子序数Z的均方根误差以及各节阶梯的权重，构建对应于该标定物的最优化目标函数Loss。
其中较优地，所述每一节阶梯对应的等效原子序数Z和质量厚度T通过以下公式计算：
其中，μ为标定物的X射线衰减系数，为Z的解析函数，μ表示为：
其中，α＝E/510.975keV，n＝3～4的经验值，μL和μH为低能与高能探测器材料的X射线衰减系数，tL和tH为低能与高能探测器材料的质量厚度，μf为高低能探测器之间的过滤层材料的X射线源衰减系数，tf为高低能探测器之间的过滤层材料的质量厚度。
其中较优地，对每一种标定物的M节阶梯，分别令每一节阶梯的等效原子序数Z的均方根误差其中，Zj(j＝1……Nj)表示计算出的第j个阶梯的原子序数，/>表示第i种材料的理论原子序数；
M节阶梯的总误差
其中，Weight表示每一节阶梯对应的均方根误差的权重，
其中较优地，每一种所述标定物均截断为多段子标定物，所述多段子标定物能够相互拼接，以调整所述标定物的阶梯长度。
根据本发明实施例的第二方面，提供一种X射线能谱和散射强度的标定***，包括处理器和存储器，所述处理器读取所述存储器中的计算机程序，用于执行上述标定方法。
与现有技术相比较，本发明具有以下的技术效果：
1.利用CT成像设备本身的X光源、扫描装置和探测器即可实现标定，无需专门的、单独的X光机和探测器，节约成本。
2.正常扫描每个标定件一次，即可获得标定所需的全部数据，无需重复扫描或调整设备至特殊出束状态扫描，标定方法简单。
3.采用简易的3～4个标定物即可实现标定，易于制作、运输、使用和保存。
4.同时标定X射线能谱和散射强度，标定效率较高。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种X射线能谱和散射强度的标定方法的流程图；
图2为扫描图像的示意图；
图3为阶梯图像的示意图；
图4为对每个阶梯内部的点做平均后得到的高低能均值示意图。
图5为将每个阶梯的过渡区去掉后，四种标定物对应的高低能信号点的示意图；
图6为每个Si单独对应的能谱与总的能谱示意图；
图7为基于本发明实施例的标定结果对四种标定物所在图像的每个像素进行物质分类的Z值示意图；
图8为基于本发明实施例的标定结果对四种标定物所在图像的每个像素进行物质分类的T值示意图。
图9为本发明实施例提供的一种X射线能谱和散射强度的标定***的结构图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明的技术内容进行详细具体的说明。
本发明旨在对双能X射线成像设备的X射线能谱和散射强度进行标定，以满足对扫描图像进行双能分解和物质识别的需要。通过制备多种阶梯状标定物，以基于各标定物获取对应的扫描图像，从而通过对扫描图像进行数据处理，获取每一节阶梯对应的高低能信号值，进而基于每一个标定物每一节阶梯的高低能信号值构建最优化目标函数Loss。最后，通过全局非凸优化方法找到最优化目标函数Loss的最小值，以最终实现对X射线能谱和散射强度的标定。
具体的，如图1所示，为本发明实施例提供的一种X射线能谱和散射强度的标定方法，具体包括步骤S1～S8：
S1：制备阶梯状标定物，并分别获取各标定物对应的扫描图像。
本实施例中，基于多种已知原子序数的材料制备阶梯状标定物，并依次将每一种标定物放置于X射线源的扫描区域，以分别获取各标定物对应的扫描图像。
具体的，包括步骤S11～S13：
S11：将M种已知原子序数的材料(材料最好选用易加工的固体单质，作为典型例子，可选石墨、铝、铁等三种，或石墨、铝、铁和铜等四种)阶梯状标定物。其中，第i(i＝1……M)个标定物有Ni个阶梯。
S12：依次将各个标定物放在皮带上，使得阶梯排列方向与皮带运动方向平行。并且，该标定物位于皮带中央，阶梯向上，使得顶视角X射线能够垂直向下穿过不同厚度的阶梯。
S13：启动皮带运动，使得每个阶梯都通过通道扫描，以最终获取各标定物对应的扫描图像。
其中，对于每一种标定物而言，该扫描图像由低能图像和高能图像共同组成。如图2所示，左侧为低能图像，右侧为高能图像，图像的横向为探测器的排列方向，图像的纵向为X射线源的扫描方向(也即：皮带的传送方向)。
此外，在本实施例中，每一种标定物均具有多节阶梯，多节阶梯的高度变化满足：当X射线垂直向下穿过不同厚度的阶梯后，X射线的强度变化接近等差数列。
在一优选实施例中，每一种标定物均截断为多段子标定物，通过将多段子标定物相互拼接，能够对标定物的阶梯长度进行调整，以适应不同的使用场景。
S2：分别针对每一种标定物的扫描图像进行校正，以获取校正图像。
具体的，包括步骤S21～S24：
S21：获取扫描图像前后若干行不包含阶梯的区域，沿探测器的扫描方向求均值，得到空气值Full(i)，其中，i＝1,2……D，D表示探测器像素数目；
S22：在X射线源不出束的状态下，采集探测器本底信号Dark(m)，其中，m＝1,2……D；
S23：采用下列公式对扫描图像第i列第j行的原始像素进行校正：
ImageNorm(i,j)＝[ImageRaw(i,j)－Dark(i)]/[Full(i)－Dark(i)],
其中，ImageRaw(i,j)表示扫描图像第i列第j行的原始像素值；j＝1,2……L，L表示扫描图像的高度；每个ImageNorm(i,j)均为0～1之间的实数。
S24：重复上述步骤S21～S23，以分别对每一种标定物的扫描图像进行校正。
S3：分别对每一个校正图像进行图像截取，以获取仅包含阶梯区域的阶梯图像。
具体的，包括步骤S31～S35：
S31：对校正图像沿行的方向求均值，得到ImageCol(i),i＝1,2……L，其中，L表示校正图像的高度，行的方向与探测器的排列方向平行；
S32：截取ImageCol小于第一阈值的区域[L1,L2]，并去除L1以上和L2以下的各行，得到第一截取图像；其中，第一阈值为一个小于1且接近1的实数；
S33：对第一截取图像沿列的方向求均值，得到ImageRow(i),i＝1,2……D，其中，D为第一截取图像的宽度，列的方向与X射线源的扫描方向平行，且标定物的多个阶梯沿X射线源的扫描方向呈阶梯状分布；
S34：截取ImageRow小于第二阈值的区域[D1,D2]，并去除D1左边和D2右边的各列，得到第二截取图像；其中，第二阈值为一个小于1的实数；
S35：对第二截取图像的四边分布向内收缩若干像素，以完全去除阶梯区域以外的空白区域，从而得到仅包含阶梯区域的阶梯图像。
图3所示为对图2所示的扫描图像进行截取后的阶梯图像，为显示方便起见，高低能图像均旋转了90度，上方的图像为低能阶梯图像，下方的图像为高能阶梯图像。其中，横向为扫描方向(也即：阶梯厚度变化的方向)，每个像素的取值范围都是0～1。
S4：针对每一种标定物的阶梯图像，分别对每一节阶梯求取像素平均值，以分别获取每一节阶梯对应的高低能信号值。
本实施例中，将每个阶梯内部的点做平均(去除阶段过度区域的像素)，得到每个阶梯的高低能均值。如图4所示，图像有效区域沿探测器阵列方向的平均值，浅色和深色分别表示低能探测器和高能探测器值，竖黑线表示阶梯区域的划分。
如图5所示，将阶梯的过渡区去掉，每个阶梯内部的低能和高能像素值分别取平均，从而使得每个标定物的每个阶梯均得到一对高低能信号点。其中，第i种材料形成的标定物具有Ni对高低能信号点，i＝1……M，M为制备标定物的材料的种类数。
S5：将X射线能谱设定为P个分立的高斯形状能谱的叠加，并将X射线的散射强度设定为低能散射分布强度QL和高能散射分布强度QH。
具体的，本实施例中，将X射线能谱看作若干分立的高斯形状能谱的叠加，高斯分布的中心位置位于Ei，宽度为Wi，权重为Si。
初始能谱设为S1＝S2＝……＝SP＝1，总能谱如下：
其中，E表示电子能量；Ei取值使得各个峰在0～kVp范围内均匀分布，kVp是X射线最高能量，单位keV时与X光机高压kV在数值上相等；Wi的取值使得相邻峰的交叠恰好能覆盖峰中心之间的范围，从而既不会过分稀疏也不会过分交叠，使得叠加的能谱的中间区域基本平坦。
如图6所示，为每个Si(i＝1,2……P)单独对应的能谱(即：位于下方的5条能谱曲线)以及总的能谱(即：位于上方的一条能谱曲线)的一个例子，其中P＝5。可以理解的是，本实施例中，将P设定为5仅为一种较优的实施方式，在其他实施例中可根据需要对P的具体数值进行调整，其中，P的数值越大则计算量越大，计算精度越高。
并且，本实施例中，设定初始的散射强度为：QL＝QH＝预设值，该预设范围不大于1％，优选为0.005。
S6：基于各个标定物每一节阶梯对应的高低能信号值，构建最优化目标函数Loss。
具体的，包括步骤S61～S63：
S61：反散射处理。
散射过程相当于卷积运算，实际图像是直射信号与散射信号的沿探测器方向(横向)的卷积；由于图像中标定件的宽度很窄，两侧都是均匀的亮场，散射分布的宽度远大于标定件宽度，而低能及高能散射分布的积分为QL和QH，故上述卷积运算可以简化为标量运算，L＝Ldirect*(1+QL)，H＝Hdirect*(1+QH)。
并且，将参与双能过程的直射信号由实测信号中扣除散射得到，Ldirect＝L/(1－QL)，Hdirect＝H/(1－QH)；其中，L表示低能探测器接收到的信号，H表示高能探测器接收到的信号，Ldirect表示低能探测器接收到的直射射线信号，Hdirect表示高能探测器接收到的直射射线信号。
需要理解的是，由于探测器接收到的信号是总信号，不能直接拆分成直射信号和散射信号，而双能分解公式仅对直射信号有效，所以需要根据散射系数QL和QH，从总信号L和H中反推直射信号Ldirect和Hdirect。
S62：根据每一种标定物的每一节阶梯的高低能信号值，求解每一种标定物的每一节阶梯对应的等效原子序数Z和质量厚度T。
具体的，本实施例中，每一节阶梯对应的等效原子序数Z和质量厚度T通过以下公式计算：
其中，μ为标定物的X射线衰减系数，为Z的解析函数，μ表示为：
其中，α＝E/510.975keV，n＝3～4的经验值，μL和μH为低能与高能探测器材料的X射线衰减系数，tL和tH为低能与高能探测器材料的质量厚度，μf为高低能探测器之间的过滤层材料的X射线源衰减系数，tf为高低能探测器之间的过滤层材料的质量厚度。
可以理解的是，由于μ是Z和T的解析函数，因此可以采用通常的凸优化方法(例如直接搜索法、最速下降法、共轭梯度法、Newton法等)解上述方程式，从而，对于第i种材料的标定物，能够得到Ni组Z和T值。
S63：对于每一种标定物，分别求解每一节阶梯的等效原子序数Z的均方根误差；并基于各节阶梯的等效原子序数Z的均方根误差以及各节阶梯的权重，构建对应于该标定物的最优化目标函数Loss。
具体的，对每一种标定物的M节阶梯，分别令每一节阶梯的等效原子序数Z的均方根误差其中，Zj(j＝1……Nj)表示计算出的第j个阶梯的原子序数，表示第i种材料的理论原子序数，本实施例中，
M节阶梯的总误差
其中，Weight表示每一节阶梯对应的均方根误差的权重，
可以理解的是，本实施例中，由于混合物的Z范围比较小(国标GB15208.1-2018定义混合物Z＝10～18，有机物Z<10，无机物Z>18)，实际物质分类时对很薄或很厚的区域，容易偏向有机物或无机物，导致绿色中混入橙色或蓝色，故需要将混合物分类得更准，故可选择WeightAl＝5/8，WeightC＝WeightFe＝WeightCu＝1/8。在其他实施例中，也可以根据具体情况选其他的值。
S7：以多个分立的高斯形状能谱以及低能散射分布强度QL和高能散射分布强度QH作为变量，并以Loss作为最优化目标函数，求解最优化目标函数Loss的最小值，从而获取多个分立的高斯形状能谱的权重Si以及低能散射分布强度QL和高能散射分布强度QH的最优解。
在本发明的一个实施例中，可以采用全局非凸优化方法找到最优化目标函数Loss的最小值，其中优选为模拟退火法，但也可以采用别的方法。
S8：基于多个分立的高斯形状能谱的权重Si的最优解标定X射线能谱，并基于低能散射分布强度QL和高能散射分布强度QH的最优解标定X射线源的散射强度。
可以理解的是，基于步骤S7能够获取个分立的高斯形状能谱的权重Si的最优解，然后，基于上述步骤S5中总能谱的定义公式，可计算出最终的X射线能谱，以实现对X射线能谱的标定。相应地，当基于步骤S7获取低能散射分布强度QL和高能散射分布强度QH的最优解后，即为X射线源需要标定的两个散射强度。
图7和图8所示为基于本发明实施例的标定结果对4种阶梯所在图像的每个像素进行物质分类的结果。从图7中可以看出，不同厚度的材料的Z值都是基本相同的；从图8中可以看出，T值(图中纵坐标单位为cm)也与设计值基本相同，因此能够证明本发明实施例的标定方法真实有效。
在上述X射线能谱和散射强度的标定方法的基础上，本发明进一步提供一种X射线能谱和散射强度的标定***。如图9所示，该标定***包括一个或多个处理器21和存储器22。其中，存储器22与处理器21耦接，用于存储一个或多个程序，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器21执行，使得所述一个或多个处理器21实现如上述实施例中的X射线能谱和散射强度的标定方法。
其中，处理器21用于控制该标定***的整体操作，以完成上述X射线能谱和散射强度的标定方法的全部或部分步骤。该处理器21可以是中央处理器(CPU)、图形处理器(GPU)、现场可编程逻辑门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)、数字信号处理(DSP)芯片等。存储器22用于存储各种类型的数据以支持在该标定***的操作，这些数据例如可以包括用于在该标定***上操作的任何应用程序或方法的指令，以及应用程序相关的数据。该存储器22可以由任何类型的易失性或非易失性存储设备或者它们的组合实现，例如静态随机存取存储器(SRAM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM)、可编程只读存储器(PROM)、只读存储器(ROM)、磁存储器、快闪存储器等。
在一个示例性实施例中，该标定***具体可以由计算机芯片或实体实现，或者由具有某种功能的产品来实现，用于执行上述的X射线能谱和散射强度的标定方法，并达到如上述方法一致的技术效果。一种典型的实施例为计算机。具体地说，计算机例如可以为个人计算机、膝上型计算机、车载人机交互设备、蜂窝电话、相机电话、智能电话、个人数字助理、媒体播放器、导航设备、电子邮件设备、游戏控制台、平板计算机、可穿戴设备或者这些设备中的任何设备的组合。
在另一个示例性实施例中，本发明还提供一种包括程序指令的计算机可读存储介质，该程序指令被处理器执行时实现上述任意一个实施例中的X射线能谱和散射强度的标定方法的步骤。例如，该计算机可读存储介质可以为上述包括程序指令的存储器，上述程序指令可由标定***的处理器执行以完成上述的X射线能谱和散射强度的标定方法，并达到如上述方法一致的技术效果。
综上所述，本发明实施例提供的一种X射线能谱和散射强度的标定方法及***，具有以下的有益效果：
1.利用CT成像设备本身的X光源、扫描装置和探测器即可实现标定，无需专门的、单独的X光机和探测器，节约成本。
2.正常扫描每个标定件一次，即可获得标定所需的全部数据，无需重复扫描或调整设备至特殊出束状态扫描，标定方法简单。
3.采用简易的3～4个标定物即可实现标定，易于制作、运输、使用和保存。
4.同时标定X射线能谱和散射强度，标定效率较高。
需要说明的是，上述多个实施例只是举例，各个实施例的技术方案之间可以进行组合，均在本发明的保护范围内。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
上面对本发明提供的X射线能谱和散射强度的标定方法及***进行了详细的说明。对本领域的一般技术人员而言，在不背离本发明实质内容的前提下对它所做的任何显而易见的改动，都将构成对本发明专利权的侵犯，将承担相应的法律责任。
Claims (10)
1.一种X射线能谱和散射强度的标定方法，其特征在于包括如下步骤：
基于多种已知原子序数的材料制备阶梯状标定物，并依次将每一种标定物放置于X射线源的扫描区域，以分别获取各标定物对应的扫描图像；
分别针对每一种标定物的扫描图像进行校正，以获取校正图像；
分别对每一个所述校正图像进行图像截取，以获取仅包含阶梯区域的阶梯图像；
针对每一种标定物的所述阶梯图像，分别对每一节阶梯求取像素平均值，以分别获取每一节阶梯对应的高低能信号值；
将X射线能谱设定为多个分立的高斯形状能谱的叠加，并将X射线的散射强度设定为低能散射分布强度QL和高能散射分布强度QH；
基于各个标定物每一节阶梯对应的高低能信号值，构建最优化目标函数Loss；
以多个分立的高斯形状能谱以及低能散射分布强度QL和高能散射分布强度QH作为变量，并以Loss作为最优化目标函数，求解最优化目标函数Loss的最小值，从而获取多个分立的高斯形状能谱的权重Si以及低能散射分布强度QL和高能散射分布强度QH的最优解；
基于所述多个分立的高斯形状能谱的权重Si的最优解标定X射线能谱，并基于所述低能散射分布强度QL和高能散射分布强度QH的最优解标定X射线源的散射强度。
2.如权利要求1所述的标定方法，其特征在于：
每一种所述标定物均具有多节阶梯；其中，
所述多节阶梯的高度变化满足：当X射线垂直向下穿过不同厚度的阶梯后，X射线的强度变化接近等差数列。
3.如权利要求1所述的标定方法，其特征在于对扫描图像进行校正，具体包括：
获取所述扫描图像前后若干行不包含阶梯的区域，沿探测器的扫描方向求均值，得到空气值Full(i)，其中，i＝1,2……D，D表示探测器像素数目；
在X射线源不出束的状态下，采集探测器本底信号Dark(m)，其中，m＝1,2……D；
采用下列公式对所述扫描图像第i列第j行的原始像素进行校正：
ImageNorm(i,j)＝[ImageRaw(i,j)-Dark(i)]/[Full(i)-Dark(i)],
其中，ImageRaw(i,j)表示所述扫描图像第i列第j行的原始像素值；j＝1,2……L，L表示所述扫描图像的高度；每个ImageNorm(i,j)均为0～1之间的实数。
4.如权利要求1所述的标定方法，其特征在于对所述校正图像进行图像截取，具体包括：
对所述校正图像沿行的方向求均值，得到ImageCol(i),i＝1,2……L，其中，L表示所述校正图像的高度，所述行的方向与探测器的排列方向平行；
截取ImageCol小于第一阈值的区域[L1,L2]，并去除L1以上和L2以下的各行，得到第一截取图像；其中，所述第一阈值为一个小于1且接近1的实数；
对所述第一截取图像沿列的方向求均值，得到ImageRow(i),i＝1,2……D，其中，D为所述第一截取图像的宽度，所述列的方向与X射线源的扫描方向平行，且所述标定物的多个阶梯沿所述X射线源的扫描方向呈阶梯状分布；
截取ImageRow小于第二阈值的区域[D1,D2]，并去除D1左边和D2右边的各列，得到第二截取图像；其中，所述第二阈值为一个小于1的实数；
对所述第二截取图像的四边分布向内收缩若干像素，以完全去除阶梯区域以外的空白区域，从而得到仅包含阶梯区域的阶梯图像。
5.如权利要求1所述的标定方法，其特征在于所述将X射线能谱设定为多个分立的高斯形状能谱Si的叠加，并将X射线的散射强度设定为低能散射分布强度QL和高能散射分布强度QH，具体包括：
将X射线能谱设定为P个分立的高斯形状能谱的叠加，高斯分布的中心位置位于Ei，宽度为Wi，权重为Si，总能谱S(E)表示为：
其中，E表示电子能量；Ei的取值使得各个峰在0～kVp范围内均匀分布，kVp为X射线最高能量；Wi的取值使得相邻峰的交叠恰好能覆盖峰中心之间的范围，i＝1,2……P；
设定初始的散射强度为：QL＝QH＝预设值，所述预设值不大于1％。
6.如权利要求1所述的标定方法，其特征在于所述最优化目标函数Loss的构建过程，具体包括：
将散射过程的卷积运算简化为标量运算，L＝Ldirect*(1+QL)，H＝Hdirect*(1+QH)，并将参与双能过程的直射信号由实测信号中扣除散射得到，Ldirect＝L/(1－QL)，Hdirect＝H/(1－QH)；其中，L表示低能探测器接收到的信号，H表示高能探测器接收到的信号，Ldirect表示低能探测器接收到的直射射线信号，Hdirect表示高能探测器接收到的直射射线信号；
根据每一种标定物的每一节阶梯的高低能信号值，求解每一种标定物的每一节阶梯对应的等效原子序数Z和质量厚度T；
对于每一种标定物，分别求解每一节阶梯的等效原子序数Z的均方根误差；
对于每一种标定物，基于各节阶梯的等效原子序数Z的均方根误差以及各节阶梯的权重，构建对应于该标定物的最优化目标函数Loss。
7.如权利要求6所述的标定方法，其特征在于所述每一节阶梯对应的等效原子序数Z和质量厚度T通过以下公式计算：
其中，μ为标定物的X射线衰减系数，为Z的解析函数，μ表示为：
其中，α＝E/510.975keVn＝3～4的经验值，μL和μH为低能与高能探测器材料的X射线衰减系数，tL和tH为低能与高能探测器材料的质量厚度，μf为高低能探测器之间的过滤层材料的X射线源衰减系数，tf为高低能探测器之间的过滤层材料的质量厚度。
8.如权利要求6所述的标定方法，其特征在于：
对每一种标定物的M节阶梯，分别令每一节阶梯的等效原子序数Z的均方根误差其中，Zj(j＝1……Nj)表示计算出的第j个阶梯的原子序数，/>表示第i种材料的理论原子序数；
M节阶梯的总误差
其中，Weight表示每一节阶梯对应的均方根误差的权重，
9.如权利要求1所述的标定方法，其特征在于：
每一种所述标定物均截断为多段子标定物，所述多段子标定物能够相互拼接，以调整所述标定物的阶梯长度。
10.一种X射线能谱和散射强度的标定***，其特征在于包括处理器和存储器，所述处理器读取所述存储器中的计算机程序，用于执行如权利要求1～9中任意一项所述的标定方法。
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