基于CRLB优化框架的矩形多源X射线货物扫描系统设计研究

本综述提出了一种创新的矩形多源X射线计算机断层扫描（CT）系统优化框架，通过克拉美-罗下界（CRLB）量化成像精度，实现几何参数的最优配置。该系统采用固定多源阵列取代旋转机架，显著提升货物检测效率，为海关缉私和危险品筛查提供重要技术支撑。

　　

系统几何结构

图1展示了具有N个X射线源({s_n}_n=1^N)的多源CT系统参数化模型，这些射线源分布在矩形框架上，配合四个固定在边缘的线阵探测器。在全局笛卡尔坐标系(x,y,z)中，假定X射线源和探测器单元中心({d_k}_k=1^K)均位于xy平面，且多源系统中心为坐标原点。每个X射线源s_n的位置参数可进行个性化配置，以实现最优投影覆盖。

实验验证

通过仿真实验验证所提出的矩形多源X射线货物扫描系统统计实验设计框架。首先通过最大似然估计（MLE）验证其能否达到CRLB理论极限（第3.1节），随后在第3.2节中采用（感兴趣区域）A最优性准则对不同源配置方案进行综合评估。所有实验均采用专业仿真平台实现，确保数据可靠性。

ML估计达到CRLB的理论验证

表1展示了在显著性水平0.05下，矩形多源X射线系统不同配置中未拒绝零假设H_0,var和H_0,bias的体素百分比。结果显示，在不同X射线源数量（N）、分布（等距/等角）和联合定向配置下，约95%体素中最大似然估计量的方差与CRLB预测值无统计学差异，且估计偏差可忽略不计，证明ML估计器确实达到CRLB理论极限。

研究结论

本研究提出的实验设计框架成功实现了矩形多源X射线CT货物扫描系统的优化配置。通过CRLB驱动的A最优性准则对不同射线源数量、分布和定向方案的综合评估，证明了源定位与定向对提升成像精度的关键作用。该框架为大型货物集装箱的高效三维检测提供了重要方法论基础。