KR102049518B1 - An imaging device that combines gamma-ray images with visual optical camera images - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 방사선 선량의 수치정보 뿐 아니라 방사성물질에 대해서 원거리에 떨어진 위치정보를 시각적으로 제공하므로 방사성물질의 위험으로부터 작업자나 일반인의 안전을 도모하는데 도움을 줄 수 있고, 컴퓨터에 저장되어 있는 연산 프로그램 소프트웨어로 계산하여 방사성물질의 반응위치를 감마선 영상으로 만든 후 이 영상을 시각적 광학카메라 영상과 융합하여 컴퓨터 모니터에서 육안으로 확인할 수 있으며, 감마카메라와 광학카메라로부터 입력되는 두 가지 영상을 융합하여 실제 방사성물질의 위치가 실시간으로 정확히 표현되도록 영상 재구성용 소프트웨어 프로그램을 통해 감마선 영상 데이터의 취득 및 저장과 분석 기능, 감마선 스펙트럼의 획득 및 분석 기능, 측정 영상 송출 기능, 시간별 / 방사선량별 정보 취득 및 저장과 분석 기능, 화면녹화 기능, 스크린 샷 기능, 영상장치와 측정 대상체 간의 거리 표시 기능, 영상장치 회전 기능을 영상장치에서 구현할 수 있는 감마선 영상과 시각적 광학카메라 영상을 융합하는 영상장치에 관한 기술이다. The present invention visually provides the remote location information for the radioactive material as well as the numerical information of the radiation dose, can help to promote the safety of workers or the public from the danger of radioactive material, stored in a computer computing program The software calculates the reaction site of the radioactive material into a gamma ray image, and then visualizes this image with a visual optical camera image and visually checks it on a computer monitor.The actual radioactivity is obtained by fusing two images input from a gamma camera and an optical camera. Acquisition, storage and analysis of gamma ray image data, acquisition and analysis of gamma ray spectrum, measurement image transmission function, and acquisition, storage and analysis of information by time and radiation dose through image reconstruction software program to accurately represent the location of materials in real time. group A screen recording function, description of the imaging device to fuse a screenshot function, the imaging device and the distance between the measurement target object display function, an image rotation device features a gamma ray, which can be implemented on the imaging device and the visual image optical camera image.
방사선 응용 기술의 발전과 함께 방사선의 사용에 대한 수요가 계속적으로 증가하는 추세이며, 이와 관련하여 인간의 감각으로 즉시 감지할 수 없는 방사선의 안전한 사용에 대한 요구도 증대되고 있다.With the development of radiation application technology, the demand for the use of radiation is continuously increasing, and in connection with this, there is an increasing demand for the safe use of radiation that cannot be immediately detected by the human sense.
특히, 방사선이 상시적으로 이용되는 장소에서 미지 혹은 분실 방사선원을 찾기 위한 방법이 꾸준히 개발되어 왔으나, 이런 노력에도 불구하고 여전히 미지의 방사선원을 찾는 것은 많은 시간과 노력이 필요한 실정이며, 원자력발전소와 같이 방사선원에 상시적으로 노출될 가능성이 있는 지역에서 작업종사자들의 안전을 위하여 방사선원에 대한 감시 및 이동을 탐지할 수 있는 방사선원 위치 탐지 기술의 개발은 방사선을 이용하는 다양한 분야에서 방사성물질의 오염을 감시하고 누설 발생위치를 파악하는 일이므로 방사선 작업자와 일반인의 안전을 위하여 매우 중요함은 물론 필요한 실정이다.In particular, methods for finding unknown or lost radiation sources have been steadily developed in places where radiation is constantly used, but finding these unknown sources still requires a lot of time and effort. For the safety of workers in areas where there is a constant exposure to radiation sources, the development of radiation source position detection technology to detect and monitor the radiation source has been used to monitor and leak radioactive contamination in various fields using radiation. It is very important and necessary situation for the safety of the radiation worker and the general public because it is to determine the occurrence location.
2011년 후쿠시마 원전 사고로 인하여 전 세계적으로 방사능에 대한 관심이 고조된 상태이고, 방사성물질로 오염된 물체 및 지역의 방사능을 정확하게 측정하고 분석하는데 필요한 정밀한 방사선 검출기 개발에 대한 요구가 비약적으로 증가하고 있다.Due to the 2011 Fukushima nuclear accident, there is a growing interest in radioactivity around the world, and the demand for the development of precise radiation detectors for accurately measuring and analyzing the radioactivity of radioactive materials and regions is rapidly increasing.
후쿠시마 원전의 사례처럼 원전 중대사고의 경우 원전 내 주요시설 주변현장의 방사능 준위분포 및 실시간 영상을 조기에 탐지 및 확보하여 현장의 방사능 위협에 효과적으로 대응할 수 있는 차세대 방사선 영상감시 장치에 대한 필요성이 대두되고 있다.As in the case of Fukushima nuclear power plant, in case of serious accident, there is a need for a next-generation radiographic surveillance system that can effectively detect the radiation level distribution and real-time image of the sites around major facilities in the nuclear power plant and effectively respond to the radiation threat in the field. have.
또한, 방사능 누출 관련 사고나 원자력발전소의 해체작업 시, 방사성물질의 오염 정도와 오염원의 정확한 위치정보를 파악하기 위해서 작업자는 현장에 직접 투입되어 휴대용 방사선 계측기로 측정해야 한다. In addition, in case of a radioactive leakage accident or decommissioning operation of a nuclear power plant, an operator should directly input the site and measure it with a portable radiometer to determine the degree of contamination of radioactive material and accurate location information of the source.
이때, 작업자는 상당한 시간 방사능 피폭에 노출되게 되며, 협소한 작업 현장 때문에 많은 인력소요와 높은 비용이 필연적으로 발생하게 된다. At this point, workers are exposed to significant time radiation exposure, which inevitably leads to a lot of manpower and high costs due to the narrow work site.
작업현장에서 현재 사용하고 있는 방사선 감시기나 계측기는 측정된 선량에 대한 단순 수치정보만을 제공하기 때문에 방사성물질의 오염상태에 대한 원인 파악과 오염원의 정확한 위치정보를 파악하는 것이 어려운 상태이다.Since radiation monitors and measuring instruments currently used in the workplace provide only numerical information on measured doses, it is difficult to determine the cause of contamination of radioactive materials and to determine the exact location of the source.
그러므로 컴퓨터에 저장되어 있는 연산 프로그램 소프트웨어로 방사성물질의 반응위치를 계산하여 감마선 영상으로 만든 후 이 영상을 시각적 광학카메라 영상과 융합하여 컴퓨터 모니터에서 육안으로 확인할 수 있고, 방사선 선량의 수치정보 뿐 아니라 방사성물질에 대해서 원거리에 떨어진 위치정보를 시각적으로 제공하므로 방사성물질의 위험으로부터 작업자나 일반인의 안전을 도모하는데 도움을 줄 수 있는 감마선 영상과 시각적 광학카메라 영상을 융합하는 영상장치의 개발이 절실히 요구되고 있는 실정이다. Therefore, the computational location of the radioactive material can be calculated by using computer-generated program software to produce gamma-ray images, which can then be visually visualized on a computer monitor by combining them with visual optical camera images. The development of an imaging device that combines gamma-ray images and visual optical camera images that can help the safety of workers and the public from the danger of radioactive materials is provided by providing remote location information about materials. It is true.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 착상된 것으로서, 방사선 선량의 수치정보 뿐 아니라 방사성물질에 대해서 원거리에 떨어진 위치정보를 시각적으로 제공하므로 방사성물질의 위험으로부터 작업자나 일반인의 안전을 도모하는데 도움을 줄 수 있는 감마선 영상과 시각적 광학카메라 영상을 융합하는 영상장치를 제공하는데 그 목적이 있다. The present invention has been conceived to solve the above problems, and visually provides not only the numerical information of the radiation dose but also the remote location information for the radioactive material, thereby helping to promote the safety of workers or the public from the danger of radioactive material. It is an object of the present invention to provide an image device for fusing a gamma ray image and a visual optical camera image.
본 발명의 다른 목적은 컴퓨터에 저장되어 있는 연산 프로그램 소프트웨어로 방사성물질의 반응위치를 계산하여 감마선 영상으로 만든 후 이 영상을 시각적 광학카메라 영상과 융합하여 컴퓨터 모니터에서 육안으로 확인할 수 있는 감마선 영상과 시각적 광학카메라 영상을 융합하는 영상장치를 제공하는데 있다. It is another object of the present invention to calculate gamma-ray images by calculating the reaction positions of radioactive materials using computational program software stored in a computer, and then fused these images with visual optical camera images to visually check the gamma-ray images and visual images on a computer monitor. The present invention provides an imaging apparatus that fuses an optical camera image.
본 발명의 다른 목적은 감마카메라와 광학카메라로부터 입력되는 두 가지 영상을 융합하여 실제 방사성물질의 위치가 실시간으로 정확히 표현되도록 영상 재구성용 소프트웨어 프로그램을 통해 감마선 영상 데이터의 취득 및 저장과 분석 기능, 감마선 스펙트럼의 획득 및 분석 기능, 측정 영상 송출 기능, 시간별 / 방사선량별 정보 취득 및 저장과 분석 기능, 화면녹화 기능, 스크린 샷 기능, 영상장치와 측정 대상체 간의 거리 표시 기능, 영상장치 회전 기능을 영상장치에서 구현할 수 있는 감마선 영상과 시각적 광학카메라 영상을 융합하는 영상장치를 제공하는데 있다. Another object of the present invention is to acquire, store, and analyze gamma ray image data through a software program for image reconstruction so that the actual position of radioactive material is accurately expressed in real time by fusing two images input from a gamma camera and an optical camera. Acquisition and analysis of spectrum, transmission of measured image, acquisition and storage and analysis of information by time and radiation dose, screen recording, screenshot function, distance display between imaging device and measuring object, rotation of imaging device An object of the present invention is to provide an image apparatus that can be implemented with a gamma ray image and a visual optical camera image.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 감마선 영상과 시각적 광학카메라 영상을 융합하는 영상장치는 섬광체에 반응시키기 위해 부호화된 패턴 마스크의 형태로 제작하고, 상기 부호화된 패턴은 MURA 패턴으로 적용하며, 상기 패턴은 2 × 2 행렬형태로 배치하여 텅스텐(tungsten)으로 제작하고, 상기 패턴의 픽셀 사이즈는 1 내지 1.5 mm의 크기를 갖고 있으며, 눈에 보이지 않는 방사선 중 원거리에 떨어진 방사성동위원소에서 방출되는 감마선을 섬광체에 반응시키기 위해 조준 입사시키며, 회전모터에 연결하여 90°씩 회전하도록 하는 부호화구경 조준기와; 배열형의 GAGG 섬광체이고, 섬광체의 재질로는 GAGG의 반도체 크리스탈이나 플라스틱 섬광체의 유기섬광체가 사용될 수 있으며, 상기 GAGG 섬광체에서 빛으로 변환된 감마선 정보가 실리콘 반도체 광센서로 전달되도록 섬광체의 내부표면을 반사가 잘되는 흰색으로 페인팅 처리되어 있고, 상기 부호화구경 조준기를 통과한 감마선과 반응하여 미세한 빛의 신호 형태로 생성되게 하는 섬광체와; 배열형의 반도체 광센서이며, SiPM(Silicon Photomultiplier) 또는 PMT(Photomultiplier Tube)로 구현될 수 있고, 4 × 4 배열의 광센서 9개를 적용하여 전체 출력신호가 가로 12개, 세로 12개 총 144개의 신호가 출력되도록 하며, 상기 섬광체에서 빛으로 변환된 감마선 정보가 빛의 양에 따라 미세한 전기신호로 변환되게 하는 반도체 광센서와; 상기 반도체 광센서에서 출력된 144개의 신호가 미세한 아날로그 신호로 모두 동시에 처리하기 어려우므로 다이오드 체인으로 설계된 채널감소회로를 통해 신호를 차등 합산하는 방법을 적용하여 4개의 신호로 줄이도록 하는 아날로그 회로부와; 상기 아날로그 회로부의 전치증폭기를 거쳐 증폭되고 처리된 4개의 아날로그 신호를 4채널 ADC(Analog to Digital Convertor) 보드를 통해 디지털 신호로 변환하고, FPGA(Field Programmable Gate Array) 보드를 이용하여 신호와 잡음을 구분하고 기본적인 영상신호를 구성하여 고속으로 데이터를 컴퓨터에 전송하는 디지털 회로부와; 광학카메라의 동작전원은 5 VDC이고, 고화질 MJPEG 60 fps 해상도 1280(H) × 720(V)의 카메라를 사용하며, 컴퓨터에 저장되어 있는 연산 프로그램 소프트웨어로 계산하여 방사성물질의 반응위치를 영상으로 처리된 감마선 영상과 융합할 시각 영상을 촬영하고, 낮은 조명에도 영상구현이 가능하도록 조정하는 광학카메라와; 상기 방사성물질의 반응위치를 연산하여 감마선 영상으로 편집하는 프로그램화된 소프트웨어가 저장되어 있으며, 상기 감마선 영상과 융합된 시각 영상을 사용자가 모니터를 통해 육안으로 확인할 수 있도록 하는 컴퓨터와; 거리측정기의 동작전원은 3 VDC이며, 측정거리는 영상장치에서부터 최대 50 m까지 측정이 가능하고, 영상장치와 측정 대상체 간의 거리를 정확하게 측정하기 위해 영상장치에 부착되는 거리측정기와; 배터리와 전원보드의 기판형태로 제작되어 영상장치에 부착되어 있고, 12 VDC를 입력받아 +5, -5, +3.3 VDC와 +10 ~ 80 VDC를 출력하며, 영상장치 내 모든 모듈에 전원을 공급하는 전원부와; 영상장치에 부착되며, 영상장치에서 발생되는 열을 영상장치의 외부로 배출하게 하는 팬; 을 포함함을 특징으로 한다.According to a preferred embodiment of the present invention, an image apparatus for fusing a gamma ray image and a visual optical camera image is manufactured in the form of an encoded pattern mask to react to a scintillator, and the encoded pattern is a MURA pattern. The pattern is arranged in a 2 × 2 matrix form made of tungsten, the pixel size of the pattern has a size of 1 to 1.5 mm, the radioisotope far away from the invisible radiation An encoding aperture collimator for aiming incident the gamma ray emitted from the element to react with the scintillator and rotating the unit by 90 ° in connection with a rotating motor; It is an array type of GAGG scintillator, and the material of the scintillator may be an organic scintillator of GAGG semiconductor crystal or plastic scintillator, and the inner surface of the scintillator is transferred so that the gamma-ray information converted from the GAGG scintillator to the silicon semiconductor optical sensor is transmitted. A scintillator which is painted in white with good reflection and reacts with the gamma ray passing through the encoding aperture collimator to generate a fine light signal; It is an array-type semiconductor optical sensor and can be implemented as SiPM (Silicon Photomultiplier) or PMT (Photomultiplier Tube), and the total output signal is 12 horizontally and 12 vertically by applying 9 optical sensors in 4 × 4 array. A semiconductor optical sensor for outputting two signals and converting gamma-ray information converted from the scintillator to light into minute electric signals according to the amount of light; An analog circuit unit for reducing the signal into four signals by applying a method of differential summing through a channel reduction circuit designed as a diode chain because it is difficult to simultaneously process all 144 signals output from the semiconductor optical sensor into minute analog signals; Four analog signals amplified and processed through the preamplifier of the analog circuit unit are converted into digital signals through a four-channel ADC (Analog to Digital Convertor) board, and the signal and noise are converted using an FPGA (Field Programmable Gate Array) board. A digital circuit unit for classifying and constructing a basic video signal to transfer data to a computer at high speed; The operating power of the optical camera is 5 VDC, using a high-
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상기 본 발명에 있어서, 상기 아날로그 회로부에서 축소된 4개의 신호는 신호증폭과 파형처리를 위해 전치증폭기를 거치도록 구성되는 것을 포함함을 특징으로 한다. In the present invention, the four signals reduced in the analog circuit portion is characterized in that it is configured to pass through the preamplifier for signal amplification and waveform processing.
상기 본 발명에 있어서, 상기 디지털 회로부의 4채널 ADC(Analog to Digital Convertor) 보드에 사용된 칩은 14 bit의 해상도와 66.6 MHz로 샘플링이 가능하며, FPGA(Field Programmable Gate Array) 보드는 고속으로 데이터를 컴퓨터에 전송하기 위해 USB 3.0 인터페이스를 사용하는 것을 포함함을 특징으로 한다. In the present invention, the chip used in the four-channel ADC (Analog to Digital Convertor) board of the digital circuit is capable of sampling at a resolution of 14 bits and 66.6 MHz, FPGA (Field Programmable Gate Array) board is a high-speed data It uses a USB 3.0 interface to transfer the data to a computer.
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상술한 바와 같이, 본 발명인 감마선 영상과 시각적 광학카메라 영상을 융합하는 영상장치는 다음과 같은 효과를 가진다. As described above, the imaging apparatus of the present invention fusing a gamma ray image and a visual optical camera image has the following effects.
첫째, 본 발명은 방사선 선량의 수치정보 뿐 아니라 방사성물질에 대해서 원거리에 떨어진 위치정보를 시각적으로 제공하므로 방사성물질의 위험으로부터 작업자나 일반인의 안전을 도모하는데 도움을 줄 수 있다. First, the present invention visually provides the remote location information for the radioactive material as well as the numerical information of the radiation dose can help to promote the safety of workers or the public from the risk of radioactive material.
둘째, 본 발명은 컴퓨터에 저장되어 있는 연산 프로그램 소프트웨어로 계산하여 방사성물질의 반응위치를 감마선 영상으로 만든 후 이 영상을 시각적 광학카메라 영상과 융합하여 컴퓨터 모니터에서 육안으로 확인할 수 있다. Second, the present invention calculates the reaction position of the radioactive material into a gamma-ray image by calculating the calculation program software stored in the computer, and then the image can be visually confirmed on a computer monitor by fusing the image with a visual optical camera image.
셋째, 본 발명은 감마카메라와 광학카메라로부터 입력되는 두 가지 영상을 융합하여 실제 방사성물질의 위치가 실시간으로 정확히 표현되도록 영상 재구성용 소프트웨어 프로그램을 통해 감마선 영상 데이터의 취득 및 저장과 분석 기능, 감마선 스펙트럼의 획득 및 분석 기능, 측정 영상 송출 기능, 시간별 / 방사선량별 정보 취득 및 저장과 분석 기능, 화면녹화 기능, 스크린 샷 기능, 영상장치와 측정 대상체 간의 거리 표시 기능, 영상장치 회전 기능을 영상장치에서 구현할 수 있다.Third, the present invention acquires, stores and analyzes gamma ray image data through gamma ray spectrum through image reconstruction software program that fuses two images input from a gamma camera and an optical camera to accurately represent the position of a radioactive material in real time. Image acquisition and analysis function, measurement image transmission function, hourly / radiation dose information acquisition and storage and analysis function, screen recording function, screenshot function, distance display between image device and measuring object, image device rotation function Can be.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 감마선 영상과 시각적 광학카메라 영상을 융합하는 영상장치의 구성을 나타낸 블럭도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 감마선 영상과 시각적 광학카메라 영상을 융합하는 영상장치의 형상을 나타낸 도면.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 감마선 영상과 시각적 광학카메라 영상을 융합하는 영상장치의 구성 중 2 × 2 행렬형태의 부호화구경 조준기를 나타낸 도면.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 감마선 영상과 시각적 광학카메라 영상을 융합하는 영상장치의 구성 중 섬광체와 실리콘 반도체 광센서를 나타낸 도면.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 감마선 영상과 시각적 광학카메라 영상을 융합하는 영상장치의 구성 중 144:4 채널감소회로 및 전치증폭회로를 나타낸 도면.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 감마선 영상과 시각적 광학카메라 영상을 융합하는 영상장치의 구성 중 4채널 ADC 및 FPGA 회로를 나타낸 도면.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 감마선 영상과 시각적 광학카메라 영상을 융합하는 영상장치의 위의 감마선 측정(중앙 붉은 점) 화면과 아래의 스펙트럼 분석 화면을 나타낸 도면.1 is a block diagram showing the configuration of an image device for fusing a gamma ray image and a visual optical camera image according to an embodiment of the present invention.
2 is a view showing the shape of an image device for fusing a gamma ray image and a visual optical camera image according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram illustrating an encoding aperture collimator having a 2 × 2 matrix form in a configuration of an imaging apparatus in which a gamma ray image and a visual optical camera image are fused according to an embodiment of the present invention. FIG.
4 is a diagram illustrating a scintillator and a silicon semiconductor optical sensor in the configuration of an imaging apparatus that fuses a gamma ray image and a visual optical camera image according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a view showing a 144: 4 channel reduction circuit and a preamplification circuit in the configuration of an imaging apparatus that fuses a gamma ray image and a visual optical camera image according to an embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a diagram illustrating a four-channel ADC and an FPGA circuit in a configuration of an imaging apparatus in which a gamma ray image and a visual optical camera image are fused according to an embodiment of the present invention. FIG.
FIG. 7 is a diagram illustrating a gamma ray measurement (central red dot) screen and a spectrum analysis screen below on an imaging apparatus fusing a gamma ray image and a visual optical camera image according to an embodiment of the present invention.
이하 첨부된 도면과 함께 본 발명의 바람직한 실시예를 살펴보면 다음과 같은데, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기술 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이며, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있으므로, 그 정의는 본 발명인 감마선 영상과 시각적 광학카메라 영상을 융합하는 영상장치를 설명하는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.Looking at the preferred embodiment of the present invention together with the accompanying drawings as follows, when it is determined that the detailed description of the known art or configuration related to the present invention may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention The description will be omitted, and the following terms are terms defined in consideration of functions in the present invention, which may vary according to the intention or custom of the user or the operator, and the definition is a fusion of a gamma ray image and a visual optical camera image of the present invention. It should be made based on the contents throughout the present specification for describing the imaging device.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 감마선 영상과 시각적 광학카메라 영상을 융합하는 영상장치를 상세하게 설명한다.Hereinafter, an image apparatus for fusing a gamma ray image and a visual optical camera image according to an exemplary embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 감마선 영상과 시각적 광학카메라 영상을 융합하는 영상장치의 구성을 나타낸 블록도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 감마선 영상과 시각적 광학카메라 영상을 융합하는 영상장치의 형상을 나타낸 도면이며, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 감마선 영상과 시각적 광학카메라 영상을 융합하는 영상장치의 구성 중 2 × 2 행렬형태의 부호화구경 조준기를 나타낸 도면이고, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 감마선 영상과 시각적 광학카메라 영상을 융합하는 영상장치의 구성 중 섬광체와 실리콘 반도체 광센서를 나타낸 도면이며, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 감마선 영상과 시각적 광학카메라 영상을 융합하는 영상장치의 구성 중 144:4 채널감소회로 및 전치증폭회로를 나타낸 도면이고, 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 감마선 영상과 시각적 광학카메라 영상을 융합하는 영상장치의 구성 중 4채널 ADC 및 FPGA 회로를 나타낸 도면이다.1 is a block diagram showing the configuration of an image device for fusing a gamma ray image and a visual optical camera image according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is a gamma ray image and a visual optical camera image according to an embodiment of the
도 1 내지 도 6에 도시한 바와 같이, 본 발명인 감마선 영상과 시각적 광학카메라 영상을 융합하는 영상장치(200)는 눈에 보이지 않는 방사선 중 높은 에너지를 가지고 있는 감마선이 공기 중에서 먼 곳까지 에너지를 전달할 수 있는 현상을 이용하여 원거리에 떨어진 방사성동위원소에서 방출되는 감마선을 섬광체(20)에 반응시키기 위해 조준 입사시키며, 회전모터(110)에 연결하여 90°씩 회전하도록 하는 부호화구경 조준기(10)와; 상기 부호화구경 조준기(10)를 통과한 감마선과 반응하여 미세한 빛의 신호 형태로 생성되게 하는 섬광체(20)와; 상기 섬광체(20)에서 빛으로 변환된 감마선정보가 빛의 양에 따라 미세한 전기신호로 변환되게 하는 반도체 광센서(30)와; 상기 반도체 광센서930)에서 출력된 144개의 신호가 미세한 아날로그 신호로 모두 동시에 처리하기 어려우므로 다이오드 체인으로 설계된 채널감소회로(42)를 통해 신호를 차등 합산하는 방법을 적용하여 4개의 신호로 줄이도록 하는 아날로그 회로부(40)와; 상기 아날로그 회로부(40)의 전치증폭기(41)를 거쳐 증폭되고 처리된 4개의 아날로그 신호를 4채널 ADC(Analog to Digital Convertor) 보드(51)를 통해 디지털 신호로 변환하고, FPGA(Field Programmable Gate Array) 보드(52)를 이용하여 신호와 잡음을 구분하고 기본적인 영상신호를 구성하여 고속으로 데이터를 컴퓨터에 전송하는 디지털 회로부(50)와; 컴퓨터(60)에 저장되어 있는 연산 프로그램 소프트웨어로 계산하여 방사성물질의 반응위치를 영상으로 처리된 감마선 영상과 융합할 시각 영상을 촬영하며, 낮은 조명에도 영상구현이 가능하도록 조정하는 광학카메라(70)와; 상기 방사성물질의 반응위치를 연산하여 감마선 영상으로 편집하는 프로그램화된 소프트웨어가 저장되어 있으며, 상기 감마선 영상과 융합된 시각 영상을 사용자가 모니터(61)를 통해 육안으로 확인할 수 있도록 하는 컴퓨터(60)와; 영상장치(200)와 측정 대상체 간의 거리를 정확하게 측정하기 위해 영상장치(200)에 부착되는 거리측정기(80)와; 영상장치(200) 내 모든 모듈에 전원을 공급하는 전원부(90)와; 영상장치(200)에 부착되며, 영상장치(200)에서 발생되는 열을 영상장치(200)의 외부로 배출하게 하는 팬(100); 을 구비한다. As shown in FIGS. 1 to 6, the
상기 본 발명인 감마선 영상과 시각적 광학카메라 영상을 융합하는 영상장치를 구성하는 각 기술적 수단들의 기능을 설명하면 다음과 같다. Referring to the functions of the technical means constituting the imaging device fusion of the gamma ray image and visual optical camera image of the present invention as follows.
상기 부호화구경 조준기(10)는 눈에 보이지 않는 방사선 중 높은 에너지를 가지고 있는 감마선이 공기 중에서 먼 곳까지 에너지를 전달할 수 있는 현상을 이용하여 원거리에 떨어진 방사성동위원소에서 방출되는 감마선을 섬광체(20)에 반응시키기 위해 조준 입사시키며, 회전모터(110)에 연결하여 90°씩 회전하도록 하는 것이다.The
또한, 상기 부호화구경 조준기(10)는 감마선과 같은 높은 에너지의 감마선이 원하지 않는 방향에서 들어오는 것을 차단하는 기계적 집속 장치이며 텅스텐(tungsten)이 주로 이용되는 것이다.In addition, the
여기서, 상기 부호화구경 조준기(10)는 섬광체(20)에 반응시키기 위해 부호화된 패턴 마스크의 형태로 제작하고, 상기 부호화된 패턴은 MURA 패턴으로 적용하며, 상기 패턴은 2 × 2 행렬형태로 배치하여 제작하고, 상기 패턴의 픽셀 사이즈는 1 내지 1.5 mm의 크기인 것이다.Here, the coded
상기 섬광체(20)는 상기 부호화구경 조준기(10)를 통과한 감마선과 반응하여 미세한 빛의 신호 형태로 생성되게 하는 것이다.The
여기서, 상기 섬광체(20)는 배열형의 GAGG 섬광체이고, 섬광체의 재질은 GAGG 섬광체 및 유사 유기섬광체가 사용될 수 있으며, 상기 GAGG 섬광체에서 빛으로 변환된 감마선 정보가 실리콘 반도체 광센서(30)로 전달되도록 섬광체(20)의 내부표면을 반사가 잘되는 흰색으로 페인팅 처리한 것이다.Here, the
상기 반도체 광센서(30)는 상기 섬광체(20)에서 빛으로 변환된 감마선정보가 빛의 양에 따라 미세한 전기신호로 변환되게 하는 것이다.The semiconductor
여기서, 상기 반도체 광센서(30)는 배열형의 반도체 광센서이며, 4 × 4 배열의 광센서 9개를 적용하여 전체 출력신호가 가로 12개, 세로 12개 총 144개의 신호가 출력되도록 하는 것이다. Here, the semiconductor
또한, 반도체 광센서(30)는 SiPM(Silicon Photomultiplier) 나 PMT(Photomultiplier Tube)로 구현될 수 있는데, 상기 SiPM은 수 ㎟의 단면적을 갖는 작은 섬광체와 일대일 결합(coupling)이 가능하므로 섬광체(20)에서 방사된 빛을 수집하는 수광 성능을 극대화 시킬 수 있는 것이다.In addition, the semiconductor
상기 아날로그 회로부(40)는 상기 반도체 광센서930)에서 출력된 144개의 신호가 미세한 아날로그 신호로 모두 동시에 처리하기 어려우므로 다이오드 체인으로 설계된 채널감소회로(42)를 통해 신호를 차등 합산하는 방법을 적용하여 4개의 신호로 줄이도록 하는 것이다.Since the
여기서, 상기 아날로그 회로부(40)에서 축소된 4개의 신호는 신호증폭과 파형처리를 위해 전치증폭기(41)를 거치도록 구성되는 것이다. Here, the four signals reduced by the
상기 디지털 회로부(50)는 상기 아날로그 회로부(40)의 전치증폭기(41)를 거쳐 증폭되고 처리된 4개의 아날로그 신호를 4채널 ADC(Analog to Digital Convertor) 보드(51)를 통해 디지털 신호로 변환하고, FPGA(Field Programmable Gate Array) 보드(52)를 이용하여 신호와 잡음을 구분하고 기본적인 영상신호를 구성하여 고속으로 데이터를 컴퓨터에 전송하는 것이다.The
여기서, 상기 디지털 회로부(50)의 4채널 ADC(Analog to Digital Convertor) 보드(51)에 사용된 칩은 14 bit의 해상도와 66.6 MHz로 샘플링이 가능하며, FPGA(Field Programmable Gate Array) 보드(52)는 고속으로 데이터를 컴퓨터에 전송하기 위해 USB 3.0 인터페이스(53)를 사용하는 것이다. Here, the chip used in the four-channel analog to digital converter (ADC) board 51 of the
상기 광학카메라(70)는 컴퓨터(60)에 저장되어 있는 연산 프로그램 소프트웨어로 계산하여 방사성물질의 반응위치를 영상으로 처리된 감마선 영상과 융합할 시각 영상을 촬영하며, 낮은 조명에도 영상구현이 가능하도록 조정하는 것이다.The
여기서, 상기 광학카메라(70)의 동작전원은 5 VDC이고, 고화질 MJPEG 60 fps 해상도 1280(H) × 720(V)의 카메라를 사용하는 것이다. Here, the operating power of the
또한, 상기 소프트웨어 프로그램을 통해 감마선 영상 데이터의 취득 및 저장과 분석 기능, 감마선 스펙트럼의 획득 및 분석 기능, 측정 영상 송출 기능, 시간별 / 방사선량별 정보 취득 및 저장과 분석 기능, 화면녹화 기능, 스크린 샷 기능, 영상장치와 측정 대상체 간의 거리 표시 기능, 영상장치 회전 기능을 영상장치(200)에서 구현할 수 있는 것이다. In addition, the software program acquires and stores gamma-ray image data, analyzes, acquires and analyzes gamma-ray spectrum, transmits measured images, and acquires, stores, and analyzes information by hourly and radiation dose, screen recording function, and screenshot function. The distance display function between the image device and the measurement object and the image device rotation function may be implemented in the
상기 컴퓨터(60)는 상기 방사성물질의 반응위치를 연산하여 감마선 영상으로 편집하는 프로그램화된 소프트웨어가 저장되어 있으며, 상기 감마선 영상과 융합된 시각 영상을 사용자가 모니터(61)를 통해 육안으로 확인할 수 있도록 하는 것이다.The
상기 거리측정기(80)는 영상장치(200)와 측정 대상체 간의 거리를 정확하게 측정하기 위해 영상장치(200)에 부착되는 것이다.The
여기서, 상기 거리측정기(80)의 동작전원은 3 VDC이며, 측정거리는 영상장치(200)에서부터 최대 50 m까지 측정이 가능한 것이다. Here, the operating power of the
상기 전원부(90)는 영상장치(200) 내 모든 모듈에 전원을 공급하는 것이다.The
여기서, 상기 전원부(90)는 배터리와 전원보드의 기판형태로 제작되어 영상장치(200)에 부착되어 있고, 12 VDC를 입력받아 +5, -5, +3.3 VDC와 +10 ~ 80 VDC를 출력하는 것이다. Here, the
상기 팬(FAN)(100)은 영상장치(200)에 부착되며, 영상장치(200)에서 발생되는 열을 영상장치(200)의 외부로 배출하게 하는 것이다.The
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 감마선 영상과 시각적 광학카메라 영상을 융합하는 영상장치의 위의 감마선 측정(중앙 붉은 점) 화면과 아래의 스펙트럼 분석 화면을 나타낸 도면이며, 상기 감마선 영상과 시각적 광학카메라 영상을 융합하는 영상장치에서 위쪽의 화면에 보이는 중앙 붉은 점은 감마선을 측정하기 위한 것이고, 아래쪽 화면의 보이는 스펙트럼은 감마선 정보를 분석하기 위한 화면인 것이다. FIG. 7 is a diagram illustrating a gamma ray measurement (central red dot) screen and a spectrum analysis screen below of an imaging apparatus that fuses a gamma ray image and a visual optical camera image according to an embodiment of the present invention. In the image apparatus that fuses the optical camera image, the central red dot on the upper screen is for measuring gamma rays, and the visible spectrum of the lower screen is for analyzing gamma ray information.
상술한 바와 같은, 감마선 영상과 시각적 광학카메라 영상을 융합하는 영상장치는 원자력발전소 내의 작업자나 인근에 거주하는 일반인들이 무색, 무미, 무취의 방사선으로부터 안전을 지켜주는데 적용할 수 있으므로 그 적용대상이 광범위하다. As described above, the imaging apparatus that combines gamma ray image and visual optical camera image can be applied to protect the safety from colorless, tasteless, and odorless radiation by workers in nuclear power plants or ordinary people living nearby. Do.
본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 수정 및 변경 실시할 수 있음은 이 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 이해할 수 있을 것이다. It will be appreciated by those skilled in the art that the present invention is not limited to the above embodiments, and that various modifications and changes can be made without departing from the spirit of the present invention.
10 : 부호화구경 조준기 20 : 섬광체
30 : 반도체 광센서 40 : 아날로그 회로부
41 : 전치증폭기 42 : 채널감소회로
50 : 디지털 회로부 51 : ADC 보드
52 : FPGA 보드 53 : USB 3.0 인터페이스
60 : 컴퓨터 61 : 모니터
70 : 광학카메라 80 : 거리측정기
90 : 전원부 100 : 팬(FAN)
110 : 회전모터 200 : 영상장치10: encoding aperture aiming 20: scintillation body
30: semiconductor optical sensor 40: analog circuit
41: preamplifier 42: channel reduction circuit
50: digital circuit 51: ADC board
52: FPGA board 53: USB 3.0 interface
60: computer 61: monitor
70: optical camera 80: distance measuring instrument
90: power supply unit 100: fan (FAN)
110: rotating motor 200: video device
Claims (9)
섬광체에 반응시키기 위해 부호화된 패턴 마스크의 형태로 제작하고, 상기 부호화된 패턴은 MURA 패턴으로 적용하며, 상기 패턴은 2 × 2 행렬형태로 배치하여 텅스텐(tungsten)으로 제작하고, 상기 패턴의 픽셀 사이즈는 1 내지 1.5 mm의 크기를 갖고 있으며, 눈에 보이지 않는 방사선 중 원거리에 떨어진 방사성동위원소에서 방출되는 감마선을 섬광체에 반응시키기 위해 조준 입사시키며, 회전모터에 연결하여 90°씩 회전하도록 하는 부호화구경 조준기와;
배열형의 GAGG 섬광체이고, 섬광체의 재질은 GAGG 섬광체 및 유사 유기섬광체가 사용될 수 있으며, 상기 GAGG 섬광체에서 빛으로 변환된 감마선 정보가 실리콘 반도체 광센서로 전달되도록 섬광체의 내부표면을 반사가 잘되는 흰색으로 페인팅 처리되어 있고, 상기 부호화구경 조준기를 통과한 감마선과 반응하여 미세한 빛의 신호 형태로 생성되게 하는 섬광체와;
배열형의 반도체 광센서이며, SiPM(Silicon Photomultiplier) 또는 PMT(Photomultiplier Tube)로 구현될 수 있고, 4 × 4 배열의 광센서 9개를 적용하여 전체 출력신호가 가로 12개, 세로 12개 총 144개의 신호가 출력되도록 하며, 상기 섬광체에서 빛으로 변환된 감마선 정보가 빛의 양에 따라 미세한 전기신호로 변환되게 하는 반도체 광센서와;
상기 반도체 광센서에서 출력된 144개의 신호가 미세한 아날로그 신호로 모두 동시에 처리하기 어려우므로 다이오드 체인으로 설계된 채널감소회로를 통해 신호를 차등 합산하는 방법을 적용하여 4개의 신호로 줄이도록 하는 아날로그 회로부와;
상기 아날로그 회로부의 전치증폭기를 거쳐 증폭되고 처리된 4개의 아날로그 신호를 4채널 ADC(Analog to Digital Convertor) 보드를 통해 디지털 신호로 변환하고, FPGA(Field Programmable Gate Array) 보드를 이용하여 신호와 잡음을 구분하고 기본적인 영상신호를 구성하여 고속으로 데이터를 컴퓨터에 전송하는 디지털 회로부와;
광학카메라의 동작전원은 5 VDC이고, 고화질 MJPEG 60 fps 해상도 1280(H) × 720(V)의 카메라를 사용하며, 컴퓨터에 저장되어 있는 연산 프로그램 소프트웨어로 계산하여 방사성물질의 반응위치를 영상으로 처리된 감마선 영상과 융합할 시각 영상을 촬영하고, 낮은 조명에도 영상구현이 가능하도록 조정하는 광학카메라와;
상기 방사성물질의 반응위치를 연산하여 감마선 영상으로 편집하는 프로그램화된 소프트웨어가 저장되어 있으며, 상기 감마선 영상과 융합된 시각 영상을 사용자가 모니터를 통해 육안으로 확인할 수 있도록 하는 컴퓨터와;
거리측정기의 동작전원은 3 VDC이며, 측정거리는 영상장치에서부터 최대 50 m까지 측정이 가능하고, 영상장치와 측정 대상체 간의 거리를 정확하게 측정하기 위해 영상장치에 부착되는 거리측정기와;
배터리와 전원보드의 기판형태로 제작되어 영상장치에 부착되어 있고, 12 VDC를 입력받아 +5, -5, +3.3 VDC와 +10 ~ 80 VDC를 출력하며, 영상장치 내 모든 모듈에 전원을 공급하는 전원부와;
영상장치에 부착되며, 영상장치에서 발생되는 열을 영상장치의 외부로 배출하게 하는 팬; 을 포함함을 특징으로 하는 감마선 영상과 시각적 광학카메라 영상을 융합하는 영상장치.An imaging apparatus for fusing a gamma ray image and a visual optical camera image,
Produced in the form of a coded pattern mask to react to the scintillator, the coded pattern is applied as a MURA pattern, the pattern is arranged in a 2 × 2 matrix form made of tungsten, the pixel size of the pattern Has a size of 1 to 1.5 mm, aims incident light to react to scintillant gamma rays emitted from a remote radioisotope among invisible radiation, and rotates by 90 ° in connection with a rotating motor. Aiming unit;
The array type GAGG scintillator, and the material of the scintillator may be a GAGG scintillator and a similar organic scintillator, and the inner surface of the scintillator is white to reflect well so that gamma-ray information converted from the GAGG scintillator to the light is transferred to the silicon semiconductor optical sensor. A scintillator which is painted and reacts with gamma rays passing through the coded aperture collimator to generate a fine light signal;
It is an array-type semiconductor optical sensor and can be implemented as SiPM (Silicon Photomultiplier) or PMT (Photomultiplier Tube), and the total output signal is 12 horizontally and 12 vertically by applying 9 optical sensors in 4 × 4 array. A semiconductor optical sensor for outputting two signals and converting gamma-ray information converted from the scintillator to light into minute electric signals according to the amount of light;
An analog circuit unit for reducing the signal into four signals by applying a method of differential summing through a channel reduction circuit designed as a diode chain because it is difficult to simultaneously process all 144 signals output from the semiconductor optical sensor into minute analog signals;
Four analog signals amplified and processed through the preamplifier of the analog circuit unit are converted into digital signals through a four-channel ADC (Analog to Digital Convertor) board, and the signal and noise are converted using an FPGA (Field Programmable Gate Array) board. A digital circuit unit for classifying and constructing a basic video signal to transfer data to a computer at high speed;
The operating power of the optical camera is 5 VDC, using a high-definition MJPEG 60 fps resolution 1280 (H) × 720 (V) camera, and processing the reaction location of the radioactive material as an image by calculating with a computer program software. An optical camera for photographing a visual image to be fused with the gamma ray image and adjusting the image to be realized even in low light;
A computer program for calculating a reaction position of the radioactive material and editing the gamma ray image, wherein the computer allows the user to visually check the visual image fused with the gamma ray image through a monitor;
An operating power of the range finder is 3 VDC, the measuring distance of which can be measured up to 50 m from the imaging device, and is attached to the imaging device to accurately measure the distance between the imaging device and the measurement object;
Manufactured in the form of battery and power board, it is attached to the image device. It receives 12 VDC and outputs +5, -5, +3.3 VDC and +10 ~ 80 VDC and supplies power to all modules in the image device. A power unit;
A fan attached to the imaging apparatus and configured to discharge heat generated from the imaging apparatus to the outside of the imaging apparatus; Imaging apparatus that comprises a gamma-ray image and a visual optical camera image comprising a.
상기 아날로그 회로부에서 축소된 4개의 신호는 신호증폭과 파형처리를 위해 전치증폭기를 거치도록 구성되는 것을 포함함을 특징으로 하는 감마선 영상과 시각적 광학카메라 영상을 융합하는 영상장치.The method of claim 1,
And the four signals reduced by the analog circuit unit are configured to pass through a preamplifier for signal amplification and waveform processing.
상기 디지털 회로부의 4채널 ADC(Analog to Digital Convertor) 보드에 사용된 칩은 14 bit의 해상도와 66.6 MHz로 샘플링이 가능하며, FPGA(Field Programmable Gate Array) 보드는 고속으로 데이터를 컴퓨터에 전송하기 위해 USB 3.0 인터페이스를 사용하는 것을 포함함을 특징으로 하는 감마선 영상과 시각적 광학카메라 영상을 융합하는 영상장치. The method of claim 1,
The chip used in the four-channel analog to digital converter (ADC) board of the digital circuit part can sample at a resolution of 14 bit and 66.6 MHz, and the field programmable gate array (FPGA) board is used to transfer data to a computer at high speed. Imaging device for fusing a gamma ray image and a visual optical camera image, characterized by using a USB 3.0 interface.
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| KR1020190079863A KR102049518B1 (en) | 2019-07-03 | 2019-07-03 | An imaging device that combines gamma-ray images with visual optical camera images |
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