CN111736205A - 一种α放射源光学成像检测系统及其检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种α放射源光学成像检测系统及其检测方法。光学系统用于接收紫外光，并将接收到的紫外光传输给图像传感器，图像传感器将接收到的紫外光信号转换为电信号，并传输给图像信号处理器ISP，图像信号处理器ISP用于图像处理，图像信号处理器ISP将电信号处理后传输至数字信号处理器DSP，数字信号处理器DSP用于对α粒子探测微光相机的控制，将控制后的结果经由输出电路传输至计算机。用电子倍增微光相机探测α辐射发光与可见光图像配准融合，输出可供检测人员清晰辨识的α放射源位置分布和放射强度指示的图像，提高α放射源检测效率和定位精度，降低检测人员劳动强度和辐射风险，提高放射性物质检测与管控能力。
Description
技术领域
本发明属于光学成像的技术领域；具体涉及一种α放射源光学成像检测系统及其检测方法。
背景技术
由于α放射源的辐射距离极短，目前的各种探测手段都必须在近距离(1厘米以内)、同时不接触的情况下进行，且α放射源穿透性能较差，无法在现行检测仪器外覆盖保护性薄膜。一旦检测过程中和设备接触，就会造成检测仪器的污染且重新清洁前无法重复使用。
发明内容
本发明提供了一种α放射源光学成像检测系统及其检测方法，使用电子倍增微光相机探测α辐射发光与可见光图像配准融合，输出可供检测人员清晰辨识的α放射源位置分布和放射强度指示的图像，提高α放射源检测效率和定位精度，降低检测人员劳动强度和辐射风险，提高放射性物质检测与管控能力。
本发明通过以下技术方案实现：
一种α放射源光学成像检测系统，所述检测系统包括可见光相机、α粒子探测微光相机、电子制冷器和计算机，所述可见光相机和α粒子探测微光相机分别将α放射源可见光图像信号和紫外光图像信号传输给计算机，所述α粒子探测微光相机外表面设置电子制冷器；
所述α粒子探测微光相机包括光学系统、图像传感器、图像信号处理器ISP、数字信号处理器DSP和输出电路，所述光学系统用于接收紫外光，并将接收到的紫外光传输给图像传感器，所述图像传感器将接收到的紫外光信号转换为电信号，并传输给图像信号处理器ISP，所述图像信号处理器ISP用于图像处理，所述图像信号处理器ISP将电信号处理后传输至数字信号处理器DSP，所述数字信号处理器DSP用于对α粒子探测微光相机的控制，将控制后的结果经由输出电路传输至计算机。
进一步的，所述电子制冷器为α粒子探测微光相机的EMCMOS传感器制冷。
进一步的，所述图像处理为图像的曝光控制、去噪滤波、增益控制、坏点校正、强光抑制、背光补偿、图像增强和镜头阴影校正。
进一步的，所述光学系统内设置干涉带通滤光片与CaF2/MgF2紫外镜头，所述干涉带通滤光片设置距离CaF2/MgF2紫外镜头1mm。
一种α放射源光学成像检测系统的检测方法，所述检测方法包括以下步骤：
步骤1：确定初始条件参数，所述初始参数为背景紫外线照明水平，微光相机传感器的量子效率，微光相机读出电路的放大倍数，微光相机传感器的固有噪声水平；
步骤2：基于步骤1的初始条件下，当紫外光信号处于单光子级别时，通过图像标定的方式将可见光相机和α粒子探测微光相机标定在一起并进行紫外光捕捉；
步骤3：在计算机中将α辐射源紫外光图像以伪彩色的方式叠加显示在α放射源可见光图像上；
步骤4：将经过步骤3的紫外光进行观测和记录特征，即可判断放射性核素的存在和数量。
进一步的，所述步骤1中在预设范围内分别设置背景紫外线照明水平、微光相机传感器的量子效率、微光相机读出电路的放大倍数和微光相机传感器的固有噪声水平。
进一步的，所述步骤1中背景紫外线照明水平的范围是<1miliradian、微光相机传感器的量子效率的范围是>95％，微光相机读出电路的放大倍数的范围是>1000倍，微光相机传感器的固有噪声水平的范围是<10e-1。
进一步的，所述步骤2具体为捕捉到的紫外光通过α粒子探测微光相机的光学系统照射在图像传感器上，图像传感器将紫外光信号转化为电信号，使图像信号处理器ISP对图像信号进行处理，图像信号处理器ISP将电信号处理后经过数字信号处理器的控制和输出电路传输至计算机。
进一步的，所述步骤2中图像标定的方式为标定出两个相机的内参和外参，将紫外图像与可见光图像配准对齐，图像配准公式为，
式中，uR、vR、zR为α粒子探测微光相机的三维坐标，uL、vL、zL为可见光相机的三维坐 标，r11为变换矩阵里的中间参数。
本发明的有益效果是：
放射性核素α粒子和氮气碰撞(α粒子与空气分子碰撞诱导空气辐射发光，这些光主要由氮分子发出)，会发出微弱的有明显特征的紫外光，通过光电手段对该光线进行信号放大和收集，观测和记录这种紫外光的特征，即可判断放射性核素的存在和数量；观测的同时即可得到结果，极大的缩短了反应时间和救治时间。
附图说明
附图1α放射源光学成像检测系统框图。
附图2α粒子探测微光相机结构框图
附图3图像融合示例图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种α放射源光学成像检测系统，所述检测系统包括可见光相机、α粒子探测微光相机、电子制冷器和计算机，所述可见光相机和α粒子探测微光相机分别将α放射源可见光图像信号和紫外光图像信号传输给计算机，所述α粒子探测微光相机外表面设置电子制冷器；
所述α粒子探测微光相机包括光学系统、图像传感器、图像信号处理器ISP、数字信号处理器DSP和输出电路，所述光学系统用于接收紫外光，并将接收到的紫外光传输给图像传感器，所述图像传感器将接收到的紫外光信号转换为电信号，并传输给图像信号处理器ISP，所述图像信号处理器ISP用于图像处理，所述图像信号处理器ISP将电信号处理后传输至数字信号处理器DSP，所述数字信号处理器DSP用于对α粒子探测微光相机的控制，将控制后的结果经由输出电路传输至计算机。
进一步的，所述电子制冷器为α粒子探测微光相机的EMCMOS传感器制冷。将制冷EMCMOS图像传感器用于α放射源检测，在提供极高增益的情况下极大的降低了输出图像的噪声，提高了图像的信噪比。
进一步的，所述图像处理为图像的曝光控制、去噪滤波、增益控制、坏点校正、强光抑制、背光补偿、图像增强和镜头阴影校正。
进一步的，所述光学系统内设置干涉带通滤光片与CaF2/MgF2紫外镜头，所述干涉带通滤光片设置距离CaF2/MgF2紫外镜头1mm。增加了信号选择性，降低了环境光干扰。
一种α放射源光学成像检测系统的检测方法，所述检测方法包括以下步骤：
辐射发光成像是基于观察带电粒子通过空气时产生的光子，由于氮分子的辐射弛豫，最强烈的光发射出现在近紫外(UV)区域，在300nm到400nm之间，α粒子动能转化为光辐射的效率约为20光子/MeV，因此α放射源的光发射相当微弱，但仍足以用于检测目的；
步骤1：确定初始条件参数，所述初始参数为背景紫外线照明水平，微光相机传感器的量子效率，微光相机读出电路的放大倍数，微光相机传感器的固有噪声水平；
α诱导空气辐射发光的波长主要在紫外区域，微光相机的光电传感器需要对紫外波段非常敏感，辐射发光的光线非常微弱，微光相机要有足够低的噪声和足够高的光电转换效率；
步骤2：基于步骤1的初始条件下，当紫外光信号处于单光子级别时，通过图像标定的方式将可见光相机和α粒子探测微光相机标定在一起并进行紫外光捕捉；
步骤3：在计算机中将α辐射源紫外光图像以伪彩色的方式叠加(将紫外图像与可见光图像配准对齐)显示在α放射源可见光图像上；
步骤4：将经过步骤3的紫外光进行观测和记录特征，即可判断(α辐射强度图像以伪彩色的方式在可见光图像上叠加显示，不同的颜色代表不同的辐射强度)放射性核素的存在和数量。
进一步的，所述步骤1中在预设范围内分别设置背景紫外线照明水平、微光相机传感器的量子效率、微光相机读出电路的放大倍数和微光相机传感器的固有噪声水平。
进一步的，所述步骤1中当背景紫外线照明水平的范围是，微光相机传感器的量子效率的范围是，微光相机读出电路的放大倍数的范围是，微光相机传感器的固有噪声水平的范围是。
进一步的，所述步骤2具体为捕捉到的紫外光通过α粒子探测微光相机的光学系统照射在图像传感器上，图像传感器将紫外光信号转化为电信号，使图像信号处理器ISP对图像信号进行处理，图像信号处理器ISP将电信号处理后经过数字信号处理器的控制和输出电路传输至计算机。
进一步的，所述步骤2中图像标定的方式为标定出两个相机的内参和外参，将紫外图像与可见光图像配准对齐，图像配准公式为，
式中，uR、vR、zR为α粒子探测微光相机的三维坐标，uL、vL、zL为可见光相机的三维坐 标，r11为变换矩阵里的中间参数。。
实施例2
α放射源光学成像检测系统最终输出的结果要求能够直观的显示出α放射源的空间位置、分布情况以及辐射水平等信息，也就是要求图像上既能看清可见光图像，又能看清α放射源的辐射发光图像。微光相机主要用来探测α辐射发光情况，它的光学系统、传感器以及后端处理模块并不适合拍摄可见光图像，所以与目前常用监控摄像机即可见光相机双相机工作模式，通过图像标定的方式将两个相机标定在一起。
α辐射强度图像以伪彩色的方式在可见光图像上叠加显示，不同的颜色代表不同的辐射强度。图3是图像融合示例，左侧是α辐射发光图像，右侧是与可见光叠加后的α辐射图像。
Claims (9)
1.一种α放射源光学成像检测系统，其特征在于，所述检测系统包括可见光相机、α粒子探测微光相机、电子制冷器和计算机，所述可见光相机和α粒子探测微光相机分别将α放射源可见光图像信号和紫外光图像信号传输给计算机，所述α粒子探测微光相机外表面设置电子制冷器；
所述α粒子探测微光相机包括光学系统、图像传感器、图像信号处理器ISP、数字信号处理器DSP和输出电路，所述光学系统用于接收紫外光，并将接收到的紫外光传输给图像传感器，所述图像传感器将接收到的紫外光信号转换为电信号，并传输给图像信号处理器ISP，所述图像信号处理器ISP用于图像处理，所述图像信号处理器ISP将电信号处理后传输至数字信号处理器DSP，所述数字信号处理器DSP用于对α粒子探测微光相机的控制，将控制后的结果经由输出电路传输至计算机。
2.根据权利要求1所述一种α放射源光学成像检测系统，其特征在于，所述电子制冷器为α粒子探测微光相机的EMCMOS传感器制冷。
3.根据权利要求1所述一种α放射源光学成像检测系统，其特征在于，所述图像处理为图像的曝光控制、去噪滤波、增益控制、坏点校正、强光抑制、背光补偿、图像增强和镜头阴影校正。
4.根据权利要求1所述一种α放射源光学成像检测系统，其特征在于，所述光学系统内设置干涉带通滤光片与CaF2/MgF2紫外镜头，所述干涉带通滤光片设置距离CaF2/MgF2紫外镜头1mm。
5.一种α放射源光学成像检测系统的检测方法，其特征在于，所述检测方法包括以下步骤：
步骤1：确定初始条件参数，所述初始参数为背景紫外线照明水平，微光相机传感器的量子效率，微光相机读出电路的放大倍数，微光相机传感器的固有噪声水平；
步骤2：基于步骤1的初始条件下，当紫外光信号处于单光子级别时，通过图像标定的方式将可见光相机和α粒子探测微光相机标定在一起并进行紫外光捕捉；
步骤3：在计算机中将α辐射源紫外光图像以伪彩色的方式叠加显示在α放射源可见光图像上；
步骤4：将经过步骤3的紫外光进行观测和记录特征，即可判断放射性核素的存在和数量。
6.根据权利要求5所述一种α放射源光学成像检测系统的检测方法，其特征在于，所述步骤1中在预设范围内分别设置背景紫外线照明水平、微光相机传感器的量子效率、微光相机读出电路的放大倍数和微光相机传感器的固有噪声水平。
7.根据权利要求6所述一种α放射源光学成像检测系统的检测方法，其特征在于，所述步骤1中背景紫外线照明水平的范围是<1miliradian、微光相机传感器的量子效率的范围是>95％，微光相机读出电路的放大倍数的范围是>1000倍，微光相机传感器的固有噪声水平的范围是<10e-1。
8.根据权利要求5所述一种α放射源光学成像检测系统的检测方法，其特征在于，所述步骤2具体为捕捉到的紫外光通过α粒子探测微光相机的光学系统照射在图像传感器上，图像传感器将紫外光信号转化为电信号，使图像信号处理器ISP对图像信号进行处理，图像信号处理器ISP将电信号处理后经过数字信号处理器的控制和输出电路传输至计算机。
9.根据权利要求5所述一种α放射源光学成像检测系统的检测方法，其特征在于，所述步骤2中图像标定的方式为标定出两个相机的内参和外参，将紫外图像与可见光图像配准对齐，图像配准公式为，
式中，uR 、vR 、zR为α粒子探测微光相机的三维坐标，uL 、vL 、zL为可见光相机的三维坐标，r11为变换矩阵里的中间参数。
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