EA000675B1 - Система формирования изображений с использованием кодированной апертуры с квадратной антисимметричной равномерно дублированной матрицей - Google Patents

Description

Данная заявка является частичным продолжением заявки № 08/154,733 с датой подачи 11 ноября 1993 г. на изобретение «Система формирования изображений гамма-излучения».

Область техники

Изобретение относится к системам формирования изображений с использованием кодированной апертуры, в частности, к системе формирования изображений с использованием кодированной апертуры, предназначенной для формирования и визуального воспроизводства сигнала изображения, являющегося представлением изображения источника нефокусируемого излучения, например, источника гамма- или рентгеновского излучения. Еще более конкретно, изобретение относится к кодированной апертуре с равномерно дублированной матрицей, используемой в системе формирования изображений с использованием кодированной апертуры, и к способу получения кодированной апертуры.

Описание предшествующего уровня техники

Источники нефокусируемого излучения, такие как источники гамма- и рентгеновского излучения, чаще всего встречаются на ядерных энергетических установках, в медицинских радиологических лабораториях и на других установках, где работают с ядерными материалами. Во время работы ядерных установок должен вестись постоянный контроль за потенциальными высокорадиоактивными зонами. Для сохранения окружающей среды и организации сбора и удаления отходов из зон радиоактивного загрязнения также требуется обнаружение и определение местонахождения загрязнения, чтобы обеспечить безопасность окружающей среды. Кроме того, для выполнения ремонта и технического обслуживания на ядерных энергетических установках работники медицинской службы должны проверять зоны, в которых будут производиться работы, чтобы определить дозу облучения, которой может подвергнуться персонал при выполнении заданий. Доза облучения работников тщательно контролируется с помощью персональных дозиметров, и те работники, которые достигли официально установленного предельного уровня облучения, не допускаются к дальнейшей работе в течение определенного периода времени. Поэтому было бы целесообразно, и это является задачей всех операторов ядерных энергетических установок, уменьшить дозу облучения персонала до такой степени, чтобы она достигала установленных пределов.

Работники медицинской службы, ведущие наблюдение за потенциальными зонами высокой радиоактивности обычно носят защитную одежду и респираторы для защиты их от находящейся в воздухе радиации. Наблюдение за потенциальными зонами высокой радиоактивности с помощью известного устройства, счетчика Гейгера-Мюллера, необходимо для определения местонахождения источников высокой радиации. Счетчики Гейгера-Мюллера имеют относительно небольшие размеры, и их носит персонал, выполняющий процесс сканирования. В некоторых случаях счетчик Гейгера-Мюллера закрепляют на шесте, чтобы работник мог сохранять безопасную дистанцию от радиоактивного оборудования в процессе сканирования. Работник вручную сканирует область, чтобы определить «места наивысшей радиоактивности» или зоны высокой радиации.

После завершения такого сканирования работник составляет карту радиационноопасных мест, которые были обнаружены при сканировании с помощью счетчика ГейгераМюллера. Источники высокой радиации окружаются специальными экранами для защиты работников. На основании результатов процесса сканирования работники, которые подвергаются облучению при выполнении ремонта и технического обслуживания, получают соответствующий инструктаж, как долго они могут находиться в данной зоне и к какому оборудованию они должны избегать приближаться из-за высоких уровней излучения. При этом процесс сканирования занимает довольно продолжительное время из-за скорости зондирования, так как счетчик Гейгера-Мюллера должен перемещаться над радиоактивным источником относительно медленно. В некоторых случаях работнику необходимо близко подойти к источнику гаммаизлучения, чтобы получить правильные показания, так как типичные счетчики ГейгераМюллера не обладают высокой чувствительностью.

Для ограничения дозы облучения наиболее важными являются два фактора - время воздействия и удаленность от источника излучения. Современные известные технологии сканирования с использованием счетчика ГейгераМюллера не эффективны для уменьшения радиоактивного воздействия и увеличения расстояния от источника излучения. Кроме того, процесс сканирования с помощью счетчика Гейгера-Мюллера не позволяет определить положение «мест наивысшей радиоактивности» с высокой точностью.

Предпринимались попытки решить эти проблемы технологий с помощью систем, в которых применяется технология формирования изображений с использованием кодированной апертуры. В общем, за счет обеспечения системы, которая формирует визуальное представление источника нефокусируемого излучения, системы формирования изображений с использованием кодированной апертуры позволяют обнаружить и установить местонахождение таких источников, а также уменьшить или даже полностью исключить облучение персонала. В частности, формирование изображений с использованием кодированной апертуры, кроме указанных выше преимуществ, также обеспечи3 вает точное изображение источников нефокусируемого излучения. Формирование изображений с использованием кодированной апертуры является само по себе хорошо известной технологией, в которой используется апертура, состоящая из прозрачных и непрозрачных ячеек. При воздействии на апертуру гамма- или рентгеновского излучения через эти ячейки отбрасывается тень на позиционно-чувствительный детектор. Из информации, полученной при облучении, восстанавливается изображение источника.

Но эта известная система формирования изображения с использованием кодированной апертуры имеет ряд серьезных недостатков. Например, очень часто позиционночувствительные детекторы в системах формирования изображений с использованием кодированной апертуры подвержены значительному аппаратурному шуму. Кроме того, такие системы часто работают в условиях высокого фонового излучения, и высокоэнергетические фотоны, источник которых находится вне поля зрения прибора, детектируются позиционночувствительным детектором, не проходя перед этим через кодированную апертуру, т. е. не модулируясь ею. Таким образом, обнаруженные фотоны, не модулированные кодированной апертурой, и собственный немодулированный аппаратурный шум ухудшает отношение сигнал-шум прибора, что является причиной плохого качества изображения и низкой чувствительности.

В некоторых известных системах формирования изображений с использованием кодированной апертуры используется технология активной защиты, чтобы уменьшить отрицательное воздействие немодулированных фотонов. При таком решении, если входящий поток высокоэнергетических фотонов не очень большой и позволяет прибору подсчитывать поступление отдельных фотонов, можно использовать активную защиту и активную кодированную апертуру, чтобы обеспечить средство идентификации совпадения/несовпадения. Таким образом, можно индивидуально идентифицировать немодулированные фотоны, а затем исключать их при реконструировании изображения. Но если поток фотонов возрастает настолько, что на детектор поступает одновременно множество фотонов, то точное время прихода каждого фотона установить невозможно, что сильно затрудняет отделение немодулированных фотонов от требуемых модулированных фотонов.

В других известных системах формирования изображений с использованием кодированной апертуры эта проблема решается за счет использования основной и дополняющей кодированной апертуры. При таком подходе источник излучения сначала модулируется кодированной апертурой, называемой нормальной апертурой, а затем дополнением кодированной апертуры, называемым дополняющей апертурой. Дополняющую апертуру получают посредством изменения положения ячеек на нормальной апертуре. Иными словами, все ячейки, которые были прозрачными на нормальной апертуре, на дополняющей апертуре будут непрозрачными, а все ячейки, бывшие непрозрачными на нормальной апертуре, будут прозрачными на дополняющей апертуре. Если на каждую апертуру воздействовать источником излучения в течение одинакового времени и выполнить процесс взаимного сокращения между изображениями, модулированными каждой апертурой, то можно существенно снизить отрицательный эффект немодулированных фотонов и фонового шума прибора. Этот результат достигается даже в присутствии потока высокоэнергетических фотонов. В системах формирования изображений с использованием кодированной апертуры, в которых применяется описанный выше подход, используются кодированные апертуры, выполненные из прямоугольных или шестиугольных равномерно дублированных матриц (РДМ).

Для формирования изображений с использованием кодированной апертуры применяются кодированные апертуры с прямоугольными РДМ, например, описанные в патенте США 4209780 (авторы Фенимор и др.) и патенте США 5036546 (авторы Готтесман и др.). Но при использовании таких типов апертур требуется физически реализовать две отдельные апертуры: одну, функционирующую как нормальная апертура, и другую, функционирующую как дополняющая апертура. Системы с прямоугольными РДМ должны содержать средство для переключения между апертурами во время процесса формирования изображений. Этот процесс переключения может вызывать неточности системы, в частности, неточность совмещения, которая отрицательно влияет на визуальное воспроизведение изображений системой. Кроме того, если переключение апертур производится вручную, то полностью теряется одно из основных преимуществ системы формирования изображений с кодированной апертурой по сравнению со счетчиком Гейгера-Мюллера, а именно, защита персонала от излучения. При этом ручное переключение апертуры занимает продолжительное время и этим самым уменьшает возможность быстрой идентификации и изоляции опасных источников излучения.

Чтобы исключить потребность в двух отдельных апертурах, была разработана шестиугольная РДМ, описанная Фингер М.Н. и Принс Т.А. в статье «Шестиугольные равномерно дублированные матрицы для формирования изображений с помощью кодированной апертуры». Материалы 19-ой Международной конференции по космическому излучению, OG, стр.295-298 (1985). Одна кодированная апертура с шестиугольной РДМ (ШРДМ), выполненная практически антисимметричной по оси шестиугольни5 ка, может функционировать одновременно как нормальная апертура и как дополняющая апертура после ее поворота на 60°. Кодированная апертура с ШРДМ конгруэнтна с шестиугольным или круглым позиционно-чувствительным детектором. Однако, при использовании такой апертуры с позиционно-чувствительным детектором, имеющим декартову конфигурацию, возникают существенные проблемы. Поскольку совмещение шестиугольной геометрии апертуры с декартовой геометрией детектора требует серьезных геометрических операций, система формирования изображений должна выполнить значительные операции по форматированию данных. Так как большинство известных детекторов имеет декартову конфигурацию, использование кодированной апертуры с ШРДМ довольно ограничено.

Следовательно, существует потребность в переносной, надежной системе формирования изображений с использованием кодированной апертуры, которая могла бы автоматически составлять карту «мест наивысшей радиоактивности» в контролируемой зоне. Кроме того, было бы целесообразно иметь устройство, которое могло бы было стационарно устанавливать в зоне для составления карты радиационной обстановки в ней, не подвергая при этом персонал облучению. Также существует потребность в системе формирования изображений, которая содержит апертуру с равномерно дублированной матрицей, выполненную с возможностью автоматического дополнения, которую можно бы было легко согласовать с широко доступными позиционно-чувствительными детекторами, имеющими декартову (прямоугольную или квадратную) конфигурацию.

Раскрытие изобретения

В основу изобретения положена задача создания автоматической системы формирования изображений с использованием кодированной апертуры, которая могла бы визуально воспроизводить изображение, представляющее источник гамма-излучения.

Другой задачей изобретения является создание надежного устройства, которое можно стационарно устанавливать в зоне для визуального воспроизведения изображения, представляющего источник гамма-излучения.

Изобретение также направлено на создание устройства для составления карты «мест наивысшей радиоактивности» для сведения к минимуму воздействия опасного излучения на людей.

Еще одной задачей изобретения является создание устройства для обеспечения надзора за зонами опасного излучения в реальном масштабе времени.

Изобретение также решает задачу создания портативного устройства для контроля и определения местонахождения потенциально опасных радиоактивных источников и материалов в ядерной промышленности и для защиты жизни и здоровья персонала, работающего в этой промышленности, а также населения, проживающего в прилегающих районах.

Еще одна задача изобретения заключается в том, чтобы создать систему формирования изображений с использованием кодированной апертуры, предназначенную для использования на контрольных пунктах службы безопасности для обнаружения нелегальных перевозок и удаления ядерных материалов.

Задачей изобретения также является создание системы формирования изображений с использованием кодированной апертуры, которая была бы простой в эксплуатации, прочной, надежной и безопасной для пользователя.

Изобретение также нацелено на создание системы формирования изображений для получения изображений источников гамма- и рентгеновского излучения с безопасного расстояния.

Согласно изобретению также предлагается система формирования изображений с использованием кодированной апертуры для выполнения рентгеновской томографии.

Еще одна задача изобретения - создание кодированной апертуры для усовершенствования формирования изображений с использованием кодированной апертуры.

Изобретение также решает задачу создания кодированной апертуры, которая могла бы функционировать как нормальная апертура и как дополняющая апертура в системе формирования изображений с использованием позиционно-чувствительного детектора с декартовой конфигурацией.

Задачей изобретения является создание кодированной апертуры, имеющей пропускную способность приблизительно 50%.

Следующая задача изобретения - создать кодированную апертуру, которая становится антисимметричной после поворота на 90°, за исключением центральной ячейки.

Еще одна задача изобретения заключается в создании способа получения кодированной апертуры для усовершенствованного формирования изображений с использованием кодированной апертуры.

В основу изобретения также поставлена задача создания способа получения кодированной апертуры, которая может действовать как нормальная апертура и как дополняющая апертура в системе формирования изображений с использованием позиционно-чувствительного детектора с декартовой конфигурацией.

Задачей изобретения является также создание системы формирования изображений с кодированной апертурой, в которой используется кодированная апертура, способная функционировать как нормальная апертура и как дополняющая апертура, и в которой также используется позиционно-чувствительный детектор с декартовой конфигурацией.

Согласно одному аспекту изобретения предложена система формирования изображений с использованием кодированной апертуры для получения изображения источника гаммаизлучения, содержащая кодированную апертуру, позиционно-чувствительный детектор, матрицу устройств с зарядовой связью и процессор сигналов. Позиционно-чувствительный детектор может быть выполнен в форме детектора излучения с высокой пространственной разрешающей способностью. В альтернативном варианте вместо матрицы устройств с зарядовой связью может использоваться матрица полупроводниковых фотодиодов. Матрица фотодиодов функционирует аналогично матрице устройств с зарядовой связью. При этом следует понимать, что специалисты смогут использовать и другие типы известных оптических систем формирования изображения, обладающих низкой чувствительностью к шуму.

Кодированная апертура используется для пространственной модуляции гамма-лучей, излучаемых источником. Кодированная апертура формирует кодированную тень в ответ на принятые ею гамма-лучи. Позиционночувствительный детектор расположен относительно кодированной апертуры таким образом, чтобы позволить кодированной тени, сформированной апертурой, падать на детектор. В ответ на падающую на него кодированную тень позиционно-чувствительный детектор формирует кодированный оптический сигнал. Матрица устройств с зарядовой связью реагирует на кодированный оптический сигнал и вырабатывает из него кодированный электрический сигнал. Процессор сигналов реагирует на кодированный электрический сигнал, декодирует его и вырабатывает из него сигнал изображения. Сигнал изображения является представлением изображения источника гамма-излучения.

Система формирования изображения с использованием кодированной апертуры может также содержать средство, реагирующее на сигнал изображения, для визуального воспроизведения характерного изображения источника гамма-излучения. Средство, реагирующее на сигнал изображения, может быть электроннолучевой трубкой или твердотельной индикаторной панелью такой же, как монитор, используемый в телевизионных приемниках и компьютерах. Кроме того, система формирования изображений с использованием кодированной апертуры может содержать средство для передачи кодированного оптического сигнала из позиционно-чувствительного детектора в матрицу устройств с зарядовой связью. Средством передачи может служить матрица оптоволоконных волноводных переходов или коммутационная оптическая система, или т. п.

Предложенная система формирования изображений с использованием кодированной апертуры может также содержать электроннооптический преобразователь. При этом электронно-оптический преобразователь располагают между позиционно-чувствительным детектором и матрицей устройств с зарядовой связью. Электронно-оптический преобразователь усиливает кодированный оптический сигнал и повышает его яркость с целью улучшения чувствительности системы. Электроннооптический преобразователь может быть реализован в форме лампового электроннооптического преобразователя или электроннооптического преобразователя с микроканальной пластиной.

Кодированная апертура системы формирования изображения с использованием кодированной апертуры содержит области прозрачности и непрозрачности по отношению к нефокусируемому излучению. Кодированная апертура может быть реализована в форме равномерно дублированной матрицы или другого типа кодированной матрицы, но предпочтительно в форме квадратной антисимметричной равномерно дублированной матрицы, которая будет более подробно описана ниже.

Позиционно-чувствительный детектор системы формирования изображения с кодированной апертурой может быть выполнен в форме сцинтиллятора из стекла или стекловолокна. Сцинтиллятор из стекловолокна состоит из множества стекловолокон, которые предпочтительно содержат поглощающее покрытие на наружных стенках для уменьшения перекрестных помех между волокнами. В альтернативных вариантах позиционно-чувствительный детектор может быть реализован в форме сцинтиллятора из пластикового волокна или из кристалла.

Предложенная система формирования изображения с кодированной апертурой в оптимальном виде предназначена для обеспечения максимального поля зрения в контролируемой зоне с высокой пространственной разрешающей способностью. Удовлетворительное пространственное поле зрения может быть достигнуто за счет включения сцинтиллятора из волокон с поглощающим покрытием на наружных стенках в систему формирования изображения с использованием кодированной апертуры. Для получения максимального поля зрения кодированная апертура имеет площадь поперечного сечения приблизительно в два раза больше площади поперечного сечения позиционно-чувствительного детектора. Поле зрения предпочтительно находится в пределах от 1 до 45°.

Описанная выше система формирования изображений может быть также использована для получения изображения источника рентгеновского излучения. Следовательно, эта система формирования изображений может получить применение в области ядерной медицины, в частности, в области рентгеновской или ядерной радиографии.

Предложен также способ формирования репрезентативного изображения источника гамма-излучения. Способ заключается в том, что обеспечивают систему формирования изображений с использованием кодированной апертуры, содержащую кодированную апертуру, позиционно-чувствительный детектор, матрицу устройств с зарядовой связью и процессор сигналов, каждый из которых функционирует, как было описано выше, располагают систему формирования изображений с использованием кодированной апертуры таким образом, что источник гамма-излучения находится в поле зрения системы, и визуально воспроизводят сигнал изображения, генерированный процессором сигналов, при этом воспроизведенный сигнал изображения представляет изображение источника гамма-излучения.

Способ также заключается в том, что создают визуальное наложение зоны, находящейся в поле зрения системы и визуально воспроизводят сигнал изображения вместе с визуальным наложением этой зоны. Таким образом, изображение гамма-излучения накладывается на картинку зоны и можно легко определить «место наивысшей радиоактивности». Описанный выше способ можно использовать для формирования изображений источника гамма-излучения.

Альтернативный вариант системы формирования изображений с использованием кодированной апертуры содержит кодированную апертуру, позиционно-чувствительный детектор и процессор сигналов. Кодированная апертура принимает гамма-лучи, излучаемые источником, и генерирует кодированную тень. Позиционно-чувствительный детектор расположен относительно кодированной апертуры таким образом, чтобы позволить кодированной тени падать на него. Позиционно-чувствительный детектор содержит матрицу полупроводниковых детекторов гамма-излучения, которая генерирует кодированный электрический сигнал в ответ на падающую на нее кодированную тень. Процессор сигналов реагирует на кодированный электрический сигнал и декодирует его для формирования сигнала изображения, который представляет изображение источника гамма-излучения.

В предпочтительном альтернативном варианте изобретения содержится кодированная апертура, выполненная в форме квадратной антисимметричной равномерно дублированной матрицы. Кодированная апертура с квадратной антисимметричной равномерно дублированной матрицей обладает существенным преимуществом, заключающимся в том, что она обеспечивает пропускную способность почти 50%, так как почти половина площади апертуры является прозрачной и позволяет свободно проходить нефокусируемому излучению. Кроме того, такая апертура становится антисимметричной или дополняющей после ее поворота на 90°, за исключением центральной ячейки. Таким образом, система с использованием кодированной апертуры с квадратной антисимметричной равномерно дублированной матрицей обеспечивает лучшую реконструкцию изображения за счет уменьшения эффекта немодулируемых фотонов и снижения фонового шума прибора, а также более экономична, так как требуется всего одна кодированная апертура для обработки изображения. Также, поскольку большинство известных позиционно-чувствительных детекторов имеют декартову конфигурацию, в системе с использованием кодированной апертуры с квадратной антисимметричной равномерной дублированной матрицей могут применяться такие детекторы, не требуя трудоемкого форматирования данных, которое бы потребовалось в системах с использованием апертур и детекторов с разнородными геометрическими характеристиками.

Предложена кодированная апертура с квадратной антисимметричной равномерно дублированной матрицей, содержащая прозрачные и непрозрачные ячейки и имеющая квадратную нормальную масочную структуру в первом положении и квадратную дополняющую масочную структуру при повороте во второе положение, причем второе положение повернуто на 90° относительно первого положения.

Предложена также система формирования изображений с использованием кодированной апертуры с квадратной антисимметричной равномерно дублированной матрицей. Такая система формирования изображений содержит кодированную апертуру с квадратной антисимметричной равномерно дублированной матрицей для приема излучения источника и генерации из него первой кодированной тени в первом положении и второй кодированной тени во втором положении, поворотное средство для поворота кодированной апертуры между первым и вторым положением, позиционночувствительный детектор, расположенный относительно кодированной апертуры таким образом, чтобы позволить первой и второй кодированной тени последовательно падать на детектор, при этом детектор формирует в ответ на нее соответственно первый кодированный оптический сигнал и второй кодированный оптический сигнал, преобразовательное средство, реагирующее на первый и второй кодированные оптические сигналы и соответственно вырабатывающее первый кодированный электрический сигнал и второй кодированный электрический сигнал, и процессор сигналов, реагирующий на первый и второй кодированные электрические сигналы и декодирующий кодированные электрические сигналы для формирования сигнала изображения, представляющего изображение источника нефокусируемого излучения. Понятно, что упомянутое выше преобразовательное средство может быть частью позиционночувствительного детектора.

Система формирования изображений с использованием кодированной апертуры с квадратной антисимметричной равномерно дублированной матрицей может также содержать поворотное средство, которое включает в себя подставку, удерживающую кодированную апертуру, по меньшей мере, в первом и втором положении, шифратор положения, реагирующий на положение подставки генерацией соответствующего сигнала положения, блок управления вращением, вырабатывающий в ответ на сигнал положения соответствующий сигнал вращения, и шаговый двигатель, поворачивающий подставку в ответ на сигнал управления вращением, по меньшей мере, первым и, по меньшей мере, вторым положениями.

Система формирования изображений с использованием кодированной апертуры с квадратной антисимметричной равномерно дублированной матрицей может также содержать средство отображения для показа визуального представления зоны, находящейся в поле зрения системы формирования изображений, в котором репрезентативное изображение нефокусируемого излучения, полученное в ответ на сигнал изображения, накладывается на это визуальное представление зоны.

Система формирования изображений с использованием кодированной апертуры с квадратной антисимметричной равномерно дублированной матрицей может также содержать блок хранения данных, электрически соединенный с процессором сигналов, при этом процессор сигналов вырабатывает данные, а блок хранения данных сохраняет данные, полученные из процессора сигналов.

Система формирования изображений с использованием кодированной апертуры с квадратной антисимметричной равномерно дублированной матрицей может также содержать средство для регулировки разделяющего расстояния между кодированной апертурой и позиционно-чувствительным детектором. Средство регулировки может быть функционально соединено с кодированной апертурой или позиционно-чувствительным детектором или с тем и другим одновременно. Следовательно, средство регулировки перемещает либо апертуру, либо детектор, либо оба этих элемента относительно друг друга, регулируя тем самым разделяющее расстояние.

Система формирования изображений с использованием кодированной апертуры с квадратной антисимметричной равномерно дублированной матрицей может также содержать электронные схемы обработки сигналов. Электронные схемы обработки сигналов могут обрабатывать кодированный электрический сигнал для формирования изображения источников гамма- или рентгеновского излучения из детектированного кодированного гамма- или рентгеновского излучения. Кроме того, электронные схемы обработки сигналов могут также функционировать как процессор изображений для улучшения качества гамма- и рентгеновских излучений. Также электронные схемы обработки сигналов могут управлять поворотом и поступательным перемещением квадратной антисимметричной равномерно дублированной матрицы. Электронные схемы обработки сигналов могут также обеспечивать средство для сохранения данных визуального изображения данных, наложения гамма- или рентгеновского изображения на визуальное изображение и воспроизведение их на экране монитора.

В дальнейшем описывается предпочтительный вариант воплощения изобретения, а также другие варианты, задачи, существенные признаки и преимущества изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1 - изображает перспективный вид сбоку переносной части системы формирования изображений с использованием кодированной апертуры, выполненной в соответствии с изобретением;

фиг. 2 - функциональную структурную схему системы формирования изображений с использованием кодированной апертуры, выполненной в соответствии с изобретением;

фиг. 2а - упрощенный вид сбоку и структурная схема одного варианта изобретения для регулировки разделяющего расстояния между кодированной апертурой и позиционночувствительным детектором;

фиг. 3 - перспективный вид, иллюстрирующий расположение кодированной апертуры относительно позиционно-чувствительного детектора;

фиг. 4 - упрощенный перспективный вид кодированной апертуры, кодированной тени и изображения источника гамма-излучения, восстановленного в результате обработки сигналов и декодирования в соответствии с изобретением;

фиг. 5 - схематическое представление кодированной апертуры с равномерно дублированной матрицей 17x19, сформированной в соответствии с одним вариантом изобретения;

фиг. 6 - схематическое представление элементарной масочной структуры порядка 19, сформированной в соответствии с первым вариантом изобретения;

фиг. 7 - схематическое представление элементарной масочной структуры порядка 31, сформированной в соответствии со вторым вариантом изобретения;

фиг. 8а - схематическое представление квадрантов, связанных с элементарной масочной структурой кодированной апертуры с квадратной равномерно дублированной матрицей в соответствии с изобретением;

фиг. 8б - схематическое представление квадрантов, связанных с полной масочной структурой кодированной апертуры с квадратной антисимметричной равномерно дублированной матрицей, выполненной в соответствии с изобретением;

фиг. 9 - схематическое представление полной масочной структуры кодированной апертуры с квадратной антисимметричной равномерно дублированной матрицей порядка 19, выполненной в соответствии с первым вариантом изобретения;

фиг. 10 - схематическое представление полной масочной структуры кодированной апертуры с квадратной антисимметричной равномерно дублированной матрицей порядка 31, выполненной в соответствии со вторым вариантом изобретения;

фиг. 11 - схематическое представление кодированной апертуры с квадратной антисимметричной равномерно дублированной матрицей порядка 7, выполненной в соответствии с третьим вариантом изобретения;

фиг. 12 - схематическое представление кодированной апертуры с квадратной антисимметричной равномерно дублированной матрицей в соответствии с фиг. 10, повернутой на 90°;

фиг. 13 - упрощенный перспективный вид и структурную схему системы формирования изображений с использованием кодированной апертуры с квадратной антисимметричной равномерно дублированной матрицей, выполненной в соответствии с изобретением.

Подробное описание предпочтительных вариантов

Система формирования изображений с использованием кодированной апертуры, выполненная в соответствии с изобретением, является уникальной системой, позволяющей повысить безопасность для жизни и здоровья и уменьшить потенциальный риск, связанный с источниками гамма-излучения, в частности, на ядерных энергетических установках и участках хранения ядерных загрязнений. Существующие технологии контроля и составления карт потенциально радиационно-опасных участков неэффективны, продолжительны и подвергают работников радиационному воздействию без особой необходимости. Традиционные технологии сканирования включают в себя использование счетчика Гейгера-Мюллера для ручного сканирования участка с целью выявления «мест наивысшей радиоактивности» или источников, излучающих большие дозы гамма-излучения. Предложенная система формирования изображений с использованием кодированной апертуры превосходит на несколько порядков по эффективности традиционный способ ручного сканирования с помощью счетчика ГейгераМюллера для определения положения радиационно-опасных источников и источников гаммаизлучения.

Система формирования изображений с использованием кодированной апертуры является устройством, которое можно устанавливать стационарно для осуществления непрерывного контроля или которое можно использовать при необходимости в виде переносного блока. Система формирования изображений с использованием кодированной апертуры решает проблемы, связанные с ручным сканированием работниками и позволяет вести надзор за «местами наивысшей радиоактивности» или высоко радиоактивными зонами в реальном масштабе времени. В одном применении система формирования изображений с использованием кодированной апертуры может быть стратегически установлена в защитной оболочке ядерной энергетической установки в целях получения изображения гамма-излучения, которое можно наложить на визуальное изображение зоны, чтобы выделить места потенциальной радиационной опасности. Это позволяет идентифицировать потенциально радиационно-загрязненные конструкции в реальном масштабе времени и незамедлительно предпринимать необходимые превентивные меры. Кроме того, стационарно установленные системы формирования изображений с использованием кодированной апертуры, выполненные в соответствии с изобретением, позволяют исключить необходимость подвергать опасности облучения персонал, выполняющий рутинные наблюдения в потенциально опасных зонах.

Система формирования изображений с использованием кодированной апертуры, выполненная в соответствии с изобретением, может быть использована на ядерных энергетических установках, а также на промышленных установках для производства и обработки ядерных материалов, сбора и удаления ядерных отходов, при выводе из эксплуатации ядерных реакторов, на атомных судах, в научно-исследовательских установках и даже в ядерной медицине, например, ядерной радиологии. Система формирования изображений согласно изобретению может также использоваться на контрольных пунктах службы безопасности для обнаружения контрабанды ядерных материалов. Фактически, система формирования изображений с использованием кодированной апертуры имеет широкий спектр применений.

Система формирования изображений с использованием кодированной апертуры, выполненная в соответствии с изобретением, отличается устойчивостью, возможностью формирования изображений в реальном масштабе времени, простотой в эксплуатации, портативностью и безопасностью для пользователя при осуществлении эффективного контроля за зонами опасного излучения как рентгеновского, так и гамма-излучения. На данный момент систем, обладающих такими свойствами, больше нет. Системы формирования изображений для астрономических наблюдений за небесными телами с высоким энергетическим излучением были успешно разработаны в NASA, но эти системы очень громоздкие, дорогостоящие, сложные в эксплуатации и используются исключительно для астрономических наблюдений. Они не пригодны для контроля за излучением в окружающей среде, учитывая их габариты, стоимость, сложность в эксплуатации и вес.

На фиг. 1 изображена предложенная система формирования изображений с использованием кодированной апертуры, содержащая защитный футляр или корпус 2, в котором заключена кодированная апертура 4, позиционночувствительный детектор и матрица из устройств с зарядовой связью. В альтернативном варианте вместо матрицы с зарядовой связью можно использовать матрицу полупроводниковых фотодиодов, но в предпочтительном варианте используется матрица из устройств с зарядовой связью. Корпус может иметь ручку 6, чтобы можно было переносить устройство. Один конец кабеля 8 подсоединен к матрице из устройств с зарядовой связью, а противоположный конец подсоединен к удаленному участку обработки изображения.

На фиг. 2 показана функциональная структурная схема системы формирования изображений с использованием кодированной апертуры, выполненной в соответствии с изобретением. Система формирования изображений с использованием кодированной апертуры содержит кодированную апертуру 4, позиционночувствительный детектор 10, оптическую линию 13, электронно-оптический преобразователь 11, матрицу 12 устройств c зарядовой связью и процессор сигналов/декодер 14. Кодированная апертура 4 обеспечивает прозрачность приблизительно 50% для гамма-лучей, излучаемых источником и принимаемых кодированной апертурой. Кодированная апертура 4 формирует кодированную тень в ответ на гамма-лучи, принятые апертурой. Позиционно-чувствительный детектор 1 0 расположен относительно кодированной апертуры 4 таким образом, чтобы позволить закодированной тени, сформированной апертурой, падать на позиционночувствительный детектор. Позиционночувствительный детектор 1 0 формирует кодированный оптический сигнал в ответ на упавшую на него кодированную тень. Оптическая линия 1 3 обеспечивает оптическую связь между позиционно-чувствительным детектором и матрицей 1 2 устройств с зарядовой связью, которые реагируют на кодированный оптический сигнал, сформированный позиционно-чувствительным детектором, и вырабатывает кодированный электрический сигнал. Кодированный электрический сигнал поступает в процессор 1 4 сигналов, который обрабатывает и декодирует кодированный электрический сигнал и вырабатывает из него сигнал изображения. Сигнал изображения является представлением изображения источника гамма-излучения и может быть визуально воспроизведен на электронно-лучевой трубке 1 6 и т. п. Вариант, проиллюстрированный на фиг. 2, также содержит электронные схемы

8 управления для управления матрицей устройств с зарядовой связью.

В альтернативном варианте позиционночувствительный детектор 1 0 содержит матрицу полупроводниковых детекторов гаммаизлучения. Матрица детектора гамма-излучения выполнена с возможностью кодирования тени и формирования кодированного электрического сигнала в ответ на падающую на нее кодированную тень. Матрица детекторов гаммаизлучения, выполненная в соответствии с изобретением, включает в себя интегральное полупроводниковое устройство, обладающее свойствами сцинтиллирующего материала, и матрицу устройств с зарядовой связью для преобразования кодированной тени в кодированный электрический сигнал.

Кодированная апертура 4 может быть апертурой на базе равномерно дублированной матрицы или любого другого типа кодированной матрицы, но предпочтительно на базе квадратной антисимметричной равномерно дублированной матрицы, выполненной в соответствии с изобретением, как будет более подробно описано ниже. В одном частном варианте изобретения кодированная апертура 4 построена на основе равномерно дублированной матрицы. Такой тип апертуры обеспечивает относительно высокую прозрачность (приблизительно 50%) и высокое отношение сигнал-шум. Кодированная апертура выполняется из свинца или другого материала высокой плотности и может представлять собой мозаику 2x2 из основной кодированной матрицы.

Расположение апертуры 4 относительно позиционно-чувствительного детектора 1 0 показано на фиг. 3.

Поле зрения системы формирования изображений с использованием кодированной апертуры зависит от положения кодированной апертуры 4 относительно позиционночувствительного детектора 1 0. Например, максимальное поле зрения достигается при наикратчайшем расстоянии между апертурой и позиционно-чувствительным детектором. В предпочтительном варианте система изображений с использованием кодированной апертуры содержит средство для регулировки расстояния, разделяющего кодированную апертуру и позиционно-чувствительный детектор, например, направляющую систему (не показана), в которой кодированная апертура (или позиционночувствительный детектор) скользит по направляющей системе.

На фиг. 2а проиллюстрирован один вариант, выполненный в соответствии с изобретением, для регулировки разделяющего расстояния. Блок 9 линейного двигателя состоит из шагового двигателя 15 и ходового винта 17. Кодированная апертура 4 установлена на ходовом вин17 те 17 таким образом, что когда шаговый двигатель прецезионно поворачивает ходовой винт 17, кодированная апертура 4 перемещается по направлению к позиционно-чувственному детектору 10 или от него, изменяя тем самым разделяющее расстояние d между кодированной апертурой 4 и позиционно-чувствительным детектором 10. Понятно, что в альтернативном варианте на ходовом винте 17 может быть установлен позиционно-чувствительный детектор 1 0, а кодированная апертура 4 может быть неподвижной. Также понятно, что описанное выше средство регулировки может быть реализовано внутри корпуса 2, изображенного на фиг. 1.

Следовательно, за счет регулировки разделяющего расстояния устройство может быть способно изменить масштаб изображения, например, в 1,5 раз. Чтобы изменить масштаб изображения, расстояние, разделяющее кодированную апертуру 4 и позиционно-чувствительный детектор 1 0, увеличивают на заданную величину в зависимости от требуемого увеличения.

Как показано на фиг. 3, кодированная апертура 4 содержит два цикла основной кодированной матрицы и имеет площадь поперечного сечения приблизительно в два раза больше площади поперечного сечения позиционночувствительного детектора 1 0, чтобы обеспечить максимальное полностью кодированное поле зрения. Как уже упоминалось выше, полностью кодированное поле зрения является функцией размера апертуры и разделяющего расстояния между кодированной апертурой 4 и позиционно-чувствительным детектором 1 0. Поле зрения предпочтительно находится в пределах от нескольких градусов до приблизительно 45 градусов.

Так как апертура 4 выполнена из материала высокой плотности, желательно ограничить ее размер и толщину из соображений веса. Высокая степень непрозрачности, необходимая для непрозрачной части кодированной апертуры, требует использование толстой апертуры. В одном из вариантов система формирования изображений с использованием кодированной апертуры может содержать кодированную апертуру, имеющую равномерно дублированную матрицу в форме основной матричной структуры 17x19, составленной в виде мозаики 2x2. Например, апертура может иметь размер приблизительно 4x6 дюймов (101,6 x 152,4 мм) и толщину приблизительно от 1 до 1,5 см. Описанная апертура имеет непрозрачность приблизительно от 0,5 до 0,8 при 1,3 МэВ. При этом желательно, чтобы непрозрачность была по возможности максимально приближена к единице.

Кодированная апертура, которая состоит из матрицы непрозрачных и прозрачных ячеек, помещается между излучающим источником и плоскостью позиционно-чувствительного детектора. Каждый элемент, излучающий гамма-лучи в поле зрения, проецирует тень апертуры на плоскость обнаружения или на позиционночувствительный детектор 1 0.

На фиг. 4 показаны упрощенный перспективный вид структуры кодированной апертуры и кодированная тень, сформированная на позиционно-чувствительном детекторе 1 0. Кодированная апертура образует множество теней изображения на позиционно-чувствительном детекторе 1 0. Позиционно-чувствительный детектор 1 0 вырабатывает оптический сигнал в ответ на множество теней изображения, который затем преобразуется в кодированный электрический сигнал, а тот, в свою очередь, декодируется для получения декодированного сигнала изображения, представляющего первоначальные лучи, принятые кодированной апертурой 4. Как уже описывалось выше, апертура 4 может содержать два цикла основной кодированной матрицы, а размер позиционно-чувствительного детектора 1 0 приблизительно равен половине размера апертуры. Такая конфигурация обеспечивает равномерную чувствительность во всем полностью кодированном поле зрения, так как общая прозрачность рабочей зоны в полностью кодированном поле зрения остается постоянной.

На фиг. 5 показан примерный вариант кодировки основной равномерно дублированной матрицы 17x19. Темные участки апертуры на фиг. 5 и на последующих фигурах представляют зоны непрозрачности, а светлые участки - зоны прозрачности. Иллюстрируемая кодированная апертура состоит из мозаики 2x2, составленной из основной кодированной матрицы, из которой исключены один ряд и один столбец, чтобы избежать характерной неоднозначности. Кодировка равномерно дублированной матрицы (РДМ) была предложена Фенимором и др. и описана в патентах США 4209780 и 4360797 на изобретения с одинаковым названием «Формирование изображений с использованием кодированной апертуры с равномерно дублированными матрицами». Но как уже отмечалось выше, РДМ, описанные Фенимором и др. и показанные на фиг. 5, должны содержать средство для переключения между нормальными и дополняющими апертурами во время процесса формирования изображений. Этот процесс переключения может приводить к неточностям совмещения, а также к облучению персонала. РДМ в основном строится математически на циклически разностных множествах. Циклическое разностное множество Δ (ν, κ, λ) с порядком ν является последовательностью к вычетов с модулем ν, так что для любого вычета ρ Ψ 0 (mod ν) конгруэнтность:

δ, - δ = ρ (mod ν) допускает λ пар решения (δ;, Sj) с δ, и Sj в Δ. Можно связать с каждым разностным множест19 вом двоичное число ία,! длиной ν, где α! принимает значение равное 1, если i принадлежит к циклическому разностному множеству Δ, и принимает значение 0 в противном случае. Из этих множеств к является закрытыми (0), а ν-κ открытыми (1). Функцией автокорреляции этой двоичной последовательности является один пик на идеальном плоском фоне. РДМ формирует посредством укладки этих одноразмерных последовательностей в двухразмерные матрицы, функции корреляции которых имеют одинаковую характеристику. При этом следует понимать, что промежуток между появлениями единиц (т.е. один интервал, два интервала т.д.) будет иметь место постоянное число λ раз для всех РДМ.

Адамарово множество характеризуется параметрами ν = 4n-1, к = 2n-1, λ = n-1 для одного того же целого числа n. Свое название эти множества получили из-за их связи с матрицами Адамара. Известные адамаровы множества можно классифицировать не только по порядку ν, но также по способу их построения. Построение адамаровых циклических разностных множеств, используемое в данном изобретении, основано на квадратичных вычетах В с порядком ν. Если порядок ν является простым числом, то множество В формируется по вычету (mod ν) квадратов первых (ν-1)/2 целых чисел. Элемент В является единицей, если i является квадратичным вычетом, и нулем, если i не является вычетом и равно от 1 до ν.

Косоадамаровы циклические разностные множества антисимметричные, они представляют собой подмножество адамаровых разностных множеств и имеют простой порядок ν = 3 (mod 4). Они также могут быть получены из квадратичных вычетов (mod ν), как было описано выше.

Косоадамаровы РДМ являются подмножествами адамаровых РДМ и почти антисимметричные. Все косоадамаровы РДМ имеют циклическую группу Δ и поэтому могут быть построены из косоадамаровых циклических разностных множеств. Из этого определения можно видеть, что косоадамаровы РДМ имеют прозрачность или пропускную способность, равную почти 50%.

Таким образом, в предпочтительном варианте кодированная апертура является квадратной антисимметричной равномерно дублированной матрицей и построение этой кодированной апертуры с квадратной антисимметричной равномерно дублированной матрицей выполняется в соответствии с описанной процедурой.

Кодированная апертура с квадратной антисимметричной равномерно дублированной матрицей составлена из взаимосвязанных и самоподдерживающихся прозрачных и непрозрачных ячеек. Следует отметить, что состав материала прозрачных и непрозрачных ячеек выбирается по его способностям либо пропускать нефокусируемое излучение в случае прозрачных ячеек, либо не пропускать излучение в случае непрозрачных ячеек. Кодированная апертура согласно изобретению имеет полную масочную структуру в соответствии с положением прозрачных и непрозрачных ячеек. Полную масочную структуру можно рассматривать как состоящую из элементов, которые имеют значения. Значения элементов могут быть одним из двух возможных двоичных значений, 1 или 0. Апертура строится на основе присвоения прозрачным ячейкам одного из значений, а непрозрачным ячейкам другого из значений.

Полная масочная структура, как таковая, формируется из элементарной масочной структуры, основанной на математических зависимостях, описанных ниже. В таблице показаны первые семь косоадамаровых разностных множеств с порядком, выраженным простым числом, и их последовательности квадратичных вычетов В. Упомянутые выше значения элементов получают из этих последовательностей.

Таблица

Порядок ν	Квадратичная последовательность В
3	001
7	1000110
11	00010010111
19	0100001100100111101
23	11001010000011110101100
31	1011100001001000110110111100010
43	0111000001000110101100100101001110111110001

Для иллюстрации антисимметричной характеристики последовательностей квадратичные последовательности сдвигаются по кругу до тех пор, пока первый вычет не окажется в центре последовательности, как показано в таблице. Элементарная масочная структура, являющаяся двухмерной структурой с порядком ν, получается из одномерных косоадамаровых последовательностей квадратичных вычетов В согласно следующей зависимости:

Ajj = 0, если i=0

А, = 0, если j=0 и Ы)

А^=0, если В,=В,

А, = 0 в других случаях где А представляет функцию кодирования равномерно дублированной матрицы.

В качестве примера элементарной масочной структуры, построенной таким способом, на фиг. 6 показана элементарная масочная структура порядка 19. Эта элементарная масочная структура иллюстрирует черные элементы и белые элементы, которые, в конечном счете, представляют соответственно непрозрачность и прозрачность на кодированной апертуре. Штриховые линии на фиг. 6 очерчивают границы квадрантов, при этом элементарная масочная структура содержит первый квадрант 40, второй квадрант 42, третий квадрант 44 и четвертый квадрант 46. Можно заметить, что структуры первого квадранта 40 и третьего квадранта 44 являются дополняющими к структурам второго квадранта 42 и четвертого квадранта 46. Следовательно, элементарная масочная структура почти антисимметрична, за исключением центрального элемента элементарной структуры и повторений центрального элемента. Повторения центрального элемента являются отдельными элементами, расположенными между квадрантами.

На фиг. 7 показан другой пример элементарной масочной структуры, которая в данном варианте является элементарной масочной структурой порядка 31. Здесь существует такая же дополняющая взаимосвязь между квадрантами, как и на фиг. 6. При этом следует понимать, что, хотя на фиг. 6 и 7 показано два примера в целях иллюстрации, порядок элементарной масочной структуры может быть представлен любым простым числом, принадлежащим к косоадамарову множеству.

Следовательно, построив элементарную масочную структуру, можно получить полную масочную структуру согласно изобретению посредством повторения элементарной масочной структуры по диагонали наружу от центра элементарной масочной структуры. Результирующая полная масочная структура содержит (2ν-1) х (2ν-1) элементов. На фиг. 8а и 8б схематически показан процесс повторения элементарной масочной структуры для формирования полной масочной структуры.

На фиг. 8а показано представление квадрантов, связанных с элементарной масочной структурой, пронумерованных как было описано выше. На фиг. 8б показано представление квадрантов, связанных с полной масочной структурой, полученной в результате процесса повторения. Понятно, что на фиг. 8б контур основной масочной структуры, расположенный в центре полной масочной структуры, очерчен жирной линией, чтобы проиллюстрировать его расположение. Таким образом, на фиг. 8б показаны результирующие местоположения соответствующих квадрантов, основанные на процессе повторения. Для большей ясности пространства между квадрантами центрального элемента и повторениями центрального элемента не показаны на фиг. 8а и 8б. На фиг. 9 и 10, соответственно, показаны полные масочные структуры порядка 19 и 31, сформированные описанным выше способом.

Таким образом, кодированная апертура с квадратной антисимметричной равномерно дублированной матрицей согласно изобретению формируется посредством присвоения прозрачных и непрозрачных ячеек соответствующим элементам полной масочной структуры. Такая кодированная апертура, сформированная описанным выше способом, обладает уникальной характеристикой, заключающейся в том, что она имеет одну масочную структуру в первом положении и вторую масочную структуру, по существу дополняющую первую масочную структуру, во втором положении, причем второе положение повернуто относительно первого положения на 90°. Первая и вторая масочные структуры соответственно именуются как нормальная масочная структура и дополняющая масочная структура.

Эта уникальная антисимметрия кодированной апертуры, полученной в соответствии с изобретением, проиллюстрирована на фиг. 11 и 1 2. На фиг. 11 показана кодированная апертура с квадратной антисимметричной равномерно дублированной матрицей порядка 7 в первом положении, имеющем нормальную масочную структуру. На фиг. 1 2 показано, что после поворота апертуры, показанной на фиг. 11, на 90°, она становится дополняющей масочной структурой, в которой все прозрачные ячейки меняются местами со всеми непрозрачными ячейками, за исключением центральной ячейки. Центральная ячейка остается неизменной независимо от того, имеет кодированная апертура нормальную или дополняющую масочную структуру. При этом также понятно, что кодированная апертура порядка 7 является только иллюстрацией новой описанной характеристики, и в соответствии с изобретением можно получить кодированную апертуру любого порядка, выраженного простым числом, которая также будет обладать уникальной антисимметрией.

Кодированная апертура с квадратной антисимметричной равномерно дублированной матрицей, полученная в соответствии с изобретением, может иметь размер приблизительно 4х6 дюймов (101,6 х 152,4 мм) и иметь толщину приблизительно от 1 до 1,5 см. Также кодированная апертура может иметь непрозрачность апертуры приблизительно от 0,5 до 0,8 при 1,3 МэВ.

Преимущества изобретения будут более понятны, если проиллюстрировать использование кодированной апертуры с квадратной антисимметричной равномерно дублированной матрицей, полученной в соответствии с изобретением, в системе формирования изображений с использованием кодированной апертуры. На фиг. 1 3 показана предпочтительная форма выполнения такой системы формирования изображений с использованием кодированной апертуры.

Как видно на фиг. 13, кодированная апертура 22 с квадратной антисимметричной равномерно дублированной матрицей установлена по центру на поворотной подставке 24, удерживающей апертуру. Подставка 24 имеет форму диска с круговой наружной поверхностью. Шифратор положения 26, расположенный в непосредственной близости к поворотной подставке 24, удерживающей апертуру, кодирует угловое положение подставки, тем самым вырабатывает сигнал положения. Шифратор 26 в одном варианте оптически считывает индикации (не показаны), расположенные по окружности на подставке, и кодирует угловое положение подставки на их основании. В другом варианте шифратор 26 содержит синус-косинусный потенциометр (не показан), механически соединенный с подставкой и выполненный с возможностью кодирования углового положения подставки. В предпочтительном варианте шифратор 26 положения является электромеханическим (например, магнитным) переключателем, который регистрирует положение поворотной удерживающей апертуру подставки 24 и соответственно вырабатывает сигнал положения. Понятно, что можно использовать любое кодирующее средство, известное специалистам, для генерации сигнала положения.

Блок 28 управления вращением электрически подключен к шифратору положения 26 и к процессору 14 сигналов, при этом он реагирует на сигнал положения. Шаговый двигатель 30 электрически подключен к блоку 28 управления вращением и реагирует на сигнал управления вращением. Шаговый двигатель 30 обеспечивает поворотное усилие через соединительное средство 32 для поворота подставки 24. Соединительное средство 32 расположено между шаговым двигателем 30 и подставкой 24. В одном варианте соединительное средство 32 представляет собой прямо-зубое цилиндрическое зубчатое колесо, которое входит в зацепление с зубцами, расположенными по окружности подставки. Соединительное средство 32 может альтернативно содержать фрикционное колесо, окружная поверхность которого контактирует с окружной поверхностью подставки. В предпочтительном варианте соединительное средство 32 содержит ремень (не показан) и шкив, и поворот шкива передает поворотное движение подставке. И в этом случае понятно, что можно использовать любое известное специалистам средство для передачи поворотного усилия шагового двигателя подставке. Функции шагового двигателя 30 и соединительного средства 32 могут также обеспечиваться интегрально шаговым двигателем. В предпочтительном варианте изобретения описанное выше поворотное средство поворачивает подставку и вместе с ней кодированную апертуру с квадратной антисимметричной равномерно дублированной матрицей 22 из первого положения во второе положение, которое сдвинуто по кругу относительно первого положения на 90°. Понятно, что можно предусмотреть управление временем поворота апертуры двумя положениями либо в блоке 28 управления вращением, либо в процессоре 1 4 сигналов.

На фиг. 13 также показан позиционночувствительный детектор 1 0, предпочтительно имеющий декартову конфигурацию, который расположен относительно кодированной апертуры 22 таким образом, что нефокусируемое излучение от источника гамма- или рентгеновского источника модулируется кодированной апертурой 22. Согласно изобретению, кодированная апертура 22 находится в первом положении и при этом имеет нормальную масочную структуру. Нефокусируемое излучение 20 проходит через кодированную апертуру 22 в течение некоторого заданного времени. Кодированная апертура 22 в ответ формирует первую кодированную тень, которая падает на детектор 10. Затем поворотное средство поворачивает кодированную апертуру 22 во второе положение, в котором кодированная апертура имеет дополняющую масочную структуру. Нефокусируемое излучение 20 опять проходит через кодированную апертуру 22 в течение приблизительно такого же времени. В ответ кодированная апертура 22 формирует вторую кодированную тень, которая падает на детектор 10. Детектор 1 0 в ответ на первую и вторую кодированные тени генерирует соответственно первый и второй кодированные оптические сигналы.

Средство 34 преобразования оптического сигнала в электрический сигнал электрически подключено к позиционно-чувствительному детектору 10. Средство 34 преобразования может быть реализовано любым описанным здесь или известными специалистами средствами. В одном возможном варианте средство преобразования является матрицей устройств с зарядовой связью. Средство 34 преобразования, реагирующее на детектор 1 0, соответственно генерирует первый и второй кодированные электрические сигналы в ответ на первый и второй кодированные оптические сигналы. Процессор 1 4 сигналов электрически подключен к средству 34 преобразования, а также к блоку 28 управления вращением. Процессор 1 4 сигналов срабатывает в ответ на первый и второй кодированные электрические сигналы и на сигнал положения, который подается в процессор 1 4 из шифратора положения 26 через блок 28 управления вращением. Процессор 1 4 сигналов обрабатывает эти сигналы и генерирует сигнал изображения, представляющий изображение источника нефокусируемого излучения. Это изображение и другая информация, обработанная процессором 1 4 сигналов, такая как уровень потока фотонов, время воздействия и условия измерений, могут визуально воспроизводиться на средстве отображения 16. Блок 36 хранения данных, электрически связанный с процессором 1 4 сигналов и/или средством отображения 16, может хранить сигнал изображения и другую упомянутую информацию, обработанную процессором 1 4 сигналов.

При этом следует понимать, что система формирования изображений с использованием кодированной апертуры, изображенная на фиг. 1 3, может также содержать средство для регу25 лировки разделяющего расстояния между кодированной апертурой 22 и позиционночувствительным детектором 10, аналогично средству регулировки, изображенному на фиг. 2а.

Процесс формирования изображений, выполняемый системой формирования изображений с использованием кодированной апертуры с квадратной антисимметричной равномерно дублированной матрицей, реализуется следующим образом. Первый и второй кодированные электрические сигналы, сформированные средством 34 преобразования, выражаются в виде корреляции распределения источника нефокусируемого излучения и функции кодирования, связанной с кодированной апертурой с квадратной антисимметричной равномерно дублированной матрицей. При этом когда кодированная апертура находится в первом положении (проявляя тем самым нормальную масочную структуру), первый кодированный электрический сигнал можно описать как

O_n=s*A_n+b_n где * представляет оператор корреляции; s - распределенную функцию источника; b_n - фоновой шум, включающий все составляющие в детекторе, не модулированные нормальной масочной структурой кодированной апертуры; и

A_n - нормальную функцию кодирования, связанную с нормальной масочной структурой кодированной апертуры.

Затем, когда кодированная апертура поворачивается на 90° из первого положения во второе (образуя тем самым дополняющую масочную структуру), второй кодированный электрический сигнал может быть описан как

О_с = s * Ac + bc где b_c представляет фоновый шум, включающий все составляющие в детекторе, не модулированные дополняющей масочной апертуры; и

A_c представляет дополняющую функцию кодирования, связанную с дополняющей масочной структурой кодированной апертуры. Вычитание описанных выше сигналов дает результирующий сигнал

Ot=s * (An-Ac)+(bn-bc)

Для предложенной кодированной апертуры абсолютное значение A_n, нормальной функции кодирования, почти равно A_c, т.е. дополняющей функции кодирования, так как эти две функции почти антисимметричные, за исключением центральной ячейки. Кроме того, при большом потоке фотонов весьма вероятно, что b_n эквивалентно b_c. Следовательно, средний результирующий сигнал можно описать как <Ot> = <s> * (An-Ac) + <bn-bc> где <> представляет собой среднее по ансамблю. Таким образом, среднее значение полученного в результате вычитания фонового шума приблизительно равно нулю.

Преимущество системы формирования изображений с использованием кодированной апертуры с квадратной антисимметричной равномерно дублированной матрицей наглядно проиллюстрировано приведенным выше уравнением. Такая система формирования изображений обеспечивает преимущества по сравнению со всеми известными системами формирования изображений, состоящая в том, что предложенная кодированная апертура, хотя и имеет прямоугольную геометрию, но при этом эффективно компенсирует отрицательное воздействие немодулированных фотонов и аппаратного шума.

Кроме того, благодаря антисимметрии предложенной кодированной апертуры разность функции кодирования An-Ac, почти унимодулярная и выражается в соответствии со следующими правилами:

(An-Ac)i = 0, если i = j = 0 (A_n-A_c)_i = 0, если (A_n)_ij = 1 и i+j ψ 0 (An-Ac)i = -1, если (An)ij = 0 и i+j ψ 0

Оценка реконструированного распределения источника нефокусируемого излучения представляется следующим образом:

<s> = <Ot> * G = (<s> * (An-Ac)+(bn-bc>)) * G где ^Λ представляет оценку представленной ниже переменной, и где G, функция декодирования, и обратная величина унимодулярной корреляции Aij определяется как

Gij= 1,если i=j=0

Gij = 1, если Aij = 1 и i+j ψ 0

Gij = -1, если Aij = 0 и i+j ψ 0

Функция декодирования G выбирается таким образом, чтобы оценка декодированного источника была идентичной источнику с пренебрежимо малыми артефактами. Следовательно, соотношение между функцией кодирования A и функцией декодирования G может быть выражено следующим образом:

A * G = (v²/2-1)5_k где δ|._: - функция символа Кронекера.

Таким образом, как было продемонстрировано выше, средний уровень фонового шума системы формирования изображений с использованием кодированной апертуры значительно уменьшается, когда система использует схему подавления фона посредством выполнения вычитания между нормальной дополняющей структурой. Но при этом отношение сигналшум системы формирования изображений с использованием кодированной апертуры с квадратной антисимметричной равномерно дублированной матрицей не претерпевает существенных изменений независимо от того, применяется или нет схема подавления фонового шума путем вычитания между нормальной и дополняющей структурой, при условии, что общее время облучения через нормальную масочную структуру и дополняющую масочную структуру одинаковое.

В известных ранее системах формирования изображений, в которых делалась попытка компенсировать воздействие фонового шума и немодулированных фотонов с помощью нормальной/дополняющей апертуры, требовалось физическое переключение апертур для реализации преимуществ нормальной/дополняющей обработки. Эффективность таких известных систем была ограничена из-за простоев системы, неточностей согласования и потенциального облучения персонала. Кроме того, даже те известные системы, в которых использовалась шестиугольная кодированная апертура, позволяющая выполнять нормальную/дополняющую обработку, были эффективны только с позиционночувствительными детекторами, имеющими шестиугольную или круглую геометрию. Поскольку большинство известных позиционночувствительных детекторов имеет декартову конфигурацию, предложенная кодированная апертура удовлетворяет потребность в одной кодированной апертуре, обеспечивающей нормальную и дополняющую обработку, которая может широко использоваться в большинстве систем формирования изображений с использованием кодированной апертуры. Кроме того, благодаря нормальной/дополняющей природе предложенной кодированной апертуры и возможности прецизионного поворота, обеспечиваемой системой формирования изображений с использованием кодированной апертуры, можно исключить простои системы, неточности совмещения и риск облучения персонала. Следовательно, кодированная апертура с квадратной антисимметричной равномерно дублированной матрицей и система формирования изображений с использованием предложенной кодированной апертуры решает все проблемы известных описанных выше систем.

В дальнейшем будут описаны другие компоненты системы формирования изображений с кодированной апертурой. Позиционночувствительный детектор 10 может быть реализован в форме сцинтиллятора из кристалла, пластического волокна, стекла или стекловолокна. В предпочтительном варианте позиционночувствительный детектор выполнен в форме сцинтиллятора из стекловолокна. Сцинтиллятор из стекловолокна высокой плотности, пригодный для использования в предложенной системе формирования изображений с использованием кодированной апертуры, описан в патенте США 5122671 на изобретение «Активированные тербием люминесцентные стекла, используемые для преобразования рентгеновского излучения в видимое излучение».

Сцинтиллятор из стекловолокна высокой плотности излучает свет в зеленой области спектра при 534 нм. Стеклянный сцинтиллятор может быть выполнен либо в виде сплошной массы стеклянного сцинтилляционного материала, либо в форме множества стекловолокон.

В предпочтительном варианте стеклянный сцинтиллятор состоит из множества волокон, которые имеют поглощающее покрытие на наружных стенках для уменьшения взаимных помех между волокнами. Пучок сцинтилляционных стекловолокон образует позиционночувствительный детектор в системе формирования изображений с кодированной апертурой согласно изобретению.

Сцинтиллятор из стекловолокна более экономичен и прочен, чем известные и широко использовавшиеся в прошлом сцинтилляторы из кристалла. Светоотдача стеклянного сцинтиллятора толщиной 12 мм составляет около 0,2 футламберта на рентген/с для фотонов 1,3 МэВ. В предпочтительном варианте каждое стекловолокно имеет диаметр приблизительно 1 5 мкм, а стекловолоконная сборка имеет диаметр от 2 до 3 дюймов (50,8-76,2 мм). Типичные пределы подходящей толщины сцинтиллятора из стекловолокна составляют от 1,5 мм до приблизительно 1 2 мм.

Использование сцинтиллятора из стекловолокна в качестве позиционночувствительного детектора в системе формирования изображений с использованием кодированной апертуры обеспечивает следующие преимущества: улучшенные отношение сигналшум, пространственная разрешающая способность и динамический диапазон. В частности, улучшенное отношение сигнал-шум достигается в такой степени, что при высоком уровне энергии стеклянные сцинтилляторы обеспечивали отношение сигнал-шум, приблизительно вдвое превышающее отношение сигнал-шум при использовании гадолиниевых оксисульфидных фосфорных экранов. Кроме того, стеклянные сцинтилляторы имеют более высокое рентгеновское ослабление, которое позволяет лучше использовать рентгеновские фотоны. Что касается пространственной разрешающей способности, то сцинтилляторы из стекловолокна имеют пространственную разрешающую способность 25 линейных пар/мм или выше при низкой рентгеновской энергии. Для сравнения, фосфорный экран с высокой разрешающей способностью при аналогичных условиях обеспечивает визуальное воспроизведение 1 2-1 4 линейных пар/мм. Лучшие характеристики сигнала и меньшее рассеяние света в позиционночувствительном детекторе, выполненном из стекловолоконного сцинтиллятора, являются факторами, которые обеспечивают широкий динамический диапазон этого детектора. Испытания системы с высокопроизводительными камерами на устройствах с зарядовой связью продемонстрировали динамический диапазон 3000 и выше. Это также обеспечивает отличную контрастную чувствительность в применениях в целях рентгеновского наблюдения.

В предпочтительном варианте, показанном на фиг. 2, система формирования изображений с использованием кодированной апертуры содержит оптическую линию 13 или средство для передачи кодированного оптического сигнала в матрицу устройств с зарядовой связью. Как показано на фиг. 2, предпочтительный вариант содержит электронно-оптический преобразователь 11, помещенный между позиционночувствительным детектором 10 и матрицей 12 устройств с зарядовой связью. В частности, позиционно-чувствительный детектор 1 0 соединен стороной, противоположной кодированной апертуре, со средством 1 3 для передачи кодированного оптического сигнала. Противоположный конец средства передачи соединен с электронно-оптическим преобразователем 11, который усиливает кодированный оптический сигнал. Усиленный кодированный оптический сигнал вводится в матрицу 1 2 устройств с зарядовой связью, которая формирует кодированный электрический сигнал в ответ на кодированный оптический сигнал.

Оптическая линия 13 или средство передачи кодированного оптического сигнала может быть выполнена в виде матрицы оптоволоконных волноводных переходов или коммутационной оптической системы. Оптоволоконные волноводные переходы часто используются для соединения или согласования двух оптических апертур разного размера, например, позиционно-чувствительного детектора 10 и электроннооптического преобразователя 11 или матрицы 1 2 устройств с зарядовой связью. Оптоволоконные волноводные переходы в основном представляют собой оптоволоконное оптическое устройство, один конец которого имеет большую площадь поперечного сечения, чем его противоположный конец. В альтернативной конфигурации системы формирования изображений с использованием кодированной апертуры применяется оптическая коммутационная система для формирования изображений наружной поверхности сцинтиллятора из стекловолокна в электронно-оптическом преобразователе или матрице 12 устройств с зарядовой связью. Как оптоволоконные волноводные переходы, так и оптические коммутационные системы являются специальными коммерчески доступными продуктами. Например, подходящие оптоволоконные волноводные переходы выпускает компания Шотт Файбер Оптикс, Инк.

Как уже отмечалось выше, электроннооптический преобразователь 11 усиливает кодированный оптический сигнал и повышает его яркость. Матрица 12 устройств с зарядовой связью реагирует на усиленный кодированный оптический сигнал и формирует в ответ на него кодированный аналоговый электрический сигнал. В качестве электронно-оптического преобразователя 11 может использоваться любой из целого ряда стандартных продуктов, например, электронно-оптический преобразователь, выпускаемый компанией Хамаматсу Фотоникс

К.К., модель V33347U. Альтернативно, функции электронно-оптического преобразователя может выполнять матрица полупроводниковых фотодиодов, например, выпускаемая компанией Хамаматсу Фотоникс К.К.,модель S2461.

В системе формирования изображений с использованием кодированной апертуры матрица 1 2 устройств с зарядовой связью преобразует усиленный кодированный оптический сигнал в кодированной мультиплексированный аналоговый электрический сигнал. Кодированный аналоговый электрический сигнал может обрабатываться внутри системы процессором/декодером сигналов или на удаленном пункте, как показано на фиг. 1. Следовательно, переносное устройство, содержащее, по меньшей мере, кодированную апертуру 4, позиционно-чувствительный детектор 1 0 и матрицу 1 2 устройств с зарядовой связью, может помещаться в портативном защитном корпусе 2. Кабель 8, один конец которого подсоединен к матрице 1 2 устройств с зарядовой связью, а противоположный конец связан с удаленным процессором изображений, завершает систему формирования изображений с использованием кодированной апертуры. Кодированный аналоговый электрический сигнал передается по кабелю 8 в процессор сигналов, который преобразует в цифровую форму. Форматирует и декодирует кодированный аналоговый электрический сигнал и формирует сигнал изображения, представляющий изображение источника гамма-излучения.

Как уже отмечалось выше, в альтернативном варианте изобретения содержится матрица полупроводниковых фотодиодов, реагирующих на кодированный оптический сигнал. Матрица полупроводниковых фотодиодов вырабатывает кодированный электрический сигнал в ответ на кодированный оптический сигнал. Кроме того, матрица фотодиодов выполняет функцию электронно-оптического преобразователя, усиливая оптический сигнал, прежде чем преобразовывать его в оптический сигнал. Эта система формирования изображений работает аналогично описанной выше.

Минимальная обнаружимая доза облучения или чувствительность системы формирования изображений с использованием кодированной апертуры зависит от стекловолоконного сцинтиллятора, электронно-оптического преобразователя, матрицы устройств с зарядовой связью и конструкции апертуры. Поскольку числовая апертура стекловолоконного сцинтиллятора меньше, чем у широко используемых оптоволоконных волноводных переходов, свет, излучаемый сцинтиллятором, поступает в оптоволоконные волноводные переходы без какого-либо отражения. Если используется электроннооптический преобразователь с трубкой диаметром 1,5 дюйма (38,1 мм), то можно использовать оптоволоконный волноводный переход с увеличением приблизительно в 2 раза, чтобы согласо31 вать стекловолоконный сцинтиллятор с трубкой электронно-оптического преобразователя. Если допустить, что оптическая передача составляет 80%, то передача через оптоволоконный волноводный переход с двукратным увеличением будет уменьшена приблизительно до 50% из-за чрезмерного увеличения и потерь при прохождении в оптоволоконных волноводных переходах. Следовательно, если допустить, что типичный выходной ток составляет 0,04 А/Вт для входного фосфора, при коэффициенте усиления 10000 и выходном фосфоре Р20 в трубке электронно-оптического преобразователя, то чувствительность детектора системы формирования изображений с использованием кодированной апертуры, содержащей сцинтиллятор из стекловолокна диаметром 3 дюйма (76,2 мм), оптоволоконный переход с увеличением в два раза и трубку электронно-оптического преобразователя 1,5 дюйма (38,1 мм), составит приблизительно 1х10^-3 Вт с/см² рентген.

В предпочтительном варианте с использованием матрицы устройств с зарядовой связью эквивалентное шуму излучение матрицы устройств с зарядовой связью может быть снижено посредством охлаждения матрицы двухступенчатым термоэлектрическим охладителем. Обычно, матрицы устройств с зарядовой связью, работающие со скоростью 1 6 кадров/с, имеют эквивалентное шуму излучение приблизительно 2,5х10^-9 Вт см^-2. За счет охлаждения матрицы устройств с зарядовой связью эквивалентное шуму излучение уменьшается до 6,5х10^-12 Вт см^-2. Если достигается эффективность соединения 80% между трубкой электронно-оптического преобразователя и матрицей устройств с зарядовой связью, то чувствительность системы формирования изображений с использованием кодированной апертуры к фотонам 1,3 МэВ составляет приблизительно 3 мкР/с или 1 0 мР/ч, при работе со скоростью 1 6 кадров в секунду. Эта чувствительность снижается до приблизительно 5 нР/с или 1 0 мкР при работе со скоростью 1 кадр в секунду. Матрицы устройств с зарядовой связью выпускают многие производители. Например, пригодную матрицу устройств с зарядовой связью (модель KAI-0370) выпускает компания Истмен Кодак Компани.

Кроме того, чувствительность системы формирования изображений с использованием кодированной апертуры может быть дополнительно повышена за счет использования трубок многоступенчатых электронно-оптических преобразователей или матриц кремниевых лавинных фотодиодов с высоким коэффициентом усиления, или даже посредством мультиплексирования в нескольких оптоволоконных волноводных переходах и трубках электроннооптических преобразователей, которые повышают чувствительность на один или два порядка. Применение сканирующей линейной матрицы лавинных фотодиодов может также обеспечить более высокую чувствительность с увеличением времени кадра и интеграции.

Процессор 14 сигналов, используемый для декодирования кодированного электрического сигнала и выработки сигнала изображения, предпочтительно является процессором цифровых сигналов. Процессор сигналов преобразует в цифровую форму, формирует и декодирует кодированный мультиплексированный аналоговый электрический сигнал, выработанный матрицей устройств с зарядовой связью, и формирует из него сигнал изображения. Алгоритм декодирования, выполняемый процессором сигналов, зависит от конфигурации апертуры. В предпочтительном варианте процессор сигналов является частью радиационно-стойкого модуля процессора цифровых сигналов. Радиационностойкий модуль процессора цифровых сигналов содержит полный процессор цифровых сигналов, установленный на несущем модуле двустороннего кристаллодержателя с выводами Versa Европейского стандарта (6U). Радиационностойкий модуль процессора цифровых сигналов выполняет высокоскоростные математические операции с плавающей и фиксированной запятой, работая при этом как системный контроллер. Подходящий радиационно-стойкий процессор цифровых сигналов основан на кристалле процессора сигналов HASP, выпускаемом компанией Тесес Инструментс и используемом в качестве базового процессора цифровых сигналов.

Радиационно-стойкий процессор цифровых сигналов обеспечивает перепрограммируемое ЭСППЗУ 32 К х 32, в котором 4 К резервируется для программы начального запуска. Процессор также содержит ЗУПВ емкостью 384 К х 32, разделенное на две части. Первая часть емкостью 128 К х 32 является состоянием ожидания нуля. Остальная емкость 256 К х 32 требуется для состояния ожидания единицы. Доступ к запоминающим устройствам осуществляется по 32-зарядной основной шине. Связь между множеством процессорных модулей обеспечивается через 32-разрядное двухпортовое запоминающее устройство типа «почтовый ящик» на расширительной шине каждого модуля. Используя протокол по принципу «ведущийподчиненный», ведущий блок полностью управляет почтовым ящиком. Ведущий блок способен вести широковещательную передачу сообщения в один или несколько подчиненных блоков одновременно. Подчиненные блоки могут только производить запись и считывание со своих почтовых ящиков и указывать ведущему блоку, когда следует получить почту. Предпочтительно предусмотрена возможность циклического возврата для целей самотестирования, и она может использоваться ведущим блоком для контроля исходящих сообщений. Все - входные/выходные сигналы модуля буферизуются, чтобы модуль мог быть выключен без какоголибо ущерба.

Описанная выше предложенная система формирования изображений с использованием кодированной апертуры может быть реализована с помощью целого ряда стандартных устройств в зависимости от потребностей системы. Система формирования изображений с использованием кодированной апертуры может быть оптимизирована для выполнения специальных задач, которые могут охватывать широкий спектр зон облучения. Например, можно формировать изображения небольших величин радиации, например, излучаемой отходами, попавшими в окружающую среду и оставшимися после вывода установки из эксплуатации, или изображения радиации в послеаварийных ситуациях, которая может существенно превышать крайние пределы рабочих диапазонов.

Кроме того, система формирования изображений с использованием кодированной апертуры согласно изобретению обеспечивает следующие преимущества: (1) портативность; (2) более широкое поле зрения; (3) возможность изменения масштаба изображения без потерь в разрешающей способности для составления подробной карты; (4) высокую чувствительность и широкий динамический диапазон; (5) работу в реальном масштабе времени; (6) дистанционные эксплуатацию и визуальное воспроизведение изображений и результатов.

Несмотря на то, что выше были описаны только иллюстративные варианты изобретения со ссылкой на прилагаемые чертежи, понятно, что данное техническое решение не ограничено исключительно этими вариантами и что специалисты смогут осуществить разные другие изменения и модификации, не выходя за рамки объема притязаний изобретения.

Claims (9)

1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

   1. Кодированная апертура с квадратной антисимметричной равномерно дублированной матрицей для формирования изображений источника нефокусируемого излучения, содержащая прозрачные ячейки и непрозрачные ячейки и имеющая полную масочную структуру, сформированную из элементарной масочной структуры порядка v, имеющей центр и определяемой соотношением

   Ау = 0, если i=0

   Aij = 1, если j=0 и Ы)

   Ajj = 1, если В_i=B_j

   Ау = 0, в других случаях, где А представляет функцию кодирования равномерно дублированной матрицы, а В - косоадамарову последовательность квадратичных вычетов, причем полная масочная структура сформирована посредством повторения элементарной масочной структуры по диагонали наружу от центра элементарной масочной структуры, и полная масочная структура содержит всего (2v-1)x(2v-1) элементов.
2. 2. Кодированная апертура с квадратной антисимметричной равномерно дублированной матрицей для формирования изображений источника нефокусируемого излучения, содержащая прозрачные и непрозрачные ячейки и выполненная с возможностью помещения её в первое положение и второе положение, повернутое на 90° относительно первого положения, причем кодированная апертура имеет квадратную нормальную масочную структуру в первом положении и квадратную дополняющую масочную структуру во втором положении, в результате чего практически все непрозрачные ячейки меняются местами с практически всеми прозрачными ячейками.
3. 3. Способ построения кодированной апертуры с квадратной антисимметричной равномерно дублированной матрицей для формирования изображений источника нефокусируемого излучения, имеющий прозрачные ячейки и непрозрачные ячейки, заключающийся в том, что формирует элементарную масочную структуру порядка v, имеющую центр и определяемую соотношением

   Ау = 0, если i=0

   Ау = 1, если j=0 и Ы)

   Ау = 1, если В_i=B_j

   Ау = 0, в других случаях, где А представляет функцию кодирования равномерно дублированной матрицы, а В - косоадамарову последовательность квадратичных вычетов, формирует полную масочную структуру, посредством повторения элементарной масочной структуры по диагонали наружу от центра элементарной масочной структуры, и полная масочная структура содержит всего (2v-1)x(2v1 ) элементов.
4. 4. Система формирования изображений с использованием кодированной апертуры, предназначенная для формирования изображений источника нефокусируемого излучения, содержащая кодированную апертуру, содержащую прозрачные ячейки и непрозрачные ячейки и выполненную с возможностью помещения её на первое положение и второе положение, повернутое на 90° относительно первого положения, причем кодированная апертура имеет квадратную нормальную масочную структуру в первом положении и квадратную дополняющую масочную структуру во втором положении, в результате чего практически все непрозрачные ячейки меняются местами с практически всеми прозрачными ячейками, средство для поворота кодированной апертуры между первым положением и вторым по35 ложением, причем кодированная апертура выполнена с возможностью нефокусируемого излучения от источника как в первом положении, так и во втором положении, и формирования первой кодированной тени в ответ на излучение, принятое кодированной апертурой в первом положении, и формирования второй кодированной тени в ответ на излучение, принятое кодированной апертурой во втором положении, позиционно-чувствительный детектор, расположенный относительно кодированной апертуры таким образом, чтобы позволить первой кодированной тени и второй кодированной тени последовательно падать на него, и соответственно вырабатывающий первый кодированный оптический сигнал и второй кодированный оптический сигнал в ответ на первую кодированную тень и вторую кодированную тень, последовательно падающие на него, средство для преобразования оптического сигнала в электрический сигнал, реагирующее на первый кодированный оптический и второй оптический сигнал и соответственно вырабатывающее в ответ на них первый кодированный электрический сигнал и второй кодированный электрический сигнал, и процессор сигналов, реагирующий на первый кодированный электрический сигнал и второй кодированный электрический сигнал, декодирующий первый кодированный электрический сигнал и второй кодированный электрический сигнал, и вырабатывающий из них сигнал изображения, представляющий изображение источника нефокусируемого излучения.
5. 5. Система формирования изображений с использованием кодированной апертуры по п.4, отличающаяся тем, что поворотное средство содержит удерживающую апертуру подставку, выполненную с возможностью помещения ее, по меньшей мере, в первое положение и, по меньшей мере, во второе положение, на которой устанавливается кодированная апертура, шифратор положения, функционально соединенный с подставкой и реагирующий на поворотное положение подставки и вырабатывающий соответствующий сигнал положения, указывающий в каком из, по меньшей мере, первого положения или, по меньшей мере, второго положения находится подставка, блок управления вращением, электрически соединенный с шифратором положения и выра- батывающий в ответ на сигнал положения сигнал управления вращением, и блок шагового двигателя, электрически соединенный с блоком управления вращением и механически соединенный с подставкой, срабатывающий на сигнал управления вращением и соответственно поворачивающий подставку между, по меньшей мере, первым положением и, по меньшей мере, вторым положением.
6. 6. Система формирования изображений с использованием кодированной апертуры по п.5, отличающаяся тем, что шифратор положения электрически соединен с процессором сигналов, выполненным с возможностью срабатывания на сигнал положения от шифратора положения и обработки сигнала положения, первого кодированного электрического сигнала и второго кодированного электрического сигнала, и формирования сигнала изображения из них.
7. 7. Система формирования изображений с использованием кодированной апертуры по п.4, отличающаяся тем, что дополнительно содержит средство визуального отображения, электрически соединенное с процессором сигналов и имеющее визуальное представление зоны, находящейся в поле зрения системы формирования изображений, причем изображение, представляющее источник нефокусируемого излучения в ответ на сигнал изображения, накладывается на визуальное представление.
8. 8. Система формирования изображений с использованием кодированной апертуры по п.4, отличающаяся тем, что дополнительно содержит блок хранения данных, электрически соединенный с процессором сигналов, вырабатывающий сигналы данных, сохраняемые в блоке хранения данных.
9. 9. Система формирования изображений с использованием кодированной апертуры по п.4, отличающаяся тем, что дополнительно содержит средство для регулировки разделяющего расстояния между кодированной апертурой и позиционно-чувствительным детектором, причем средство регулировки функционально соединено, по меньшей мере, с кодированной апертурой или позиционно-чувствительным детектором и выполнено с возможностью перемещения, по меньшей мере, кодированной апертуры или позиционно-чувствительного детектора относительно друг друга для регулировки разделительного расстояния.