JP5802541B2

JP5802541B2 - 放射線測定装置

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Publication number: JP5802541B2
Application number: JP2011278374A
Authority: JP
Inventors: 美徳佐藤; 徹小野寺; 直人久米; 徹郎相川; 牧野　俊一郎; 俊一郎牧野
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2011-12-20
Filing date: 2011-12-20
Publication date: 2015-10-28
Anticipated expiration: 2031-12-20
Also published as: JP2013130415A

Description

本発明は、放射線の強度分布を測定する放射線測定装置に関する。

放射線被ばくの低減は、原子力プラントで働く作業者や近隣住民にとって重要である。また、作業現場などで放射線源の位置を特定する際には、可搬性・携帯性が高い放射線測定装置が望まれる。従来、例えば特許文献１に示す放射線測定技術が知られている。

特許文献１の放射線測定技術は、アレイ状など２次元に配列された放射線検出器と、放射線検出器の前方に配置され放射線の飛来方向を制限するコリメータとを有し、放射線の強度を２次元的な分布として可視化する。

特開２００５−４９１３６号公報

従来の放射線測定技術は、装置の向く方向のある一定の視野角の放射線強度分布を一度に取得でき、計測作業における手間を低減させる。

ここで、放射線をより精度よく測定するためには放射線強度分布の空間分解能を向上させることが考えられる。空間分解能を向上させるためには、放射線検出器の配列数を増やす必要がある。

しかし、放射線検出器の数を単に増やすと、放射線測定装置の筐体のサイズが大きくなってしまう。ユーザが放射線測定装置を携帯して移動しながら測定するためには、可搬性・携帯性が考慮されなければならず、筐体のサイズは一定の寸法に収める必要がある。このため、可搬性・携帯性と空間分解能とはトレードオフの関係にあり、筐体の大きさを制限すると分解能の高い放射線分布を得られないという課題があった。

本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、可搬性・携帯性と、空間分解能とを両立することができる放射線測定装置を提供することを目的とする。

本発明に係る放射線測定装置は、上述した課題を解決するために、可視画像を撮像する画像取得部と、前記画像取得部の撮像方向と略同方向から入射する放射線の強度分布を前記可視画像よりも低い分解能で測定する放射線強度取得部と、前記画像取得部により連続的に取得される複数の可視画像間のずれ量を移動量として算出する移動量算出部と、前記可視画像と略同時に取得された複数の放射線の強度分布を前記移動量分ずらして重ね合わせた高分解能強度分布を取得する分解能向上部と、前記放射線強度取得部が前記放射線の強度の測定中において、前記移動量が前記高分解能強度分布を取得可能な閾値を超えた場合に警告する警告通知部と、を備えたことを特徴とする。
また、本発明に係る放射線測定装置は、上述した課題を解決するために、可視画像を撮像する画像取得部と、前記画像取得部の撮像方向と略同方向から入射する放射線の強度分布を前記可視画像よりも低い分解能で測定する放射線強度取得部と、前記画像取得部により連続的に取得される複数の可視画像間のずれ量を移動量として算出する移動量算出部と、前記可視画像と略同時に取得された複数の放射線の強度分布を前記移動量分ずらして重ね合わせた高分解能強度分布を取得する分解能向上部とを備え、前記分解能向上部は、前記移動量が前記高分解能強度分布を取得可能な閾値を超えない前記放射線の強度分布を用いて前記高分解能強度分布を取得することを特徴とする。

本発明に係る放射線測定装置においては、可搬性・携帯性と、空間分解能とを両立することができる。

本発明に係る放射線測定装置の一実施形態を示す構成図。（Ａ）は可視画像の一例を、（Ｂ）は放射線強度分布の一例を、（Ｃ）は可視画像と放射線強度分布を重ね合わせて表示した静止画像の一例を示す説明図。放射線検出器における可視画像取得部および放射線強度取得部の第１の構成図。放射線検出器における可視画像取得部および放射線強度取得部の第２の構成図。本実施形態における放射線測定装置により実施される分解能向上処理を説明するフローチャート。連続的に取得された２枚の可視画像の説明図。２枚の可視画像より移動量算出部が移動量を求める際の説明図。相関値が最大となる場合の２枚の可視画像の位置関係を説明する図。２枚の放射線強度分布の重ね合わせにより２倍の空間分解能を持つ放射線強度分布が生成される場合の説明図。可視画像取得部および放射線強度取得部の動作のタイムライン。本実施形態における放射線測定装置の第１の変形例を示す構成図。本実施形態における放射線測定装置の第２の変形例を示す構成図。本実施形態における放射線測定装置の第３の変形例を示す構成図。

本発明に係る放射線測定装置の実施形態を添付図面に基づいて説明する。

図１は、本発明に係る放射線測定装置１の一実施形態を示す構成図である。

放射線測定装置１は、放射線検出器２および情報処理装置３を有する。

放射線検出器２は、可視画像取得部１１、放射線強度取得部１２および動作表示部１３を有する。可視画像取得部１１、放射線強度取得部１２および動作表示部１３は、例えば共通の筐体に収容される。

可視画像取得部１１は、例えばＣＣＤ（Charge Coupled Device）カメラであり、可視画像を取得する。可視画像取得部１１に一般的なビデオカメラを適用した場合、１秒間あたり３０フレームの映像信号が得られる。それぞれのフレームは静止画像化され、連続的に移動量算出部１５へ送信される。

放射線強度取得部１２は、放射線の２次元平面上の強度分布を測定する。放射線強度取得部１２は、コリメータ、検出素子群、信号処理基板などからなる。コリメータは、放射線の飛来方向を制限し、所望方向の放射線のみを検出素子群に導く。検出素子群は、例えば２次元平面上や球面上にアレイ状に配置され、ガンマ線などの放射線を検出する。信号処理基板は、検出素子群から出力される検出信号を処理する。放射線強度分布は、連続的に分解能向上部１６へ送信される。

放射線強度取得部１２は、可視画像取得部１１が取得する可視画像よりも低い分解能で放射線強度を取得する。ここで、図２（Ａ）は可視画像２１の一例を、（Ｂ）は放射線強度分布２２の一例を、（Ｃ）は可視画像２１と放射線強度分布２２を重ね合わせて表示した静止画像２３の一例を示す説明図である。

一般的には、放射線強度取得部１２に多くの検出素子を配列することは、コストが高くなり、装置サイズが大きくなる。このため、検出素子群は、個数を限定して配置されることが多い。この結果、往々にして可視画像よりも空間分解能が低い状態で放射線強度分布は取得される。

また、可視画像取得部１１と放射線強度取得部１２とは、略同方向からの可視画像および放射線強度分布が取得できるよう構成されることにより（詳細は後述）、静止画像２３のように可視画像２１上の座標と放射線強度分布２２のセルを一意に対応させることができる。すなわち、放射線強度分布２２の１セルに対して可視画像２１のＮ×Ｎ（Ｎ＞１）画素を対応させることができる。

動作表示部１３（動作状態通知部）は、放射線強度取得部１２の動作状態、すなわち放射線強度分布を測定中であるか、または取得した放射線強度分布を情報処理装置３に転送中であるかを監視し、その結果をユーザに対して表示する。なお、動作表示部１３は、表示に変えて、または表示と共に音で動作状態を通知してもよい。

情報処理装置３は、例えばパーソナルコンピュータであり、強度表示部１４、移動量算出部１５、分解能向上部１６、データ記録部１７および移動警告部１８を有する。また、情報処理装置３は、ユーザからの指示を受け付ける入力装置や、ユーザへ出力結果を提示する表示装置を有する。

強度表示部１４は、放射線強度取得部１２や分解能向上部１６より取得された高分解能強度分布に複数色を割り当て、放射線の強度を色で表現する。強度表示部１４は、色で表現された放射線の強度分布を可視画像上に重ねて表示する。強度表示部１４は、例えばグレースケールやカラー（ＲＧＢ）で放射線の強度を表現する。

強度表示部１４は、グレースケールを用いる場合、例えば最大強度に黒を、最小強度（０）に白を割り当て、所定値毎に黒、白、および黒と白との中間色を用いて放射線の強度を表現する。強度表示部１４は、カラーを用いる場合、例えば最大強度に赤（Ｒ）を、中間値に緑（Ｇ）を、最小強度に青（Ｂ）を割り当て、所定値毎に赤、緑、青、および赤緑青それぞれの中間色を用いて放射線の強度を表現する。

移動量算出部１５は、可視画像取得部１１により連続的に取得される複数の可視画像間の移動量を算出する。分解能向上部１６は、複数の可視画像とそれぞれ略同時に取得された複数の放射線強度分布を、移動量算出部１５により算出された移動量分ずらして重ね合わせ、高分解能を有する放射線強度分布（以下、単に「高分解能強度分布」という。）を取得する。

データ記録部１７は、可視画像および放射線強度分布を、放射線強度取得部１２における１回の測定中における移動量とともに記録する。

移動警告部１８は、放射線強度取得部１２が放射線強度の測定中において、移動量算出部１５により算出された移動量が、分解能向上部１６が高分解能強度分布を取得可能な閾値を超えたか否かを判定する。移動警告部１８は、移動量が閾値を超えたと判定した場合、ユーザに対し警告する。移動警告部１８は、情報処理装置３の表示装置に対して放射線強度分布の測定結果と共に表示させたり、アラームなどの音を発したりすることで警告する。

ここで、可視画像取得部１１および放射線強度取得部１２の装置構成について説明する。

本実施形態における放射線測定装置１は、ユーザが放射線強度の測定結果を直感的に認識できるよう、可視画像および放射線強度分布を重ね合わせて表示する。このため、放射線測定装置１は、同方向からの可視画像および放射線強度分布を取得する必要がある。そこで、可視画像取得部１１および放射線強度取得部１２は、以下に説明する図３および図４のように構成される。

図３は、放射線検出器２における可視画像取得部１１および放射線強度取得部１２の第１の構成図である。

可視画像取得部１１および放射線強度取得部１２は、共通の筐体３１に収容され、可能な限り隣接し可視光の取得方向および放射線の入射方向が略並行となるように設置される。しかし、可視画像取得部１１の視野角３２と放射線強度取得部１２の視野角３３との間には、ずれが生じる。このため、可視画像取得部１１および放射線強度取得部１２に対しては、測定前に補正処理が行われる。

例えば、周りの環境よりも高い放射線強度を放射する点線源３４を有する規定の大きさの物体３５が両視野角３２、３３に収まる位置に配置される。可視画像取得部１１および放射線強度取得部１２は、物体３５を基準に順次、点線源３４を配置し撮影する。情報処理装置３は、求められた両視野角３２、３３（可視画像取得部１１および放射線強度取得部１２）の位置関係に基づいて、可視画像と放射線強度分布とを正確な位置で重ね合わせることができる。

これに対し、放射線測定装置１は図４のように構成されることにより、視差の影響を考慮することなく、同一方向の可視画像および放射線強度分布を取得することができる。

図４は、放射線検出器２における可視画像取得部１１および放射線強度取得部１２の第２の構成図である。

放射線検出器２（筐体３１）は、放射線強度取得部１２に対する放射線の入射方向に沿う直線（視線方向３６）上に、放射線を透過し可視光を反射する反射体３７を有する。可視画像取得部１１は、可視光の反射方向に配置される。視線方向３６から入射される放射線は反射体３７を透過し、放射線強度取得部１２は放射線を検出する。一方、可視光は反射体３７で反射されて光路が変更され、可視画像取得部１１は反射された可視光から可視画像を取得する。

次に、本実施形態における放射線測定装置１の作用を説明する。

図５は、本実施形態における放射線測定装置１により実施される分解能向上処理を説明するフローチャートである。

ステップＳ１において、可視画像取得部１１は、測定対象の可視画像を取得する。放射線測定装置１は、所定の取得レートまたはユーザにより任意に設定された取得レートで可視画像を取得する。可視画像取得部１１は、取得した可視画像を移動量算出部１５へ送信する。取得レートは、取得レートの最大値を超えない範囲で設定される。例えば、一般的なビデオカメラは１秒間あたり３０フレームの映像信号が得られるが、これを超えない範囲で設定された取得レートで静止画像化される。

ステップＳ２において、放射線強度取得部１２は、２次元配列で表現された放射線強度分布を取得する。放射線強度取得部１２は、所定の取得レートまたはユーザにより任意に設定された取得レートで放射線強度分布を取得する。放射線強度取得部１２は、取得した放射線強度分布を分解能向上部１６へ送信する。

ステップＳ３において、移動量算出部１５は、可視画像取得部１１より連続的に得られる可視画像から放射線検出器２（可視画像取得部１１）の移動量を算出する。

図６は、連続的に取得された２枚の可視画像４１ａ、４１ｂの説明図である。図７は、２枚の可視画像４１ａ、４１ｂより移動量算出部１５が移動量を求める際の説明図である。

この分解能向上処理は、ユーザが放射線検出器２を携帯しながら放射線測定を行う場合を想定し、ユーザによるいわゆる手ぶれを利用して、得られる可視画像４１ａ、４１ｂ（および放射線強度）の取得対象が図６のように変化するものとする。

図７に示すように、移動量算出部１５は、可視画像４１ａにおいて、可視画像４１ｂと比較するための比較領域４２を設定する。移動量算出部１５は、この比較領域４２を可視画像４１ｂに対して１画素ずつずらしながら矢印Ａに示す方向に比較走査を実施する。移動量算出部１５は、比較領域４２の各位置で輝度の相関値を計算するマッチング処理を実施する。移動量算出部１５は、それら相関値のうち最大値を示す場合の可視画像４１ａ、４１ｂ間のずれ量を移動量として算出する。

図８は、相関値が最大となる場合の２枚の可視画像４１ａ、４１ｂの位置関係を説明する図である。

移動量算出部１５は、ずれ量４００ｘおよび４００ｙを、それぞれｘ軸方向の移動量およびｙ軸方向の移動量として算出する。ずれ量の単位は、可視画像の画素（ピクセル）数である。

ステップＳ４において、分解能向上部１６は、移動量算出ステップＳ３で用いられた可視画像と略同時に取得された複数の放射線強度分布を、算出された移動量分ずらして重ね合わせることにより、高分解能強度分布を取得する。

例えば図８を例に説明すると、分解能向上部１６は、算出された移動量、すなわちずれ量４００ｘおよび４００ｙを利用し、２枚（複数）の放射線強度分布を重ね合わせる。

図９は、２枚の放射線強度分布４３ａ、４３ｂの重ね合わせにより２倍の空間分解能を持つ放射線強度分布が生成される場合の説明図である。

分解能向上部１６は、可視画像と放射線強度分布との空間分解能の差を利用して、放射線強度分布の１セルよりも小さい単位、すなわち可視画像の画素単位で放射線強度分布をずらして重ね合わせることができれば、元の放射線強度分布のセルよりも細かいセルで表された放射線強度分布（高分解能強度分布）４５を生成することができる。

２枚の放射線強度分布４３ａ、４３ｂが重ね合わされる際、空間分解能が向上した放射線強度分布である高分解能強度分布４５における高分解能セル４６上には、元のセル４４ａ、４４ｂの２つの値が存在する。この場合、分解能向上部１６は、セル４４ａ、４４ｂの平均強度を求めることにより、高分解能セル４６の値を最も簡単に、一意に決定することができる。もちろん、分解能向上部１６は、平均値を求める以外の方法で複数の値が存在する高分解能セル４６の値を決定してもよい。

ステップＳ５において、強度表示部１４は、分解能向上ステップＳ４において得られた高分解能強度分布を可視画像上に重ね合わせて表示する。強度表示部１４は、例えば可視画像に対する高分解能強度分布画像のオーバーレイ演算で作成することができる。強度表示部１４は、高分解能強度分布画像を放射線強度に応じてグレースケールやカラーで表現することにより、高分解能を有する放射線強度分布を測定対象方向の可視画像と共に視認性よくユーザに対して提示することができる。

ステップＳ６において、データ記録部１７は、放射線強度取得部１２による放射線強度の１回の測定中における移動量とともに、可視画像および放射線強度分布を記録する。

次に、動作表示部１３および移動警告部１８の作用について説明する。

通常、放射線強度取得部１２は、測定方向から飛来する放射線を一定時間待機し、放射線の飛来量をカウントすることにより測定を行う。このため、放射線強度取得部１２は、測定時間中に移動して向きが変わってしまうと、同一方向の放射線飛来量を正確にカウントすることができない。その結果、測定中に移動しながら得られた放射線強度分布には、信頼性がなくなってしまう。また、そのような放射線強度分布を分解能向上部１６に入力しても、正常に分解能を向上させることはできない。

ここで、図１０は、可視画像取得部１１および放射線強度取得部１２の動作のタイムラインである。

一般的に、放射線強度取得部１２が放射線強度を取得するのに必要な強度必要取得時間５２ａは、可視画像取得部１１が可視画像を取得するのに必要な画像必要取得時間５１ａよりも長い。

図１０に示すように、画像取得ステップＳ１においては、可視画像取得部１１は、画像取得レート５１ｂにおいて可視画像を取得するために、画像必要取得時間５１ａを要する。ここで、一般的なカメラを利用する場合、画像必要取得時間５１ａは露出時間に相当する。

これに対し、放射線強度取得ステップＳ２においては、放射線強度取得部１２は、強度取得レート５２ｂにおいて放射線強度を取得するために、強度必要取得時間５２ａを要する。すなわち、放射線強度取得ステップＳ２における強度取得レート５２ｂおよび強度必要取得時間５２ａは、画像取得ステップＳ１における画像取得レート５１ｂおよび画像必要取得時間５１ａよりも長い。

ここで、各取得レート５１ｂ、５２ｂにおける必要取得時間５１ａ、５２ａ以外の時間は、データ転送時間に相当する。すなわち、放射線強度取得部１２は、データ転送時間帯においては測定を行わないため、データ転送時時間帯における移動は問題とはならない。

このため、動作表示部１３は、放射線強度取得部１２の動作状態を監視し、動作状態をユーザに表示する。例えば、動作表示部１３は、「測定中」または「データ転送中」などの文言を放射線検出器２に表示する。または、動作表示部１３は、可視画像および放射線強度分布とともに、情報処理装置３の表示装置に表示する。

ユーザは、放射線検出器２の移動が可能か否かを判断することができる。これにより、放射線測定装置１は、不要な移動を防止できるため、より正確な放射線強度分布を得ることができる。

また、移動警告部１８は、放射線強度取得部１２の移動量が閾値を超えた場合、ユーザに警告することにより、データの信頼性の有無を通知することができる。具体的には、移動量算出部１５は、可視画像と放射線強度分布との取得レート５１ｂ、５２ｂの時間差を利用し、画像取得レート５１ｂに合わせて放射線強度の測定中における移動量を算出し続ける。移動警告部１８は、移動量算出部１５より算出された移動量を取得する。

移動警告部１８は、放射線強度の測定時間中において、取得した移動量が閾値を超えたか否かを監視する。閾値は、ユーザが任意に設定可能なようにしてもよい。一般的な閾値としては、放射線強度分布の１セルに対応する可視画像の画素数をＮとすると、Ｎ／２より小さい値が好ましい。

移動警告部１８は、閾値を超えた移動量が検出された場合、ユーザに放射線強度取得部１２（放射線測定装置１）の移動量が閾値を超えた旨の警告を発する。移動警告部１８は、可視画像および放射線強度分布とともに、情報処理装置３の表示装置に警告を表示したり、アラーム音を発したりする。ユーザは、現在取得されている放射線強度分布が信頼性のあるものか否かを、警報の有無によって確認しながら測定作業を行うことができる。

また、移動警告部１８は、ユーザに警告するのみならず、放射線強度取得部１２の移動量が閾値を超えて得られた放射線強度分布は除外し、閾値内で得られた放射線強度分布のみを分解能向上部１６に収集させることも可能である。すなわち、分解能向上部１６は、閾値を超えない放射線強度分布を用いて高分解能強度分布を取得し、移動量が閾値を超えた場合には高分解能強度分布を取得しない。

これにより、放射線測定装置１は、正確な放射線強度分布のみを利用して放射線強度分布の空間分解能を向上させることができる。これと同時に、ユーザは、移動による測定精度への影響を意識することなく放射線強度を測定することができる。

ゆえに、放射線測定装置１は移動警告部１８を有することで、測定された放射線強度分布の信頼性を示す指標として移動量を利用することができる。

本実施形態における放射線測定装置１は、検出素子の配列数を増やすことなく、放射線強度分布の空間分解能を向上させることができる。これに伴い、放射線測定装置１は、可搬性・携帯性を損なうことなく、より正確な放射線強度分布を取得することができ、空間分解能および可搬性・携帯性を両立させることができる。

また、放射線測定装置１は、放射線測定装置１（可視画像取得部１１、放射線強度取得部１２）の移動量を指標として、放射線強度分布の空間分解能を向上させるために適した放射線強度分布を取得することができる。また、放射線測定装置１は、ユーザに対して測定結果としての放射線強度分布の信頼性を好適に通知することができる。

さらに、放射線測定装置１は、放射線強度分布の信頼性を移動量により数値化することができる。放射線測定装置１は、可視画像および放射線強度分布を移動量と共に記録することにより、測定後においてもその数値（移動量）を指標としてユーザはデータを選別でき、改めて放射線強度分布の空間分解能を高めることができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

例えば、図１１および図１２に示すように、放射線測定装置１は、強度表示部１４、動作表示部１３、移動警告部１８およびデータ記録部１７を省略してもよい。

また、本実施形態における放射線測定装置１は、ユーザによるいわゆる手ぶれを利用して、得られる可視画像（および放射線強度）の取得対象を変化させる例を説明したが、図１３に示すように、放射線検出器２を意図的に所要量移動させる移動装置６０を設けてもよい。

１放射線測定装置
２放射線検出器
３情報処理装置
１１可視画像取得部
１２放射線強度取得部
１３動作表示部
１４強度表示部
１５移動量算出部
１６分解能向上部
１７データ記録部
１８移動警告部
６０移動装置

Claims

可視画像を撮像する画像取得部と、
前記画像取得部の撮像方向と略同方向から入射する放射線の強度分布を前記可視画像よりも低い分解能で測定する放射線強度取得部と、
前記画像取得部により連続的に取得される複数の可視画像間のずれ量を移動量として算出する移動量算出部と、
前記可視画像と略同時に取得された複数の放射線の強度分布を前記移動量分ずらして重ね合わせた高分解能強度分布を取得する分解能向上部と、
前記放射線強度取得部が前記放射線の強度の測定中において、前記移動量が前記高分解能強度分布を取得可能な閾値を超えた場合に警告する警告通知部と、を備えたことを特徴とする放射線測定装置。
前記分解能向上部は、前記移動量が前記高分解能強度分布を取得可能な閾値を超えない前記放射線の強度分布を用いて前記高分解能強度分布を取得する請求項１記載の放射線測定装置。
可視画像を撮像する画像取得部と、
前記画像取得部の撮像方向と略同方向から入射する放射線の強度分布を前記可視画像よりも低い分解能で測定する放射線強度取得部と、
前記画像取得部により連続的に取得される複数の可視画像間のずれ量を移動量として算出する移動量算出部と、
前記可視画像と略同時に取得された複数の放射線の強度分布を前記移動量分ずらして重ね合わせた高分解能強度分布を取得する分解能向上部とを備え、
前記分解能向上部は、前記移動量が前記高分解能強度分布を取得可能な閾値を超えない前記放射線の強度分布を用いて前記高分解能強度分布を取得することを特徴とする放射線測定装置。
前記高分解能強度分布に対して強度に応じて複数色を割り当て、色で表現された前記高分解能強度分布を前記可視画像上に重ねて表示する強度表示部をさらに備えた請求項１〜３のいずれか一項記載の放射線測定装置。
前記放射線強度取得部の動作状態を通知する動作状態通知部をさらに備えた請求項１〜４のいずれか一項記載の放射線測定装置。
前記放射線強度分布を、前記移動量と共に記録する記録部をさらに備えた請求項１〜５のいずれか一項記載の放射線測定装置。