JP7165348B2 - 放射線分布の３次元表示方法及び装置 - Google Patents

Description

特許法第３０条第２項適用 集会名 ：日本保健物理学会第５１回研究発表会 開催場所：ホテルライフォート札幌（北海道札幌市中央区南１０条西１丁目１－３０） 開催日（発明を発表した日）：平成３０年６月２９日

本発明は、放射線分布の３次元表示方法及び装置に係り、特に、地表の広い範囲における放射性物質の位置を高精度で検出して３次元表示することが可能な、放射線分布の３次元表示方法及び装置に関する。

事故などにより大量の放射性物質が環境中に散逸して広域で汚染が生じた際、放射性物質が集積して高線量率の箇所（ホットスポット）を割出し、放射性物質あるいは放射性物質が付着したものを除去あるいは遮蔽して除染する必要がある。このような除染作業を行うに際しては、広域で放射線のモニタリングを行う必要がある。広域で放射線のモニタリングを行うものとして、コンプトンカメラを航空機やラジコンヘリコプタなどの移動体に搭載して地表の放射性物質を検知する方法が特許文献１や２に記載されている。

特開２０１４－１４５６２８号公報 特開２０１６－２０８３２号公報

しかしながら従来は、３次元の地形データやコンプトンカメラによる測定時間を考慮していなかったため、高精度の検出・表示は困難であった。

本発明は、前記従来の問題点を解決するべくなされたもので、３次元の地形データ及び測定にかかった時間を考慮することにより、地表の広い範囲における放射性物質の位置を高精度で検出して３次元表示可能とすると共に、窪地や法面等に３次元的に沈着した放射性物質を容易に視認できるようにすることを課題とする。

本発明は、３次元の地形データを取得し、３次元位置を検出可能な移動体に搭載されたコンプトンカメラを用いて放射線を測定し、前記移動体の移動に伴って得られる複数位置での前記コンプトンカメラによる測定結果と前記移動体の３次元位置情報とを用いることによって放射性物質の量による放射線分布の３次元マップを作成し、該放射線分布の３次元マップを、前記３次元の地形データ又は３次元的な表示が可能な斜め方向から撮影した航空写真と重ね合せて表示する際に、前記コンプトンカメラによる放射線測定値に対して、地表面の単位面積毎にコンプトンカメラの測定視野に入った積算時間である測定にかかった時間に応じた時間補正と、該コンプトンカメラと地表面の距離に応じた距離補正と、該コンプトンカメラに対する放射線の入射角度に応じた角度補正を行うとともに、前記時間補正により、測定時間が最小の時に最大値となる測定時間補正係数を放射線測定値に乗ずることにより、前記課題を解決するものである。

本発明は、又、３次元位置を検出可能な移動体と、該移動体に搭載されたコンプトンカメラと、前記移動体の移動に伴って得られる複数位置での前記コンプトンカメラによる測定結果と前記移動体の３次元位置情報とを用いることによって放射性物質の量による放射線分布の３次元マップを作成する手段と、３次元の地形データを取得する手段と、前記放射線分布の３次元マップを該３次元の地形データ又は３次元的な表示が可能な斜め方向から撮影した航空写真と重ね合せて表示する手段と、前記コンプトンカメラによる放射線測定値を、地表面の単位面積毎にコンプトンカメラの測定視野に入った積算時間である測定にかかった時間に応じて時間補正する手段と、前記放射線測定値を、該コンプトンカメラと地表面の距離に応じて距離補正する手段と、前記放射線測定値を、該コンプトンカメラに対する放射線の入射角度に応じて角度補正する手段と、前記時間補正により、測定時間が最小の時に最大値となる測定時間補正係数を放射線測定値に乗ずる手段と、を備えたことを特徴とする放射線分布の３次元表示装置を提供するものである。

本発明によれば、地表面の単位面積毎の測定にかかった時間を考慮して放射線分布の３次元マップを作成し、該放射線分布の３次元マップを３次元の地形データ又は３次元的な表示が可能な斜め方向から撮影した航空写真と重ね合せて表示するようにしたので、地表の広い範囲における放射性物質の位置を高精度で検出して３次元表示することが可能である。又、窪地や法面等の地形の特徴箇所での放射線分布についての観察が可能になり、３次元的に沈着した放射性物質を容易に視認できるようになる。特に、３次元マップを地形データと重ね合せた場合は、任意の視点からの観察が可能になる。更に、放射線検出器による放射線測定値を地表面の単位面積毎の測定にかかった時間に応じて時間補正するだけでなく、該放射線検出器と地表面の距離に応じて距離補正すると共に、該放射線検出器に対する放射線の入射角度に応じて角度補正するようにした場合には、更に高精度の検出・表示が可能となる。

本発明の第１実施形態により放射線データを取得している状態を示す斜視図 第１実施形態で用いるコンプトンカメラが搭載されたドローンの構成を示す斜視図 同じくコンプトンカメラの原理を説明するための（Ａ）コンプトンカメラの構成図、及び、（Ｂ）コンプトンコーンと線源位置の関係を示す平面図 同じくコンプトンコーン再構成時の距離補正を説明するための（Ａ）斜視図、及び、（Ｂ）補正係数の例を示す図 同じくコンプトンコーン再構成時の角度補正を説明するための（Ａ）角度特性イメージ図、（Ｂ）補正係数の例を示す図、及び、（Ｃ）角度補正されたコンプトンコーンの例を示す図 同じく放射線分布再構成時の測定時間補正を説明するための（Ａ）撮影イメージ、（Ｂ）測定時間分布、及び、（Ｃ）補正係数の例を示す図 第１実施形態の処理手順を示す流れ図 第１実施形態で取得した地形データの例を示す図 同じく放射線分布の例を示す図 第１実施形態で放射線分布と地形データを合成した例を示す図 同じく放射線分布と航空写真を合成した例を示す図 本発明の第２実施形態で用いるコンプトンカメラと光学カメラが搭載されたドローンの構成を示す斜視図

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施形態及び実施例に記載した内容により限定されるものではない。又、以下に記載した実施形態及び実施例における構成要件には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。更に、以下に記載した実施形態及び実施例で開示した構成要素は適宜組み合わせてもよいし、適宜選択して用いてもよい。

本発明の第１実施形態では、図１に概要を示す如く、コンプトンカメラ２０を搭載したドローン１０を移動（飛行）しながら放射線データを取得する。

前記ドローン１０は、図２に詳細に示す如く、フレーム１２に取付けられたプロペラ１４と、前記フレーム１２にステー１６及びジンバル１８を介して取付けられたコンプトンカメラ２０と、前記フレーム１２に搭載された情報前処理用の小型コンピュータ（ＰＣ）３２、地上との通信用の通信器３４と、電源供給用バッテリー３６と、を備えている。

図１において、４０は地上側の通信器、４２は情報主処理用のコンピュータ（ＰＣ）、４４は表示用ディスプレイである。

前記コンプトンカメラ２０は、ジンバル１８を介してステー１６に取付けられており、ドローン１０の飛行状態に係わらず、カメラの撮影方向を安定させることができるようにされている。

前記コンプトンカメラ２０は、図３（Ａ）に例示する如く、シンチレータアレイ２２Ａ及びシリコンフォトマルチプライヤ（ＳｉＰＭ）アレイ２２Ｂで構成される、散乱位置とエネルギーを検出するための散乱体検出器２２と、シンチレータアレイ２４Ａ及びＳｉＰＭアレイ２４Ｂで構成される、吸収位置とエネルギーを検出するための吸収体検出器２４を備えることができる。

そして、線源８のエネルギーＥ_γ、及び、コンプトン散乱の散乱角θを、散乱体検出器２２及び吸収体検出器２４で測定された位置Ｘ_１、Ｘ_２、及び、エネルギーＥ_１、Ｅ_２を元に、次式で算出する。

ここでｍ_ｅは電子の質量、Ｃは光速であり、ｍ_ｅＣ^２は電子の静止エネルギーを表わす。

得られたコンプトンコーン２６を図３（Ｂ）に示す如く重ね合せることで、線源８の位置を特定することができる。

そこで前記ドローン１０からは、方位角、ロール、ピッチなどの姿勢情報と、緯度、経度、高度などの位置情報を取得する。前記コンプトンカメラ２０からは、散乱角θ及びコンプトンコーン２６の方向を取得する。

ドローン１０及びコンプトンカメラ２０から取得した情報を記録・統合し、別に取得した３次元の地形モデル上にコンプトンコーン２６を描画することで、放射線分布の再構成を行なう。

なお、コンプトンカメラ２０で放射線データを取得する場合、放射線の特性及びコンプトンカメラ２０の方向特性を考慮し、コンプトンコーン２６の再構成時に、距離補正及び角度補正の補正係数を乗ずることで放射線分布を正しく表示するようにしている。

即ち、図４（Ａ）に示す如く、コンプトンカメラ２０と地表６との距離により、距離が小さい所の影響が大きく、距離が大きい所の影響が小さくなるので、地形データとドローン１０の位置情報から、地形モデル上に描画されたコンプトンコーン２６とコンプトンカメラ２０の距離Ｌを算出し、図４（Ｂ）に例示するような、距離０の時に１より小さくなり、距離が大きくなると１より大きくなる距離補正係数Ａ、例えば次式に示す如く、距離Ｌの２乗に比例する距離補正係数Ａを算出し、放射線測定値に乗ずることによって補正してコンプトンコーン２６を描画する。
Ａ＝ａ×Ｌ^２ …（３）
ここで、ａは任意数である。

又、図５（Ａ）に示す如く、放射線検出器（本実施形態ではコンプトンカメラ２０）に対する線源８からの放射線の入射角度によっても特性が異なり、線源８がコンプトンカメラ２０と正対する所の影響が大きく、コンプトンカメラ２０に対して斜めになる所の影響が小さくなるので、角度毎に設定された、図５（Ｂ）に示すような、角度０の時に最小値１となる角度補正係数を放射線測定値に乗ずることによって補正して、図５（Ｃ）に示すような、中心から遠い部分が強調されたコンプトンコーン２６を描画する。なお、使用するコンプトンカメラ２０により角度特性が異なるため、実測もしくはシミュレーションによって角度補正係数を求めることができる。

又、移動飛行撮影した放射線データから放射線分布の再構成を行う場合、撮影範囲の箇所毎にコンプトンカメラ２０の撮影視野に入る時間、即ち、測定時間が異なってしまう。そこで、図６（Ａ）に例示するようなドローン１０の飛行情報及びコンプトンカメラ２０の視野角から地表面での視野の重複した時間を積算して、図６（Ｂ）に例示するような、地表面の単位面積毎の測定時間ｔの分布を計算する。図６（Ｂ）において、明るい所は測定時間が長く、暗い所は測定時間が短い。

そして、例えば図６（Ｃ）に示す如く、測定時間が最小の時に最大値となる測定時間補正係数Ｂ、例えば次式に示す如く、測定時間ｔの逆数に比例する測定時間補正係数Ｂを放射線測定値に乗ずることによって補正して、後出図９に例示するような放射線分布を描画する。

ここで、ｂは任意数である。

これにより、測定時間が短い場合に検出される放射線が、測定時間が長い場合よりも小さくなることによる誤差を防ぐことができる。

ドローン１０の飛行情報及びコンプトンカメラ２０で取得した放射線データを地形モデルに投影して、放射線分布の３次元再構成を行う。図７に放射線分布再構成の手順を示す。

まず、ステップ１００で、図８に例示するような地形の３次元モデルを作成する。例えば、別途、空撮を行って地形データを取得し、３次元モデルを作成することができる。この３次元モデルの上にコンプトンカメラ２０で取得した放射線分布の再構成を行う。なお、地形の３次元モデルが別途入手できる場合には、これを利用しても良い。

次いでステップ１１０で、コンプトンカメラ２０と地表６との距離に応じて、図４を用いて説明したような距離補正を行う。

次いでステップ１２０で、コンプトンカメラ２０と線源８の角度に応じて、図５を用いて説明したような角度補正を行う。

次いでステップ１３０で、測定時間に応じて、図６を用いて説明したような測定時間分布補正係数を求める。

そして、ステップ１４０で、測定時間分布を補正して、放射線分布を再構成し、図９に例示したような放射線分布を取得する。

次いでステップ１５０で、図８に例示したような地形データと、図９に例示したような放射線分布の取得画像とを組合せて、図１０に例示するような放射線分布と地形データの組合せ画像を得てディスプレイ４４に表示する。

本実施形態においては、測定時間による補正だけでなく、角度補正と距離補正も行っているので、特に高精度の放射線分布を得ることが可能である。なお、必要に応じて、角度補正や距離補正を省略することもできる。

又、地形データと組合せる代わりに、３次元的な表示が可能な斜め方向から撮影した航空写真とを組合せて、図１１に示す如く放射線分布と航空写真の組合せ画像をディスプレイ４４に表示することも可能である。

前記地形データは、図１２に示す第２実施形態のように、第１実施形態と同様のドローン１０に光学カメラ５０を搭載して、この光学カメラ５０で取得した画像から作成することも可能である。又、図１１に示したような航空写真を光学カメラ５０で取得することも可能である。

前記実施形態においては、ドローン１０側の通信器３４から地上側の通信器４０に測定データを送っていたので、迅速な処理が可能である。なお、ドローン１０側にメモリーを設けて、測定データを保存し、ドローン１０が地上に戻ってきてから、後で読み出すようにすることもできる。

又、前記実施形態においては、放射線検出器として指向性が有るコンプトンカメラを用いていたので、詳細な放射線分布を得ることができる。なお、コンプトンカメラの構成は、実施形態のシンチレータアレイとＳｉＰＭアレイの組合せに限定されず、Ｃｄ－Ｚｎ－Ｔｅ半導体素子を積層したＣＺＴ検出器を用いたり、ＳｉＰＭアレイの代わりに光電子増倍管を用いて構成することもできる。

又、移動体としてドローンを用いていたので、手軽、安価、安定な飛行が可能である。

なお、放射線検出器や移動体の種類はこれに限定されず、例えばピンホールカメラを無人又は有人のヘリコプターや自動車に搭載することも可能である。

６…地表
８…線源
１０…ドローン
２０…コンプトンカメラ
４２…コンピュータ（ＰＣ）
４４…ディスプレイ
５０…光学カメラ

Claims (2)

1. ３次元の地形データを取得し、
   ３次元位置を検出可能な移動体に搭載されたコンプトンカメラを用いて放射線を測定し、
   前記移動体の移動に伴って得られる複数位置での前記コンプトンカメラによる測定結果と前記移動体の３次元位置情報とを用いることによって放射性物質の量による放射線分布の３次元マップを作成し、
   該放射線分布の３次元マップを、前記３次元の地形データ又は３次元的な表示が可能な斜め方向から撮影した航空写真と重ね合せて表示する際に、
   前記コンプトンカメラによる放射線測定値に対して、地表面の単位面積毎にコンプトンカメラの測定視野に入った積算時間である測定にかかった時間に応じた時間補正と、該コンプトンカメラと地表面の距離に応じた距離補正と、該コンプトンカメラに対する放射線の入射角度に応じた角度補正を行うとともに、
   前記時間補正により、測定時間が最小の時に最大値となる測定時間補正係数を放射線測定値に乗ずることを特徴とする放射線分布の３次元表示方法。
2. ３次元位置を検出可能な移動体と、
   該移動体に搭載されたコンプトンカメラと、
   前記移動体の移動に伴って得られる複数位置での前記コンプトンカメラによる測定結果と前記移動体の３次元位置情報とを用いることによって放射性物質の量による放射線分布の３次元マップを作成する手段と、
   ３次元の地形データを取得する手段と、
   前記放射線分布の３次元マップを該３次元の地形データ又は３次元的な表示が可能な斜め方向から撮影した航空写真と重ね合せて表示する手段と、
   前記コンプトンカメラによる放射線測定値を、地表面の単位面積毎にコンプトンカメラの測定視野に入った積算時間である測定にかかった時間に応じて時間補正する手段と、
   前記放射線測定値を、該コンプトンカメラと地表面の距離に応じて距離補正する手段と、
   前記放射線測定値を、該コンプトンカメラに対する放射線の入射角度に応じて角度補正する手段と、
   前記時間補正により、測定時間が最小の時に最大値となる測定時間補正係数を放射線測定値に乗ずる手段と、
   を備えたことを特徴とする放射線分布の３次元表示装置。

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