KR101766294B1

KR101766294B1 - 부호화 구경을 이용한 방사선원의 분포에 대한 3차원 영상 처리 장치 및 방법

Info

Publication number: KR101766294B1
Application number: KR1020160071597A
Authority: KR
Inventors: 김기현
Original assignee: 세종대학교산학협력단
Priority date: 2016-06-09
Filing date: 2016-06-09
Publication date: 2017-08-08

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 부호화 구경을 이용한 방사선원의 분포에 대한 3차원 영상 처리 장치는 부호화 구경(coded-aperture)을 구비하는 복수의 방사선 영상 장비를 이용하여, 입사된 방사선의 기계적 차폐에 기반하여 투과된 방사선의 변조 패턴을 획득하고, 상기 변조 패턴을 영상으로 재구성하는 과정을 통해 방사선원의 2차원적 위치 정보를 평면 영상으로 재구성하는 정보 획득부; 상기 복수의 방사선 영상 장비 간의 거리 및 상기 방사선원의 2차원적 위치 정보를 기반으로, 삼각법을 이용한 단순 거리 역산 방법론에 기초하여, 상기 방사선원으로부터 상기 각 방사선 영상 장비까지의 거리 및 상기 방사선원의 3차원 위치 정보를 추정하고, 상기 추정된 거리 및 3차원 위치 정보를 이용하여 상기 방사선원의 공간적 분포를 계산하는 분포 연산부; 및 상기 방사선원의 공간적 분포를 시각화하여 3차원 영상으로 표시하는 입체 표시부를 포함한다.

Description

부호화 구경을 이용한 방사선원의 분포에 대한 3차원 영상 처리 장치 및 방법{DEVICE AND METHOD FOR PROCESSING 3-DIMENSIONAL VISUALIZATION OF RADIATION SOURCE DISTRIBUTION USING CODED-APERTURES}

본 발명의 실시예들은 부호화 구경을 구비한 복수의 방사선 영상 장비를 이용하여 미지의 방사선원에 대한 공간적 분포와 해당 위치별 방사선원의 핵종 및 방사선 선량 분포를 계산하여 3차원 영상으로 시각화할 수 있는 부호화 구경을 이용한 방사선원의 분포에 대한 3차원 영상 처리 장치 및 방법에 관한 것이다.

방사선 응용 기술의 발전과 함께 방사선 사용에 대한 수요가 계속적으로 증가하는 추세이며, 이와 관련하여 인간의 감각으로 즉시 감지할 수 없는 방사선의 안전한 사용에 대한 요구도 증대되고 있다.

특히, 방사선이 상시적으로 이용되는 장소에서 미지 혹은 분실 방사선원을 찾기 위한 방법이 꾸준히 개발되어 왔으나, 이런 노력에도 불구하고 여전히 미지의 방사선원을 찾는 것은 많은 시간과 노력이 필요한 실정이며, 원자력발전소와 같이 방사선원에 상시적으로 노출될 가능성이 있는 지역에서 작업종사자들의 안전을 위하여 방사선원에 대한 감시 및 이동을 탐지할 수 있는 방사선원 위치 탐지 기술 개발이 꼭 필요한 실정이다.

2011년 후쿠시마 원전 사고로 인하여 전 세계적으로 방사능에 대한 관심이 고조된 상태이고, 방사성 물질로 오염된 물체 및 지역의 방사능을 정확하게 측정하고 분석하는데 필요한 정밀한 방사선 검출기 개발에 대한 요구가 비약적으로 증가하고 있다.

후쿠시마 원전의 사례처럼 원전 중대사고의 경우 원전 내 주요시설 주변현장의 방사능 준위분포 및 실시간 영상을 조기에 탐지 및 확보하여 현장의 방사능 위협에 효과적으로 대응할 수 있는 차세대 방사선영상 감시장치에 대한 필요성이 대두되고 있다.

관련 선행기술로는 대한민국 등록특허공보 제10-0251064호(발명의 명칭: 방사선 분포 3차원 측정장치 및 방법, 등록일자: 2000년 1월 10일)가 있다.

본 발명의 일 실시예는 부호화 구경을 구비한 복수의 방사선 영상 장비를 이용하여 미지의 방사선원에 대한 공간적 분포와 해당 위치별 방사선원의 핵종 및 방사선 선량 분포를 계산하여 3차원 영상으로 시각화할 수 있는 부호화 구경을 이용한 방사선원의 분포에 대한 3차원 영상 처리 장치 및 방법을 제공한다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제(들)로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제(들)은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 분포 연산부는 상기 삼각법을 이용하여 상기 방사선원으로부터 상기 각 방사선 영상 장비의 표면이 연장된 한 평면 또는 상기 각 방사선 영상 장비의 중심축이 함께 존재하는 한 평면 상에 내려진 수선의 발(foot of perpendicular)에 대한 상기 평면 상에서의 2차원적 위치 정보를 도출하고, 상기 방사선원의 2차원적 위치 정보 및 상기 수선의 발에 대한 상기 평면 상에서의 2차원적 위치 정보에 기초하여 상기 방사선원의 위치와 상기 수선의 발의 위치 간의 거리를 계산하며, 상기 계산된 거리 및 상기 방사선원의 2차원적 위치 정보에 기초하여 상기 방사선원의 3차원 위치 정보를 추정할 수 있다.

상기 분포 연산부는 하기 수학식에 기초하여 상기 방사선원의 위치(S)와 상기 수선의 발의 위치(Sp) 간의 거리(z)를 계산할 수 있다.

여기서, d는 2개의 제1 및 제2 방사선 영상 장비 간의 거리, ρ1은 상기 방사선원의 위치(S)를 기준으로 대상 평면 상에서 제1 방사선 영상 장비와 상기 수선의 발의 위치(Sp) 사이의 각도, ρ2는 상기 방사선원의 위치(S)를 기준으로 대상 평면 상에서 제2 방사선 영상 장비와 상기 수선의 발의 위치(Sp) 사이의 각도, φ1은 제1 및 제2 방사선 영상 장비의 연결 라인을 기준으로 제1 방사선 영상 장비와 상기 수선의 발의 위치(Sp)가 이루는 각도, φ2는 제1 및 제2 방사선 영상 장비의 연결 라인을 기준으로 제2 방사선 영상 장비와 상기 수선의 발의 위치(Sp)가 이루는 각도를 각각 나타냄.

본 발명의 일 실시예에 따른 부호화 구경을 이용한 방사선원의 분포에 대한 3차원 영상 처리 장치는 상기 복수의 방사선 영상 장비 각각에 구비된 검출기를 통해 획득된 각각의 에너지 값에 대한 스펙트럼을 분석하고, 상기 스펙트럼의 분석 결과에 기초하여 상기 각각의 에너지 값에 대한 분포 밀도 함수를 분포 스펙트럼 형태로 생성하는 스펙트럼 분석부를 더 포함하고, 상기 입체 표시부는 사전에 구축된 핵종 정보가 저장된 표준 핵종 라이브러리 및 상기 분포 스펙트럼 형태의 상기 분포 밀도 함수를 이용하여 방사선원의 핵종 정보를 표시할 수 있다.

상기 스펙트럼 분석부는 상기 각각의 에너지 값을 사용자가 필요로 하는 복수의 채널 수에 따라 분류하고, 상기 각각의 에너지 값에 해당하는 채널의 카운트 수를 증가시키며, 각 채널별 카운트 수에 기초하여 상기 분포 밀도 함수를 상기 분포 스펙트럼 형태로 생성할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 부호화 구경을 이용한 방사선원의 분포에 대한 3차원 영상 처리 장치는 상기 방사선원의 공간적 분포와 방사선 에너지 분포 스펙트럼으로부터 조사선량, 흡수선량 분포 및 방사능의 강도를 계산하는 방사선량 및 방사능 계산부를 더 포함하고, 상기 입체 표시부는 상기 방사선원의 조사선량, 흡수선량 분포 및 방사능의 강도를 시각화하여 3차원 영상으로 표시할 수 있다.

상기 입체 표시부는 상기 복수의 방사선 영상 장비 각각에 구비된 광학 카메라 모듈을 통해 획득한, 상기 방사선원의 관찰 대상 지역의 2차원적 가시광선 영상 정보에 대한 3차원적 재구성을 이용하여, 상기 관찰 대상 지역에 3차원으로 나타난 지물, 지형, 형상들에 대한 가시적 영상에, 상기 방사선원의 공간 분포를 결합, 중첩시켜 표시할 수 있다.

상기 정보 획득부는 PSD(Pulse Shape Discrimination) 기반의 섬광 검출기를 이용한 신호 파형 구별 방법론에 기초하여 중성자 및 감마선의 이중 영상을 동시에 획득할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 부호화 구경을 이용한 방사선원의 분포에 대한 3차원 영상 처리 장치는 부호화 구경(coded-aperture)을 구비하는 복수의 방사선 영상 장비를 이용하여, 입사된 방사선의 기계적 차폐에 기반하여 투과된 방사선의 변조 패턴을 획득하고, 상기 변조 패턴을 영상으로 재구성하는 과정을 통해 방사선원의 2차원적 위치 정보를 평면 영상으로 재구성하는 정보 획득부; 상기 방사선원의 2차원적 위치 정보에 기초하여 확률 기반 최대 우도 추정 기댓값 극대화 방법론을 수행하여 상기 방사선원의 공간적 분포를 계산하는 분포 연산부; 및 상기 방사선원의 공간적 분포를 시각화하여 3차원 영상으로 표시하는 입체 표시부를 포함한다.

상기 분포 연산부는 영상화 하고자 하는 공간을 상기 방사선원의 공간적 분포를 나타내는 위치에 관한 확률 변수를 기반으로 하는 3차원 공간 좌표계를 이용하여 설정하고, 상기 공간을 단위 공간을 이용하여 구분하여 각 단위 공간에서 방출된 감마선이 상기 부호화 구경을 통과하면서 특정 패턴을 형성하게 되는 모든 경우에 대한 확률을 계산하여 시스템 매트릭스를 형성하며, 상기 시스템 매트릭스를 기반으로 가장 확률이 높은 방사선원의 공간적 분포를 계산할 수 있다.

상기 분포 연산부는 상기 부호화 구경을 이용하여 상기 확률 기반 최대 우도 추정 기댓값 극대화 방법론을 적용한 하기 수학식에 기초하여 상기 방사선원의 공간적 분포를 계산할 수 있다.

여기서, λⁿ은 재구성되는 영상, n은 반복 연산의 횟수(iteration), C_ij는 소스 픽셀 j로부터 프로젝션 i번째 사건에서의 검출기에서 검출된 확률 즉, 부호화 구경 배열의 시스템 매트릭스를 의미하며, S_j는 소스로부터 방사선이 어디에서든지 검출되는 가능성을 나타내며 모든 C_ij의 총합을 의미하고, Y_i는 프로젝션 i에서의 부호화 구경을 투과하고 검출기에서 검출된 그림자 영상을 의미함.

본 발명의 다른 실시예에 따른 부호화 구경을 이용한 방사선원의 분포에 대한 3차원 영상 처리 장치는 상기 복수의 방사선 영상 장비 각각에 구비된 검출기를 통해 획득된 각각의 에너지 값에 대한 스펙트럼을 분석하고, 상기 스펙트럼의 분석 결과에 기초하여 상기 각각의 에너지 값에 대한 분포 밀도 함수를 분포 스펙트럼 형태로 생성하는 스펙트럼 분석부를 더 포함하고, 상기 입체 표시부는 사전에 구축된 핵종 정보가 저장된 표준 핵종 라이브러리 및 상기 분포 스펙트럼 형태의 상기 분포 밀도 함수를 이용하여 방사선원의 핵종 정보를 표시할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 부호화 구경을 이용한 방사선원의 분포에 대한 3차원 영상 처리 장치는 상기 방사선원의 공간적 분포와 방사선 에너지 분포 스펙트럼으로부터 조사선량, 흡수선량 분포 및 방사능의 강도를 계산하는 방사선량 및 방사능 계산부를 더 포함하고, 상기 입체 표시부는 상기 방사선원의 조사선량, 흡수선량 분포 및 방사능의 강도를 시각화하여 3차원 영상으로 표시할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 부호화 구경을 이용한 방사선원의 분포에 대한 3차원 영상 처리 방법은 부호화 구경(coded-aperture)을 구비하는 복수의 방사선 영상 장비를 이용하여, 입사된 방사선의 기계적 차폐에 기반하여 투과된 방사선의 변조 패턴을 획득하고, 상기 변조 패턴을 영상으로 재구성하는 과정을 통해 방사선원의 2차원적 위치 정보를 평면 영상으로 재구성하는 단계; 상기 복수의 방사선 영상 장비 간의 거리 및 상기 방사선원의 2차원적 위치 정보를 기반으로, 삼각법을 이용한 단순 거리 역산 방법론에 기초하여, 상기 방사선원으로부터 상기 각 방사선 영상 장비까지의 거리 및 상기 방사선원의 3차원 위치 정보를 추정하는 단계; 상기 추정된 거리 및 3차원 위치 정보를 이용하여 상기 방사선원의 공간적 분포를 계산하는 단계; 및 상기 방사선원의 공간적 분포를 시각화하여 3차원 영상으로 표시하는 단계를 포함한다.

상기 방사선원의 3차원 위치 정보를 추정하는 단계는 상기 삼각법을 이용하여 상기 방사선원으로부터 상기 각 방사선 영상 장비의 표면이 연장된 한 평면 또는 상기 각 방사선 영상 장비의 중심축이 함께 존재하는 한 평면 상에 내려진 수선의 발(foot of perpendicular)에 대한 상기 평면 상에서의 2차원적 위치 정보를 도출하는 단계; 상기 방사선원의 2차원적 위치 정보 및 상기 수선의 발에 대한 상기 평면 상에서의 2차원적 위치 정보에 기초하여 상기 방사선원의 위치와 상기 수선의 발의 위치 간의 거리를 계산하는 단계; 및 상기 계산된 거리 및 상기 방사선원의 2차원적 위치 정보에 기초하여 상기 방사선원의 3차원 위치 정보를 추정하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 방사선원의 위치(S)와 상기 수선의 발의 위치(Sp) 간의 거리(z)를 계산하는 단계는 하기 수학식에 기초하여 수행될 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 부호화 구경을 이용한 방사선원의 분포에 대한 3차원 영상 처리 방법은 부호화 구경(coded-aperture)을 구비하는 복수의 방사선 영상 장비를 이용하여, 입사된 방사선의 기계적 차폐에 기반하여 투과된 방사선의 변조 패턴을 획득하고, 상기 변조 패턴을 영상으로 재구성하는 과정을 통해 방사선원의 2차원적 위치 정보를 평면 영상으로 재구성하는 단계; 상기 방사선원의 2차원적 위치 정보에 기초하여 확률 기반 최대 우도 추정 기댓값 극대화 방법론을 수행하여 상기 방사선원의 공간적 분포를 계산하는 단계; 및 상기 방사선원의 공간적 분포를 시각화하여 3차원 영상으로 표시하는 단계를 포함한다.

상기 방사선원의 공간적 분포를 계산하는 단계는 영상화 하고자 하는 공간을 상기 방사선원의 공간적 분포를 나타내는 위치에 관한 확률 변수를 기반으로 하는 3차원 공간 좌표계를 이용하여 설정하는 단계; 상기 공간을 단위 공간을 이용하여 구분하여 각 단위 공간에서 방출된 감마선이 상기 부호화 구경을 통과하면서 특정 패턴을 형성하게 되는 모든 경우에 대한 확률을 계산하여 시스템 매트릭스를 형성하는 단계; 및 상기 시스템 매트릭스를 기반으로 가장 확률이 높은 방사선원의 공간적 분포를 계산하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 방사선원의 공간적 분포를 계산하는 단계는 상기 부호화 구경을 이용하여 상기 확률 기반 최대 우도 추정 기댓값 극대화 방법론을 적용한 하기 수학식에 기초하여 수행될 수 있다.

기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 첨부 도면들에 포함되어 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 부호화 구경을 구비한 복수의 방사선 영상 장비를 이용하여 미지의 방사선원에 대한 공간적 분포와 해당 위치별 방사선원의 핵종 및 방사선 선량 분포를 계산하여 3차원 영상으로 시각화할 수 있다.

방사선 영상 장치를 이용한 선원의 공간적 분포 탐지는 방사선 작업종사자의 방사선 안전에 도움이 되는 기본적 목적 외에 산업적으로도 기술적 파급력이 매우 큰 기술이다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 국경·항만에서의 컨테이너 보안검색, 방사성 추적자를 이용한 의료 영상 및 치료 분야, 중·저준위 방사성 폐기물 드럼의 건전성 검사, 사용후 핵연료 건전성 평가 등 다양한 응용 분야에서 방사선원의 종류 및 위치 분포를 영상화하는 기술을 활용할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 추가적인 방사선원을 사용하여 내부의 구조물을 영상화하는 대신 대상 물체 내부 방사선원의 종류 및 위치분포를 직접 영상화함으로써, 선원의 위치를 직접 매핑하고 대상 물체 내부의 선원 균일성 및 건전성을 확인할 수 있으므로 작업자의 피폭 위험성을 현저히 낮출 수 있으며, 이를 바탕으로 해당 위치별 방사선원의 핵종 및 방사선 선량분포도 함께 분석할 수 있는 시스템을 개발하는 데 활용할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 부호화 구경을 이용한 방사선 영상을 사용 후 핵연료 저장 용기 및 시설의 안전성 검증 및 감시에 적용 가능하다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 부호화 구경의 패턴 형태로 섬광 검출기를 배치하여 사용 후 핵연료 저장 상태나 용기, 시설에 대한 방사선 영상 정보를 획득할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 부호화 구경을 이용한 방사선원의 분포에 대한 3차원 영상 처리 장치를 설명하기 위해 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 이용되는 방사선 영상 장비의 상세 구성을 도시한 도면이다.
도 3 및 도 4는 도 2의 방사선 영상 장비 2개를 이용하여 방사선원의 위치 정보를 2차원 영상으로 재구성하는 일례를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 적용되는 삼각법을 이용한 단순 거리 역산 방법론을 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 방사선원의 공간적 분포를 시각화하여 3차원 영상으로 표시하는 일례를 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 부호화 구경을 이용한 방사선원의 분포에 대한 3차원 영상 처리 방법을 설명하기 위해 도시한 흐름도이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 부호화 구경을 이용한 방사선원의 분포에 대한 3차원 영상 처리 방법을 설명하기 위해 도시한 흐름도이다.

본 발명의 이점 및/또는 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 부호화 구경을 이용한 방사선원의 분포에 대한 3차원 영상 처리 장치를 설명하기 위해 도시한 블록도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 이용되는 방사선 영상 장비의 상세 구성을 도시한 도면이며, 도 3 및 도 4는 도 2의 방사선 영상 장비 2개를 이용하여 방사선원의 위치 정보를 2차원 영상으로 재구성하는 일례를 도시한 도면이다.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 부호화 구경을 이용한 방사선원의 분포에 대한 3차원 영상 처리 장치(100)는 정보 획득부(110), 분포 연산부(120), 입체 표시부(130), 스펙트럼 분석부(140), 방사선량 및 방사능 계산부(150), 및 제어부(160)를 포함할 수 있다.

상기 정보 획득부(110)는 부호화 구경(coded-aperture)(220, 320)을 구비하는 복수의 방사선 영상 장비(200)를 이용하여, 입사된 방사선의 기계적 차폐에 기반하여 투과된 방사선의 변조 패턴(330)을 획득하고, 상기 변조 패턴(330)을 영상으로 재구성하는 과정을 통해 방사선원의 2차원적 위치 정보를 평면(2차원) 영상으로 재구성한다.

이때, 상기 정보 획득부(110)는 PSD(Pulse Shape Discrimination) 기반의 섬광 검출기를 이용한 신호 파형 구별 방법론에 기초하여 중성자 및 감마선의 이중 영상을 동시에 획득할 수 있다.

여기서, 상기 방사선 영상 장비(200)는 방사선원으로부터 입사되는 방사선(감마선)을 촬영하는 감마선 카메라 모듈(210)과, 특정 패턴으로 형성되어 상기 입사된 방사선의 기계적 차폐를 통해 구멍을 통과한 방사선만으로 이루어진 변조 패턴(330)을 생성하는 부호화 구경(220, 320)과, 상기 변조 패턴(330)을 검출하는 검출기(230)와, 상기 검출된 변조 패턴(330)을 복호화(decoding) 처리하여 원래의 방사선 신호로 복원하는 신호처리 전장부(240)와, 상기 복원된 방사선 신호를 2차원 영상으로 재구성하는 이미지 처리부(250)를 포함할 수 있다. 아울러, 상기 방사선 영상 장비(200)는 방사선원의 관찰 지역에 대한 가시광선 영상 정보(2차원 영상)를 획득하는 광학 카메라 모듈(260)을 더 포함할 수 있다.

상기 분포 연산부(120)는 상기 복수의 방사선 영상 장비(200) 간의 거리 및 상기 방사선원(310)의 2차원적 위치 정보를 기반으로, 삼각법을 이용한 단순 거리 역산 방법론에 기초하여, 상기 방사선원(310)으로부터 상기 각 방사선 영상 장비(200)까지의 거리 및 상기 방사선원(310)의 3차원 위치 정보를 추정하고, 상기 추정된 거리 및 3차원 위치 정보를 이용하여 상기 방사선원(310)의 공간적 분포를 계산한다.

이하에서는 삼각법을 이용한 단순 거리 역산 방법론에 기초하여 상기 방사선원(310)의 3차원 위치 정보를 추정하는 과정에 대해 도 5를 참조하여 자세히 설명한다. 참고로, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 적용되는 삼각법을 이용한 단순 거리 역산 방법론을 설명하기 위해 도시한 도면이다.

상기 분포 연산부(120)는 도 5에 도시된 바와 같이, 먼저 삼각법을 이용하여 상기 방사선원으로부터 상기 각 방사선 영상 장비(200)의 표면이 연장된 한 평면 또는 상기 각 방사선 영상 장비(200)의 중심축이 함께 존재하는 한 평면 상에 내려지되, 상기 방사선원의 2차원적 위치 정보[S(x,y)]에 대한 수선의 발(foot of perpendicular)에 대한 상기 평면 상에서의 2차원적 위치 정보[S_p(x,y)]를 도출할 수 있다. 그리고, 상기 분포 연산부(120)는 상기 방사선원의 2차원적 위치 정보[S(x,y)] 및 상기 수선의 발에 대한 상기 평면 상에서의 2차원적 위치 정보[S_p(x,y)]에 기초하여, 상기 방사선원의 위치(S)와 상기 수선의 발의 위치(S_p) 간의 거리(z)를 계산할 수 있다.

참고로, 상기 각 방사선 영상 장비(200)의 표면 또는 상기 각 방사선 영상 장비(200)의 중심축은 상기 수선의 발이 내려진 동일 평면 상에 모두 존재하는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 방사선원의 위치(S)와 상기 수선의 발의 위치(S_p) 간의 거리(z)는 상기 방사선원의 3차원 위치 정보를 추정하는 데에 사용될 수 있는 위치 정보이다. 따라서, 상기 분포 연산부(120)는 상기 계산된 거리(z) 및 상기 방사선원의 2차원적 위치 정보[S(x,y)]에 기초하여 상기 방사선원의 3차원 위치 정보[S(x,y,z)]를 추정할 수 있다.

이때, 상기 방사선원의 위치(S)와 상기 수선의 발의 위치(S_p) 간의 거리(z)는 하기 수학식 1에 기초하여 계산될 수 있다. 즉, 상기 분포 연산부(120)는 하기 수학식 1에 기초하여 상기 방사선원의 위치(S)와 상기 수선의 발의 위치(Sp) 간의 거리(z)를 계산할 수 있다.

[수학식 1]

여기서, d는 2개의 제1 및 제2 방사선 영상 장비(200) 간의 거리, ρ1은 상기 방사선원의 위치(S)를 기준으로 대상 평면 상에서 제1 방사선 영상 장비(도 5의 좌측 200)와 상기 수선의 발의 위치(Sp) 사이의 각도, ρ2는 상기 방사선원의 위치(S)를 기준으로 대상 평면 상에서 제2 방사선 영상 장비(도 5의 우측 200)와 상기 수선의 발의 위치(Sp) 사이의 각도, φ1은 제1 및 제2 방사선 영상 장비(200)의 연결 라인을 기준으로 제1 방사선 영상 장비(200)와 상기 수선의 발의 위치(Sp)가 이루는 각도, φ2는 제1 및 제2 방사선 영상 장비(200)의 연결 라인을 기준으로 제2 방사선 영상 장비(200)와 상기 수선의 발의 위치(Sp)가 이루는 각도를 각각 나타낸다.

여기서, 상기 대상 평면은 상기 제1 및 제2 방사선 영상 장비(200)의 표면이 연장된 한 평면을 나타낼 수 있고, 또는 상기 제1 및 제2 방사선 영상 장비(200)의 중심축이 함께 존재하는 한 평면을 나타낼 수 있다.

한편, 다른 실시예로서, 상기 분포 연산부(120)는 상기 방사선원(310)의 2차원적 위치 정보에 기초하여 확률 기반 최대 우도 추정 기댓값 극대화 방법론을 수행하여 상기 방사선원의 공간적 분포를 계산할 수 있다.

이하에서는 상기 확률 기반 최대 우도 추정 기댓값 극대화 방법론에 기초하여 상기 방사선원(310)의 공간적 분포를 계산하는 과정에 대해 상세히 설명한다.

상기 분포 연산부(120)는 영상화 하고자 하는 공간을 상기 방사선원(310)의 공간적 분포를 나타내는(방사선원의 위치 존재 확률 함수를 나타내는) 위치에 관한 확률 변수 (x,y,z) 또는 (r,θ,φ)를 기반으로 하는 3차원 공간 좌표계와, 각 위치에서의 방사선원(310)의 존재 확률 함수값을 나타내는 결과표를 3차원 배열과 같은 형식으로 생성한다. 그리고, 상기 분포 연산부(120)는 영상화 하고자 하는 공간을 확률 변수 (x,y,z) 또는 (r,θ,φ)를 기반으로 설정하고, 상기 공간을 단위 공간(voxel)을 이용하여 구분한다. 그런 다음, 상기 분포 연산부(120)는 어떤 voxel "j"에서 방출된 감마선이 상기 부호화 구경(220)을 통과하여 계측 모듈에 도달하면서 패턴 "i"를 형성하게 되는 모든 경우에 대한 확률을 계산하여 C_ij로 정의한다. 이것을 모든 체적소(voxel)에 대해서 계산하면 부호화 구경(220)의 시스템 매트릭스(system matrix)가 형성된다. 그 후에, 상기 분포 연산부(120)는 상기 시스템 매트릭스를 기반으로 가장 확률이 높은 방사선원(310)의 공간적 분포를 계산할 수 있다.

상기 확률 기반 최대 우도 추정 기댓값 극대화 방법론에 기초하여 상기 방사선원(310)의 공간적 분포를 계산하는 과정은 하기 수학식 2에 기초하여 계산될 수 있다. 즉, 상기 분포 연산부(120)는 상기 부호화 구경(220)을 이용하여 상기 확률 기반 최대 우도 추정 기댓값 극대화 방법론을 적용한 하기 수학식 2에 기초하여, 상기 방사선원(310)의 공간적 분포를 계산할 수 있다.

[수학식 2]

여기서, λⁿ은 재구성되는 영상, n은 반복 연산의 횟수(iteration), C_ij는 소스 픽셀 j로부터 프로젝션 i번째 사건에서의 검출기에서 검출된 확률 즉, 부호화 구경 배열의 시스템 매트릭스를 의미하며, S_j는 소스로부터 방사선이 어디에서든지 검출되는 가능성을 나타내며 모든 C_ij의 총합을 의미하고, Y_i는 프로젝션 i에서의 부호화 구경을 투과하고 검출기에서 검출된 그림자 영상을 의미한다.

이와 같이, 상기 분포 영상부(120)는 삼각법을 이용한 단순 거리 역산 방법론 또는 확률 기반 최대 우도 추정 기댓값 극대화 방법론에 기초하여 상기 방사선원(310)의 공간적 분포를 계산할 수 있는데, 이러한 2가지 방법론은 사용자의 입력 조작에 의해 선택될 수 있다. 즉, 상기 3차원 영상 처리 장치(100)는 삼각법을 이용한 단순 거리 역산 방법론과 확률 기반 최대 우도 추정 기댓값 극대화 방법론 중 하나의 방법을 선택하여 방사선원의 공간 분포 및 기타 분포에 관한 정보를 확인할 수 있도록 하는 기능을 제공할 수 있다.

다시 도 1 내지 도 4를 참조하면, 상기 입체 표시부(130)는 상기 방사선원(310)의 공간적 분포를 시각화하여 3차원 영상으로 표시한다. 이때, 상기 입체 표시부(130)는 도 6에 도시된 바와 같이 상기 방사선원(310)의 공간적 분포를 색깔 차이 또는 명암 차이 등의 방법으로 시각화하여 3차원 영상으로 표시할 수 있다. 상기 입체 표시부(130)는 기준이 되는 확률 변수에 따라, 직각 좌표계 또는 구좌표계를 이용하여 입체적으로 방사선원(310)의 존재 확률에 관한 확률 분포 함수를 표시할 수 있으며, 이때 3차원 회전이 가능하도록 하는 기능을 제공할 수 있다. 참고로, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 방사선원의 공간적 분포를 시각화하여 3차원 영상으로 표시하는 일례를 도시한 도면이다.

한편, 상기 입체 표시부(130)는 상기 복수의 방사선 영상 장비(200) 각각에 구비된 광학 카메라 모듈(260)을 통해 획득한, 상기 방사선원(310)의 관찰 대상 지역의 2차원적 가시광선 영상 정보에 대한 3차원적 재구성을 이용하여, 도 7에 도시된 바와 같이 상기 관찰 대상 지역에 3차원으로 나타난 지물, 지형, 형상들에 대한 가시적 영상에, 상기 방사선원의 공간 분포를 결합, 중첩시켜 표시할 수 있다. 참고로, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 방사선원의 공간적 분포를 시각화하여 3차원 영상으로 표시하는 일례를 도시한 도면이다.

구체적으로, 상기 복수의 방사선 영상 장비(200)는 각각 내부에 구비된 광학 카메라 모듈(260)을 이용하여 상기 방사선원(310)의 관찰 대상 지역에 대한 2차원적 가시광선 영상 정보를 획득할 수 있다. 상기 방사선원(310)의 관찰 대상 지역에 대한 2차원적 가시광선 영상 정보는 3차원적 가시적 영상으로 재구성될 수 있다. 이때, 가시광선 영상의 3차원 재구성 방법론이 이용될 수 있다. 상기 분포 연산부(120)에 의해 계산된 방사선원의 공간적 분포는 방사선원(310)의 존재 확률 함수값으로 나타낼 수 있다. 상기 입체 표시부(130)는 상기 관찰 대상 지역을 3차원의 지물, 지형, 형상들로 재구성한 3차원 가시적 영상에, 상기 방사선원(310)의 존재 확률 함수값을 결합, 중첩시켜 표시함으로써, 도 7과 같이 3차원적으로 어느 위치, 어느 장소에 방사선원(310)이 존재할 확률이 높은지를 파악 가능하도록 할 수 있다.

상기 스펙트럼 분석부(140)는 상기 복수의 방사선 영상 장비(200) 각각에 구비된 검출기(230)를 통해 획득된 각각의 에너지 값에 대한 스펙트럼을 분석하고, 상기 스펙트럼의 분석 결과에 기초하여 상기 각각의 에너지 값에 대한 분포 밀도 함수를 분포 스펙트럼 형태로 생성할 수 있다.

이때, 상기 스펙트럼 분석부(140)는 상기 각각의 에너지 값을 사용자가 필요로 하는 복수의 채널 수(1k, 2k, 8k 등)에 따라 분류하고, 상기 각각의 에너지 값에 해당하는 채널의 카운트 수를 증가시키며, 각 채널별 카운트 수에 기초하여 상기 분포 밀도 함수를 상기 분포 스펙트럼 형태로 생성할 수 있다.

이에 따라, 상기 입체 표시부(130)는 사전에 구축된 핵종 정보가 저장된 표준 핵종 라이브러리 및 상기 분포 스펙트럼 형태의 분포 밀도 함수를 이용하여 방사선원(310)의 핵종 정보를 표시할 수 있다.

상기 방사선량 및 방사능 계산부(150)는 상기 방사선원(310)의 공간적 분포와 방사선 에너지 분포 스펙트럼으로부터 조사선량, 흡수선량 분포 및 방사능의 강도를 계산할 수 있다. 이에 따라, 상기 입체 표시부(130)는 상기 방사선원(310)의 조사선량, 흡수선량 분포 및 방사능의 강도를 시각화하여 3차원 영상으로 표시할 수 있다.

구체적으로, 상기 방사선량 및 방사능 계산부(150)는 상기 스펙트럼 분석부(140)에 의해 생성된 감마선 스펙트럼에 관련된 정보를 바탕으로 상기 방사선원(310)의 존재에 곤한 조사선량률(exposure rate)을 계산할 수 있다. 또한, 상기 방사선량 및 방사능 계산부(150)는 상기 스펙트럼 분석부(140)에 의해 생성된 상기 감마선 스펙트럼과 상기 분포 연산부(120)에 의해 계산된 공간적 분포(선원의 위치 정보)에 관한 결과를 바탕으로 관찰 대상 지역 내의 방사능 분포 및 선량률(dose rate)을 계산할 수 있다. 상기 관찰 대상 지역 내의 방사능 분포 및 선량률(dose rate)은 상기 입체 표시부(130)를 통해 입체 공간에 시각화되어 표시될 수 있다. 또한, 상기 방사선량 및 방사능 계산부(150)는 등가 선량률, 선량 등가율, 유효 등가 선량률을 계산할 수 있다. 상기 등가 선량률, 선량 등가율, 유효 등가 선량률은 상기 입체 표시부(130)를 통해 사용자(작업자 또는 일반인)에 대해 경계 지역을 표시하는 데에 활용될 수 있으며, 알람을 해주는 기능으로 활용될 수도 있다.

상기 제어부(160)는 본 발명의 일 실시예에 따른 부호화 구경을 이용한 방사선원의 분포에 대한 3차원 영상 처리 장치(100), 즉 상기 정보 획득부(110), 상기 분포 연산부(120), 상기 입체 표시부(130), 상기 스펙트럼 분석부(140), 상기 방사선량 및 방사능 계산부(150) 등의 동작을 전반적으로 제어할 수 있다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 부호화 구경을 이용한 방사선원의 분포에 대한 3차원 영상 처리 방법을 설명하기 위해 도시한 흐름도이다. 상기 부호화 구경을 이용한 방사선원의 분포에 대한 3차원 영상 처리 방법은 도 1의 3차원 영상 처리 장치(100)에 의해 수행될 수 있다.

도 8을 참조하면, 단계(810)에서 상기 3차원 영상 처리 장치는 부호화 구경(coded-aperture)을 구비하는 복수의 방사선 영상 장비를 이용하여, 입사된 방사선의 기계적 차폐에 기반하여 투과된 방사선의 변조 패턴을 획득하고, 상기 변조 패턴을 영상으로 재구성하는 과정을 통해 방사선원의 2차원적 위치 정보를 평면(2차원) 영상으로 재구성한다.

다음으로, 단계(820)에서 상기 3차원 영상 처리 장치는 상기 복수의 방사선 영상 장비 간의 거리 및 상기 방사선원의 2차원적 위치 정보를 기반으로, 삼각법을 이용한 단순 거리 역산 방법론에 기초하여, 상기 방사선원으로부터 상기 각 방사선 영상 장비까지의 거리 및 상기 방사선원의 3차원 위치 정보를 추정한다.

다음으로, 단계(830)에서 상기 3차원 영상 처리 장치는 상기 추정된 거리 및 3차원 위치 정보를 이용하여 상기 방사선원의 공간적 분포를 계산한다.

다음으로, 단계(840)에서 상기 3차원 영상 처리 장치는 상기 방사선원의 공간적 분포를 시각화하여 3차원 영상으로 표시한다.

도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 부호화 구경을 이용한 방사선원의 분포에 대한 3차원 영상 처리 방법을 설명하기 위해 도시한 흐름도이다. 상기 부호화 구경을 이용한 방사선원의 분포에 대한 3차원 영상 처리 방법은 도 1의 3차원 영상 처리 장치(100)에 의해 수행될 수 있다.

도 9를 참조하면, 단계(910)에서 상기 3차원 영상 처리 장치는 부호화 구경(coded-aperture)을 구비하는 복수의 방사선 영상 장비를 이용하여, 입사된 방사선의 기계적 차폐에 기반하여 투과된 방사선의 변조 패턴을 획득하고, 상기 변조 패턴을 영상으로 재구성하는 과정을 통해 방사선원의 2차원적 위치 정보를 평면(2차원) 영상으로 재구성한다.

다음으로, 단계(920)에서 상기 3차원 영상 처리 장치는 상기 방사선원의 2차원적 위치 정보에 기초하여 확률 기반 최대 우도 추정 기댓값 극대화 방법론을 수행하여 상기 방사선원의 공간적 분포를 계산한다.

다음으로, 단계(930)에서 상기 3차원 영상 처리 장치는 상기 방사선원의 공간적 분포를 시각화하여 3차원 영상으로 표시한다.

이하에서는 상기 방사선원의 공간적 분포를 3차원적으로 추정하고 시각화 하는 단계에 대해 구체적으로 설명한다.

먼저, 방사선원의 분포를 나타낼 수 있는 (방사선원의 위치 존재 확률 함수를 나타낼 수 있는) 위치에 관한 확률변수 (x, y, z) 또는 (r, θ, φ)를 통해 이루어지는 3차원적 공간 좌표계와, 각 위치에서의 방사선원의 존재 확률 함수값을 나타내는 결과에 대한 4차원 배열을 생성한다.

다음으로, 두 가지 종류의 확률 변수를 이용해 나타낼 수 있는 각각의 좌표 위치에 대응되는 voxel j를 할당하고 n 회의 반복 계산에 의해 산출된 결과값을 이용하면, 각 체적소별로 방사선원이 존재할 때, 우도(likelihood)를 극대화 할 수 있는 분포값이 얻어진다.

이를 색깔 차이 또는 명암 차이 등의 방법으로 도 6과 같이 시각화하여 표시할 수 있다. 또한, 기준이 되는 확률 변수에 따라, 직각 좌표계 또는 구좌표계를 이용하여 입체적으로 방사선원의 존재 확률에 관한 확률 분포 함수를 표시할 수 있다.

한편, 복수 개의 가시광선 카메라 모듈을 이용해 획득한 영상들에 대한 3차원적 재구성을 이용하여, 복수 개의 방사선 영상 장비(부호화 구경 포함)들이 감시 또는 탐지하고 있는 지역에 대한 조감도 및 투시도 등과 같이 3차원으로 나타난 지물, 지형, 형상들에 대한 가시적 영상에, 방사선원의 분포를 나타낸 존재 확률 함수값을 결합. 중첩시켜 도 7과 같이 나타낼 수 있다. 이를 통해, 3차원적으로 어느 위치, 어느 장소에 방사선원이 존재할 확률이 높은지 파악이 가능하다.

본 발명의 실시예들은 다양한 컴퓨터로 구현되는 동작을 수행하기 위한 프로그램 명령을 포함하는 컴퓨터 판독 가능 매체를 포함한다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 로컬 데이터 파일, 로컬 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체는 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체, CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체, 플롭티컬 디스크와 같은 자기-광 매체, 및 롬, 램, 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다.

지금까지 본 발명에 따른 구체적인 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허 청구의 범위뿐 아니라 이 특허 청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 이는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명 사상은 아래에 기재된 특허청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두는 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

110: 정보 획득부
120: 분포 연산부
130: 입체 표시부
140: 스펙트럼 분석부
150: 방사선량 및 방사능 계산부
160 : 제어부

Claims

부호화 구경(coded-aperture)을 구비하는 복수의 방사선 영상 장비를 이용하여, 입사된 방사선의 기계적 차폐에 기반하여 투과된 방사선의 변조 패턴을 획득하고, 상기 변조 패턴을 영상으로 재구성하는 과정을 통해 방사선원의 2차원적 위치 정보를 평면 영상으로 재구성하는 정보 획득부;
상기 복수의 방사선 영상 장비 간의 거리 및 상기 방사선원의 2차원적 위치 정보를 기반으로, 삼각법을 이용한 단순 거리 역산 방법론에 기초하여, 상기 방사선원으로부터 상기 각 방사선 영상 장비까지의 거리 및 상기 방사선원의 3차원 위치 정보를 추정하고, 상기 추정된 거리 및 3차원 위치 정보를 이용하여 상기 방사선원의 공간적 분포를 계산하는 분포 연산부; 및
상기 방사선원의 공간적 분포를 시각화하여 3차원 영상으로 표시하는 입체 표시부를 포함하며,
상기 분포 연산부는
상기 삼각법을 이용하여 상기 방사선원으로부터 상기 각 방사선 영상 장비의 표면이 연장된 한 평면 또는 상기 각 방사선 영상 장비의 중심축이 함께 존재하는 한 평면 상에 내려진 수선의 발(foot of perpendicular)에 대한 상기 평면 상에서의 2차원적 위치 정보를 도출하고, 상기 방사선원의 2차원적 위치 정보 및 상기 수선의 발에 대한 상기 평면 상에서의 2차원적 위치 정보에 기초하여 상기 방사선원의 위치와 상기 수선의 발의 위치 간의 거리를 계산하며, 상기 계산된 거리 및 상기 방사선원의 2차원적 위치 정보에 기초하여 상기 방사선원의 3차원 위치 정보를 추정하는 것을 특징으로 하는 부호화 구경을 이용한 방사선원의 분포에 대한 3차원 영상 처리 장치.
삭제
제1항에 있어서,
상기 분포 연산부는
하기 수학식에 기초하여 상기 방사선원의 위치(S)와 상기 수선의 발의 위치(Sp) 간의 거리(z)를 계산하는 것을 특징으로 하는 부호화 구경을 이용한 방사선원의 분포에 대한 3차원 영상 처리 장치.

여기서, d는 2개의 제1 및 제2 방사선 영상 장비 간의 거리, ρ1은 상기 방사선원의 위치(S)를 기준으로 대상 평면 상에서 제1 방사선 영상 장비와 상기 수선의 발의 위치(Sp) 사이의 각도, ρ2는 상기 방사선원의 위치(S)를 기준으로 대상 평면 상에서 제2 방사선 영상 장비와 상기 수선의 발의 위치(Sp) 사이의 각도, φ1은 제1 및 제2 방사선 영상 장비의 연결 라인을 기준으로 제1 방사선 영상 장비와 상기 수선의 발의 위치(Sp)가 이루는 각도, φ2는 제1 및 제2 방사선 영상 장비의 연결 라인을 기준으로 제2 방사선 영상 장비와 상기 수선의 발의 위치(Sp)가 이루는 각도를 각각 나타냄.
제1항에 있어서,
상기 복수의 방사선 영상 장비 각각에 구비된 검출기를 통해 획득된 각각의 에너지 값에 대한 스펙트럼을 분석하고, 상기 스펙트럼의 분석 결과에 기초하여 상기 각각의 에너지 값에 대한 분포 밀도 함수를 분포 스펙트럼 형태로 생성하는 스펙트럼 분석부
를 더 포함하고,
상기 입체 표시부는
사전에 구축된 핵종 정보가 저장된 표준 핵종 라이브러리 및 상기 분포 스펙트럼 형태의 상기 분포 밀도 함수를 이용하여 방사선원의 핵종 정보를 표시하는 것을 특징으로 하는 부호화 구경을 이용한 방사선원의 분포에 대한 3차원 영상 처리 장치.
제4항에 있어서,
상기 스펙트럼 분석부는
상기 각각의 에너지 값을 사용자가 필요로 하는 복수의 채널 수에 따라 분류하고, 상기 각각의 에너지 값에 해당하는 채널의 카운트 수를 증가시키며, 각 채널별 카운트 수에 기초하여 상기 분포 밀도 함수를 상기 분포 스펙트럼 형태로 생성하는 것을 특징으로 하는 부호화 구경을 이용한 방사선원의 분포에 대한 3차원 영상 처리 장치.
제4항에 있어서,
상기 방사선원의 공간적 분포와 방사선 에너지 분포 스펙트럼으로부터 조사선량, 흡수선량 분포 및 방사능의 강도를 계산하는 방사선량 및 방사능 계산부
를 더 포함하고,
상기 입체 표시부는
상기 방사선원의 조사선량, 흡수선량 분포 및 방사능의 강도를 시각화하여 3차원 영상으로 표시하는 것을 특징으로 하는 부호화 구경을 이용한 방사선원의 분포에 대한 3차원 영상 처리 장치.
제1항에 있어서,
상기 입체 표시부는
상기 복수의 방사선 영상 장비 각각에 구비된 광학 카메라 모듈을 통해 획득한, 상기 방사선원의 관찰 대상 지역의 2차원적 가시광선 영상 정보에 대한 3차원적 재구성을 이용하여, 상기 관찰 대상 지역에 3차원으로 나타난 지물, 지형, 형상들에 대한 가시적 영상에, 상기 방사선원의 공간 분포를 결합, 중첩시켜 표시하는 것을 특징으로 하는 부호화 구경을 이용한 방사선원의 분포에 대한 3차원 영상 처리 장치.
제1항에 있어서,
상기 정보 획득부는
PSD(Pulse Shape Discrimination) 기반의 섬광 검출기를 이용한 신호 파형 구별 방법론에 기초하여 중성자 및 감마선의 이중 영상을 동시에 획득하는 것을 특징으로 하는 부호화 구경을 이용한 방사선원의 분포에 대한 3차원 영상 처리 장치.
부호화 구경(coded-aperture)을 구비하는 복수의 방사선 영상 장비를 이용하여, 입사된 방사선의 기계적 차폐에 기반하여 투과된 방사선의 변조 패턴을 획득하고, 상기 변조 패턴을 영상으로 재구성하는 과정을 통해 방사선원의 2차원적 위치 정보를 평면 영상으로 재구성하는 정보 획득부;
상기 방사선원의 2차원적 위치 정보에 기초하여 확률 기반 최대 우도 추정 기댓값 극대화 방법론을 수행하여 상기 방사선원의 공간적 분포를 계산하는 분포 연산부; 및
상기 방사선원의 공간적 분포를 시각화하여 3차원 영상으로 표시하는 입체 표시부를 포함하며,
상기 분포 연산부는
영상화 하고자 하는 공간을 상기 방사선원의 공간적 분포를 나타내는 위치에 관한 확률 변수를 기반으로 하는 3차원 공간 좌표계를 이용하여 설정하고, 상기 공간을 단위 공간을 이용하여 구분하여 각 단위 공간에서 방출된 감마선이 상기 부호화 구경을 통과하면서 특정 패턴을 형성하게 되는 모든 경우에 대한 확률을 계산하여 시스템 매트릭스를 형성하며, 상기 시스템 매트릭스를 기반으로 가장 확률이 높은 방사선원의 공간적 분포를 계산하는 것을 특징으로 하는 부호화 구경을 이용한 방사선원의 분포에 대한 3차원 영상 처리 장치.
삭제
제9항에 있어서,
상기 분포 연산부는
상기 부호화 구경을 이용하여 상기 확률 기반 최대 우도 추정 기댓값 극대화 방법론을 적용한 하기 수학식에 기초하여 상기 방사선원의 공간적 분포를 계산하는 것을 특징으로 하는 부호화 구경을 이용한 방사선원의 분포에 대한 3차원 영상 처리 장치.

여기서, λⁿ은 재구성되는 영상, n은 반복 연산의 횟수(iteration), C_ij는 소스 픽셀 j로부터 프로젝션 i번째 사건에서의 검출기에서 검출된 확률 즉, 부호화 구경 배열의 시스템 매트릭스를 의미하며, S_j는 소스로부터 방사선이 어디에서든지 검출되는 가능성을 나타내며 모든 C_ij의 총합을 의미하고, Y_i는 프로젝션 i에서의 부호화 구경을 투과하고 검출기에서 검출된 그림자 영상을 의미함.
제9항에 있어서,
상기 복수의 방사선 영상 장비 각각에 구비된 검출기를 통해 획득된 각각의 에너지 값에 대한 스펙트럼을 분석하고, 상기 스펙트럼의 분석 결과에 기초하여 상기 각각의 에너지 값에 대한 분포 밀도 함수를 분포 스펙트럼 형태로 생성하는 스펙트럼 분석부
를 더 포함하고,
상기 입체 표시부는
사전에 구축된 핵종 정보가 저장된 표준 핵종 라이브러리 및 상기 분포 스펙트럼 형태의 상기 분포 밀도 함수를 이용하여 방사선원의 핵종 정보를 표시하는 것을 특징으로 하는 부호화 구경을 이용한 방사선원의 분포에 대한 3차원 영상 처리 장치.
제12항에 있어서,
상기 스펙트럼 분석부는
상기 각각의 에너지 값을 사용자가 필요로 하는 복수의 채널 수에 따라 분류하고, 상기 각각의 에너지 값에 해당하는 채널의 카운트 수를 증가시키며, 각 채널별 카운트 수에 기초하여 상기 분포 밀도 함수를 상기 분포 스펙트럼 형태로 생성하는 것을 특징으로 하는 부호화 구경을 이용한 방사선원의 분포에 대한 3차원 영상 처리 장치.
제12항에 있어서,
상기 방사선원의 공간적 분포와 방사선 에너지 분포 스펙트럼으로부터 조사선량, 흡수선량 분포 및 방사능의 강도를 계산하는 방사선량 및 방사능 계산부
를 더 포함하고,
상기 입체 표시부는
상기 방사선원의 조사선량, 흡수선량 분포 및 방사능의 강도를 시각화하여 3차원 영상으로 표시하는 것을 특징으로 하는 부호화 구경을 이용한 방사선원의 분포에 대한 3차원 영상 처리 장치.
제9항에 있어서,
상기 입체 표시부는
상기 복수의 방사선 영상 장비 각각에 구비된 광학 카메라 모듈을 통해 획득한, 상기 방사선원의 관찰 대상 지역의 2차원적 가시광선 영상 정보에 대한 3차원적 재구성을 이용하여, 상기 관찰 대상 지역에 3차원으로 나타난 지물, 지형, 형상들에 대한 가시적 영상에, 상기 방사선원의 공간 분포를 결합, 중첩시켜 표시하는 것을 특징으로 하는 부호화 구경을 이용한 방사선원의 분포에 대한 3차원 영상 처리 장치.
제9항에 있어서,
상기 정보 획득부는
PSD(Pulse Shape Discrimination) 기반의 섬광 검출기를 이용한 신호 파형 구별 방법론에 기초하여 중성자 및 감마선의 이중 영상을 동시에 획득하는 것을 특징으로 하는 부호화 구경을 이용한 방사선원의 분포에 대한 3차원 영상 처리 장치.
부호화 구경(coded-aperture)을 구비하는 복수의 방사선 영상 장비를 이용하여, 입사된 방사선의 기계적 차폐에 기반하여 투과된 방사선의 변조 패턴을 획득하고, 상기 변조 패턴을 영상으로 재구성하는 과정을 통해 방사선원의 2차원적 위치 정보를 평면 영상으로 재구성하는 단계;
상기 복수의 방사선 영상 장비 간의 거리 및 상기 방사선원의 2차원적 위치 정보를 기반으로, 삼각법을 이용한 단순 거리 역산 방법론에 기초하여, 상기 방사선원으로부터 상기 각 방사선 영상 장비까지의 거리 및 상기 방사선원의 3차원 위치 정보를 추정하는 단계;
상기 추정된 거리 및 3차원 위치 정보를 이용하여 상기 방사선원의 공간적 분포를 계산하는 단계; 및
상기 방사선원의 공간적 분포를 시각화하여 3차원 영상으로 표시하는 단계를 포함하며,
상기 방사선원의 3차원 위치 정보를 추정하는 단계는
상기 삼각법을 이용하여 상기 방사선원으로부터 상기 각 방사선 영상 장비의 표면이 연장된 한 평면 또는 상기 각 방사선 영상 장비의 중심축이 함께 존재하는 한 평면 상에 내려진 수선의 발(foot of perpendicular)에 대한 상기 평면 상에서의 2차원적 위치 정보를 도출하는 단계;
상기 방사선원의 2차원적 위치 정보 및 상기 수선의 발에 대한 상기 평면 상에서의 2차원적 위치 정보에 기초하여 상기 방사선원의 위치와 상기 수선의 발의 위치 간의 거리를 계산하는 단계; 및
상기 계산된 거리 및 상기 방사선원의 2차원적 위치 정보에 기초하여 상기 방사선원의 3차원 위치 정보를 추정하는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 부호화 구경을 이용한 방사선원의 분포에 대한 3차원 영상 처리 방법.
삭제
제17항에 있어서,
상기 방사선원의 위치(S)와 상기 수선의 발의 위치(Sp) 간의 거리(z)를 계산하는 단계는
하기 수학식에 기초하여 수행되는 것을 특징으로 하는 부호화 구경을 이용한 방사선원의 분포에 대한 3차원 영상 처리 방법.

여기서, d는 2개의 제1 및 제2 방사선 영상 장비 간의 거리, ρ1은 상기 방사선원의 위치(S)를 기준으로 대상 평면 상에서 제1 방사선 영상 장비와 상기 수선의 발의 위치(Sp) 사이의 각도, ρ2는 상기 방사선원의 위치(S)를 기준으로 대상 평면 상에서 제2 방사선 영상 장비와 상기 수선의 발의 위치(Sp) 사이의 각도, φ1은 제1 및 제2 방사선 영상 장비의 연결 라인을 기준으로 제1 방사선 영상 장비와 상기 수선의 발의 위치(Sp)가 이루는 각도, φ2는 제1 및 제2 방사선 영상 장비의 연결 라인을 기준으로 제2 방사선 영상 장비와 상기 수선의 발의 위치(Sp)가 이루는 각도를 각각 나타냄.
부호화 구경(coded-aperture)을 구비하는 복수의 방사선 영상 장비를 이용하여, 입사된 방사선의 기계적 차폐에 기반하여 투과된 방사선의 변조 패턴을 획득하고, 상기 변조 패턴을 영상으로 재구성하는 과정을 통해 방사선원의 2차원적 위치 정보를 평면 영상으로 재구성하는 단계;
상기 방사선원의 2차원적 위치 정보에 기초하여 확률 기반 최대 우도 추정 기댓값 극대화 방법론을 수행하여 상기 방사선원의 공간적 분포를 계산하는 단계; 및
상기 방사선원의 공간적 분포를 시각화하여 3차원 영상으로 표시하는 단계를 포함하며,
상기 방사선원의 공간적 분포를 계산하는 단계는
영상화 하고자 하는 공간을 상기 방사선원의 공간적 분포를 나타내는 위치에 관한 확률 변수를 기반으로 하는 3차원 공간 좌표계를 이용하여 설정하는 단계;
상기 공간을 단위 공간을 이용하여 구분하여 각 단위 공간에서 방출된 감마선이 상기 부호화 구경을 통과하면서 특정 패턴을 형성하게 되는 모든 경우에 대한 확률을 계산하여 시스템 매트릭스를 형성하는 단계; 및
상기 시스템 매트릭스를 기반으로 가장 확률이 높은 방사선원의 공간적 분포를 계산하는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 부호화 구경을 이용한 방사선원의 분포에 대한 3차원 영상 처리 방법.
삭제
제20항에 있어서,
상기 방사선원의 공간적 분포를 계산하는 단계는
상기 부호화 구경을 이용하여 상기 확률 기반 최대 우도 추정 기댓값 극대화 방법론을 적용한 하기 수학식에 기초하여 수행되는 것을 특징으로 하는 부호화 구경을 이용한 방사선원의 분포에 대한 3차원 영상 처리 방법.

여기서, λⁿ은 재구성되는 영상, n은 반복 연산의 횟수(iteration), C_ij는 소스 픽셀 j로부터 프로젝션 i번째 사건에서의 검출기에서 검출된 확률 즉, 부호화 구경 배열의 시스템 매트릭스를 의미하며, S_j는 소스로부터 방사선이 어디에서든지 검출되는 가능성을 나타내며 모든 C_ij의 총합을 의미하고, Y_i는 프로젝션 i에서의 부호화 구경을 투과하고 검출기에서 검출된 그림자 영상을 의미함.