KR20170046437A

KR20170046437A - 스마트폰의 카메라를 이용한 전리 방사선의 광량 검출 방법 및 이를 수행할 수 있는 스마트폰

Info

Publication number: KR20170046437A
Application number: KR1020150146790A
Authority: KR
Inventors: 김호철; 강한규
Original assignee: 을지대학교 산학협력단
Priority date: 2015-10-21
Filing date: 2015-10-21
Publication date: 2017-05-02
Also published as: WO2017069321A1

Abstract

본 발명은 스마트폰의 카메라를 이용한 전리 방사선의 광량 검출 방법 및 이를 수행할 수 있는 스마트폰에 관한 것으로서, 스마트폰의 카메라 방향으로 제 1 대역의 빛을 통과시키고, 제 2 대역의 빛은 차단하는 필터링 단계; 상기 스마트폰의 상기 카메라를 동영상 모드로 설정하여 동영상 정보를 생성하는 동영상 정보 생성 단계; 및 상기 동영상 정보의 각 프레임별로 상기 제 1 대역의 빛에 반응할 수 있는 최소 밝기 기준치를 넘는 픽셀의 개수와, 상기 픽셀의 밝기량, 및 상기 픽셀의 개수와 밝기량을 합산한 합계 중 어느 하나 이상을 선택하여 전체 프레임에 대한 총반응량을 계산하고, 상기 총반응량을 이용하여 제 1 대역 수광량을 산출하는 광량 산출 단계;를 포함할 수 있다.

Description

스마트폰의 카메라를 이용한 전리 방사선의 광량 검출 방법 및 이를 수행할 수 있는 스마트폰{Detecting method of ionizing radiation using camera of smart-phone and smart-phone using the same}

본 발명은 스마트폰의 카메라를 이용한 전리 방사선의 광량 검출 방법 및 이를 수행할 수 있는 스마트폰에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 별도의 방사선 측정을 위한 외부 검출장치 없이 스마트폰 자체에 내장된 카메라의 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 반도체 소자를 활용하여 의료용 방사선 발생장치에서 발생하는 X선과 감마선 같은 전리 방사선의 광량을 효율적으로 검출할 수 있게 하는 스마트폰의 카메라를 이용한 전리 방사선의 광량 검출 방법 및 이를 수행할 수 있는 스마트폰에 관한 것이다.

전리 방사선(ionized radiation)이란 일반적으로 방사선이라고도 하는 데, 물질에 작용하여 직접 또는 간접으로 전리(電離)를 일으키는 성질을 가지고 있는 것으로서, 전리란 방사선이 물질과 반응할 때에, 물질을 구성하고 있는 원자의 궤도전자를 밖으로 튀겨 내는 현상이다. 즉, 컴프턴 산란과 광전효과를 포함한다. 방사선에는 간접 전리 방사선(자외선, X-선, γ선, 중성자선)과, 운동에너지를 가진 하전입자(荷電粒子)입자의 흐름인 직접 전리 방사선(α선, β선, 전자선, 양성자, 중이온 등)등이 있다.

최근 방사선에 대한 관심이 지속적으로 증가되고 있는 상황에서 의료환경 및 방사선 장비의 지속적인 발전에 따라 방사선에 대한 노출이 증가되었다. 이에 따라 방사선 피폭에 대한 국민들의 우려와 관심 또한 높아지게 되어 방사선 피폭 선량을 보다 간편하고 정확하게 방사선을 측정하려는 수요가 증가되고 있는 실정이다. 그러나 이러한 방사선 계측 장비는 정밀성이 요구되어 가격이 고가에 형성되어 있으며 해외 의존도가 매우 높아 일반 대중들에게는 보급되기 어려운 것이 현실이다. 그래서 방사선 계측 장비의 보급화를 위해서는 경제적이며 방사선 검출능력이 우수한 제품의 개발이 요구된다.

한편, 2011년 3월에 일어난 일본의 후쿠시마 원자력 발전소 사고로 인해 최근 대중들에게 방사선의위험성에 대한 인식이 높아지게 된 계기가 되었다. 또한 방사선에 대해서 국민들의 지적 수준 향상 및 다양한 언론매체들로 인해 선량 및 피폭에 대한 관심 또한 높아졌다. 특히 원전 사고 발생 시 유출되는 Cs-137, I-131 등은 내부섭취 시 인체에 많은 피폭선량을 주게 된다.

의료영역에서도 첨단 방사선 의료영상 장치의 급속한 발전으로 인해 진단용 방사선 발생장치인 X선장치, CT(Computed Tomography) 및 방사성 동위원소를 이용한 핵의학 검사 등에서 방사선의 사용이 급격하게 많아지고 있다. 이에 따라 의료용 방사선의 피폭에 대한 국민들의 우려와 관심 또한 높아지게 되었으며, 이러한 방사선 피폭 선량을 보다 간편하고 정확하게 측정하려는 수요 또한 늘고 있는 실정이다.

일반적으로 사용되는 방사선 측정 장비인 GM-counter의 경우 측정범위가 넓고 작은 선량까지도 측정이 가능하지만 제품의 제조 목적상 병원 및 연구소에 주로 공급된다. 반도체 검출기의 경우는 에너지 분해능이 우수하지만 가격대가 높아 일반 대중들에게는 보급되기 어려운 것이 현실이다. 그래서 방사선 계측 장비의 보급화를 위해서는 방사선 검출능력이 우수하며 가격이 낮은 제품의 개발이 반드시 필요로 한다.

대부분의 스마트폰 카메라에 탑재 된 CMOS 기반의 반도체 소자의 원래의 용도는 사진 촬영을 목적으로 개발되었다. 그러나 CMOS 반도체 소자는 가시광선 외에도 자외선, 감마선 및 방사선과 같은 다른 파장대의 전자기파와도 반응하여 전기적인 신호를 내보내며 이것을 통해 감지할 수 있다.

최근 스마트폰 보급률이 전세계적으로 급격하게 높아지고 있으며, 한국의 경우 스마트폰 보급률이 세계 최고 수준을 유지하고 있는 것을 볼 때, CMOS 반도체 소자가 X선과 같은 방사선에 반응하는 특성을 이용하면 별도의 외부 검출기 없이 기존의 스마트폰만을 이용하여 누구나 간편하게 의료용 X선을 검출할 수 있을 것이다.

하지만 스마트폰을 X선과 같은 방사선 검출기로 사용하기 위해서는 CMOS반도체 소자의 방사선에 대한 민감도가 높아 선량에 대한 검출 정확도가 높아야 하고 적은 선량도 안정적으로 검출할 수 있어야 한다. 또한 스마트폰 자체에서 획득되는 노이즈가 포함된 신호로부터 X선과 같은 방사선 신호를 분리 할 수 있는 알고리즘도 개발되어야 한다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 별도의 방사선 외부 검출장치 없이 스마트폰 자체의 CMOS 반도체 소자를 활용하여 의료용 방사선 발생장치에서 발생하는 X선과 같은 방사선을 효율적으로 검출하기 위한 최적의 조건과 알고리즘을 구현할 수 있는 스마트폰의 카메라를 이용한 전리 방사선의 광량 검출 방법 및 이를 수행할 수 있는 스마트폰을 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 사상에 따른 스마트폰의 카메라를 이용한 전리 방사선의 광량 검출 방법은, 스마트폰의 카메라 방향으로 제 1 대역의 빛을 통과시키고, 제 2 대역의 빛은 차단하는 필터링 단계; 상기 스마트폰의 상기 카메라를 동영상 모드로 설정하여 동영상 정보를 생성하는 동영상 정보 생성 단계; 및 상기 동영상 정보의 각 프레임별로 상기 제 1 대역의 빛에 반응할 수 있는 최소 밝기 기준치를 넘는 픽셀의 개수와, 상기 픽셀의 밝기량, 및 상기 픽셀의 개수와 밝기량을 합산한 합계 중 어느 하나 이상을 선택하여 전체 프레임에 대한 총반응량을 계산하고, 상기 총반응량을 이용하여 제 1 대역 수광량을 산출하는 광량 산출 단계;를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 제 1 대역은 방사선 대역이고, 상기 제 2 대역은 상기 방사선을 제외한 나머지 대역이며, 상기 스마트폰의 상기 카메라는 CMOS 이미지 센서를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 필터링 단계에서 상기 스마트폰의 상기 카메라는 상기 스마트폰의 전방에 설치된 전방 카메라, 상기 스마트폰의 후방에 설치된 후방 카메라 및 상기 스마트폰에 설치된 조도센서, 상기 스마트폰에 설치된 적외선 센서 중 어느 하나 이상을 선택하여 검은색 절연 테이프형 필터, 일정한 두께의 알루미늄 박막형 필터, 일정한 두께의 구리 박막형 필터, 일정한 두께의 금속 박막형 필터 중 어느 하나 이상이 설치될 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 광량 산출 단계에서 상기 픽셀에서 감지된 밝기량은, 적어도 R값, G값, B값, RGB의 평균값, Gray값, RGB 컬러 정보를 휘도값(Y)과 색차값(U,V)으로 표시하는 YUV 방식에서 휘도값(Y) 및 이들의 조합 중 어느 하나를 선택하여 이루어질 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 제 1 대역의 수광량은 상기 총반응량과 선형적 함수 관계일 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 스마트폰의 카메라를 이용한 전리 방사선의 광량 검출 방법은, 상기 필터링 단계 이후에, 필터링된 상기 제 1 대역의 빛을 섬광결정으로 광변환시키고, 광변환된 변환광을 상기 스마트폰의 상기 카메라로 유도하는 광변환 단계;를 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 광변환 단계에서, 상기 섬광결정은 내인성 방사능이 없는 Gd₃Al₂Ga₃O₁₂:Ce(GAGG:Ce) 성분을 포함하고, 이외에 내인성 방사능(intrinsic radioactivity)이 없는 어떠한 섬광체라도 사용이 가능하다. 상기 섬광결정과 상기 카메라 사이에 전반사를 줄이는 광가이드, 광그리즈(optical grease), 아크릴판, 렌즈, 및 확대경 중 어느 하나 이상을 선택하여 설치할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 스마트폰의 카메라를 이용한 전리 방사선의 광량 검출 방법은, 상기 광량 산출 단계 이전에, 상기 제 1 대역의 빛이 조사되지 않는 평상시 상기 픽셀의 잡음 수준을 측정하여 상기 최소 밝기 기준치를 설정하는 기준치 설정 단계;를 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 기준치 설정 단계는, 상기 스마트폰의 상기 카메라를 동영상 모드로 설정하여 동영상 정보를 생성하고, 기준 시간 동안 상기 픽셀에서 발생된 적어도 R값, G값, B값, RGB의 평균값, Gray값, RGB 컬러 정보를 휘도값(Y)과 색차값(U,V)으로 표시하는 YUV 방식에서 휘도값(Y) 및 이들의 조합 중 어느 하나 이상을 선택하여 이루어지는 잡음값의 평균값과 표준편차값을 구하고, 정규 분포에서 99퍼센트 신뢰구간의 상한값에 해당하는 값 또는 상기 평균값에 표준편차값의 3배를 합한 값을 상기 최소 밝기 기준치로 설정할 수 있다.

한편, 상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 사상에 따른 스마트폰은, 제 1 항 내지 제 9 항의 스마트폰의 카메라를 이용한 전리 방사선의 광량 검출 방법을 수행할 수 있다.

상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 스마트폰 자체의 CMOS 반도체 소자를 활용하여 의료용 방사선 발생장치에서 발생하는 X선이나 감마선과 같은 전리 방사선을 효율적으로 검출하기 위한 최적의 조건과 알고리즘을 구현하는 효과를 갖는 것이다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 스마트폰의 카메라를 이용한 전리 방사선의 광량 검출 방법을 수행하기 위한 실험예를 나타내는 개략도이다.
도 2는 도 1의 스마트폰의 카메라를 이용한 전리 방사선의 광량 검출 방법을 수행하기 위한 실험예를 나타내는 사진이다.
도 3은 도 2의 A부분을 확대하여 나타내는 사진이다.
도 4는 본 발명의 일부 다른 실시예들에 따른 스마트폰의 카메라를 이용한 전리 방사선의 광량 검출 방법을 수행하기 위한 실험예에서 사용될 수 있는 섬광결정을 나타내는 사시도이다.
도 5는 도 4의 섬광결정을 나타내는 사진이다.
도 6은 도 4의 섬광결정을 이용하는 스마트폰의 카메라를 이용한 전리 방사선의 광량 검출 방법을 수행하기 위한 실험예를 나타내는 개략도이다.
도 7a는 스마트폰의 관전류에 따른 영상으로, X선을 조사하지 않았을 경우와, 도7b는 관전압 80kV에서 50 mAs일 때의 영상 및 도 7c는 관전압 80kV에서 100 mAs일 때의 이미지들을 비교한 도면들이다.
도 8a는 스마트폰의 전면 및 후면 카메라를 비교하는 그래프로서, 전면 카메라에서 픽셀의 밝기와, 도 8b는 후면 카메라에서 픽셀의 밝기와, 도 8c는 전면 카메라에서 반응픽셀의 개수 및 도 8d는 후면 카메라에서 반응픽셀의 개수를 비교한 그래프들이다.
도 9는 방사선 신호의 영상신호로의 변환 방식 비교하는 그래프로서, (a) 전면카메라에서 직접검출방식 이용 시 관전압에 따른 픽셀의 밝기 정도와, (b) 전면카메라에서 직접검출방식 이용 시 관전압에 따른 픽셀의 개수와, (c) 후면카에서 간접검출방식 이용 시 관전압에 따른 픽셀의 밝기 정도 및 (d) 후면카메라에서 간접검출방식 이용 시 관전압에 따른 픽셀의 개수를 비교하여 나타내는 그래프들이다.
도 10은 Gray 모델에서 선량에 따른 pixel intensity와 흡수선량과의 관계를 나타내는 그래프들이다.
도 11a, 도 11b, 도 11c는 감마선 검출 실험예들을 나타내는 그래프들이다.
도 12는 실험조건에 따른 추세선의 기울기와 상관 계수를 나타내는 도표이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 여러 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.

본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려 이들 실시예들은 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 또한, 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이다.

명세서 전체에 걸쳐서, 막, 영역 또는 기판과 같은 하나의 구성요소가 다른 구성요소 "상에", "연결되어", "적층되어" 또는 "커플링되어" 위치한다고 언급할 때는, 상기 하나의 구성요소가 직접적으로 다른 구성요소 "상에", "연결되어", "적층되어" 또는 "커플링되어" 접촉하거나, 그 사이에 개재되는 또 다른 구성요소들이 존재할 수 있다고 해석될 수 있다. 반면에, 하나의 구성요소가 다른 구성요소 "직접적으로 상에", "직접 연결되어", 또는 "직접 커플링되어" 위치한다고 언급할 때는, 그 사이에 개재되는 다른 구성요소들이 존재하지 않는다고 해석된다. 동일한 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.

본 명세서에서 제 1, 제 2 등의 용어가 다양한 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안됨은 자명하다. 이들 용어는 하나의 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 다른 영역, 층 또는 부분과 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제 1 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분은 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제 2 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 지칭할 수 있다.

또한, "상의" 또는 "위의" 및 "하의" 또는 "아래의"와 같은 상대적인 용어들은 도면들에서 도해되는 것처럼 다른 요소들에 대한 어떤 요소들의 관계를 기술하기 위해 여기에서 사용될 수 있다. 상대적 용어들은 도면들에서 묘사되는 방향에 추가하여 소자의 다른 방향들을 포함하는 것을 의도한다고 이해될 수 있다. 예를 들어, 도면들에서 소자가 뒤집어 진다면, 다른 요소들의 상부의 면 상에 존재하는 것으로 묘사되는 요소들은 상기 다른 요소들의 하부의 면 상에 방향을 가지게 된다. 그러므로, 예로써 든 "상의"라는 용어는, 도면의 특정한 방향에 의존하여 "하의" 및 "상의" 방향 모두를 포함할 수 있다. 소자가 다른 방향으로 향한다면(다른 방향에 대하여 90도 회전), 본 명세서에 사용되는 상대적인 설명들은 이에 따라 해석될 수 있다.

본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.

이하, 본 발명의 실시예들은 본 발명의 이상적인 실시예들을 개략적으로 도시하는 도면들을 참조하여 설명한다. 도면들에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차(tolerance)에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명 사상의 실시예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면 제조상 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다.

도 1은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 스마트폰의 카메라를 이용한 전리 방사선의 광량 검출 방법을 수행하기 위한 실험예를 나타내는 개략도이고, 도 2는 도 1의 스마트폰의 카메라를 이용한 전리 방사선의 광량 검출 방법을 수행하기 위한 실험예를 나타내는 사진이고, 도 3은 도 2의 A부분을 확대하여 나타내는 사진이다.

먼저, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일부 실시예들에 따른 스마트폰의 카메라를 이용한 전리 방사선의 광량 검출 방법은, 스마트폰(1)의 카메라(2) 방향으로 제 1 대역의 빛을 통과시키고, 제 2 대역의 빛은 차단하는 필터링 단계와, 상기 스마트폰(1)의 상기 카메라(2)를 동영상 모드로 설정하여 동영상 정보를 생성하는 동영상 정보 생성 단계 및 상기 동영상 정보의 각 프레임별로 상기 제 1 대역의 빛에 반응할 수 있는 최소 밝기 기준치를 넘는 픽셀의 개수(Pixel number)와, 상기 픽셀의 밝기량(pixel intensity), 및 상기 픽셀의 개수와 밝기량을 합산한 합계 중 어느 하나 이상을 선택하여 전체 프레임에 대한 총반응량을 계산하고, 상기 총반응량을 이용하여 제 1 대역 수광량을 산출하는 광량 산출 단계를 포함할 수 있다.

예컨대, 상기 제 1 대역은 방사선 대역이고, 상기 제 2 대역은 상기 방사선을 제외한 나머지 대역일 수 있다. 여기서, 상기 방사선이란, 전리 방사선을 말한다. 전리 방사선에는 간접 전리 방사선과 직접 전리 방사선이 있다. 더욱 구체적으로 예를 들면, 도 1에서 실험된 상기 제 1 대역은 의료용 X선 빔(X)을 포함할 수 있고, 이러한 상기 X선 빔(X)은 방사선 발생 장치의 일종인 방사선 발생기(3)에 의해 발생되어 콜리메이터(4)(collimator)에 의해 방사선량을 측정하기 위한 이온 챔버(5) 방향으로 유도되어 상기 스마트폰(1)의 상기 카메라(2)에 조사될 수 있다.

더욱 상세하게는, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 방사선 발생 장치로는 진단용 X선 장치(Choongwae Medical, CXD-RI55, South Korea)를 사용하였고, X선의 반응특성을 검출하기 위한 상기 스마트폰(1)은 Galaxy S2(Samsung Electronics, SHW-M250S, South Korea)를 사용하였다. 또한, 상기 방사선 발생 장치인 상기 진단용 X선 장치로부터의 발생되는 선량을 측정하기 위해 이온 챔버(5)(PTW, UNIDOS사 E, Germany)를 사용하였다.

또한, 상기 스마트폰(1)의 상기 카메라(2)는 CMOS 이미지 센서를 포함할 수 있다. 그러나, 본 발명은 CMOS 이미지 센서에 반드시 국한되지 않고, CCD 등 다양한 이미지 센서에 모두 적용될 수 있다.

한편, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 필터링 단계에서 상기 스마트폰의 상기 카메라(2)는 상기 스마트폰(1)의 전방에 설치된 전방 카메라, 상기 스마트폰의 후방에 설치된 후방 카메라 및 상기 스마트폰에 설치된 조도센서, 상기 스마트폰에 설치된 적외선 센서 중 어느 하나 이상을 선택하여 검은색 절연 테이프형 필터(6), 일정한 두께의 알루미늄 박막형 필터, 일정한 두께의 구리 박막형 필터, 일정한 두께의 금속 박막형 필터 중 어느 하나 이상이 설치될 수 있다.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 예컨대, 상기 스마트폰의 전ㅇ후면 카메라의 하드웨어적 특성에 따른 CMOS 소자의 방사선 민감도를 비교하기 위하여 전면카메라와 후면카메라에 대해 각각 실험을 시행하였다. 먼저 스마트폰의 카메라가 위치하고 있는 부분에 가시광선을 완전히 차폐 시키기 위해 검은색 절연 테이프형 필터를 사용하여 X선 에만 반응할 수 있도록 하였다. 방사선 발생기(3)의 초점을 상기 스마트폰(1)의 상기 카메라(2)의 CMOS 반도체 소자에 맞추고 조사거리(L)는 100 cm, Field Size는 10 x 10 ㎠로 고정하였다.

이어서, 상기 스마트폰(1)은 동영상 모드로 촬영하였고 촬영시작 후 약 10초 후에 0.05초간 X선을 조사시켰다. X선의 광자수, 즉 선량에 대한 의존성을 평가하기 위해서는 관전압을 80 kV로 고정하고 관전류를 20, 40, 63, 80, 100, 125, 160, 200, 250 mA로 각각 변화시킨 영상을 얻었다. 또한, X선의 에너지에 따른 스마트폰의 반응특성을 확인하기 위해 관전류를 20 mA로 고정한 상태에서 관전압을 40 kV에서 120 kV까지 10 kV간격으로 변화시켜 촬영하였다. 또한 이렇게 측정된 데이터 값들과 이온챔버(PTW, UNIDOS사 E, Germany)에 의해 측정된 방사선량과의 상관관계를 통계학적 기법을 통해 분석하였다.

또한, 예컨대, 상기 광량 산출 단계에서 상기 픽셀에서 감지된 밝기량은, 적어도 R값, G값, B값, RGB의 평균값, Gray값, RGB 컬러 정보를 휘도값(Y)과 색차값(U,V)으로 표시하는 YUV 방식에서 휘도값(Y) 및 이들의 조합 중 어느 하나를 선택하여 이루어질 수 있다.

여기서, 예컨대, 상기 제 1 대역의 수광량은 상기 총반응량과 선형적 함수 관계일 수 있다. 따라서, 상기 제 1 대역의 수광량은 예컨대, 상기 총반응량에 비례 상수를 곱하고, 여기에 초기값을 가감하여 산출될 수 있다. 이러한 상기 비례 상수나 상기 초기값은 상기 스마트폰(1)을 제조하는 과정에서 최적화되어 설계될 수 있다.

한편, 본 발명의 일부 실시예들에 따른 스마트폰의 카메라를 이용한 전리 방사선의 광량 검출 방법은, 상기 광량 산출 단계 이전에, 상기 제 1 대역의 빛이 조사되지 않는 평상시 상기 픽셀의 잡음 수준을 측정하여 상기 최소 밝기 기준치를 설정하는 기준치 설정 단계를 더 포함할 수 있다.

예컨대, 상기 기준치 설정 단계는, 상기 스마트폰(1)의 상기 카메라(2)를 동영상 모드로 설정하여 동영상 정보를 생성하고, 기준 시간 동안 상기 픽셀에서 발생된 적어도 R값, G값, B값, RGB의 평균값, Gray값, RGB 컬러 정보를 휘도값(Y)과 색차값(U,V)으로 표시하는 YUV 방식에서 휘도값(Y) 및 이들의 조합 중 어느 하나를 선택하여 이루어지는 잡음값의 평균값과 표준편차값을 구하고, 정규 분포에서 99퍼센트 신뢰구간의 상한값에 해당하는 값 또는 상기 평균값에 표준편차값의 3배를 합한 값을 상기 최소 밝기 기준치로 설정할 수 있다.

더욱 구체적으로 예를 들면, 방사선 신호의 영상신호로의 변환 방식을 비교 실험하면, 방사선이 조사되지 않을 때의 CMOS 반도체 소자의 상기 픽셀의 잡음수준을 측정하기 위해 동영상 촬영 시작 이후 X선을 조사하기 전까지 10초 동안 발생한 Gray, R, G, B 잡음의 평균값과 표준편차를 구하고 이 정규 분포에서 99% 신뢰구간의 상한값에 해당하는 평균값+(표준편차*3)을 pixel intensity의 최소 밝기 기준값으로 설정하고, 상기 최소 밝기 기준값 이상을 넘는 픽셀들을 방사선과 반응한 픽셀로 간주하였다. 이 때 영상신호로 변환하는 방법에 따라 Pixel intensity 및 Pixel number로 명명하였다. 또한, 전체 프레임에서 방사선과 반응한 픽셀을 찾아 픽셀의 밝기 정도를 8비트의 그레이스케일로 나타내었다. 그 값을 모두 더한 결과를 pixel intensity 라고 하였다. 또한, 방사선에 반응을 나타낸 모든 프레임에서 상기 최소 밝기 기준치를 넘는 반응 픽셀의 총 개수를 구하여 Pixel number라고 하였다.

따라서, 영상을 Gray로 분석했을 때와 RGB 컬러모델에서 R, G, B 각각으로 분석했을 때 반응 정도의 차이를 분석하여 가장 안정적이고 유용한 값을 나타내는 인자를 확인할 수 있다. 즉, Gray 모델(여기서, Gray= (R+G+B)/3)에서 영상은 R, G, B 컬러영상의 평균값을 이용하여 구하였고 이후 pixel intensity와 pixel number를 X선 강도와 에너지에 따라 분석하였다. 이에 비교하여, RGB 컬러모델은 RGB Color 모델의 각각의 값인 R, G, B가 X선의 강도와 에너지에 반응하는 정도를 비교하여 나타내었다. 아울러, 실험에서는 통계학적 기법을 사용하여 데이터의 신뢰도를 검증하기 위해 통계프로그램 SPSS(PASW Statistics 18, USA)를 사용 하였다. 각각의 실험조건에서 X선의 에너지와 선량에 따른 스마트폰 카메라 픽셀의 반응 정도를 분석하고, 후술될 도 7 내지 도 12의 그래프로 나타내었다.

도 4는 본 발명의 일부 다른 실시예들에 따른 스마트폰의 카메라를 이용한 전리 방사선의 광량 검출 방법을 수행하기 위한 실험예에서 사용될 수 있는 섬광결정을 나타내는 사시도이고, 도 5는 도 4의 섬광결정을 나타내는 사진이고, 도 6은 도 4의 섬광결정을 이용하는 스마트폰의 카메라를 이용한 전리 방사선의 광량 검출 방법을 수행하기 위한 실험예를 나타내는 개략도이다.

도 4 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일부 다른 실시예들에 따른 스마트폰의 카메라를 이용한 전리 방사선의 광량 검출 방법은, 도 1 내지 도 3에서 상술된 상기 필터링 단계 이후에, 필터링된 상기 제 1 대역의 빛을 섬광결정(7)으로 광변환시키고, 광변환된 변환광을 상기 스마트폰(1)의 상기 카메라(2)로 유도하는 광변환 단계를 더 포함할 수 있다.

예컨대, 상기 광변환 단계에서, 상기 섬광결정(7)은 내인성 방사능(intrinsic radioactivity)이 없는 Gd₃Al₂Ga₃O₁₂:Ce(GAGG:Ce) 성분을 포함하고, 상기 섬광결정(7)과 상기 카메라(2) 사이에 전반사를 줄여서 섬광빛의 수집 효율을 증가시키는 광가이드(8), 광그리즈, 아크릴판, 렌즈(9), 및 확대경 중 어느 하나 이상을 선택하여 설치할 수 있다.

더욱 구체적으로 예를 들면, 상기 스마트폰(1)의 전면 카메라에 Cs-137 점선원(6.3 ㅅCi)을 이용하여 662 keV의 감마선을 조사하여 감마선 검출 가능성 여부를 알아보았다. 카메라 전면부에 가로, 세로, 높이가 12 x 12 x 9 mm³인 Gd₃Al₂Ga₃O₁₂:Ce (GAGG:Ce) 섬광결정(7)을 확대경 렌즈(9)을 이용하여 접합시켜서 상기 섬광결정(7)을 이용했을 시 감마선 검출효율을 측정하였다.

예컨대, 상기 섬광결정(7)과 상기 카메라(2) 사이에 광가이드, 아크릴판, 렌즈, 및 확대경 중 어느 하나 이상을 선택하여 설치할 수 있다. 또한 상기 소자들간의 전반사를 줄이기 위해 광그리즈(Optical grease)를 바를 수 있다.

이렇게 상술된 도 1 내지 도 3의 직접 검출 방식 및 도 4 내지 도 6의 섬광결정(7)을 이용한 간접 검출방식에 대하여 비교 실험하였다.

예컨대, 상기 스마트폰(1)의 상기 카메라(2)의 CMOS소자와 방사선을 받으면 빛을 발하는 상기 섬광결정(7)의 조합 유무에 따른 방사선 검출 효율을 비교하고자 실험을 진행하였다. 즉, CMOS 반도체 소자에 상기 섬광결정(7)을 결합시키는 간접방식과 상기 섬광결정(7) 없이 CMOS 반도체 소자에 X선을 직접 반응시키는 직접방식을 상호 비교 평가 하였다.

더욱 구체적으로 예를 들면, 이러한 간접 검출방식은, CMOS 반도체 소자에 섬광결정을 결합시켜 X선에 반응시키는 간접방식의 검출방식 실험은 GSO 섬광결정(Gd₂SiO₅:Ce³⁺)을 사용하였다. 상기 스마트폰(1)의 상기 카메라(2) 부분에 1.5 x 1.5 x 7 mm³의 상기 섬광결정(7)을 직접 밀착시키고 공기층에 의한 전반사를 줄이기 위해 두 접합면 사이에 굴절률 1.46의 상기 광가이드(8)의 일종인 광그리즈를 사용하였다. 위의 실험에서 획득한 데이터를 Matlab R2012a (The Math-Works Inc., USA) 소프트웨어로 분석하였다. 실험에 사용된 상기 스마트폰(1)의 전면 카메라의 매트릭스 크기는 가로 640 x 세로 480으로, 총 픽셀 수가 307,200개이고 후면 카메라는 가로 1080 x 세로 1920으로 총 픽셀 수는 2,073,600개이다. 상기 스마트폰(1)의 동영상 파일 형식은 MPEG-4로 초당 24 프레임을 가진다. 획득한 실험 영상을 MATLAB 소프트웨어를 이용하여 프레임 단위로 나누어 분석하였다

도 7a는 스마트폰의 관전류에 따른 영상으로, X선을 조사하지 않았을 경우와, 도7b는 관전압 80kV에서 50 mAs일 때의 영상 및 도 7c는 관전압 80kV에서 100 mAs일 때의 이미지들을 비교한 도면들이다.

도 7a에 도시된 바와 같이, X선을 조사하지 않았을 때의 영상을 보여주고 있으며, 도 7b, 도 7c의 상단에서는 각각 80kV, 50mAs의 조건, 80kV, 100mAs의 조건 에서 프레임별로 각각의 R, G, B 성분 픽셀값의 밝기 변화 그래프를 보여주고 있다. 도 7b, 도 7c의 하단에 보이는 그림은 방사선이 CMOS 반동체에 반응하는 동안 전체 전체 프레임의 밝기 값을 합한 영상으로써 mAs값이 커지면 X선 조사에 의한 픽셀의 밝기 값이 더 커지는 것을 확인 할 수 있다.

도 8a는 스마트폰의 전면 및 후면 카메라를 비교하는 그래프로서, 전면 카메라에서 픽셀의 밝기와, 도 8b는 후면 카메라에서 픽셀의 밝기와, 도 8c는 전면 카메라에서 반응픽셀의 개수 및 도 8d는 후면 카메라에서 반응픽셀의 개수를 비교한 그래프들이다.

도 8a, 도 8b, 도 8c은 관전압 40 kV와 관전류 20 mA의 조건에서 스마트폰의 전면카메라와 후면카메라에서 픽셀의 밝기 정도와 반응 픽셀의 개수를 비교한 것이다.

촬영시작 후 10초이내의 프레임을 잡음으로 간주하고, X선에 반응한 프레임을 신호로 하였을 때 X선에 반응한 전체 픽셀의 밝기 정도의 합에 대해 신호대잡음비(SNR)을 구하였을 때 전면카메라의 SNR은 Gray에서 42,570, RGB에서 각각 26,635, 35,700, 7,266 로 나타났고, 후면카메라에서는 Gray의 SNR이 1.20, RGB에서 각각 1.13, 1.33, 1.09로 나타났다. 또한 전체 프레임에서 X선에 반응을 나타내 픽셀의 합계에 대한 SNR을 구하였을 때, 전면카메라의 SNR은 Gray에서 2198, RGB에서 각각 2,342, 1,615, 2,505 로 나타났고, 후면카메라에서는 Gray의 SNR이 3.85, RGB에서 각각 0.82, 24.11, 0.81로 나타났다. 후면카메라의 R과 B에서는 SNR이 1이하의 값을 나타냄으로 신호에 비해 노이즈의 값이 큰 것을 확인할 수 있다.

도 12는 실험조건에 따른 추세선의 기울기와 상관 계수를 나타내는 도표이다.

도 12에 도시된 바와 같이, 전면카메라의 직/간접 검출방식에 따른 픽셀의 밝기 정도를 살펴보면 Gray에서의 기울기가 각각 22028과 8553.1, Red에서의 기울기가 27797과 9791.7, Green에서의 기울기가 17251과 6820, Blue에서의 기울기가 31628과 14473로 Gray와 R, G, B 모든 값에서 직접 검출방식의 기울기가 간접 검출 방식을 사용했을 때의 기울기보다 큰 것을 알 수 있다.

도 9는 방사선 신호의 영상신호로의 변환 방식 비교하는 그래프로서, (a) 전면 카메라에서 직접검출방식 이용 시 관전압에 따른 픽셀의 밝기 정도와, (b) 전면카메라에서 직접검출방식 이용 시 관전압에 따른 픽셀의 개수와, (c) 후면카메라에서 간접검출방식 이용 시 관전압에 따른 픽셀의 밝기 정도 및 (d) 후면카메라에서 간접검출방식 이용 시 관전압에 따른 픽셀의 개수를 비교하여 나타내는 그래프들이다.

도 9에 도시된 바와 같이, 각 그래프에서 일차 선형 추세선을 그려 수식을 구한 결과, 전면 카메라에서 직접검출 방식을 이용한 (a)와 (b)에서 Gray에서의 기울기가 22028과 1218.7, Red의 기울기가 27797과 1120.5, Green의 기울기가 17251과 809.27, Blue의 기울기가 31628과 1288.1로 나타났다. 또한 후면 카메라에서 간접검출방식을 이용한 (c)와 (d)에서는 Gray에서의 기울기가 413784과 42623, Red의 기울기가 106858과 13562, Green의 기울기가 343870과 49140, Blue의 기울기가 2E+06과 17338로 나타났다. 또한 (a)-(b)와 (c)-(d)를 비교했을 때 Gray와 R, G, B의 모든 값에서 픽셀의 밝기 정도 변화를 나타낸 그래프가 반응 픽셀의 개수 변화를 나타낸 그래프에 비해 기울기가 큰 것을 알 수 있다.

도 9와 도 12에 도시된 바와 같이, 전면카메라에서는 직/간접 검출방식과 영상신호 변환방식에 관계없이 모든 조건에서 Blue의 기울기가 가장 크고, Green의 기울기가 가장 작게 나타났다. Gray와 Red의 경우 pixel intensity에서는 Gray가, pixel number에서는 Red의 기울기가 더 높았다. 후면카메라에서는 간접 검출방식에서 잡음수준이 커서 직/간접 검출방식과 영상신호 변환 컬러 정보에 따른 기울기의 특성을 확인할 수 없었다.

또한, 도 12에서 보면 검출방식이나 영상신호의 변환방식에 관계없이 한 가지 조건을 제외한 모든 조건에서 Green의 추세선을 나타내는 결정계수(R²)값이 가장 높게 나타났고, 전면카메라에서는 Blue의 R² 값이 가장 낮게 나타났다. 그래프의 기울기와 마찬가지로 후면카메라에서는 잡음 수준이 매우 높아서 직/간접 검출방식과 영상신호 변환 컬러 정보에 따른 R² 값의 특성을 확인할 수 없었다. 여기서, R² 값이 1에 가까울수록 결과값이 추세선과 일치하는 것을 나타낸다.

스마트폰 전/후면 카메라 비교실험에서 후면 카메라는 매트릭스 크기가 1080(가로) x 1920(세로)으로 전면 카메라의 640(가로) x 480(세로) 보다 면적이 약 6배 넓기 때문에 방사선에 대해서 더욱 민감하게 반응할 것이라고 예상했지만 실험 결과 면적이 큰 만큼 CMOS소자의 잡음도 매우 크게 나타나 같은 량의 X선이 들어왔을 때 X선에 대한 신호 대 잡음 비가 R, G, B, Gray 대해서 각각 1.13, 1.33, 1.09, 1.29로 전면카메라의 26635, 35700, 7266, 42570에 비해 현저히 낮았다.

도 10은 Gray 모델에서 선량에 따른 pixel intensity와 흡수선량과의 관계를 나타내는 그래프들이다.

도 10에 도시된 바와 같이, 직접 검출 방시으로 스마트폰의 gray모델에서의 pixel intensity와 이온 챔버의 흡수선량값을 관전압은 80 kV, 조사시간은 50 ms으로 고정하고 관전류를 20 mA에서 250 mA까지 증가시키면서 측정했을 때 두 값 모두 관전류에 따라 매우 선형적으로 증가하는 것을 확인할 수 있었다. Pixel intensity는 이온 챔버의 흡수선량 값과 매우 선형적인 관계를 나타냈고 흡수선량 80 μGy부터 1.3 mGy의 범위에서 이온 챔버의 흡수선량이 1 μGy 증가함에 따라 pixel intensity는 2670 씩 증가하는 것으로 나타났다.

도 11a, 도 11b, 도 11c는 감마선 검출 실험예들을 나타내는 그래프들이다.

도 11a, 도 11b, 도 11c에 도시된 바와 같이, 상기 스마트폰(1)의 전면 카메라를 이용하여 Cs-137에서 방출되는 662 keV의 감마선을 검출하였을 때 최소 밝기 기준치 이상을 가지는 pixel intensity가 증가하는 것을 확인하였다. 감마선 검출 효율을 높이기 위해 GAGG 섬광결정(7)을 확대경 렌즈(9)와 접합시키고 이를 다시 상기 스마트폰(1) 전면 카메라와 결합시켜서 Cs-137을 조사 시켰을 때는 662 keV 에너지의 감마선이 GAGG 섬광결정(7)과 반응하고 생긴 섬광 빛이 스마트폰(1) 전면 카메라가 검출하지를 못해서 스마트폰(1)의 픽셀과 감마선이 직접 반응한 신호들만 측정되었다.

보통 CMOS 반도체 소자의 물리적 특성상 에너지가 높은 엑스선이나 감마선 보다는 가시광선과 반응 비율이 높기 때문에 CMOS 반도체 소자 바로 앞쪽에 밀도가 높은 LGSO 섬광결정을 결합시켜서 방사선에 대한 검출 효율을 높게 할 수 있었다. 즉, 엑스선이 섬광결정과 반응하여 발생시킨 섬광 빛 (peak emission wavelength = 420 nm)이 스마트폰의 후면부 CMOS 카메라를 통해서 검출이 되는 것을 R, G, B 성분의 픽셀 밝기 분석을 통해서 확인하였지만 선량의 증가에 따른 선형성이 전면카메라에서 섬광결정을 사용하지 않은 방법에 비해서 훨씬 떨어졌다. 이는 스마트폰의 카메라에 장착된 CMOS 반도체 소자가 주변 열에 의한 잡음이 심하고 가시광선에 대한 양자효율 (quantum efficiency)이 DR에서 사용되는 CCD 반도체 소자보다 훨씬 낮기 때문이다. 이러한 스마트폰 카메라의 CMOS 반도체 소자의 낮은 양자효율로 인해 LGSO 섬광결정 내에 포함되어 있는 Lu-176 동위원소에서 방출되는 최대 운동 에너지 596 keV의 베타선에 의한 섬광 빛도 검출되지 않았다.

한편, 영상신호로부터 방사선에 대한 반응 정도를 측정하는 인자로는 Pixel intensity와 Pixel number를 이용했는데, Pixel number의 경우 해당 픽셀의 밝기가 사전에 잡음 영상으로부터 계산된 역치 값을 넘기면 1을 픽셀 밝기가 최고 밝기 기준치 이하를 가지면 0으로 할당하는 방식으로 계산하기 때문에 입사되는 X선 광자의 개수가 증가될수록 이에 따라 반응하는 픽셀의 개수가 선형적이지 않았다. 반면에 역치 값을 넘기는 픽셀들 밝기의 합인 Pixel intensity 방법을 이용하면 픽셀 하나의 8비트의 정보를 이용할 수 있기 때문에 선량에 대한 선형성이 높아졌고 따라서 X선에 의한 CMOS 소자의 X선 반응특성을 나타낼내는 데 있어 좀 더 적합할 수 있다.

또한, Gray 모델과 RGB 컬러모델의 노이즈 특성과 방사선에 대한 반응 특성은 Green이 blue, red와 비교했을 때 가장 픽셀의 잡음이 가장 낮았고 선량에 대한 R2 값도 가장 좋았다. Blue의 경우 선량에 대한 기울기가 가장 높게 나타나는 등 R, G, B 각각의 컬러정보에 대한 특성을 확인할 수 있었고, 스마트폰의 컬러정보는 RGB값이 아닌 YUV값으로 계산되기 때문에 Y값에 해당하는 명암정보인 Gray를 이용하는 것이 적절할 것이다.

또한, X선과 같이 광자의 에너지가 100 keV이하인 방사선뿐만 아니라 Cs-137로부터 방출되는 662 keV 에너지의 감마선 또한 스마트폰을 이용하여 검출 할 수 있는 것으로 판단되었다. 따라서 핵의학과에서 주로 사용되는 양전자 방출 핵종으로부터 나오는 511 keV의 소멸 방사선도 측정이 가능할 수 있다.

그러므로, 상술된 바와 같이, 반복된 실험 결과, 상기 스마트폰(1)에 내장된 CMOS 반도체 소자가 X선과 같은 방사선에 반응하는 특성을 이용하여 스마트폰으로 의료용 방사선 발생장치에서 발생하는 방사선을 검출하기 위한 최적의 조건과 알고리즘을 개발할 수 있었다. 아울러, 본 발명의 스마트폰의 카메라를 이용한 전리 방사선의 광량 검출 방법은 감마선 검출도 가능하고 의료현장에서 사용되는 X선으로 인한 환자 및 의료진의 피폭 선량을 측정하여 효율적으로 관리할 수 있다. 또한, 상기 스마트폰(1)의 전면, 후면에 있는 카메라 센서에 따른 잡음을 비교 측정하여 최적의 방사선 검출 방법을 찾을 수 있었다. 아울러서, 방사선에 반응하면 빛을 발하는 섬광결정과 같은 섬광체를 카메라 센서에 부착시켜서 엑스선 검출효율을 더욱 향상시킬 수 있다.

또한, 입사되는 감마선의 에너지를 추정하기 위해 CMOS 반도체 소자 앞부분에 두께가 다른 알루미늄 및 구리 필터를 추가하여 영상에서 필터가 부착된 영역에 따른 픽셀 밝기의 차이를 이용할 수 있다. 따라서, 현재 개발된 선량 검출 알고리즘을 스마트폰 사용자가 실시간으로 간편하게 방사선을 검출하여 선량관리를 효율적으로 가능하게 할 수 있기 때문에 본 발명의 스마트폰의 카메라를 이용한 전리 방사선의 광량 검출 방법은 이를 수행할 수 있는 스마트폰에서 어플리케이션의 형태로 구현될 수 있다.

한편, 본 발명은 도 1 내지 도 12에서 상술된 본 발명의 여러 실시예들에 따른 스마트폰의 카메라를 이용한 전리 방사선의 광량 검출 방법을 수행할 수 있는 스마트폰을 포함할 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

Claims

스마트폰의 카메라 방향으로 제 1 대역의 빛을 통과시키고, 제 2 대역의 빛은 차단하는 필터링 단계;
상기 스마트폰의 상기 카메라를 동영상 모드로 설정하여 동영상 정보를 생성하는 동영상 정보 생성 단계; 및
상기 동영상 정보의 각 프레임별로 상기 제 1 대역의 빛에 반응할 수 있는 최소 밝기 기준치를 넘는 픽셀의 개수와, 상기 픽셀의 밝기량, 및 상기 픽셀의 개수와 밝기량을 합산한 합계 중 어느 하나 이상을 선택하여 전체 프레임에 대한 총반응량을 계산하고, 상기 총반응량을 이용하여 제 1 대역 수광량을 산출하는 광량 산출 단계;
를 포함하는, 스마트폰의 카메라를 이용한 전리 방사선의 광량 검출 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 대역은 방사선 대역이고, 상기 제 2 대역은 상기 방사선을 제외한 나머지 대역이며, 상기 스마트폰의 상기 카메라는 CMOS 이미지 센서를 포함하는, 스마트폰의 카메라를 이용한 전리 방사선의 광량 검출 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 필터링 단계에서 상기 스마트폰의 상기 카메라는 상기 스마트폰의 전방에 설치된 전방 카메라, 상기 스마트폰의 후방에 설치된 후방 카메라 및 상기 스마트폰에 설치된 조도센서, 상기 스마트폰에 설치된 적외선 센서 중 어느 하나 이상을 선택하여 검은색 절연 테이프형 필터, 일정한 두께의 알루미늄 박막형 필터, 일정한 두께의 구리 박막형 필터, 일정한 두께의 금속 박막형 필터 중 어느 하나 이상이 설치되는, 스마트폰의 카메라를 이용한 전리 방사선의 광량 검출 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 광량 산출 단계에서 상기 픽셀에서 감지된 밝기량은, 적어도 R값, G값, B값, RGB의 평균값, Gray값, RGB 컬러 정보를 휘도값(Y)과 색차값(U,V)으로 표시하는 YUV 방식에서 휘도값(Y) 및 이들의 조합 중 어느 하나를 선택하여 이루어지는, 스마트폰의 카메라를 이용한 전리 방사선의 광량 검출 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 대역의 수광량은 상기 총반응량과 선형적 함수 관계인, 스마트폰의 카메라를 이용한 전리 방사선의 광량 검출 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 필터링 단계 이후에,
필터링된 상기 제 1 대역의 빛을 섬광결정으로 광변환시키고, 광변환된 변환광을 상기 스마트폰의 상기 카메라로 유도하는 광변환 단계;
를 더 포함하는, 스마트폰의 카메라를 이용한 전리 방사선의 광량 검출 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 광변환 단계에서,
상기 섬광결정은 내인성 방사능이 없는 Gd₃Al₂Ga₃O₁₂:Ce(GAGG:Ce) 성분을 포함하고,
상기 섬광결정과 상기 카메라 사이에 전반사를 줄이는 섬광빛의 수집 효율을 증가시키는 광그리즈, 광가이드, 아크릴판, 렌즈, 및 확대경 중 어느 하나 이상을 선택하여 설치하는, 스마트폰의 카메라를 이용한 전리 방사선의 광량 검출 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 광량 산출 단계 이전에,
상기 제 1 대역의 빛이 조사되지 않는 평상시 상기 픽셀의 잡음 수준을 측정하여 상기 최소 밝기 기준치를 설정하는 기준치 설정 단계;
를 더 포함하는, 스마트폰의 카메라를 이용한 전리 방사선의 광량 검출 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 기준치 설정 단계는, 상기 스마트폰의 상기 카메라를 동영상 모드로 설정하여 동영상 정보를 생성하고, 기준 시간 동안 상기 픽셀에서 발생된 적어도 R값, G값, B값, RGB의 평균값, Gray값, RGB 컬러 정보를 휘도값(Y)과 색차값(U,V)으로 표시하는 YUV 방식에서 휘도값(Y) 및 이들의 조합 중 어느 하나를 선택하여 이루어지는 잡음값의 평균값과 표준편차값을 구하고, 정규 분포에서 99퍼센트 신뢰구간의 상한값에 해당하는 값 또는 상기 평균값에 표준편차값의 3배를 합한 값을 상기 최소 밝기 기준치로 설정하는, 스마트폰의 카메라를 이용한 전리 방사선의 광량 검출 방법.
제 1 항 내지 제 9 항의 스마트폰의 카메라를 이용한 전리 방사선의 광량 검출 방법을 수행할 수 있는 스마트폰.