KR20230120384A - 감마선 영상처리 시스템 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 감마선 영상처리 시스템에 관한 것으로, 영상을 촬영하여 실시간 영상을 획득하는 카메라 유닛; 상기 촬영되는 물체에서 방출하는 감마선을 검출하는 감마선 검출부; 상기 검출된 감마선의 데이터 및 이미지 처리 신호와 상기 실시간 영상 데이터에 통합하여 감마선 표시 영상으로 처리하는 감마선 영상 통합처리부; 및 상기 감마선 표시 영상을 표시하는 디스플레이부를 포함한다.

Description

감마선 영상처리 시스템 및 방법{Gamma ray image processing system and method}
본 발명은 감마선 영상처리 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 감마선의 소스텀을 원거리에서 탐지하고, 이를 시각화하여 핫스팟 오염 및 선량을 정량화하는 감마선 영상처리 시스템 및 방법에 관한 것이다.
최근 원자력 및 감마선 안전에 대한 관심이 증대됨에 따라, 방사성 오염을 단시간에 정확하게 탐지해내는 기술의 필요성이 높아지고 있다. 방사성 오염 탐지 기술 중 하나인 콤프턴 영상 기법은 고에너지 감마선의 탐지 능력이 우수하여 원자력 발전 시설 및 방사성 폐기물 등에 존재하는 방사성 동위원소인 세슘(134Cs,137Cs)이나 코발트(60Co) 등의 분포를 삼차원적으로 영상화할 수 있다는 이점을 갖는다.
콤프턴 영상 기법을 활용한 영상장비인 콤프턴 카메라는 상기 감마선의 반응 위치와 에너지 정보를 동시에 획득할 수 있는 위치 민감형 검출기를 포함한다. 콤프턴 카메라는 위치 민감형 검출기에서 감마선이 콤프턴 산란 반응을 거친 뒤 연이어 광전흡수 반응을 일으킨 경우를 선택적으로 취하고, 각 반응에서의 반응 위치 및 에너지 정보를 물리적 특성에 따라 연산하면, 감마선이 방출된 위치를 특정한 원뿔면으로 제한할 수 있다. 이러한 원뿔면은 상술한 일련의 반응마다 한 개씩 얻어지며, 이를 지속적인 측정을 통해 여러 개 얻어 영상공간상에서 중첩 시키면 감마선을 방출한 방사성 오염의 위치를 알아낼 수 있다.
그러나 현재의 콤프턴 카메라의 관련 기술은 방사성 오염의 위치 정보와 핵종 정보만을 제공할 수 있으며, 방사성 오염의 세기 정보인 방사능 정보를 정량적으로 추정하지 못한다는 한계가 있다.
한편, 방사능 정보의 추정을 위해, 물리적 시준기 기반의 영상 장비 시스템과 영상기능이 없는 방사능 계측기가 개발된 바 있으나, 물리적 시준기 기반의 영상 장비 시스템은 고에너지 감마선을 방출하는 방사성 동위원소(134Cs, 137Cs, 60Co)의 탐지시 콤프턴 카메라에 비해 측정 효율 및 해상도에서 성능이 떨어지는 한계가 있고, 영상기능이 없는 방사능 계측기는 오염위치를 이미 정확히 알고 있는 상태에서 시료를 채취하는 파괴적/침습적 방법을 통해서만 적용 가능하다는 한계가 있다.
또한, 방사능 누출 관련 사고나 원자력발전소의 해체작업 시, 방사성 물질의 오염 정도와 오염원의 정확한 위치 정보를 파악하기 위해서 작업자는 현장에 직접 투입되어 휴대용 감마선 계측기로 측정해야 한다.
이때, 작업자는 상당한 시간 방사능 피폭에 노출되게 되며, 협소한 작업 현장 때문에 많은 인력 소요와 높은 비용이 필연적으로 발생하게 된다. 작업현장에서 현재 사용하고 있는 감마선 감시기나 계측기는 측정된 선량에 대한 단순 수치정보만을 제공하기 때문에 방사성물질의 오염상태에 대한 원인 파악과 오염원의 정확한 위치정보를 파악하는 것이 어려운 상태이다.
그러므로 컴퓨터에 저장되어 있는 연산 프로그램 소프트웨어로 방사성 물질의 반응위치를 계산하여 감마선 영상으로 만든 후 이 영상을 시각적 광학카메라 영상과 융합하여 컴퓨터 모니터에서 육안으로 확인할 수 있고, 감마선 선량의 수치정보 뿐 아니라 방사성 물질에 대해서 원거리에 떨어진 위치정보를 시각적으로 제공하므로 방사성 물질의 위험으로부터 작업자나 일반인의 안전을 도모하는데 도움을 줄 수 있는 감마선 영상과 시각적 광학카메라 영상을 융합하는 영상장치의 개발이 절실히 요구되고 있는 실정이다.
상술한 문제를 해결하고자 하는 본 발명의 과제는 다음과 같다.
첫째, 본 발명은 방사능 물질의 유출을 대비한 모니터링 시스템 구축하고, 방사능 오염 발생시, 측정하는 작업자의 불필요한 감마선 피폭 저감시키고, 핫스팟의 감마선 수치를 정량화할 수 있는 낮은 단가의 감마선 영상처리 시스템 및 방법을 제공하는 과제로 한다.
둘째, 본 발명은 원전 폐로 및 폐기물 처리과정에서 감마선의 소스텀을 원거리에서 탐지하고, 이를 시각화하여 핫스팟 오염 및 선량을 정량화하는 휴대용 감마선 영상처리 시스템 및 방법을 제공하는 과제로 한다.
셋째, 본 발명은 감마선 영상 데이터의 취득 및 저장과 분석 기능, 감마선 스펙트럼의 획득 및 분석 기능 등을 영상장치에서 구현할 수 있는 방사선 또는 감마선 영상과 시각적 광학카메라 영상을 융합하는 감마선 영상처리 시스템 및 방법을 제공하는 과제로 한다.
상술한 과제를 해결하는 본 발명의 제1 특징은, 영상을 촬영하여 실시간 영상을 획득하는 카메라 유닛; 상기 촬영되는 물체에서 방출하는 감마선을 검출하는 감마선 검출부; 상기 검출된 감마선의 데이터 및 이미지 처리 신호와 상기 실시간 영상 데이터에 통합하여 감마선 표시 영상으로 처리하는 감마선 영상 통합처리부; 및 상기 감마선 표시 영상을 표시하는 디스플레이부를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 감마선 영상 통합처리부로부터 수신받은 감마선 영상 데이터를 저장하고, 상기 감마선 검출부에서 검출한 감마선 검출 데이터를 기반으로 몬테카를로(Monte Carlo) 시뮬레이션을 이용하여 감마선 영상의 성능을 예측하고, 최적 인자를 도출하여 상술한 영상 통합처리부로 피드백하는 중앙서버를 더 포함하는 것일 수 있다.
또한, 상기 감마선 검출부는, 카메라 유닛에서 촬영되는 물체에서 방출하는 감마선을 측정하는 CZT 센서와, 측정된 감마선 신호를 처리하는 감마선 검출회로(CZT detector ASIC)를 포함하는 것일 수 있다.
또한, 상기 감마선 영상 통합처리부는, 상기 감마선 검출부에서 컴프턴 이미지 처리기술을 이용하여 감마선이 검출되는 핫스팟(hot spot) 정량화하고 스펙트럼 이미지 처리하여 상기 카메라 유닛에서 획득한 실시간 영상과 통합하여 감마선 표시 영상으로 처리하는 것일 수 있다.
그리고, 본 발명의 제2 특징은, 감마선 영상처리 시스템을 이용하는 것으로, (a) 카메라 유닛이 촬영하여 실시간 영상을 획득하는 단계; (b) 감마선 검출부가 상기 촬영되는 물체에서 방출하는 감마선을 검출하는 단계; (c) 감마선 영상 통합 처리부가 상기 검출된 감마선의 데이터 및 이미지 처리 신호와 상기 실시간 영상 데이터에 통합하여 감마선 표시 영상으로 처리하는 단계; 및 (d) 상기 디스플레이부가 상기 처리된 감마선 표시 영상을 표시하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 상기 감마선 표시 영상을 표시하는 디스플레이부를 포함할 수 있다.
여기서, 시스템과 네트워크로 연결된 중앙서버가 상기 감마선 영상 통합처리부로부터 수신받은 감마선 영상 데이터를 저장하는 단계를 더 포함하는 것일 수 있다.
상술한 과제를 해결하는 본 발명의 효과는 다음과 같다.
첫째, 본 발명은 원전 폐로 및 폐기물 처리과정에서 감마선의 소스텀을 원거리에서 탐지하고, 이를 시각화하여 핫스팟 오염 및 선량을 정량화하는 휴대용 감마선 영상처리 시스템 및 방법을 제공한다.
둘째, 본 발명은 광학 카메라 유닛으로부터 획득한 실시간 영상과 CZT 검출기와 같은 감마선 반도체 검출기로를 통해 컴프턴 영성 처리기술을 이용하여 획득한 두 가지 영상을 융합하여 실제 감마선이 방출되는 소스의 위치가 실시간으로 정확히 표현되고, 영상 재구성용 소프트웨어 프로그램을 통해 감마선 영상 데이터의 취득 및 저장과 분석 기능, 감마선 스펙트럼의 획득 및 분석 기능, 측정 영상 송출 기능, 시간별 / 감마선량별 정보 취득 및 저장과 분석 기능, 화면녹화 기능, 스크린 샷 기능, 영상장치와 측정 대상체 간의 거리 표시 기능, 영상장치 회전 기능을 영상장치에서 구현할 수 있는 방사선 또는 감마선 영상과 시각적 광학카메라 영상을 융합하는 감마선 영상처리 시스템 및 방법을 제공한다.
셋째, 본 발명은 감마선 산란 순서를 몬테카를로 시뮬레이션을 이용하여 미리 결정하여 컴프턴 산란각의 정확도가 향상되어 해상도 저하 문제를 해결하고, 다양한 최적 인자를 미리 획득하여 다양한 정보 및 높은 퀄리티를 갖는 실시간 영상 및 감마선 스펙트럼의 통합 영상처리에 적용할 수 있는 감마선 영상처리 시스템 및 방법을 제공한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 다른 감마선 영상처리 시스템의 블록 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 감마선 영상처리 시스템의 구성요소 결합 모식도이다.
도 3은 콤프턴 산란을 통해 감마선 소스의 위치를 찾는 컴프턴 카메라의 원리를 설명한 모식도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 감마선 검출 영상 처리방법의 흐름을 나타낸 모식도를 도시한다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미하며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 "약", "실질적으로" 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본 발명의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다. 본 발명의 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 "~(하는) 단계" 또는 "~의 단계"는 "~ 를 위한 단계"를 의미하지 않는다.
본 명세서에 있어서 '부(部)'란, 하드웨어에 의해 실현되는 유닛(unit), 소프트웨어에 의해 실현되는 유닛, 양방을 이용하여 실현되는 유닛을 포함한다. 또한, 1개의 유닛이 2개 이상의 하드웨어를 이용하여 실현되어도 되고, 2개 이상의 유닛이 1개의 하드웨어에 의해 실현되어도 된다.
본 명세서에 있어서 단말, 장치 또는 디바이스가 수행하는 것으로 기술된 동작이나 기능 중 일부는 해당 단말, 장치 또는 디바이스와 연결된 서버에서 대신 수행될 수도 있다. 이와 마찬가지로, 서버가 수행하는 것으로 기술된 동작이나 기능 중 일부도 해당 서버와 연결된 단말, 장치 또는 디바이스에서 수행될 수도 있다.
이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 다른 감마선 영상처리 시스템의 블록 구성을 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 감마선 영상처리 시스템의 구성요소 결합 모식도이다.
도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 감마선 영상처리 시스템(100)은, 영상을 촬영하여 실시간 영상을 획득하는 카메라 유닛(110); 상기 촬영되는 물체에서 방출하는 감마선을 검출하는 감마선 검출부(120); 상기 검출된 감마선의 데이터 및 이미지 처리 신호와 상기 실시간 영상 데이터에 통합하여 감마선 표시 영상으로 처리하는 감마선 영상 통합처리부(130); 및 상기 감마선 표시 영상을 표시하는 디스플레이부(150)를 포함하여 구성될 수 있다. 또한 촬영하는 대상체와의 거리를 정밀하게 측정하기 위한 레이저 거리측정기와, 감마선 영상 통합처리부(130)에서 생성된 영상 처리 데이터를 외부의 중앙서버(200)와 네트워크를 통신할 수 있는 통신장치(160)를 더 구비할 수 있으며, 이와 같은 감마선 영상처리 시스템은 휴대용으로 편리하게 이용할 수 있도록 하나의 일체화된 카메라 장치로 구성할 수 있다.
이와 같이 본 발명은 일반적인 카메라 유닛(110)을 통해 실시간으로 촬영된 영상에서 나타나는 감마선 방출 대상체에 컴프턴 영상 이미지를 통합하여 영상화할 수 있는 시스템을 제공함으로써, 원전 폐로 및 폐기물 등의 처리과정에서 감마선의 소스텀을 원거리에서 탐지하고, 이를 시각화하여 핫스팟 오염 및 선량을 정량화하는 휴대용 감마선 영상처리 시스템(100)을 제공한다.
여기서 카메라 유닛(110)은 대상체에 반사되는 빛을 수집하는 렌드모듈과 수집된 빛을 이미지 데이터로 변환하는 이미지 센서 모듈을 포함하여 구성될 수 있다. 이미지 센서는 빛을 전기적 신호로 바꿔주는 반도체로 휴대폰 카메라, 디지털 카메라 등의 주요 부품이며, 영상을 디지털 신호로 생성해 내는 영상 촬영 소자로 제작공정과 응용방식에 따라 CCD 센서와 CMOS 센서일 수 있다. CCD는 화상 품질을 극대화시킬 수 있는 방향으로 제조 공정을 채용하여 고가의 디지털 카메라 등에 주로 사용되고 있으며, CMOS는 비교적 단순한 제조 공정으로 원가가 상대적으로 저렴하고 크기가 작아 휴대용 카메라 모듈에 유용할 수 있다. 그 외에도 대상체를 실시간으로 영상을 촬영하고 디지털 신호로 생성하여 획득할 수 있는 디바이소 소자이면 모두 가능하다.
그리고, 감마선 검출부(120)는 쵤영되는 대상체에서 발생하는 감마선을 검출하는 검출기를 구비하는 모듈로서 CZT 검출기(121)와 검출된 감마선 신호를 처리하는 감마선 검출회로(123)를 포함하여 구비될 수 있다. CZT 검출기(121)는 Cadmium Zinc Telluride(CdxZn1-xTe, 일반적으로 Cd0 . 9Zn0 . 1Te)로 구성된 반도체 검출기로, 의료영상진단기기, 포터블 센서, 액체 수위 측정, 감마선 분광기, X-ray 이미지 등 다양한 분야에서 사용되고 있다. 복합적 반도체 소자인 CZT는 원자량이 커 광전효과가 잘 일어나고 밀도 및 에너지 밴드 갭이 넓어 엑스선이나 감마선을 검출하기에 좋은 물리적 특징을 가진다. 특히 상온에서 냉각장치 없이 사용 할 수 있어 HPGe보다 휴대성이 크게 향상된 장점이 있다.
또한, 감마선 검출회로(123)는 CZT 센서로부터 검출된 감마선 신호를 처리하는 회로로서, 감마선 피폭 선량, 선량률 등의 감마선 검출 신호를 처리하여 감마선 영상 통합처리부(130)로 전달하는 기능을 수행한다.
CZT 센서와 같은 반도체형 감마선 검출기에 조사된 감마선 신호는 수 [nA] 정도로 매우 미약하며, 자기장 및 빛의 차단은 필수적이다. 또한 노이즈(noise) 마진이 작아야 원하는 신호 검출이 가능한데, 기존의 능동형 전자선량계가 소형화되고, 저소비전력화 되고 있으며, 이를 실현 시키기 위해서는 상용의 연산증폭기 및 수동소자를 이용하여 구성하기에 한계가 있었다.
이에 본 발명의 실시예에서는 CZT 센서 등에 감마선의 조사로 감마선 검출기로부터 발생한 미약한 수 [nA]의 전류펄스를 측정하기 위한 전치증폭기와 정형화된 펄스파형을 출력하는 성형증폭기를 하나의 칩셋(chipset)으로 구현하는 ASIC 회로로서 감마선 검출회로(123)(CZT detector ASIC)를 사용한다.
그리고, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 감마선 영상 통합처리부(130)는, 상기 감마선 검출부(120)의 컴프턴 이미지 처리기술을 이용하여, 감마선 영상 통합처리부(130)가 감마선이 검출되는 핫스팟(hot spot)을 정량화하고 스펙트럼 이미지 처리하여 상기 카메라 유닛(110)에서 획득한 실시간 영상과 통합하여 감마선 표시 영상으로 처리하는 것일 수 있다.
도 3은 콤프턴 산란을 통해 감마선 소스의 위치를 찾는 컴프턴 카메라의 원리를 설명한 모식도이다. 도 3의 (a)는 감마선 스펙트럼 정보 기반의 선량을 결정하는 원리의 모식도이고, 도 3의 (b)는 컴프턴 카메라 유닛(110)의 감마선 소스의 위치 추적 원리의 모식도이다.
컴프턴 산란은 Arthur Holly Compton이 1923년 발견한 효과로, 입사하는 높은 에너지의 광자가 정지해 있는 전자와 충돌하여 흡사 입자의 에너지를 잃어버리는 2차원 비탄성 충돌과 같은 충돌 과정이다. 이때 충돌 전의 광자와 충돌 후의 광자와 전자 사이에는 일정한 관계가 성립하게 된다.
도 3에 도시된 바와 같이, 컴프턴 산란이 이루어진 위치의 정보, 충돌이 일어난 후의 광자의 운동 에너지와 위치정보, 충돌과정에서 에너지를 얻은 전자의 운동 에너지의 정보를 가지고 충돌 전의 광자가 어디서부터 온 것인지 그 소스(source)의 위치를 역으로 추적할 수 있다.
즉, 도 3의 (b)에 도시된 바와 같이, 산란 위치 정보를 얻기 위해 산란부 검출기를 두고 산란 위치 정보와 충돌 후의 전자의 운동 에너지 정보까지 얻는다. 산란이 일어난 후의 광자의 위치와 운동 에너지 정보를 얻기 위해 흡수부 검출기를 위치시키며 이 흡수부 검출기에서 광자는 광전효과에 의해 완전히 흡수되는 과정을 겪게 된다. 이렇게 얻어진 위치 정보와 운동 에너지정보를 컴프턴 산란 식에 대입하게 되면 산란각을 얻을 수 있게 되고 이 산란 각과 산란 위치를 중심으로 하나의 콘(cone) 모양을 그릴 수 있고 그 콘(cone) 표면 중 한곳에 광자의 소스(source)가 위치한다고 예상할 수 있다. 이와 같은 방식으로 산란부와 흡수부에 방사선 또는 감마선 검출기를 위치시켜 각각에서의 위치정보와 운동에너지 정보를 획득하여 감마선 소스(source)의 위치를 이미지화 시키는 장치가 바로 컴프턴 카메라이다.
이와 같이 컴프턴 카메라 유닛(110)을 이용한 콤프턴 이미지 처리기술은 감마선의 반응 위치와 에너지 정보를 동시에 획득할 수 있는 위치 민감형 검출기를 포함할 수 있고, 위치 민감형 검출기에서 감마선이 콤프턴 산란 반응을 거친 뒤 연이어 광전흡수 반응을 일으킨 경우를 선택적으로 취하고, 각 반응에서의 반응 위치 및 에너지 정보를 물리적 특성에 따라 연산하면, 감마선이 방출된 위치를 특정한 원뿔면으로 제한할 수 있다. 이러한 원뿔면은 상술한 일련의 반응마다 한 개씩 얻어지며, 이를 지속적인 측정을 통해 여러 개 얻어 영상공간상에서 중첩 시키면 감마선을 방출한 방사성 오염의 위치를 알아낼 수 있다.
그러나, 컴프턴 이미지 처리기술은 방사성 오염의 위치 정보와 핵종 정보만을 제공할 수 있으며, 방사성 오염의 세기 정보인 방사능 정보를 정량적으로 추정하지 못한다는 한계가 있다. 이를 개선하기 위해 본 발명의 실시예에서는 감마선 검출기로서 CZT 검출기(121)를 이용하고, 감마선 영상 통합처리부(130)에 설치된 연산 프로그램 소프트웨어로 방사성 물질의 반응위치를 계산하여 감마선의 스렉트럼 이미지로 만든 후, 이 영상을 시각적 광학카메라 영상과 융합하여 컴퓨터 모니터에서 육안으로 확인할 수 있는 감마선 영상과 시각적 광학카메라 영상을 융합하여, 감마선의 소스텀을 원거리에서 탐지하고, 이를 시각화하여 핫스팟 오염 및 선량을 정량화하는 휴대용 감마선 영상처리 시스템(100)을 제공한다.
본 발명의 실시예에 적용되는 CZT 검출기(121)의 에너지 분해능은 고 순도 게르마늄 검출기에 미치지 못하지만 검출효율이 우수하며 액체 질소를 이용한 극저온 냉각이 필요 없이 상온에서 사용 가능한 반도체 검출기라는 장점이 있지만, 위치 민감형(Position sensitive)으로 개발되는 픽셀형 CZT 검출기(121)는 검출기 내에서의 다중 산란에 의한 영상 해상도 저하 민 영상 감도 저하의 문제가 있다. 따라서 본 발명의 실시예에서는 감마선 산란 순서를 몬테카를로 시뮬레이션을 이용하여 미리 결정하여 컴프턴 산란각의 정확도가 향상되어 해상도 저하 문제를 해결할 수 있다. 이밖에도 몬테카를로(Monte carlo) 시뮬레이션을 이용하여 다양한 최적 인자를 미리 획득하여 실시간 영상 및 감마선 스펙트럼의 통합 영상처리에 적용할 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 감마선 검출 영상 처리방법의 흐름을 나타낸 모식도를 도시한다.
도 4에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 감마선 검출 영상 처리방법은, 도 1의 감마선 검출 영상 처리 시스템을 이용하는 것으로, (a) 카메라 유닛(110)이 촬영하여 실시간 영상을 획득하는 단계(S100); (b) 감마선 검출부(120)가 상기 촬영되는 물체에서 방출하는 감마선을 검출하는 단계(S200); (c) 감마선 영상 통합 처리부가 상기 검출된 감마선의 데이터 및 이미지 처리 신호와 상기 실시간 영상 데이터에 통합하여 감마선 표시 영상으로 처리하는 단계(S400); 및 (d) 상기 디스플레이부(150)가 상기 처리된 감마선 표시 영상을 표시하는 단계(S500)를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 (c) 단계는(S400), 상기 감마선 영상 통합처리부(130)가, 상기 감마선 검출부(120)에서 컴프턴 이미지 처리기술을 이용하여 감마선이 검출되는 핫스팟(hot spot) 정량화하고 스펙트럼 이미지 처리하여 상기 카메라 유닛(110)에서 획득한 실시간 영상과 통합하여 감마선 표시 영상으로 처리하는 단계를 포함하는 것일 수 있다.
이하에서 보다 구체적으로 CZT 검출기(121) 및 컴프턴 영상 처리 기술을 이용한 방산선 영상 처리방법을 설명한다.
카메라 유닛(110)으로 확인하고자 하는 장소 또는 대상체의 영상을 실시간으로 촬영하고, 촬영된 영상을 처리하여 감마선 영상 통합처리부(130)가 수신받고, 감마선 검출기를 이용하여 감마선에 의한 콤프턴 산란 반응 정보와 광전흡수 반응 정보를 상기 촬영되는 영상의 대상체로부터 검출하고 획득한 후, 3차원 영상 정보를 생성한다.
그리고, 감마선 표시 영상 처리 단계(S400)는 반응 정보들 중 방사성 오염 의심 지역에서 방출된 상기 감마선에 의한 반응 정보만을 선택하는 단계와, 상기 방사성 오염 의심 지역에서 방출된 상기 감마선에 의한 반응 정보의 에너지 정보를 합하여 상기 삼차원 영상 정보 중 오염 의심 지점에 대한 영상 지점별 에너지 스펙트럼을 얻는 단계와, 상기 영상 지점별 에너지 스펙트럼에서 상기 감마선의 전 에너지 피크 영역의 계수치를 구하는 단계와, 그리고 상기 감마선의 전 에너지 피크 영역의 계수치를 이용하여 상기 오염 의심 지점의 방사능 추정치와 불확도값을 계산하는 단계를 포함할 수 있다.
여기서, 3차원 영상정보는 카메라 유닛(110)을 통해 획득한 실시간 영상 데이터와 CZT 검출기(121)를 구비하는 감마선 검출부(120)로부터 획득한 정보를 획득하여 감마선의 반응 위치 정보와 에너지 정보를 동시에 획득하고 통합하여 생성한 영상정보를 의미한다. CZT 검출기(121)는 위치 픽셀 형태로 구비되는 두개의 제1 위치 민감형 검출기와 제2 위치 민감형 검출기를 구비할 수 있는데, 감마선은 제1 위치 민감형 검출기에서 콤프턴 산란 반응을 거친 뒤 연이어 제2 위치민감형 검출기에서 광전흡수 반응을 일으킨다. CZT 검출기(121)는 제1 위치 민감형 검출기에서 콤프턴 산란 반응이 발생된 반응 위치 정보(P1)와 에너지 정보(E1)를 획득하고, 제2 위치 민감형 검출기에서 광전흡수 반응이 발생된 반응 위치 정보(P2)와 에너지 정보(E2)를 획득한다. 감마선 영상 통합처리부(130)는 상기 콤프턴 산란 반응과 상기 광전흡수 반응에서의 반응 위치 정보(P1, P2)와 에너지 정보(E1, E2)를 감마선의 콤프턴 산란 시 물리적 특성에 따라 연산하여, 감마선이 방출된 위치를 특정한 원뿔면으로 제한할 수 있다. 상기 원뿔면은 상기 콤프턴 산란반응에서 상기 광전흡수 반응으로 이어지는 일련의 반응마다 한 개씩 얻어지는데, 감마선 영상 통합처리부(130)는 감마선의 측정 시간(t) 동안 지속적인 측정을 통해 얻어진 여러 개의 원뿔면들을 영상공간상에서 중첩시켜 3차원 영상 정보를 생성하고, 감마선을 방출한 감마선원의 위치 정보를 알아낼 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 감마선 영상 처리방법은 감마선 영상처리 시스템(100)과 네트워크를 통해 연결된 중앙서버(160)가 감마선 영상 통합처리부(130)로부터 수신받은 감마선 영상 데이터를 저장하고, 상기 감마선 검출부(120)에서 검출한 감마선 검출 데이터를 기반으로 몬테카를로(Monte Carlo) 시뮬레이션을 이용하여 감마선 영상의 성능을 예측하고, 최적 인자를 도출하여 상술한 영상 통합처리부로 피드백하는 단계(S300)를 더 포함할 수 있는데, 전술한 CZT 검출기(121) 내의 다중산란에 의한 영상 해상도 저하 및 영상 감도 저하 문제를 해결하고자 외부의 PC 또는 서버 등을 통해 몬테카를로(Monte Carlo) 시뮬레이션을 이용해서 감마선 산라 순서 등의 최적 인자를 획득하고, 이를 감마선 영상 통합처리부(130)에 피드백하여 컴프턴 산란각의 정확도가 향상되어 해상도 저하 문제를 해결할 수 있는 감마선 영상처리 시스템(100) 및 방법을 제공할 수 있다. 또한, 네트워크를 이용하지 않고, 상기 감마선 영상 통합처리부와 유선 또는 무선으로 연결된 컴퓨팅 단말기에 의해 상술한 몬테카를로 시뮬레이션을 이용해 최적인자를 획득하고 피드백시켜 감마선 영상 처리에 적용하는 것도 가능하다.
그리고, 반응 정보들 중 방사성 오염 의심 지역에서 방출된 상기 감마선에 의한 반응 정보와 실제 촬영된 영상정보를 합하여 3차원 영상 정보 중 오염 의심 지점에 대한 영상 지점별 에너지 스펙트럼 정보를 산출 및 획득한 후 영상에서 색상으로 구분되어 표시되는 영상으로 나타낼 수 있다.
즉, 본 발명의 실시예에 따른 감마선 검출 영상 처리방법은, 카메라 유닛(110)이 실시간으로 대상체를 촬영한 영상 데이터와, 감마선 검출부(120)에서 검출한 검출 데이터를 상기 감마선 영상 통합처리부(130)가 컴프턴 이미지 처리기술을 이용하여 감마선 검출부(120)를 통해 검출된 감마선 핫스팟(hot spot)을 정량화하고 스펙트럼 이미지 처리하여 카메라 유닛(110)에서 획득한 실시간 영상과 통합하여 감마선 표시 영상으로 처리하는 방법을 제공한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 감마선 검출 영상 처리방법은, 컴퓨팅 단말기에 기본적으로 설치된 애플리케이션(이는 단말기에 기본적으로 탑재된 플랫폼이나 운영체제 등에 포함된 프로그램을 포함할 수 있음)에 의해 실행될 수 있다. 이러한 의미에서, 컴퓨팅 단말기에 기본적으로 설치되거나 사용자에 의해 직접 설치된 애플리케이션(즉, 프로그램)으로 구현되고 단말기에 등의 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 기록될 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 감마선 영상처리 시스템
110: 카메라 유닛
120: 감마선 검출부
130: 감마선 영상 통합처리부
140: 레이저 거리 측정기
150: 디스플레이부
160: 통신장치
200: 중앙서버

Claims (6)

  1. 영상을 촬영하여 실시간 영상을 획득하는 카메라 유닛;
    상기 촬영되는 물체에서 방출하는 감마선을 검출하는 감마선 검출부;
    상기 검출된 감마선의 데이터 및 이미지 처리 신호와 상기 실시간 영상 데이터에 통합하여 감마선 표시 영상으로 처리하는 감마선 영상 통합처리부; 및
    상기 감마선 표시 영상을 표시하는 디스플레이부를 포함하는 것을 특징으로 하는 감마선 영상처리 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 감마선 영상 통합처리부로부터 수신받은 감마선 영상 데이터를 저장하고, 상기 감마선 검출부에서 검출한 감마선 검출 데이터를 기반으로 몬테카를로(Monte Carlo) 시뮬레이션을 이용하여 감마선 영상의 성능을 예측하고, 최적 인자를 도출하여 상술한 영상 통합처리부로 피드백하는 중앙서버를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 감마선 영상처리 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 감마선 검출부는,
    카메라 유닛에서 촬영되는 물체에서 방출하는 감마선을 측정하는 CZT 센서와,
    측정된 감마선 신호를 처리하는 감마선 검출회로(CZT detector ASIC)를 포함하는 것을 특징으로 하는 감마선 영상처리 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 감마선 영상 통합처리부는,
    상기 감마선 검출부에서 컴프턴 이미지 처리기술을 이용하여 감마선이 검출되는 핫스팟(hot spot) 정량화하고 스펙트럼 이미지 처리하여 상기 카메라 유닛에서 획득한 실시간 영상과 통합하여 감마선 표시 영상으로 처리하는 것을 특징으로 하는 감마선 영상처리 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    (a) 카메라 유닛이 촬영하여 실시간 영상을 획득하는 단계;
    (b) 감마선 검출부가 상기 촬영되는 물체에서 방출하는 감마선을 검출하는 단계;
    (c) 감마선 영상 통합 처리부가 상기 검출된 감마선의 데이터 및 이미지 처리 신호와 상기 실시간 영상 데이터에 통합하여 감마선 표시 영상으로 처리하는 단계; 및
    (d) 상기 디스플레이부가 상기 처리된 감마선 표시 영상을 표시하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 상기 감마선 표시 영상을 표시하는 디스플레이부를 포함하는 것을 특징으로 하는 감마선 검출 영상 처리방법.
  6. 제5항에 있어서,
    시스템과 네트워크로 연결된 중앙서버가 상기 감마선 영상 통합처리부로부터 수신받은 감마선 영상 데이터를 저장하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 감마선 검출 영상 처리방법.
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