RU2140092C1

RU2140092C1 - Gear recording form and spatial position of sources of ionizing radiation

Info

Publication number: RU2140092C1
Application number: RU98114139A
Authority: RU
Inventors: З.А. Альбиков; Л.С. Жмулев; О.Б. Козлов
Original assignee: Научно-исследовательский институт импульсной техники
Priority date: 1998-07-22
Filing date: 1998-07-22
Publication date: 1999-10-20

Abstract

FIELD: real-time remote control over radioactive and optical objects, including low-intensity ones. SUBSTANCE: invention is intended for realization of counting mode of recording of photons of recorded radiation and for usage of updated position-sensitive detector-CCD matrix with simultaneous exclusion of its possible disadvantages related to dark current, that is, clearing of cells of CCD matrix from dark currents. EFFECT: diminished geometrical distortions of recording of form of source and increased sensitivity with provision of wide dynamic range of recording. 3 dwg

Description

Изобретение относится к области технической физики и может быть использовано для дистанционного контроля в реальном времени радиоактивных и оптических объектов, в том числе и объектов малой активности. The invention relates to the field of technical physics and can be used for real-time remote monitoring of radioactive and optical objects, including objects of low activity.

Известны устройства для локализации радиоактивных источников с использованием камеры - обскуры [1, 2]. В них в камере, стенки которой образуют защитный экран от излучений, напротив обскуры после оптического затвора, прозрачного для излучения источников, размещается пленка. Изображение радиоактивных источников, создаваемое обскурой, регистрируется сначала на пленке, чувствительной к видимому свету из зоны, в которой находятся радиоактивные источники. После проявления и наложения этих пленок источники излучения могут быть локализованы в окружающей среде. Известны также устройства для локализации радиоактивных источников в реальном времени, например, описанные в патентах США [3, 4]. Known devices for the localization of radioactive sources using a camera - pinhole [1, 2]. In them in the chamber, the walls of which form a protective shield against radiation, a film is placed opposite the pinhole after the optical shutter, which is transparent to radiation from sources. The image of radioactive sources created by the obscura is first recorded on a film sensitive to visible light from the zone in which the radioactive sources are located. After the development and application of these films, the radiation sources can be localized in the environment. Also known devices for the localization of radioactive sources in real time, for example, described in US patents [3, 4].

Наиболее близким техническим решением является устройство [3], (патент США N 5204533, 250/361R) для определения радиоактивных источников в реальном времени, содержащее камеру - обскуру с защитным экраном, оптический затвор, аналого-цифровой преобразователь, блок управления, синхронизатор, микропроцессор. В устройстве [3] вместо пленок используется довольно сложная система регистрации изображений в реальном времени, содержащая сцинтиллятор, электронно-оптический преобразователь ЭОП, телевизионную (ТВ) камеру и средства цифровой обработки и визуализации изображений. Изображение источников в собственном излучении, создаваемое обскурой, преобразуется в сцинтилляторе в видимое изображение, которое проецируется на фотокатод ЭОП. Усиленное изображение с выходного экрана ЭОП при помощи ТВ камеры преобразуется в электрический сигнал, который передается на расстояние и обрабатывается. Оптическое изображение источников при открытом затворе через прозрачный в оптическом диапазоне длин волн сцинтиллятор формируется обскурой на фотокатоде ЭОП. Последующие преобразования этого изображения и передача электрического сигнала аналогичны описанным выше. Изображения после обработки могут быть наложены друг на друга и представлены на экране видеоконтрольного устройства. The closest technical solution is a device [3], (US patent N 5204533, 250 / 361R) for determining radioactive sources in real time, containing a pinhole camera with a protective screen, an optical shutter, an analog-to-digital converter, a control unit, a synchronizer, a microprocessor . Instead of films, the device [3] uses a rather complex real-time image recording system containing a scintillator, an electron-optical image converter, a television (TV) camera, and digital image processing and visualization tools. The image of the sources in its own radiation created by the pinhole is converted in the scintillator into a visible image, which is projected onto the photocathode of the image intensifier tube. The amplified image from the output screen of the image intensifier using a TV camera is converted into an electrical signal, which is transmitted over a distance and processed. An optical image of sources with an open shutter through a transparent scintillator in the optical wavelength range is formed by a pinhole on the image intensifier tube. Subsequent conversions of this image and transmission of an electrical signal are similar to those described above. Images after processing can be superimposed on each other and presented on the screen of a video monitoring device.

Недостатком этого устройства является многократное интегральное преобразование энергии в его блоках. В сцинтилляторе излучение источников преобразуется в световые вспышки - сцинтилляции, которые при попадании на фотокатод ЭОП преобразуются в поток электронов. Энергия электронов затем преобразуется в свечение флюоресцентного экрана ЭОП, а свечение экрана - в электрические сигналы при помощи ТВ камеры. Следствием указанных интегральных преобразований является недостаточная чувствительность устройства, а следствием электронно-оптической регистрации и телевизионной передачи изображений - их геометрические искажения. The disadvantage of this device is multiple integrated energy conversion in its blocks. In the scintillator, the radiation of the sources is converted into light flashes - scintillations, which, when they reach the photocathode, the image intensifier tubes are converted into an electron stream. The electron energy is then converted into the glow of the fluorescent screen of the image intensifier tube, and the glow of the screen is converted into electrical signals using a TV camera. The result of these integral transformations is the lack of sensitivity of the device, and the result of electron-optical recording and television transmission of images is their geometric distortion.

Устройство имеет недостаточную чувствительность к слабоинтенсивному излучению источников малой активности, обусловленную интегральным преобразованием энергии. Регулировка чувствительности осуществляется путем подбора и замены сцинтилляторов из разных материалов. При замене сцинтилляторов должны быть учтены различия их эффективности, прозрачности и толщины и качество оптического контакта. The device has insufficient sensitivity to low-intensity radiation of sources of low activity, due to the integrated conversion of energy. Sensitivity adjustment is carried out by selecting and replacing scintillators from different materials. When replacing scintillators, differences in their efficiency, transparency and thickness, and the quality of the optical contact should be taken into account.

Техническим результатом предлагаемого устройства является уменьшение геометрических искажений регистрации формы источника и повышение чувствительности при обеспечении широкого динамического диапазона регистрации. Технический результат в устройстве для регистрации формы и пространственного положения источников ионизирующего излучения, содержащем камеру-обскуру с защитным экраном, оптический затвор с управлением от микропроцессора, аналого-цифровой преобразователь, блок управления, синхронизатор, микропроцессор, достигается тем, что в устройство введена ПЗС-матрица, связанная с волоконно-оптическим преобразователем (ВОП) со сцинтилляционными волокнами, блоки запоминания цифровых массивов и обтюратор, периодически перекрывающий отверстие камеры-обскуры, и установленный таким образом, чтобы траектория движения центров отверстий обтюратора проходила вблизи центра отверстия камеры обскуры, обтюратор связан с синхронизатором, выходы которого через блок управления соединены с управляющими входами ПЗС матрицы, аналого-цифрового преобразователя и микропроцессора, информационный выход ПЗС матрицы через АЦП соединен с информационными входами микропроцессора, информационные выходы и входы которого соединены с соответствующими входами блоков запоминания массивов. The technical result of the proposed device is to reduce the geometric distortion of registration of the source shape and increase the sensitivity while providing a wide dynamic range of registration. The technical result in a device for recording the shape and spatial position of ionizing radiation sources, containing a pinhole camera with a protective screen, an optical shutter controlled by a microprocessor, an analog-to-digital converter, a control unit, a synchronizer, a microprocessor, is achieved by the fact that a CCD is introduced into the device a matrix associated with a fiber optic transducer (FOP) with scintillation fibers, memory blocks of digital arrays and a shutter periodically blocking the cam ry-pinhole, and set so that the trajectory of the centers of the openings of the obturator passes near the center of the hole of the pinhole camera, the obturator is connected to a synchronizer, the outputs of which through the control unit are connected to the control inputs of the CCD matrix, analog-to-digital converter and microprocessor, the information output of the CCD matrix through the ADC is connected to the information inputs of the microprocessor, the information outputs and inputs of which are connected to the corresponding inputs of the blocks of memory arrays.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в реализации счетного режима регистрации фотонов регистрируемого излучения и использовании более совершенного позиционно - чувствительного детектора - ПЗС матрицы - с одновременным устранением его возможных недостатков, связанных с темновым током, т.е. в очищении ячеек ПЗС матрицы от темновых зарядов. The essence of the invention lies in the implementation of the counting mode of registration of photons of the detected radiation and the use of a more advanced position-sensitive detector - CCD matrix - while eliminating its possible disadvantages associated with dark current, i.e. in cleaning the cells of the CCD matrix from dark charges.

Поскольку требуемый для обеспечения хорошего пространственного разрешения устройства размер отверстия в камере-обскуре достаточно мал, соответственно невелико и количество регистрируемых устройством в единицу времени квантов излучения. Возможность повышения чувствительности за счет увеличения времени регистрации ограничена, поскольку пропорционально времени накопления изображения в ячейках ПЗС матрицы нарастают темновые заряды, генерируемые дефектами кристаллической решетки материала ПЗС матрицы. Величина темнового сигнала, пренебрежимо малая при малых временах регистрации, с увеличением времени накопления ограничивает динамический диапазон регистрации. При достаточно большом времени накопления темновые заряды могут полностью заполнить образующие матрицу потенциальные ямы и, таким образом, привести к потере чувствительности устройства. Скорость заполнения потенциальных ям темновыми зарядами зависит от температуры материала матрицы. При большом времени регистрации температура матрицы может измениться в течение цикла регистрации, что затрудняет отделение информационного сигнала от темнового. Since the hole size required to ensure good spatial resolution of the device is small enough in the pinhole camera, the number of radiation quanta recorded by the device per unit time is correspondingly small. The possibility of increasing the sensitivity by increasing the recording time is limited, because in proportion to the time of image accumulation in the cells of the CCD matrix dark charges generated by defects in the crystal lattice of the material of the CCD matrix increase. The magnitude of the dark signal, negligibly small for short recording times, with increasing accumulation time limits the dynamic range of registration. With a sufficiently long accumulation time, dark charges can completely fill the potential wells forming the matrix and, thus, lead to a loss of sensitivity of the device. The rate of filling potential wells with dark charges depends on the temperature of the matrix material. With a long recording time, the temperature of the matrix can change during the recording cycle, which makes it difficult to separate the information signal from the dark one.

Структурная схема предлагаемого устройства представлена на фиг. 1. Возможная конструкция обтюратора показана на фиг. 2. Временные диаграммы, иллюстрирующие работу устройства, показаны на фиг 3. The block diagram of the proposed device is presented in FIG. 1. A possible shutter design is shown in FIG. 2. Timing diagrams illustrating the operation of the device shown in Fig 3.

Принятые обозначения. Источник излучения 1, камера обскура 2, обтюратор 3, ПЗС матрица 4, блок управления 5, аналого-цифровой преобразователь 6, синхронизатор 7, микропроцессор 8, блоки запоминания цифровых массивов 9, 10, 11, 12. ПЗС матрица соединена с ВОП 13 со сцинтилляционными волокнами. Оптический затвор, управляемый от микропроцессора 8, обозначен позицией 14. Блок 9 предназначен для запоминания информации, соответствующей зарядам, накопленным ПЗС матрицей от регистрируемого излучения с наложенной темновой составляющей и процесса, описанного выше (первая регистрация). Блок 10 предназначен для запоминания информации. соответствующей темновому заряду (темновой составляющей) ПЗС матрицы (вторая регистрация), блок 11 - для запоминания информации, соответствующей разности между первой и второй регистрацией, блок 12 - для запоминания информации, полученной в видимой и ближней инфракрасной области спектра. Микропроцессор 8 имеет математическое обеспечение, выполняющее функции логического управления работой устройства, а также функции математической обработки регистрируемого сигнала, вычитания темновой составляющей сигнала (определение разности между первой и второй регистрацией), поэлементного сложения информации, записанной в блоке 11, с информацией, записанной в блоке 12, и представления цифровых данных для визуализации формы и пространственного положения источников ионизирующего излучения. На видеоконтрольном устройстве или мониторе, на чертеже не представленном, можно видеть изображение формы источников ионизирующего излучения и их пространственного расположения на объекте, изображение которого фиксируется в оптическом диапазоне спектра. Accepted designations. Radiation source 1, pinhole camera 2, obturator 3, CCD matrix 4, control unit 5, analog-to-digital converter 6, synchronizer 7, microprocessor 8, memory blocks of digital arrays 9, 10, 11, 12. The CCD is connected to the VOP 13 with scintillation fibers. An optical shutter controlled by microprocessor 8 is indicated by 14. Block 9 is designed to store information corresponding to the charges accumulated by the CCD matrix from the detected radiation with the superimposed dark component and the process described above (first registration). Block 10 is designed to store information. corresponding to the dark charge (dark component) of the CCD matrix (second registration), block 11 for storing information corresponding to the difference between the first and second registration, block 12 for storing information obtained in the visible and near infrared spectral regions. The microprocessor 8 has mathematical software that performs the functions of logical control of the operation of the device, as well as the functions of mathematical processing of the recorded signal, subtracting the dark component of the signal (determining the difference between the first and second registration), elementwise addition of the information recorded in block 11 with the information recorded in the block 12, and presenting digital data to visualize the shape and spatial position of ionizing radiation sources. On a video monitoring device or monitor, not shown in the drawing, you can see an image of the shape of the ionizing radiation sources and their spatial location on the object, the image of which is recorded in the optical range of the spectrum.

Обтюратор может быть выполнен в виде закрепленного на вращающейся оси диска (см. фиг. 2) из непрозрачного для регистрируемого излучения материала с отверстиями, с электроприводом и датчиком угла поворота диска. Отверстия обтюратора расположены на одинаковом удалении от оси вращения диска в каждом из N одинаковых по размеру секторов, на которые можно условно разделить поверхность диска, за исключением, как минимум, одного сектора, в котором отверстие отсутствует (так называемый непрозрачный сектор). Для того, чтобы обеспечить совпадение центра тяжести диска с осью вращения, число непрозрачных секторов должно быть сделано четным, с диаметрально противоположным расположением каждой пары непрозрачных секторов относительно оси вращения диска. Обтюратор устанавливается таким образом, чтобы траектория движения центров отверстий обтюратора при вращении диска проходила вблизи центра отверстия камеры обскуры. Диаметр отверстия обтюратора L существенно больше диаметра отверстия обскуры M и таким образом, не влияет на разрешающую способность устройства. Расстояние между краями соседних отверстий обтюратора К меньше диаметра отверстий обтюратора L, но несколько больше диаметра отверстия обскуры M: L > K > M. The obturator can be made in the form of a material with holes that are opaque to the detected radiation and mounted on a rotating axis of the disk (see Fig. 2), with an electric drive and a disk rotation angle sensor. The obturator holes are located at the same distance from the axis of rotation of the disk in each of N sectors of equal size into which the surface of the disk can be conditionally divided, with the exception of at least one sector in which the hole is absent (the so-called opaque sector). In order to ensure that the center of gravity of the disk coincides with the axis of rotation, the number of opaque sectors must be made even, with a diametrically opposite arrangement of each pair of opaque sectors relative to the axis of rotation of the disk. The shutter is set so that the trajectory of the centers of the openings of the shutter during rotation of the disk passes near the center of the hole of the pinhole camera. The diameter of the obturator hole L is significantly larger than the diameter of the pinhole hole M and thus does not affect the resolution of the device. The distance between the edges of adjacent openings of the obturator K is less than the diameter of the openings of the obturator L, but slightly larger than the diameter of the pinhole hole M: L> K> M.

При закрытом оптическом затворе 14 в ячейках матрицы ПЗС накапливаются заряды, образующиеся при поглощении световых квантов, возникающих в материале ВОП 13 при взаимодействии с поступающим через отверстие камеры обскуры регистрируемым ионизирующим излучением, т.е. устройство регистрирует форму и пространственное положение источников ионизирующего излучения, а также может использоваться для измерения интенсивности этих источников. При открытом оптическом затворе 14, кроме того, в ячейках ПЗС матрицы накапливаются заряды, возникающие под действием поступающих через отверстие камеры - обскуры квантов видимого и ближнего инфракрасного светового излучения, полностью поглощаемых в фоточувствительном слое ПЗС-матрицы. Чувствительность ПЗС-матрицы к световому излучению существенно выше, чем к более жесткому рентгеновскому или гамма-излучению, поэтому можно считать, что при открытом оптическом затворе устройство регистрирует только оптическое изображение, фиксируемое микропроцессором в цифровом виде, т.е. устройство регистрирует форму и пространственное расположение наружных кожухов источников ионизирующего излучения и других предметов, находящихся в поле зрения устройства. При последующей программной обработке зарегистрированное изображение совмещается с изображением, полученным при закрытом оптическом затворе (т.е. с рентгеновским и тому подобным изображением источников излучения), воспроизводится на видеоконтрольном устройстве или мониторе компьютера и т.д., т.е. устройство регистрирует форму и пространственное расположение источников ионизирующего излучения, в том числе их расположение относительно оптически непрозрачных элементов конструкции самих источников, таких как ампулы, кожухи и т.п., и положение относительно других предметов, находящихся в поле зрения устройства. When the optical shutter 14 is closed, charges are accumulated in the cells of the CCD matrix, which are formed by the absorption of light quanta arising in the VOP 13 material when interacting with the detected ionizing radiation coming through the pinhole of the camera, i.e. the device registers the shape and spatial position of the sources of ionizing radiation, and can also be used to measure the intensity of these sources. With the optical shutter 14 open, in addition, charges are accumulated in the cells of the CCD matrix arising from the action of the quanta of visible and near infrared light radiation entering through the camera aperture, which are completely absorbed in the photosensitive layer of the CCD matrix. The sensitivity of the CCD to light radiation is significantly higher than to harder x-ray or gamma radiation, therefore, we can assume that when the optical shutter is open, the device registers only the optical image captured by the microprocessor in digital form, i.e. the device registers the shape and spatial arrangement of the outer casings of sources of ionizing radiation and other objects that are in the field of view of the device. In subsequent software processing, the registered image is combined with the image obtained with the optical shutter closed (i.e., with an X-ray and the like image of radiation sources), is reproduced on a video monitoring device or computer monitor, etc., i.e. the device registers the shape and spatial location of the sources of ionizing radiation, including their location relative to optically opaque structural elements of the sources themselves, such as ampoules, cases, etc., and the position relative to other objects in the field of view of the device.

Благодаря введенным блокам и связям чувствительность устройства повышается, что позволяет производить регистрацию источников ионизирующего излучения малой интенсивности, а также регистрировать оптическое изображение источников ионизирующего излучения практически без освещения. Thanks to the introduced blocks and connections, the sensitivity of the device is increased, which allows the registration of low-intensity ionizing radiation sources, as well as recording the optical image of ionizing radiation sources with almost no illumination.

Работа устройства происходит следующим образом. При вращении диска обтюратора 3 ПЗС матрица 4 периодически экспонируется регистрируемым излучением через отверстие в камере-обскуре 2. Интервалы перекрытия потока регистрируемого излучения показаны на фиг. 3а, они соответствуют T и T_LK. По сигналам синхронизатора 7 блок управления 5 подает на ПЗС матрицу 4 управляющие сигналы таким образом, что в интервале совпадения отверстия обтюратора с отверстием в камере-обскуре ПЗС матрица находится в режиме накопления зарядов, образуемых квантами регистрируемого излучения (интервалы H на фиг. 3б). В интервале перекрытия отверстия обскуры непрозрачным промежутком между отверстиями обтюратора происходит считывание накопленных в ячейках ПЗС матрицы 4 зарядов, их оцифровка аналого-цифровым преобразователем 6 и запись с помощью микропроцессора 8 полученного цифрового массива в блок запоминания 9 (интервалы C на фиг 3в). Поскольку в этих временных интервалах регистрируемое излучение на ПЗС матрицу не попадает, исключается появление "смаза" изображения при перемещении соответствующих ячейкам матрицы потенциальных ям в процессе считывания зарегистрированных сигналов. В интервале перекрытия отверстия обскуры непрозрачным сектором обтюратора в ячейках ПЗС матрицы происходит процесс накопления только темновых зарядов, поскольку регистрируемое излучение на ПЗС матрицу не попадает (интервал T на фиг. 3б).The operation of the device is as follows. When the CCD shutter disk 3 is rotated, the matrix 4 is periodically exposed by the detected radiation through the hole in the pinhole camera 2. The intervals of overlapping the detected radiation flux are shown in FIG. 3a, they correspond to T and T _LK . Based on the signals of the synchronizer 7, the control unit 5 supplies the CCD matrix 4 with control signals in such a way that in the interval of coincidence of the obturator hole with the hole in the pinhole camera, the CCD matrix is in the mode of accumulation of charges formed by the quanta of the detected radiation (intervals H in Fig. 3b). In the interval of overlapping the pinhole holes with an opaque gap between the obturator openings, the charges accumulated in the CCD cells of the matrix 4 are read, digitized by an analog-to-digital converter 6, and the resulting digital array is recorded using microprocessor 8 into the memory unit 9 (intervals C in Fig. 3c). Since the recorded radiation does not enter the CCD matrix in these time intervals, the appearance of a “blur” of the image is excluded when moving potential wells corresponding to the matrix cells in the process of reading the recorded signals. In the interval of overlapping the pinhole holes with an opaque shutter sector in the cells of the CCD matrix, only dark charges accumulate, since the detected radiation does not enter the CCD matrix (interval T in Fig. 3b).

Временные интервалы H накопления зарядов, образуемых при воздействии ионизирующего излучения, равны временным интервалам T накопления темновых зарядов, образуемых при совпадении непрозрачного отверстия в обтюраторе с отверстием камеры обскуры, т.е. T=H. The time intervals H of the accumulation of charges formed upon exposure to ionizing radiation are equal to the time intervals T of the accumulation of dark charges formed when the opaque hole in the shutter coincides with the hole of the pinhole camera, i.e. T = H.

По сигналам синхронизатора 7 в этом цикле (интервал CT на фиг. 3в) блок управления 5 подает на ПЗС - матрицу сигналы, аналогичные описанным выше (интервал C на фиг. 3в). С аналого-цифрового преобразователя 6 цифровой массив с помощью микропроцессора 8 записывается в блок запоминания 10. При дальнейшем вращении обтюратора описанные процессы повторяются, при этом каждый раз при совпадении отверстия обскуры с отверстием обтюратора обновляется содержимое блока запоминания 9 (интервалы OC на фиг. 3г), а при совпадении отверстия обскуры с непрозрачным сектором обтюратора обновляется содержимое блока запоминания 10 (интервал OT на фиг. 3г). После каждого цикла считывания информации, соответствующей прозрачному сектору обтюратора (интервал B на фиг. 3д) из цифрового массива блока 9 с помощью микропроцессора 8 поэлементно вычитается цифровой массив блока 10, а полученный разностный цифровой массив поэлементно добавляется к массиву, имеющемуся в блоке запоминания 11. Поскольку времена накопления T и H равны (фиг. 3б), а изменением температуры в течение времени одного оборота диска обтюратора практически можно пренебречь, то в блоке запоминания 11 суммируются очищенные от темновой составляющей сигналы изображения, т.е. в каждой из ячеек ПЗС-матрицы 4 реализуется счетный режим регистрации одиночных фотонов регистрируемого излучения с преобразованием в числовой массив в блоке запоминания 11. Таким образом, при закрытом оптическом затворе 14 накапливаются сигналы изображения источников ионизирующего излучения в блоке 11 и регистрируется форма источников ионизирующего излучения. При открытом оптическом затворе 14 регистрируются сигналы изображения в видимой и ближней инфракрасной областях спектра и записываются в блоке запоминания 12, т.е. регистрируется пространственное расположение источников ионизирующего излучения относительно других предметов и конструктивных элементов, находящихся в поле зрения устройства. According to the signals of the synchronizer 7 in this cycle (the CT interval in Fig. 3c), the control unit 5 supplies the CCD matrix with signals similar to those described above (the C interval in Fig. 3c). From the analog-to-digital converter 6, the digital array is written using the microprocessor 8 to the memory unit 10. With further rotation of the obturator, the described processes are repeated, and each time the pinhole hole coincides with the obturator hole, the contents of the memory unit 9 are updated (OC intervals in Fig. 3d) and when the pinhole hole coincides with the opaque obturator sector, the contents of the memory unit 10 are updated (OT interval in Fig. 3d). After each cycle of reading information corresponding to the transparent sector of the obturator (interval B in Fig. 3d), the digital array of block 10 is element-by-element subtracted from the digital array of block 9 using the microprocessor 8, and the resulting differential digital array is added element-by-element to the array available in the memory block 11. Since the accumulation times T and H are equal (Fig. 3b), and the temperature change during the time of one revolution of the obturator disk can be neglected, the memory unit 11 summarizes the cleaned from dark nent image signals, i.e., in each cell of the CCD matrix 4, a counting mode for registering single photons of the detected radiation is implemented with conversion to a numerical array in the memory unit 11. Thus, when the optical shutter 14 is closed, the image signals of the ionizing radiation sources are accumulated in the block 11 and the shape of the ionizing radiation sources is recorded. With the optical shutter 14 open, image signals are recorded in the visible and near infrared regions of the spectrum and are recorded in the storage unit 12, i.e. the spatial arrangement of ionizing radiation sources relative to other objects and structural elements located in the field of view of the device is recorded.

Поскольку управление состоянием оптического затвора 14 осуществляется от микропроцессора 8, легко реализуется автоматическое программное управление временем экспозиции как оптического изображения, так и изображения источников ионизирующего излучения в зависимости от величины регистрируемых сигналов, а также управление переключением записи регистрируемого излучения с вычтенной темновой составляющей в блоке 11 и записи изображения в оптическом диапазоне в блоке 12 с последующим их наложением в видеоконтрольном устройстве. Период открытия (закрытия) оптического затвора 14 задается микропроцессором (на диаграммах не показан). Since the state of the optical shutter 14 is controlled from the microprocessor 8, it is easy to implement automatic programmatic control of the exposure time of both the optical image and the image of ionizing radiation sources depending on the magnitude of the recorded signals, as well as the switching control of the recorded radiation with the subtracted dark component in block 11 and recording images in the optical range in block 12, followed by their overlay in the video monitoring device. The opening (closing) period of the optical shutter 14 is set by the microprocessor (not shown in the diagrams).

Благодаря введенным узлам блока и связям предлагаемое устройство по сравнению с прототипом имеет существенно меньшие геометрические искажения изображения, существенно более высокую чувствительность и более широкий динамический диапазон регистрации за счет исключения темновой составляющей видеосигналов. Thanks to the introduced unit nodes and connections, the proposed device, compared with the prototype, has significantly less geometric image distortion, significantly higher sensitivity and a wider dynamic range of registration due to the exclusion of the dark component of the video signals.

Единственно влияющим "шумовым " фактором в этом случае остается погрешность квантования аналого-цифрового преобразователя 6 (±1 единица младшего разряда АЦП), которая при многократном сложении цифровых массивов в блоке запоминания 11 будет сглаживаться, однако полностью устранить ее влияние невозможно, и накопление шума неизбежно будет ограничивать общее число суммируемых в блоке 11 цифровых массивов, т.е. будет ограничиваться и достижимый коэффициент увеличения чувствительности регистрации. The only influencing "noise" factor in this case is the quantization error of the analog-to-digital converter 6 (± 1 unit of the least significant bit of the ADC), which will be smoothed out when the digital arrays are added repeatedly in the memory unit 11, however, its influence cannot be completely eliminated, and noise accumulation is inevitable will limit the total number of digital arrays summed in block 11, i.e. the achievable registration sensitivity increase factor will also be limited.

Приняв в качестве критерия ограничение числа суммируемых в блоке 11 числовых массивов, возможное заполнение суммарным шумовым сигналом не более половины динамического диапазона регистрации, можно оценить реально достижимый коэффициент увеличения чувствительности устройства. Так, при восьмиразрядном АЦП (256 цифровых градаций яркости) возможный коэффициент увеличения чувствительности достигает 10². При шестнадцатиразрядном АЦП, вполне реализуемом при сравнительно малых скоростях оцифровки, необходимых для регистрации неподвижных источников излучения, возможный коэффициент увеличения чувствительности составляет 3•10⁴.By taking as a criterion the limitation of the number of numerical arrays summarized in block 11, and the possible filling with the total noise signal of no more than half of the dynamic range of registration, it is possible to estimate the really achievable coefficient of increasing the sensitivity of the device. So, with an eight-bit ADC (256 digital gradations of brightness), the possible coefficient of sensitivity increase reaches 10 ² . With a sixteen-bit ADC, which is quite feasible at the relatively low sampling rates necessary to register immovable radiation sources, a possible sensitivity increase factor is 3 • 10 ⁴ .

Использованные источники информации. Used sources of information.

1. Патент США N 3107276 10/1963 Cohen НКИ 358/110
2. Патент США N 4797701 1/1989 Lannes НКИ 354/288
3. Патент США N 5204533 4/1993 Simonet НКИ 250/361R (прототип)
4. Патент США N 5557107 9/1996 Carcreff and Thellier МКИ G 01 T 1/29б1. US patent N 3107276 10/1963 Cohen NCI 358/110
2. US patent N 4797701 1/1989 Lannes NCI 354/288
3. US patent N 5204533 4/1993 Simonet NCI 250 / 361R (prototype)
4. US patent N 5557107 9/1996 Carcreff and Thellier MKI G 01 T 1 / 29b

Claims

A device for recording the shape and spatial position of ionizing radiation sources, containing a pinhole camera with a protective screen, an optical shutter controlled by a microprocessor, an analog-to-digital converter (ADC), a control unit (CU), a synchronizer, a microprocessor, characterized in that in the device introduced a CCD matrix associated with a fiber-optic converter (FOP), memory units for digital arrays and a shutter, the gaps between the openings of which are made of opaque ionizing radiation of material, periodically blocking the pinhole camera hole and set so that the trajectory of the centers of the obturator openings passes near the center of the pinhole chamber opening, the obturator is connected to a synchronizer, the outputs of which are connected through the control unit to the control inputs of the CCD, ADC and microprocessor, and the information output of the CCD connected to the information inputs of the microprocessor through the ADC, the information outputs and inputs of the microprocessor are connected to the corresponding inputs of the storage units of arrays.