TWI459018B - 伽馬射線劑量率之度量系統 - Google Patents

Description

伽馬射線劑量率之度量系統

本發明是涉及一種度量系統，特別是指一種伽馬射線劑量率之度量系統之領域。

近年來，核能安全問題一直是大眾所關心的議題，先前因日本海嘯所引發日本核能發電廠嚴重損毀而造成輻射外洩嚴重，此種外洩輻射粒子皆為不可見光之α、β、γ等粒子，與該些粒子接觸過多將會造成人體危害，曝射超過一定量甚至會造成立即的生命危險。

目前用以偵測此等輻射粒子係需要專屬儀器，且其儀器由於體積不小且價格相對昂貴，如蓋格計數器、偵檢閃爍器等。另一方面，市面上已有體積較小之臂章型熱發光檢測片裝置，雖然使用上相當方便，但是必須使用一段時間後送至專屬儀器進行判讀，無法即時知道當下身處環境之輻射劑量是否超過安全值，故其效用僅限於事後記錄。

隨著科技的進步與發展，目前市場上亦有發展出筆型或手錶型輻射劑量計可讓使用者隨身攜帶並隨時偵測所處地點之輻射劑量是否超過安全值。然而，此種筆型或其他易攜帶之輻射劑量計皆需要電池電源補充電源，且並無統計、繪製圖表之功效。

日前於中華民國發明專利申請案號100115017號所揭露之可用於行動裝置檢測評估不可見光粒子劑量演算介面裝置，其係利用日常生活上常用之行動裝置(如智慧型手機)即時偵測輻射量是否超過安全值，並利用通信功能將偵測地區之偵測值傳送出告知週遭民眾知道，讓個人能更方便攜帶與使用。然而，此種發明需在影像感測器前置放一片閃爍晶體用於轉換不可見光粒子成可見光後進入影像感測器，此種方式雖可使用行動裝置檢測輻射劑量，但因其需要多加一片含有稀有元素之閃爍晶體，將使其成本大幅地升高，且需要定期校正，對於一般民眾之實用性並不高。因此，如何直接且便利地使用電子裝置之影像感測器檢測伽馬射線，係為目前急迫所需要解決之課題。

本發明之申請人提出一種伽馬射線劑量率之度量系統，以解決上述習知技藝之困難與需求。

有鑑於上述習知技藝之問題，本發明之目的就是在提供一種伽馬射線劑量率之度量系統，其可包含一遮光裝置以及一電子裝置。遮光裝置可遮蔽一可見光，使通過遮光裝置之光源實質上為一伽馬射線；電子裝置可包含一感測模組、一影像分析模組以及一顯示模組。感測模組可感測伽馬射線以產生一電流訊號；影像分析模組可接收電流訊號並分析電流訊號，以產生包含一伽馬射線劑量率總和及一伽馬射線能量頻譜之一分析結果；顯示模組可顯示分析結果。其中，遮光裝置為可拆卸式地接合於電子裝置並可設置於外部光源進入感測模組之光路上，使進入感測模組之光源實質上為伽馬射線。

較佳地，遮光裝置可為一柱狀結構或一薄片結構。

較佳地，遮光裝置可為不透明之金屬材質或其合金、不透明之非金屬材質或其複合材料或以上之組合。

較佳地，感測模組可為一互補式金屬氧化半導體(CMOS)影像感測器或一電荷耦合裝置(CCD)影像感測器。

較佳地，影像分析模組可包含一處理器單元、一儲存單元以及一劑量率計算單元；處理器單元可分析電流訊號以產生一伽馬射線影像並儲存於儲存單元；劑量率計算單元則可讀取伽馬射線影像並進行一劑量率計算以獲得伽馬射線劑量率總和及伽馬射線能量頻譜。

較佳地，劑量率計算可藉由劑量率計算單元所包含之一雜訊濾除模組、一像素亮度統計模組以及一劑量率轉換模組以完成；雜訊濾除模組可先對伽馬射線影像進行一雜訊濾除，像素亮度統計模組可根據雜訊濾除後之伽馬射線影像，接續進行一像素亮度統計，劑量率轉換模組可再將經像素亮度統計後之伽馬射線影像進行一劑量率轉換。

較佳地，雜訊濾除可藉由雜訊濾除模組所包含之一顏色辨別模組與一像素連通標記模組而完成；顏色辨別模組可逐一檢視並判斷像素之亮度值與一比例參數m之關係是否符合IR≦(IG+1)×m或IB≦(IG+1)×m，其中，IR、IG、IB分別為像素之紅、綠、藍亮度值，1≦m≦2；若符合，則可視為一第一訊號像素，反之則可視為一第一雜訊像素並刪除第一雜訊像素；像素連通標記模組可將同一連通區域內之第一訊號像素給予一相同標記，並可再經由累加 具有相同標記之第一訊號像素以決定連通區域之大小，若連通區域之大小超過一預定大小，則可視為第二訊號像素，反之則可視為第二雜訊像素並刪除第二雜訊像素。

較佳地，像素亮度統計可藉由像素亮度統計模組所包含之一像素亮度總和模組與一像素亮度值方圖模組而完成；像素亮度總和模組可將伽馬射線影像中所有第二訊號像素之一亮度值進行加總，以滿足下列條件：

其中，ITOT為第二訊號像素之一像素亮度總和，伽馬射線影像之維度大小為M×N，其中M與N為正整數，Ii為亮度值；像素亮度值方圖模組可以一一維函數累計每一亮度值之個數並統計一亮度分佈特性以產生一像素亮度值方圖，一維函數係滿足下列條件：

其中，k為亮度值分類之類別數，其範圍可為0至255。

較佳地，劑量率轉換可藉由劑量率轉換模組將像素亮度總和ITOT透過一校正曲線轉換為實際量測之伽馬射線劑量率總和以及可將像素亮度值方圖透過校正曲線轉換為實際接收之伽馬射線能量頻譜而完成；校正曲線滿足下列條件：D=aI _TOT +b

其中，D為伽馬射線劑量率總和，a及b為常數且a>0以及b≧0。

承上所述，依本發明之伽馬射線劑量率之度量系統於感測輻射線時，可不須額外使用一片含有稀有元素之閃爍晶體，大幅地降低成本以及增加使用上之便利性。電子裝置之使用者也可藉由此發明，不需利用額外電源即可量測受測地點之伽馬射線劑量率及其相關資訊，讓電子裝置帶入更進一步應用之領域並有效地提高其便利性。

100‧‧‧遮光裝置

110‧‧‧伽馬射線

200‧‧‧電子裝置

201‧‧‧感測模組

203‧‧‧影像分析模組

204‧‧‧顯示模組

205‧‧‧伽馬射線影像

210‧‧‧處理器單元

220‧‧‧儲存單元

230‧‧‧劑量率計算單元

240‧‧‧雜訊濾除模組

241‧‧‧顏色辨別模組

242‧‧‧像素連通標記模組

250‧‧‧像素亮度統計模組

251‧‧‧像素亮度總和模組

252‧‧‧像素值方圖

260‧‧‧劑量率轉換模組

270‧‧‧伽馬射線劑量率總和

280‧‧‧伽馬射線能量頻譜

第1圖 係為本發明之伽馬射線劑量率之度量系統之示意圖。

第2圖係為本發明之伽馬射線劑量率之度量系統之方塊圖。

第3圖係為本發明之伽馬射線劑量率之度量系統之劑量率計算單元之方塊圖。

第4圖係為本發明之伽馬射線劑量率之度量系統之雜訊濾除模組之方塊圖。

第5圖係為本發明之伽馬射線劑量率之度量系統之像素亮度統計模組之方塊圖。

以下將參照相關圖式，說明依本發明之伽馬射線劑量率之度量系統之實施例，為使便於理解，下列所述之任一實施例中之相同作用之相同元件係以相同之元件符號標示來說明。

請參閱第1圖，其係為本發明之伽馬射線劑量率之度量系統之示意圖。如圖所示，本發明之伽馬射線劑量率之度量系統包含一遮光裝置100以及一電子裝置200。遮光裝置100可遮蔽一可見光，使通過遮光裝置100之光源實質上為一伽馬射線；電子裝置200可包含一感測模組201、一影像分析模組203以及一顯示模組204。 感測模組201可感測伽馬射線以產生一電流訊號；影像分析模組203可接收電流訊號並分析電流訊號，以產生包含一伽馬射線劑量率總和及一伽馬射線能量頻譜之一分析結果；顯示模組可顯示分析結果。其中，遮光裝置100為可拆卸式地接合於電子裝置200並可設置於外部光源進入感測模組201之光路上，使進入感測模組201之光源實質上為伽馬射線。

此外，遮光裝置100可為一柱狀結構、一薄片結構或任何可覆蓋遮蔽感測模組201之形狀結構。遮光裝置100之材質可為不透明之金屬材質或其合金、不透明之非金屬材質或其複合材料或以上之組合。在一較佳地實施例中，遮光裝置100上更可具有吸附材料、扣接材料、鎖合材料等(未繪示於圖中)，能與電子裝置200輕易地對應接合或分離，且不需要改變原有電子裝置200之外型或外觀。另一方面，感測模組201可為互補式金屬氧化半導體(CMOS)影像感測器或電荷耦合裝置(CCD)影像感測器，但不應以此為侷限。值得注意的是，電子裝置200可為智慧型手機、平板電腦、掌上型遊戲機或個人行動祕書等，但不應以此為侷限。

使用者於使用過程中，可先將遮光裝置100適當地接合於電子裝置200上(如設置於外部光源進入感測模組201之光路上)，外部環境之光源將會被遮光裝置100遮蔽，僅有當外部環境具有可衰變放射出伽馬射線之同位素時，其放射出之伽馬射線方可通過遮光裝置100以進入感測模組201。感測模組201將所感測到之伽馬射線轉換為電流訊號，電子裝置200之影像分析模組203則接收電流訊號以進行分析，並將分析結果(例如：伽馬射線影像205)以顯示模組204顯示。

請參閱第2圖，其係為本發明之伽馬射線劑量率之度量系統之方塊圖。如圖所示，外部環境之伽馬射線110進入感測模組201後，感測模組201將所感測到之伽馬射線110轉換為電流訊號後傳送給影像分析模組203進行分析。影像分析模組203可包含一處理器單元210、一儲存單元220以及一劑量率計算單元230。處理器單元210可分析接收自感測模組201之電流訊號以產生伽馬射線影像並儲存於儲存單元220；劑量率計算單元230則可讀取儲存單元220內之伽馬射線影像並進行一劑量率計算以獲得伽馬射線劑量率總和及伽馬射線能量頻譜並再次將伽馬射線劑量率總和及伽馬射線能量頻譜儲存於儲存單元220，以提供顯示模組204顯示該些分析結果。其中，處理器單元210可為中央處理器、微處理器、圖像處理器、數字信號處理器或邏輯處理器；儲存單元220可為動態隨機存取記憶體、靜態隨機存取記憶體、可規化式唯讀記憶體、可擦可規化式唯讀記憶體、可電擦可規化式唯讀記憶體或快閃記憶體，但不應以此為侷限。

值得注意的是，在較佳的實施例中，使用者更可根據顯示模組204顯示之該些分析結果，判斷是否進行固定時間區間或動態持續的偵測。詳細的說，使用者可決定感測模組201感測取樣伽馬射線110的時間，並即時地反映在伽馬射線影像、伽馬射線劑量率總和或伽馬射線能量頻譜，以獲得更詳細之統計資料。

請一併參閱第3圖至第5圖，第3圖係為本發明之伽馬射線劑量率之度量系統之劑量率計算單元之方塊圖，第4圖係為本發明之伽馬射線劑量率之度量系統之雜訊濾除模組之方塊圖，第5圖係為本發明之伽馬射線劑量率之度量系統之像素亮度統計模組之方塊 圖。如第3圖所示，伽馬射線影像205可藉由劑量率計算單元230進行劑量率計算，劑量率計算單元230可包含一雜訊濾除模組240、一像素亮度統計模組250以及一劑量率轉換模組260；雜訊濾除模組240可先對伽馬射線影像205進行雜訊濾除，像素亮度統計模組250可根據雜訊濾除後之伽馬射線影像，接續進行像素亮度統計，劑量率轉換模組260可再將經像素亮度統計後之伽馬射線影像進行劑量率轉換，以獲得伽馬射線劑量率總和270以及伽馬射線能量頻譜280，再儲存至儲存單元220。

其中，雜訊濾除可藉由雜訊濾除模組240所包含之一顏色辨別模組241與一像素連通標記模組242而完成(如第4圖所示)。顏色辨別模組241可逐一檢視並判斷伽馬射線影像205之像素亮度值與一比例參數m之關係是否符合IR≦(IG+1)×m或IB≦(IG+1)×m，其中，IR、IG、IB分別為像素之紅、綠、藍亮度值，1≦m≦2；若符合，則可視為一第一訊號像素，反之則可視為一第一雜訊像素並刪除第一雜訊像素。接續，像素連通標記模組242可將同一連通區域內之第一訊號像素給予一相同標記，並可再經由累加具有相同標記之第一訊號像素以決定連通區域之大小，若連通區域之大小超過一預定大小，則可視為第二訊號像素，反之則可視為第二雜訊像素並刪除第二雜訊像素，並將第二訊號像素傳送至像素亮度統計模組250。

接續，使用者可藉由像素亮度統計模組250所包含之一像素亮度總和模組251與一像素亮度值方圖模組252統計接收自雜訊濾除模組240之第二訊號像素(如第5圖所示)。其中，像素亮度總和模組251可將伽馬射線影像中所有第二訊號像素之一亮度值進行加總 ，以滿足下列條件：

其中，ITOT為第二訊號像素之一像素亮度總和，伽馬射線影像之維度大小為M×N，其中M與N為正整數，Ii為亮度值。像素亮度值方圖模組252可利用一維函數累計每一亮度值之個數並統計亮度分佈特性以產生一像素亮度值方圖，該一維函數係滿足下列條件：

其中，k為亮度值分類之類別數，其範圍可為0至255。

也就是說，當像素亮度總和模組251計算出之像素亮度總和以及像素亮度值方圖模組252計算出之像素亮度值方圖之後，像素亮度總和以及像素亮度值方圖可分別傳送至劑量率轉換模組260，以進行劑量率轉換。

劑量率轉換可藉由劑量率轉換模組260將像素亮度總和ITOT透過一校正曲線轉換為實際量測之伽馬射線劑量率總和270，劑量率轉換模組260也可將像素亮度值方圖透過校正曲線轉換為實際接收之伽馬射線能量頻譜280，該校正曲線係滿足下列條件：D=aI _TOT +b

其中，D為伽馬射線劑量率總和，a及b為常數且a>0以及b≧0。

綜上所述，本發明之伽馬射線劑量率之度量系統係利用可拆卸式 遮光裝置與電子裝置影像處理技術之結合，並應用人們隨身攜帶的電子裝置，以電子裝置影像感測器取代輻射探測器，不需額外電源、不需要額外閃爍晶體且不影響原本電子裝置功能，可一次取得伽馬射線影像、伽馬射線劑量率總和以及伽馬射線能量頻譜。

本發明之伽馬射線劑量率之度量系統更可解決傳統輻射檢測儀器價錢昂貴、體積大及維護成本等問題，且本發明之伽馬射線劑量率之度量系統操作容易，操作人員不需進行教育訓練，即可透過影像處理馬上悉知受測物與該地區環境之輻射劑量率，大大地提高了輻射偵檢之便利性與親民性。

以上所述僅為示例性，而非為限制性者。任何未脫離本發明之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均應包含於後附之申請專利範圍中。

100‧‧‧遮光裝置

200‧‧‧電子裝置

201‧‧‧感測模組

203‧‧‧影像分析模組

204‧‧‧顯示模組

205‧‧‧伽馬射線影像

Claims (7)

1. 一種伽馬射線劑量率之度量系統，其包含：一遮光裝置，係遮蔽一可見光，使通過該遮光裝置之光源實質上為一伽馬射線；以及一電子裝置，該電子裝置包含：一感測模組，係感測該伽馬射線以產生一電流訊號；一影像分析模組，係接收該電流訊號，並分析該電流訊號以產生包含一伽馬射線劑量率總和及一伽馬射線能量頻譜之一分析結果；以及一顯示模組，係顯示該分析結果；其中，該遮光裝置係可拆卸式地接合於該電子裝置並設置於外部光源進入該感測模組之光路上，使進入該感測模組之光源實質上為該伽馬射線；其中，該影像分析模組包含一處理器單元、一儲存單元以及一劑量率計算單元；該處理器單元分析該電流訊號以產生一伽馬射線影像並儲存於該儲存單元，該劑量率計算單元則讀取該伽馬射線影像並進行一劑量率計算以獲得該伽馬射線劑量率總和及該伽馬射線能量頻譜；其中，該劑量率計算係藉由該劑量率計算單元所包含之一雜訊濾除模組、一像素亮度統計模組以及一劑量率轉換模組以完成；該雜訊濾除模組先對該伽馬射線影像進行一雜訊濾除，該像素亮度統計模組根據該雜訊濾除後之該伽馬射線影像，接續進行一像素 亮度統計，該劑量率轉換模組再將經該像素亮度統計後之該伽馬射線影像進行一劑量率轉換。
2. 如申請專利範圍第1項所述之伽馬射線劑量率之度量系統，其中該遮光裝置係為一柱狀結構或一薄片結構。
3. 如申請專利範圍第1項所述之伽馬射線劑量率之度量系統，其中該遮光裝置係為不透明之金屬材質或其合金、不透明之非金屬材質或其複合材料或以上之組合。
4. 如申請專利範圍第1項所述之伽馬射線劑量率之度量系統，其中該感測模組係為一互補式金屬氧化半導體(CMOS)影像感測器或一電荷耦合裝置(CCD)影像感測器。
5. 如申請專利範圍第1項所述之伽馬射線劑量率之度量系統，其中該雜訊濾除係藉由該雜訊濾除模組所包含之一顏色辨別模組與一像素連通標記模組而完成；該顏色辨別模組逐一檢視並判斷每一像素之一亮度值與一比例參數m之關係是否符合I_R≦(I_G+1)×m或I_B≦(I_G+1)×m，其中，I_R、I_G、I_B分別為該像素之紅、綠、藍亮度值，1≦m≦2；若符合，則視為一第一訊號像素，反之則視為一第一雜訊像素並刪除該第一雜訊像素；該像素連通標記模組係將同一連通區域內之該第一訊號像素給予一相同標記，再經由累加具有該相同標記之該第一訊號像素以決定該連通區域之大小，若該連通區域之大小超過一預定大小，則視為一第二訊號像素，反之則視為一第二雜訊像素並刪除該第二雜訊像素。
6. 如申請專利範圍第5項所述之伽馬射線劑量率之度量系統，其中該像素亮度統計係藉由該像素亮度統計模組所包含之一像素亮度總和模組與一像素亮度值方圖模組而完成；該像素亮度總和模組係將該伽馬射線影像中所有該第二訊號像素之該亮度值進行加總 ，以滿足下列條件： 其中，I_TOT為該第二訊號像素之一像素亮度總和，該伽馬射線影像之維度大小為M×N，其中M與N為正整數，I_i為該亮度值；該像素亮度值方圖模組係以一一維函數累計每一該亮度值之個數並統計一亮度分佈特性以產生一像素亮度值方圖，該一維函數係滿足下列條件： 其中，k為該亮度值分類之類別數，其範圍為0至255。
7. 如申請專利範圍第6項所述之伽馬射線劑量率之度量系統，其中該劑量率轉換係藉由該劑量率轉換模組將該像素亮度總和I_TOT透過一校正曲線轉換為實際量測之該伽馬射線劑量率總和以及將該像素亮度值方圖透過該校正曲線轉換為實際接收之該伽馬射線能量頻譜而完成；該校正曲線係滿足下列條件：D=aI _TOT +b其中，D為該伽馬射線劑量率總和，a及b為常數且a>0以及b≧0。