устройство для определения положения радиоактивных источников в реальном времени

Формула изобретения

Устройство для определения положения радиоактивных источников в реальном времени, содержащее камеру с защитным экраном, оптический затвор, соединенный с пультом дистанционного управления, ПЗС матрицу, блок ввода изображений, блок суммирования кадров и блок цифровой обработки и визуализации изображений, связанный кодовой шиной с блоком ввода изображений, информационный выход ПЗС матрицы соединен со входом блока ввода изображений, управляющий выход которого соединен с соответствующим входом ПЗС матрицы, а информационный выход - с входом блока суммирования кадров, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит кодирующую маску с отверстиями, расположенную в камере между оптическим затвором и ПЗС матрицей, и блок декодирования, ПЗС матрица установлена в камере с возможностью ее перемещения относительно кодирующей маски так, что остается постоянным соотношение расстояний между ПЗС матрицей и выделенным слоем радиоактивных источников и между кодирующей маской и тем же слоем источников, вход блока декодирования соединен с выходом блока суммирования кадров, а выход - с блоком цифровой обработки и визуализации изображений.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области технической физики и может быть использовано для дистанционного контроля в реальном времени пространственного распределения радиоактивных объектов малой активности.

Известны устройства для определения положения радиоактивных источников с использованием камеры-обскуры [1, 2]. В них в камере, стенки которой образуют защитный экран от излучений, напротив отверстия (обскуры) после оптического затвора, прозрачного для излучения источников, размещается пленка. Проекционное изображение радиоактивных источников, создаваемое обскурой, регистрируется сначала на пленке, чувствительной к излучению источников, а затем после ее замены регистрируется на пленке, чувствительной к видимому свету. После проявления и наложения этих пленок может быть определено положение радиоактивных источников на проекционном изображении.

В других устройствах [3, 4] вместо пленок используются сложные системы регистрации проекционных изображений с многократным интегральным преобразованием энергии с использованием сцинтиллятора, электронно-оптического преобразователя, телевизионной камеры и средств цифровой обработки и визуализации изображений.

Недостатком известных устройств являются малая светосила и получение необъемных проекционных изображений радиоактивных источников.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является устройство [5] для определения положения радиоактивных источников в реальном времени, содержащее камеру-обскуру с защитным экраном, оптический затвор, соединенный с пультом дистанционного управления, блок цифровой обработки и визуализации изображений, ПЗС матрицу, расположенную в камере напротив обскуры, блок ввода изображений, блок суммирования кадров, блок суммирования импульсов с элементов ПЗС матрицы - зон источников, причем информационные выходы ПЗС матрицы соединены со входами блока ввода изображений, управляющий выход которого соединен с соответствующим входом ПЗС матрицы, информационные выходы блока ввода изображений соединены с соответствующими входами блока суммирования кадров и блока суммирования импульсов с ПЗС матрицы, выходы которых соединены с соответствующими входами блока обработки и визуализации изображений, связанного кодовой шиной с блоком ввода изображений. В устройстве изображение источников - оптическое и в собственном излучении регистрируется с использованием одного и того же позиционно чувствительного детектора - ПЗС матрицы, каждая ячейка которой в счетном режиме является элементарным детектором с высоким отношением сигнал/шум. Энергия кванта (частицы) от источника, спроецированного обскурой на соответствующий элемент ПЗС матрицы, преобразуется в нем в импульс, несущий информацию о положении источника излучения. Благодаря прямому дискретному преобразованию энергии в элементах ПЗС матрицы и возможности суммирования импульсов и кадров изображений, устройство имеет высокую чувствительность, т. к. регистрируется каждый квант, достигший ПЗС матрицы.

Недостатком прототипа является невысокая светосила, обусловленная тем, что размеры обскуры не могут быть увеличены без потери разрешающей способности устройства и, следовательно, не могут быть выделены изображения слоев группы источников для создания объемного изображения.

Техническим результатом, обеспечиваемым заявляемым изобретением, является увеличение светосилы устройства, получение изображений выделенных слоев пространственно распределенных радиоактивных источников малой активности и, следовательно, объемных изображений всей группы источников.

Технический результат достигается тем, что в устройство для определения положения радиоактивных источников в реальном времени, содержащее камеру с защитным экраном, оптический затвор, соединенный с пультом дистанционного управления, позиционно чувствительный детектор - ПЗС матрицу, расположенную в камере, блок ввода изображений, блок суммирования кадров и блок цифровой обработки и визуализации изображений, который связан кодовой шиной с блоком ввода изображений, информационный выход ПЗС матрицы соединен со входом блока ввода изображений, управляющий выход которого соединен с соответствующим входом ПЗС матрицы, а информационный выход - со входом блока суммирования кадров, введены кодирующая маска с большим числом отверстий, расположенная в камере между оптическим затвором и ПЗС матрицей, и блок декодирования, ПЗС матрица установлена в камере с возможностью перемещения относительно кодирующей маски так, что остается постоянным соотношение расстояний между ПЗС матрицей и выделенным слоем радиоактивных источников и между кодирующей маской и тем же слоем источников, вход блока декодирования соединен с выходом блока суммирования кадров ПЗС, а выход - с блоком цифровой обработки и визуализации изображений.

Сущность изобретения заключается в том, что источники проецируются через многие отверстия кодирующей маски с увеличенной светосилой большим количеством квантов, пропорциональным числу отверстий. В ПЗС матрице создается суперпозиция проекционных изображений от всех отверстий. Пикселы (элементы изображения) с элементов ПЗС матрицы после суммирования кадров подвергаются математической обработке во введенном блоке декодирования для выделения из суперпозиции изображений четкого изображения источников в одном выделенном слое группы источников. Четкие изображения источников могут быть получены в нескольких других слоях группы источников, расположенных на разном удалении от камеры-обскуры. По изображениям нескольких выделенных слоев источников в блоке цифровой обработки и визуализации изображений может быть получено объемное изображение всей группы источников.

На фиг. 1 изображена схема устройства для определения положения радиоактивных источников 1 в реальном времени. Фиг. 2 иллюстрирует реализацию томографического эффекта кодирующей маски - выделение слоев в группе источников путем изменения положения позиционно чувствительного детектора ПЗС матрицы относительно кодирующей маски: положение I - для близкого слоя с точечным источником, II - для удаленного слоя.

Устройство содержит камеру 2, которая имеет кодирующую маску 3 и защитный экран 4, оптический затвор 5 и ПЗС матрицу 6, пульт дистанционного управления 7 оптическим затвором 5, блок 8 ввода изображений с ПЗС матрицы 6, блок суммирования кадров 9, блок декодирования 10 и блок 11 цифровой обработки и визуализации изображений, выполненный на основе стандартных компьютера ПК и видеоконтрольного устройства ВКУ. Кодирующая маска 3 расположена в стенке камеры 2 после оптического затвора 5. ПЗС матрица 6 расположена внутри камеры напротив кодирующей маски в параллельной плоскости и имеет возможность перемещения относительно маски вдоль оси камеры. Информационный выход ПЗС матрицы 6 соединен со входом блока ввода изображений 8, управляющий выход которого соединен с соответствующим входом ПЗС матрицы 6, а информационный выход - со входом блока суммирования кадров 9. Вход блока декодирования 10 соединен с выходом блока суммирования кадров 9, а выход - с блоком цифровой обработки и визуализации изображений 11, который связан кодовой шиной с блоком ввода изображений 8.

Оператор с клавиатуры ПК может задавать выделяемый слой радиоактивных источников 1, при установленной на определенном расстоянии от кодирующей маски 3 ПЗС матрице 6, и необходимые режимы работы устройства: время накопления зарядов в ПЗС матрице, команды суммирования кадров, декодирования, визуализации изображения выделенного слоя в группе источников 1 и объемного изображения всей группы источников 1. Камера 2 с защитным экраном 4 и оптическим затвором 5 защищает ПЗС матрицу 6 от фоновых и неинформативных излучений. Кодирующая маска 3 проецирует группу источников излучения 1 через свои отверстия, создавая в плоскости ПЗС матрицы суперпозицию изображений источников 1 в собственном излучении, а при открытом оптическом затворе 5 - суперпозицию их оптических изображений. ПЗС матрица 6 преобразует суперпозицию изображений группы источников 1 в кадры изображения электрических зарядов, которые затем могут быть просуммированы в блоке 9 и должны быть подвергнуты в блоке декодирования 10 математической обработке для выделения из суперпозиции изображений четкого изображения выделенного слоя группы источников 1. С пульта 7 дистанционного управления оператор управляет открыванием оптического затвора 5 на время экспозиции для создания оптического изображения источников.

В предлагаемом устройстве светосила пропорциональна числу отверстий кодирующей маски, которые могут быть расположены, например, по закону циклической разностной последовательности [6] , для того чтобы из суперпозиции сдвинутых размытых изображений группы источников, создаваемых многими отверстиями, можно было выделить четкое изображение выделенного слоя источников. ПЗС матрица 6 в предлагаемом устройстве, с целью выделения определенного слоя группы источников и получения изображений других слоев с использованием одного и того же алгоритма декодирования, должна быть размещена в определенных положениях (см. фиг. 2), при которых сохраняется размер тени маски 3. Тогда декодирующее устройство может быть простым и выполняться аппаратно. По изображениям нескольких слоев группы источников в блоке цифровой обработки и визуализации изображений 11 может быть получено объемное изображение всей группы источников 1.

Устройство работает следующим образом.

Кодирующая маска 3 со многими отверстиями создает суперпозицию сдвинутых размытых изображений группы радиоактивных источников 1 в плоскости позиционно чувствительного детектора ПЗС матрицы 6 в собственном излучении, а при открытом затворе 5 создает суперпозицию оптических изображений. В период накопления зарядов в ячейках ПЗС матрицы 6 эти изображения преобразуются в изображения электрических зарядов, которые в конце периода накопления передаются в запоминающую секцию ПЗС матрицы 6. В течение следующего периода накопления, когда формируется новый кадр зарядовых изображений, первый кадр из запоминающей секции ПЗС матрицы 6 считывается ее выходным регистром и в виде последовательности импульсов поступает на вход блока 8. По команде оператора информация с выхода блока 8 кадрами изображения передается на вход блока 9 суммирования кадров и далее на вход блока 10 декодирования и далее на блок цифровой обработки и визуализации изображений 11. ПЗС матрица 6 для получения изображений других слоев радиоактивных источников с использованием того же алгоритма декодирования затем размещается в определенных положениях, при которых остается постоянным соотношение расстояний между ПЗС матрицей 6 и выделенным слоем радиоактивных источников 1 и между кодирующей маской 3 и тем же слоем источников 1. Из полученных изображений слоев группы источников стандартным образом может быть получено объемное изображение всей группы источников.

В предлагаемом устройстве в отличие от прототипа, в котором формируется только проекционное изображение всей группы источников небольшим количеством фотонов, прошедших через малое единичное отверстие (обскуру), изображение выделенного слоя группы источников формируется большим числом фотонов, пропорциональным числу отверстий в кодирующей маске, что приводит к увеличению светосилы устройства и получается после декодирования. По изображениям нескольких слоев в блоке цифровой обработки и визуализации изображений затем может быть получено объемное изображение всей группы источников.

Таким образом, благодаря введению новых блоков и конструктивных связей, в предлагаемом устройстве достигнут технический результат, заключающийся в увеличении светосилы устройства и получении объемного изображения радиоактивных источников вместо проекционного, т.е. в расширении возможностей устройства для контроля пространственного распределения объектов малой активности.

Источники информации

1. Патент США N 3107276, 10/1963, Cohen, НКИ 358/110.

2. Патент США N 477701, 1/1989, Lannes, НКИ 354/288.

3. Патент США N 5204533, 4/1993, Simonet, НКИ 250/361R.

4. Патент США N 5557107, 9/1996, Carcreff and Theller, МКИ G 01 T 1/29.

5. Патент РФ N 2137154, 4/1998, Альбиков З.А., Дроняев В.П., Паниткин Ю. Г., Селантьева А.Н. МКИ G 01 T 1/29.

6. Джеральд К. Скиннер. Рентгеновские изображения с кодирующими масками. Ж. В мире науки, 1988, N 10, с. 62-68.