(57)【要約】      （修正有）【課題】放射性物質を検出して位置を識別し、検出された時点で警報を発するシステムを提供する。【解決手段】半導体ベース撮像装置によって放射性物質により放出されるガンマ線およびエネルギー粒子を検出し、ガンマ線画像および可視画像からアーチファクトを識別し、ガンマ線の偽陽性検出を防止する。勾配法によってガンマ線画像から、線源の位置をより正確に決定できるようになり、放射性同位元素に識別して、放射性物質の不正運搬等の追跡や阻止のためのセキュリティに利用される。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
システムであって、
少なくとも１つの高エネルギー粒子と、
少なくとも１つの撮像装置であって、前記少なくとも１つの高エネルギー粒子と相互作用できる１若しくはそれ以上の画素を有し、前記高エネルギー粒子と前記画素との前記相互作用に関する情報を中継でき、同時に画像を取得できる、前記少なくとも１つの撮像装置と、
前記少なくとも１つの撮像装置と通信可能な少なくとも１つのプロセッサであって、１若しくはそれ以上の画素が前記少なくとも１つの高エネルギー粒子と相互作用したことを決定できる、前記少なくとも１つのプロセッサと、
前記少なくとも１つの高エネルギー粒子の存在を報告する出力装置と
を有するシステム。
【請求項２】
請求項１記載のシステムにおいて、前記少なくとも１つの撮像装置は、画素化された光子検出器、電荷結合素子（ｃｈａｒｇｅ−ｃｏｕｐｌｅｄ  ｄｅｖｉｃｅ：ＣＣＤ）撮像装置、相補型金属酸化膜半導体（ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  ｍｅｔａｌ  ｏｘｉｄｅ  ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ：ＣＭＯＳ）撮像装置、およびシリコンゲルマニウム、ゲルマニウム、シリコンオンサファイア（サファイア上シリコン）、インジウムガリウム砒素、カドミウム水銀テルル化物、またはガリウム砒素の基板を含む撮像装置、およびこれらの組み合わせとから選択されるものである。
【請求項３】
請求項１記載のシステムにおいて、前記少なくとも１つの高エネルギー粒子は高エネルギー粒子の線源の生成物を有し、この高エネルギー粒子の線源は原子核崩壊する放射性物質の線源を有するものである。
【請求項４】
請求項３記載のシステムにおいて、前記高エネルギー粒子の線源は、環境放射線、自然源からの放射線、放射性物質、核爆発装置、爆発の前または後の汚い爆弾および核兵器、およびこれらの組み合わせとから選択されるものである。
【請求項５】
請求項１記載のシステムにおいて、前記画素は、前記少なくとも１つの高エネルギー粒子が少なくとも１つの画素に当たると、信号を生じるものである。
【請求項６】
請求項５記載のシステムにおいて、前記信号は、前記画素に当たる前記高エネルギー粒子のエネルギーに比例するものである。
【請求項７】
請求項５記載のシステムにおいて、前記信号は、背景放射線により生じる信号より強いものである。
【請求項８】
請求項１記載のシステムにおいて、前記情報を中継する工程は、前記画像にドットを表示する工程を有するものである。
【請求項９】
請求項１記載のシステムにおいて、前記プロセッサは、前記放射性物質の線源を識別するものである。
【請求項１０】
請求項１記載のシステムにおいて、前記少なくとも１つの撮像装置はパンおよび傾斜（チルト）させることが可能であり、パンさせる工程は垂直軸の周りで回転する工程を有し、傾斜（チルト）させる工程は水平軸の周りで回転する工程を有するものである。
【請求項１１】
請求項１０記載のシステムにおいて、前記線源の位置は、前記少なくとも１つの撮像装置により追跡されるものである。
【請求項１２】
請求項１０記載のシステムにおいて、前記少なくとも１つの撮像装置は、薄型正方形の画素群をさらに有し、高エネルギー粒子が前記薄型正方形の画素群に当たる尤度は、当該薄型正方形の画素群の面が前記線源への視線方向に対し垂直となり前記高エネルギー粒子の最大流束が得られる場合に最大となり、この最大流束が得られるとき、前記高エネルギー粒子が前記薄型正方形の画素群に当たる確率は最大となるものである。
【請求項１３】
請求項１２記載のシステムにおいて、前記高エネルギー粒子が前記薄型正方形の画素群に当たる尤度は、前記撮像装置が前記高エネルギー粒子の線源から離れる方向へパンおよび／または傾斜（チルト）されるに伴い減少するものである。
【請求項１４】
請求項１２記載のシステムにおいて、前記プロセッサは、前記最大流束を決定するため勾配法（勾配探索法）を実施し、この勾配法は、最大流束の得られる位置が決定されるまで前記少なくとも１つの撮像装置を水平方向および／または垂直方向に動かす工程を有するものである。
【請求項１５】
請求項１２記載のシステムにおいて、前記複数の撮像装置の各撮像装置は、同時に画像を提供することができるものである。
【請求項１６】
請求項１２記載のシステムにおいて、前記少なくとも１つの撮像装置は複数の撮像装置を有し、前記プロセッサは勾配法を実施し、各撮像装置について同時に前記最大流束を決定するものである。
【請求項１７】
請求項１６記載のシステムにおいて、前記プロセッサは、前記高エネルギー粒子の線源の尤度の高い位置を決定するため、各撮像装置の前記最大流束と、各撮像装置の静止画像およびビデオ画像とを並行して参照し、前記高エネルギー粒子の線源の尤度の高い位置とは、各画像に共通して前記最大流束が得られる領域である。
【請求項１８】
請求項１６記載のシステムにおいて、前記複数の撮像装置は、防犯カメラ、交通監視カメラ、交通機関監視カメラ、ＣＣＤまたはＣＭＯＳのカメラ、捜査当局のモバイルカメラ、カメラ付き携帯電話、熱赤外線カメラ、およびこれらの組み合わせから選択されるものである。
【請求項１９】
請求項１６記載のシステムにおいて、前記複数の撮像装置は相互接続されているものである。
【請求項２０】
請求項１６記載のシステムにおいて、前記高エネルギー粒子の線源の尤度の高い位置は、前記高エネルギー粒子の線源の動きを追うことにより経時的に決定されるものである。
【請求項２１】
請求項１９記載のシステムにおいて、前記複数の撮像装置は、前記高エネルギー粒子の線源の尤度の高い位置の画像を取得し、
前記画像は、継続的に実施される前記勾配法により並行して評価され、
前記高エネルギー粒子の線源の尤度の高い位置は、前記画像内の対象が移動するに伴い、当該対象から選択されるものである。
【請求項２２】
請求項２１記載のシステムにおいて、前記対象は、任意の生物または無生物であってよく、例えば自動車、航空機、列車、地下鉄車両、人間、動物、建築物、植物、荷物、箱、袋、ハンドバッグ、ブリーフケース、郵便物、およびこれらの組み合わせから選択されるものである。
【請求項２３】
請求項２１記載のシステムにおいて、前記画像では、前記撮像装置の視野に含まれる対象が移動しまたは入り混じり、前記撮像装置の視野内には前記高エネルギー粒子の線源を有する対象が位置するものである。
【請求項２４】
請求項１記載のシステムにおいて、前記プロセッサは、コンピュータ、ビデオ画像プロセッサ、人間、およびこれらの組み合わせから選択されるものである。
【請求項２５】
請求項１記載のシステムにおいて、前記出力装置は、警報システム、静止画像またはビデオ画像、モニタの画像、可聴音、電話連絡（通話）、無線送信、およびこれらの組み合わせから選択されるものである。
【請求項２６】
請求項１記載のシステムにおいて、前記少なくとも１つの高エネルギー粒子は、原子核崩壊により生じ、前記高エネルギー粒子の線源である放射性物質を識別するために使用されるものである。
【請求項２７】
請求項１記載のシステムにおいて、前記線源は遮蔽されているものである。
【請求項２８】
方法であって、
放射線源の原子核崩壊から放出される高エネルギー粒子の相互作用について、画像の１若しくはそれ以上の画素を特徴付ける工程
を有する方法。
【請求項２９】
請求項２８記載の方法においては撮像装置を使用し、当該撮像装置は、電荷結合素子（ＣＣＤ）装置、相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）装置、および他の半導体基板例えばシリコンゲルマニウム、ゲルマニウム、シリコンオンサファイア（サファイア上シリコン）、インジウムガリウム砒素、カドミウム水銀テルル化物、ガリウム砒素の基板、使用可能な他の多くの材料の基板、およびこれらの組み合わせから選択されるものである。
【請求項３０】
請求項２８記載の方法において、前記放射線源は、放射性物質、放射性同位元素、およびこれらの組み合わせを有し、当該放射線源からは前記高エネルギー粒子が検出されるものである。
【請求項３１】
請求項２８記載の方法において、この方法は、さらに、
検出された高エネルギー粒子の数およびエネルギーを決定する工程を有するものである。
【請求項３２】
請求項３１記載の方法において、前記検出された高エネルギー粒子の数およびエネルギーは、前記撮像装置の前記１若しくはそれ以上の画素の電荷の変化に基づくものである。
【請求項３３】
請求項３１記載の方法において、前記電荷の変化は、検出された前記放射性物質のタイプを決定するため定量化されるものである。
【請求項３４】
請求項２８記載の方法において、前記特徴付けは、さらに前記撮像装置により提供される画像に基づくものである。
【請求項３５】
請求項２８記載の方法において、前記画像に基づく前記特徴付けにより、前記高エネルギー粒子の線源の位置が視覚的に決定可能になるものである。
【請求項３６】
請求項２８記載の方法において、前記特徴付けは、前記高エネルギー粒子の偽陽性検出（誤検出）をチェックする工程をさらに有するものである。
【請求項３７】
請求項２８記載の方法において、前記撮像装置による前記高エネルギー粒子の検出には、警報がさらに含まれるものである。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
放射性物質の不正運搬の検出は、放射線センサの大規模なネットワークによりさらに容易になる。しかし、そのような放射線センサネットワークの設置にはコストがかかり、システムの立ち上げにも遅れが生じる。
【０００２】
ヨーロッパでは原子力発電所の事故に備えて、放射線検出ネットワークが開発されている。例えば、ヨーロッパではリアルタイムオンライン意思決定支援（Ｒｅａｌ−ｔｉｍｅ  Ｏｎ−ｌｉｎｅ  Ｄｅｃｉｓｉｏｎ  Ｓｕｐｐｏｒｔ：ＲＯＤＯＳ）システムがオフサイト（敷地外）緊急管理用に計画されており、これにより現在および将来の放射線状況や、緊急措置および対応策の範囲、長所、および短所に関する一貫した総合情報、さらに緊急対応戦略の意思決定を行うための方法論的な支援が提供されようになる。ＲＯＤＯＳには、地理モジュール、方法論モジュール、および放射線伝播検出モジュールが含まれ、放射線および大気の監視ネットワークのデータ累積ポイントとしても機能する。ネットワーク検出器から提供される放射線検出データは、セキュリティ（防犯）機関および災害復旧機関に利用可能なＲＯＤＯＳなどの放射線データベースを補完および増補する。
【０００３】
放射性物質の不正運搬を広域にわたり検出する能力は、核兵器および原子炉の保有の国々への拡散により早急に必要とされている。放射性同位元素の密輸および放射性物質の闇取引は、近年大幅に増加している。米国会計検査院（Ｇｅｎｅｒａｌ  Ａｃｃｏｕｎｔｉｎｇ  Ｏｆｆｉｃｅ）の公文書では、国際原子力機関（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ａｔｏｍｉｃ  Ｅｎｅｒｇｙ  Ａｇｅｎｃｙ：ＩＡＥＡ）で１９９２年以降に確認された核物質の違法販売１８１件の一部が報告されている。これらの事件のうち２０件は、核兵器で使用可能な物質、具体的にはＰｕ−２３９および２０％〜９０％高濃縮ウラン（ｈｉｇｈｌｙ−ｅｎｒｉｃｈｅｄ  ｕｒａｎｉｕｍ：ＨＥＵ）の譲渡または譲渡未遂を伴うものであった。闇取引された放射線物質についての最も恐るべき危険性は、ＨＥＵが核爆弾構築に使用されることであるが、ＨＥＵは放射性物質拡散兵器（別称「汚い爆弾」または「ダーティーボム」）の原料としても使用できることである。実際、「汚い爆弾」の構築には、いかなる放射性同位元素も使用できる。ただし、この用途では、一部の放射性同位元素、例えばＣｓ−１３７、Ｓｒ−９０、Ｃｏ−６０が他のものより危険性がより増加する。例えば、Ｕ−２３５はガンマ線放射能レベルが比較的低いため、同程度の質量のＣｏ−６０と比べれば危険性ははるかに低い。汚い爆弾は、汚染除去およびクリーンアップに高いコストが嵩むため地域に経済的に壊滅的な状態をもたらし、計り知れない経済的損失を引き起こす。
【０００４】
従来の爆発物の爆発を介して放射性物質が拡散されると、それに影響された地域の経済は壊滅的な打撃を受ける。兵器に使用できない核物質は、通常、ＨＥＵやＰｕ−２３９より入手しやすいため、それを使った汚い爆弾の脅威は増大している。核の密輸品が通常１キログラムを超えない量で輸送され、ほぼすべての密輸検挙が警察の捜査によるものであることから、この脅威はいっそう高まっている。このような少量の放射性物質でさえ、汚染除去にかかるコストは膨大なものになる。放射線物質の不正運搬を検出して早期に阻止することが良策である。
【０００５】
上記のことから、放射性物質の不正運搬を検出することが必要とされている。また、放射性物質を検出し、その位置を識別し、上記のタイプの物質が検出された時点で警報を発することのできる費用効果の高い広域センサネットワークが必要とされている。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の実施形態には、１若しくはそれ以上の画素を伴った撮像装置を含むシステムが含まれており、前記撮像装置は、高エネルギー粒子と相互作用でき、さらに前記高エネルギー粒子および前記画素の相互作用に関する情報を中継（リレー）すると同時に画像を取得することができる。当該システムには、前記撮像装置と通信可能な少なくとも１つのプロセッサを含めることもでき、このプロセッサは、１つのまたは複数の画素が１若しくはそれ以上の高エネルギー粒子と相互作用したことを決定できる。このシステムには、前記高エネルギー粒子の存在を報告する装置をさらに含めることができる。
【０００７】
前記撮像装置は、電荷結合素子（ｃｈａｒｇｅ−ｃｏｕｐｌｅｄ  ｄｅｖｉｃｅ：ＣＣＤ）撮像装置、相補型金属酸化膜半導体（ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  ｍｅｔａｌ  ｏｘｉｄｅ  ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ：ＣＭＯＳ）撮像装置を含む画素化された光子検出器、およびシリコンゲルマニウム、ゲルマニウム、シリコンオンサファイア（サファイア上シリコン）、インジウムガリウム砒素、カドミウム水銀テルル化物、またはガリウム砒素の基板を含む撮像装置を含む任意の撮像装置であってよい。本発明の実施形態では、防犯カメラ、交通監視カメラ、交通機関監視カメラ、手持ち式カメラ、捜査当局用および交通監視用のモバイルカメラ、カメラ付き携帯電話、熱赤外線カメラ、およびこれらのカメラの任意の組み合わせを使用することもできる。本発明で使用する撮像装置は、固定設置したものでも移動可能なのものでもよい。本発明の好適な実施形態において、これらの撮像装置は、垂直軸の周りで回転（パン）させ、さらに水平軸の周りで回転（傾斜またはチルト）させることができる。これにより、当該撮像装置は高エネルギー粒子の放射線源の位置を追跡することができる。
【０００８】
特定の実施形態では、前記撮像装置で検出される高エネルギー粒子は、高エネルギー粒子の線源の生成物である可能性があり、これは原子核崩壊する放射性物質の線源である可能性がある。前記高エネルギー粒子の線源としては、これに限定されるものではないが、環境放射線、自然源からの放射線、放射性物質、核爆発装置、爆発の前または後の汚い爆弾および核兵器、またはこれらの組み合わせなどがある。検出される高エネルギー粒子は、放射性物質の原子核崩壊から生じたものであることが好ましい。また高エネルギー粒子の線源は、遮蔽されている可能性がある。
【０００９】
画素化された光子検出器の画素は、高エネルギー粒子が当たると信号を生じ、この信号は一般に環境中の背景放射線により生じる信号より強い。この信号は、前記撮像装置により生成された画像では、明るい斑点または「ドット」である。前記プロセッサはこれらのドットを識別する。高エネルギー粒子が画素に当たるとその画素の電荷が変化するが、前記撮像装置はこの電荷の変化を画像上の明るい斑点として表示することから、前記変化は、環境光が前記画素に当たってドットが形成される場合と比べて有意なものになる。本発明のプロセッサは、前記画像内のドットを識別し、それらを背景と比較する。このプロセッサが連続した画像において前記ドットを検出した場合は、放射線イベントが起こった可能性がある。
【００１０】
本発明の一実施形態において、このプロセッサは、放射性粒子の存在と、さらに放射性粒子の線源の存在を識別することができる。このプロセッサは、コンピュータ、ビデオ画像プロセッサ、人間、またはこれらの任意の組み合わせであってよい。
【００１１】
本発明の別の実施形態では、撮像装置は薄型正方形の画素群を含む。高エネルギー粒子がこの薄型正方形の画素群に当たる尤度は、この薄型正方形の画素群の面が前記線源への視線方向に対し垂直となり高エネルギー粒子の最大流束が得られる場合に最大となる。高エネルギー粒子が前記薄型正方形の画素群に当たる尤度は、前記撮像装置が前記高エネルギー粒子の線源から離れる方向へパンおよび／または傾斜（チルト）されるに伴い、あるいは前記線源が前記撮像装置の視野を通り過ぎるに伴い、減少する。特定の実施形態では、前記プロセッサは、最大流束に到達するまで１若しくはそれ以上の撮像装置を動かすことにより、前記最大流束を決定するための勾配法（勾配探索法）を実施することができる。さらに他の実施形態では、複数の撮像装置が並行して勾配法を実施する。次に、前記プロセッサは、各撮像装置を同時に参照し、静止画像またはビデオ画像を比較して、各画像に共通した領域として前記高エネルギー粒子の線源の尤度の高い位置を決定する。前記撮像装置は、相互接続されていることが好ましい。
【００１２】
高エネルギー粒子の線源の動きは、前記高エネルギー粒子の線源の動きを追うことにより経時的に決定することもできる。本発明の好適な実施形態では、１若しくはそれ以上の撮像装置が勾配法を実施しながら、並行して放射線源周囲の領域の画像を取得する。画像および最大流束は画像間で比較され、放射線源を含む可能性が高いものとして、画像およびそれらに含まれる１つまたは複数の対象を選択することが可能である。これらの対象は、任意の生物または無生物であってよく、その例としては、自動車、航空機、列車、地下鉄車両、人間、動物、建築物、植物、荷物、箱、袋、ハンドバッグ、ブリーフケース、郵便物、およびこれらの組み合わせなどがある。
【００１３】
前記撮像装置により得られた画像は、そのカメラの視野内における対象の動きを含み、または示す可能性がある。本発明の一実施形態では、対象は画像間および／または撮像装置間で入り混じっており、これにより高エネルギー粒子の線源の位置を決定することが可能になる。好適な実施形態では、高エネルギー粒子の線源が視覚的に決定される。
【００１４】
本発明の実施形態で有用な出力装置としては、警報システム、静止画像またはビデオ画像、モニタの画像、可聴音、電話連絡（通話）、無線送信、またはこれらの多重動作または組み合わせなどがある。
【００１５】
本発明のさらに別の実施形態では、高エネルギー粒子を生じている放射性物質または放射性同位元素のタイプを識別することができる。高エネルギー粒子の数およびエネルギーは、その高エネルギー粒子と相互作用した画素の電荷変化に基づき定量化することができる。この定量化の結果は、高エネルギー粒子を生じる放射性物質のタイプに基づく電荷変化のライブラリと比較でき、これにより線源に含まれる放射性物質の量および／またはタイプを決定することが可能になる。
【００１６】
特定の実施形態において、警報システムの起動の前または後に、放射性物質の偽陽性の検出について検出結果をチェックすることができる。
【００１７】
以上に述べた本発明の特徴等、態様等、および利点等は、以下の説明、添付の特許請求の範囲、および添付の図面を参照することで、より明確に理解される。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、テストベッドデジタルビデオカメラのＣＣＤにおけるガンマ線ヒットの画素座標を示した図である。データは、ビデオの１５秒分合計されたもので、わずか１６μＣの放射能がＣＣＤ検出器から１．５ｃｍに位置した状態で、１秒あたりほぼ２回のガンマ線ヒットを表している。
【図２Ａ−Ｂ】図２Ａは、ＣＣＤ検出器からの天文観測画像を示しており、画像内の高エネルギー粒子に関する解析および識別を行う前のものである。図２Ｂは、画素と相互作用した高エネルギー粒子による信号の識別を例示したものである。
【図３】図３は、本開示の機器および方法の諸バージョンを使って測定される移動中の放射線源について期待される測定信号を例示したものである。
【図４】図４は検出器の分離方法を例示したもので、例えばネットワーク化されたＣＣＤ交通監視カメラなどの２つの別々の検出器を用いて、放射線を生ずるまたは高エネルギー粒子を放出する対象を有害な放射性物質を生成も搬送もしていない他の対象から別ける方法を示す。
【図５Ａ−Ｄ】図５Ａ〜５Ｄは、Ｌｏｇｉｔｅｃｈウェブカメラを使って実施された対照実験を示した図である。ウェブカメラは、１５秒間のビデオを１５フレーム／ｓで収集するＣＣＤベースの装置である。図５Ａは「対照実験１」、図５Ｂは「対照実験２」、図５Ｃは「対照実験３」、図５Ｄは「対照実験４」を示している。
【図６Ａ−Ｃ】図６Ａ〜６Ｃは、表１および表２で説明した１６μＣの放射線源物質で実施した実験の結果を例示したものである。
【図７】図７は、一実施形態に従った、放射性物質の原子核崩壊から放出される高エネルギー粒子を検出することができる画素化された検出器からの画像の取得および解析のフローチャートを例示したものである。
【図８】図８は、一実施形態に従った、放射性物質の原子核崩壊から放出される高エネルギー粒子を検出することができる１若しくはそれ以上の撮像装置からの画像の取得および解析を例示したものである。
【図９】図９は、一実施形態に従った、放射性物質の原子核崩壊から放出される高エネルギー粒子を検出することができる１若しくはそれ以上の撮像装置からの画像の取得および解析のフローチャートを示した図である。
【図１０】図１０は、一実施形態に従った、物質から放出されるガンマ線の証拠を探すため画素化された撮像装置からの画像を取得および処理するルーチンを例示したフローチャートである。
【図１１】図１１は、一実施形態に従った、物質から放出されるガンマ線の証拠を探すため画素化された撮像装置からの画像を取得および解析するルーチンを例示したフローチャートである。
【図１２】図１２は、一実施形態に従った、物質から放出されるガンマ線の証拠を探すため画素化された撮像装置からの画像を解析するルーチンを例示したフローチャートである。
【図１３】図１３は、一実施形態に従った、利用者または司令部に警告または警報を提供し、線源を追跡し、さらに／または放射線放出源である物質の位置、動き、またはタイプを決定するための追加解析を実施するルーチンを例示したフローチャートである。
【図１４】図１４は、画素化された検出器を利用して、物質から放出されるガンマ線を検出する機器の非限定的な例を示したものである。
【図１５】図１５は、一実施形態に従った、各検出器が放射性物質からの高エネルギー光子を検出するよう移動または平行移動が可能なものである１若しくはそれ以上の固定検出器またはモバイル検出器を図式的に示したものである。
【図１６Ａ−Ｂ】図１６Ａは、ガンマ線が検出されなかった検出器の画像、図１６Ｂは、ガンマ線が（白い円の内側）白い斑点として検出された検出器の画像を例示したものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明の構成および方法を説明する前に、本明細書で説明する特定の構成、方法論、またはプロトコルは場合により異なるため、本発明はこれらに限定されないことを理解すべきである。また言うまでもなく、本説明で使用する用語は、特定のバージョンまたは実施形態のみ説明することを目的としており、添付の特許請求の範囲でのみ限定される本発明の構成および本方法の範囲を限定するよう意図したものではない。
【００２０】
また、本明細書および添付の特許請求の範囲において単数形扱いしている名称は、文脈により別段の断わりを明示しない限り、複数形も包含する。したがって、例えば「ガンマ線」と言及した場合は、当業者に知られている１若しくはそれ以上のガンマ線およびそれと同等のものなどを指す。別段の定義がない限り、本明細書で使用するすべての科学技術用語は、当業者に一般に理解されているものと同じ意味を有する。本明細書で説明する方法および材料と同様または同等なものは、すべて本発明の実施形態の実施または試験に使用できるが、以下では好適な方法、装置、および材料について説明する。この明細書で言及するすべての出版物は、参照により本明細書に組み込むものとする。本明細書のいかなる内容も、先行発明によれば本発明がこのような開示に先行する資格がないと認めるものであると解釈されるべきではない。
【００２１】
「任意選択の」または「任意選択で」とは、その後に説明されるイベント（事象）または状況が起こる場合も起こらない場合もあることを意味し、またこの説明は前記イベントが起こる場合も起こらない場合も包含する。
【００２２】
電荷結合素子（ｃｈａｒｇｅ−ｃｏｕｐｌｅｄ  ｄｅｖｉｃｅ：ＣＣＤ）や相補型金属酸化膜半導体（ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  ｍｅｔａｌ  ｏｘｉｄｅ  ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ：ＣＭＯＳ）装置などの画素化された画像検出器では、デジタルの静止画像およびビデオ画像を作成するため、半導体材料を含む感光性の画素化チップを利用する場合がある。これらの画素化チップは、これまで従来のＣＣＤカメラおよびＣＭＯＳカメラを作製する上で効果的に使用されてきたが、このようなチップは高エネルギー粒子にも感度があるため、宇宙物理学におけるＸ線源およびガンマ線源の検出器、デジタルＸ線マンモグラフィの検出器、および粒子加速器における高エネルギー物理実験の検出器として使用することができる。
【００２３】
画素化チップは、これに限定されるものではないが、スチールカメラ、ビデオカメラ、カメラ付き携帯電話、ウェブカメラ、ネットカム（ネットワークカメラ）、防犯カメラ、交通監視カメラ、またはこれらの任意の組み合わせを含む種々の画像検出器で使用できる。これらの画像検出器は、使いやすく、容易に利用でき、直接デジタルデータ化され、容易にコンピュータと連動し、量子効率がひときわ優れ、低雑音で、放射線源から放出される光子エネルギー、高エネルギー粒子、およびガンマ線に線形応答する。光子、ガンマ線、または高エネルギー粒子が感光性画素化チップの画素に当たると、電子が材料の伝導帯に移動し、当該画素に入射および透過した粒子の数およびエネルギーに比例した電荷または電位を提供する。このため、より高エネルギーの光子は、影響される画素内でより多数のカウントを生じ、プロセッサが光の陰影と色を決定できるようにする。ただし、高エネルギー粒子またはガンマ線の場合は、結果として得られる画像に通常１、２、または４画素サイズの静的な斑点が生じ、高エネルギー粒子および潜在的放射性物質の識別を可能にする。さらに、前記斑点の輝度は、前記画素に当たった粒子のエネルギーに依存する場合がある。したがって、感光性画素化チップを含む装置を使うと、放射性物質のタイプも決定できる。
【００２４】
「画素」とは、光電効果により電磁輻射を信号電子に変換する検出器素子ユニットセルをいう。生成された電荷は、収集が可能で、画素の数および／または画素が保持できる電荷量に依存する。画素用の特定の井戸の形成は、ドーパントおよび濃度に依存させることができるため、異なる処理技術を使って、電磁輻射の特定エネルギーに対し検出作用を最適化するようドーピングプロファイルをカスタマイズすることができる。画素用の基板は、Ｐタイプのシリコン基板であってよいが、Ｐ−にＰを乗せた基板、またはＰ＋にＰを乗せた基板、ＳＯＩ、ＢｉＣＭＯＳなど他のオプションも可能である。さらに、他の半導体基板、例えばシリコンゲルマニウム、ゲルマニウム、シリコンオンサファイア（サファイア上シリコン）、および／またはガリウム砒素の基板が使用できる。言うまでもなく、画素はＭ×Ｎ配列に整列され、行および列の選択回路を使ってアクセスされる。
【００２５】
放射性物質を検出するには、核分裂性同位元素の自然崩壊で放出される高エネルギー粒子、中性子、またはガンマ線（γ）による効果が現れていないか環境監視データを調べなければならない。一般に原子核崩壊では、１ＭｅＶ（百万電子ボルト＝１．６×１０−６エルグ）を超えるエネルギーを伴ったα粒子（ヘリウム原子核）またはβ粒子（電子または陽電子）が排出される。ガンマ線光子も自然崩壊中に原子核から放出され、そのエネルギーは、同位元素および崩壊モードに応じて約１０ＫｅＶ〜数ＭｅＶ範囲となる。各光子エネルギーの測定は、種々の検出器技術を使って行うことができる。
【００２６】
画素化検出器に当たる光子に特徴的に見られる信号の有無を検出する方法は、段階的に構成される。高エネルギー粒子が検出器に当たった結果、画像または画素の信号に統計的に有意な増加（通常の背景信号を２５％越えるなど）が十分長い時間（連続して３または４画像など）起こったと決定された場合は、「放射線イベント（事象）」が発生したと考えられる。放射線イベントは、通常の統計変動を超えた放射線の空間（環境）レベルの増加を指す。
【００２７】
検出器で測定されたイベントのカウント数または識別結果が有害なものと決定されると、ネットワーク認識レイヤーへ関連情報を通信することにより警報（アラート）が発せられる。任意選択で、高度なコマンド（指揮）、制御（統制）、調整用のアクティビティも起動され、これには勾配法（勾配探索法）によりカメラの視野内で線源を局所化し、複数のカメラから三角測量を行い、指定された人間またはコンピュータへ警報およびビデオをストリーム配信するなどが含まれる。カメラが既知の固定位置にある場合は、そのカメラの位置を使って線源または放射性物質の位置を近似できる。また、１若しくはそれ以上の固定カメラの位置を、放射性物質の位置の三角測量計算に含めることもできる。
【００２８】
一実施形態において、２次元放射線位置の場合、コンピュータまたはプロセッサは、カメラ位置および画像データを含む、１若しくはそれ以上のカメラから受信された情報を使用して、放射線強度の計算、物質タイプの識別、近似位置の計算、またはこれらの任意の組み合わせを行うことができる。小さい線源が識別された場合、放射線の位置は、初期画像から近似でき、さらにカメラからの後続画像で絞り込みまたは追跡を行うことができる。放射線噴出の程度は、当該カメラからの画像およびカウント数に基づいて監視できる。識別された放射線源の位置は、いくつかある最適化手順のいずれかで最適化できる。一実施形態では、まず前記プロセッサが、三角測量などの従来の方法により対象物の位置を概算で推定する。他の最適化アプローチも使用できる。例えば、試行錯誤による最大収束値への反復計算といった標準的な技術も可能である。また、勾配法を使用して線源の位置を最適化することもできる。この方法を３次元に拡張すると、放射性物体の３次元位置の最適推定値として点ｘ，ｙ，ｚを選択することができる。
【００２９】
光子またはエネルギー粒子との相互作用に応答して電荷担体を生成できる画素化された画像検出器を使うと、放射線検出器を提供できる。画素化画像検出器を備えたカメラは、防犯、交通機関、および交通状態の監視用に随所で見られるようになってきている。このような画像検出器の非限定的な例には、上記の画像処理プロセッサを利用した既存の防犯または監視用カメラを含むＣＣＤカメラおよびＣＭＯＳカメラなどがある。これらの検出装置は、通常、ネットワーク化されて運用センターから監視され、ファームウェアまたはソフトウェアと組み合わせて使うと、高エネルギー粒子またはガンマ線相互作用に対応する電荷または電圧を１若しくはそれ以上の画素が有するかどうか決定でき、また空間放射線、放射性物質、高エネルギー粒子放出中の物質の量およびタイプ、および検出された高エネルギー粒子の源である放射性物質の動きを検出することができる。
【００３０】
例えば、検出器が放射線源の近くにある場合（例えば、約３ＭｅＶ以下のエネルギーでは１００メートル未満）は、それに対応して、ガンマ線が画素化画像検出器に当たる率が増加する。背景放射線のレベルは低いため（<１０カウント／秒／平方インチ）、少量の放射性物質の存在でも画素化撮像装置で見つけることができる。撮像装置内の画素の電荷は、画像内の画素の輝度から推定できる。あるいは、読み出し工程中に画素からの電荷または電圧を直接使うこともできる。次に、この情報は前記撮像装置からプロセッサに送信され、そこで解釈されて、警報が発せられる。
【００３１】
ＣＣＤまたはＣＭＯＳ撮像装置の画像および位置を送信するほか、撮像装置ユニットは、カメラの配向、当該位置の温度、時刻などの符号化された情報を送信するよう構成することもできる。
【００３２】
監視構成において、当該システムまたは機器は、連続的なサンプリングを行うことができる。このシステムまたは機器は、デジタルカメラまたはデジタル検出器から環境または対象物のデジタル画像を取得することができる。高速測量構成の場合、当該システムは、オンデマンドで、または他所での説明より長い間隔で撮像された１若しくはそれ以上の画像から非連続的なサンプリングを行うよう構成できる。
【００３３】
異なる高エネルギー光子に対する撮像装置の感度は、モデル化および経験的実験結果双方からのカウント情報および較正データを使って決定される。例えば、Ｃｏ−６０、Ｕ−２３５、Ｂｉ−２１４など、一連のまたは既知の放射性物質から既知の距離をおいて、撮像装置をばく露（曝露）し、電荷または輝度、カウント頻度、および強度（電荷または輝度）の比を決定すると、これらの情報により、前記撮像装置で検出されたガンマ線のエネルギーを計算することができる。
【００３４】
Ｌｏｓ  Ａｌａｍｏｓ  Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ（ロスアラモス国立研究所）のＤｉａｇｎｏｓｔｉｃｓ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ  Ｇｒｏｕｐ（診断アプリケーショングループ）により開発された「ＭＣＮＰ」ソフトウェアパッケージ（Ｌｏｓ  Ａｌａｍｏｓ  Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ  Ｒｅｐｏｒｔ、ＬＡ−１０３６３−ＭＳ（１９９５））を使ったシミュレーションを使うと、上述の検出器およびシステムが広範囲な放射性種を統計的に有意に検出できることを示せる。図１には、このモデルの実用性を確認した実験結果を、１〜１０μＣサンプルを使ってコバルト６０およびセシウム１３７の検出に成功した例により示している。
【００３５】
ガンマ線は、放射原子核の内部構造に特徴的な特定のエネルギーで、放射性同位元素から放出される。したがって、個々の光子のエネルギーを決定できるガンマ線検出器は、放射線を放出する原子核のタイプを明確に識別することができる。このタイプの分光法は、少数の特徴を検出および識別するだけで放射線源を十分特徴付けることができる点で、光学分光方に類似している。光学分光法では光子数が非常に少ないことが多く、不連続な各波長で多くの光子を収集しなければならない一方、ガンマ線では個々の光子が巨大なエネルギーを有するため、画素化された画像検出器と相互作用するそれぞれのガンマ線光子が統計的に有意なデータ特徴につながる。放射性物質から放出されるガンマ線の一意のエネルギースペクトルを使うと、検出の真偽が区別可能になる。
【００３６】
撮像装置の画素に当たるガンマ線のエネルギースペクトルは、その画像を解析することにより得られる。ガンマ線分光法により放射性同位元素を識別する際は、参照ライブラリを調べ、実験結果と比較し、ガンマスペクトルを個々の同位元素のスペクトルへと分解する必要がある。前記比較のタイプとしては、複数の線（ライン）を有したスペクトルの比較にしばしば使われる相互相関技術、スペクトルおよび時間系列用の各種マッチングアルゴリズム、主成分分析、これらの組み合わせ、またはこれらのいずれかを含む組み合わせなどがある。これにより、前記斑点の輝度を測定し、粒子のエネルギースペクトルを決定し、この情報をライブラリのスペクトルと比較して高エネルギー粒子を放出している特定の放射性同位元素の識別を可能にする解析ソフトウェアが開発可能である。このソフトウェアを使うと、例えばＣｏ−６０から放射されるガンマ線をＣｓ−１３７からのものと区別することができる。結果として得られた画像は、識別結果を確認するため必要に応じて解析することができ、または１つの撮像装置から得られた物質のカウントまたは識別結果を付近にある他の検出器からの結果と比較すれば、第１の検出器の結果を確認することができる。検出された複数のガンマ線からのエネルギースペクトルが有害な物質に該当する場合は、警告を発することができる。
【００３７】
より具体的には、各ガンマ線光子の統計的有意性の推定値は、そのガンマ線光子の検出器との相互作用を、同じ検出器に対する単一の光学波長光子の効果と比較することにより得られる。光子ごとにカウントされる電子の数は、入射光子のエネルギーおよび計器のゲイン双方に依存し、通常、ＡＤＵ（ａｎａｌｏｇ／ｄｉｇｉｔａｌ  ｕｎｉｔ）あたりの電子数として表現される。４ｅＶのエネルギーを有した青い光の光子は、Ｋｏｄａｋ  ＫＡＦ−１００１Ｅ  ＣＣＤ（ハイエンドデジタル画像用途に使われる特定モデルのＣＣＤ）の特定の画素で平均３．１光電子を生じる。初期推定値によれば、２００ＫｅＶのガンマ線で３．１ｅ−／ＡＤＵ×２００，０００ｅＶ／４ｅＶ＝１６５，０００光電子が生じることになる。ただし、画素化チップに伝達されるのはガンマ線エネルギーの一部のみである。前記ＭＣＮＰモデルのシミュレーションでは、このエネルギーの伝達が有意であることが示唆される。例えば、Ｕ−２３８の崩壊における７６６ＫｅＶの光子では〜５００の光電子（「カウント」）が生じ、１．００１ＭｅＶのガンマ線では〜２０００カウントが生じる。これらの数は、画素化チップ上部のシリコン部分へのエネルギー付与も含むため、ガンマ線を検出する上でのカウントの下限となる。金属リード線、ＳｉＯ２被覆、ドーピングした不純物その他の要因が関与する場合は、画素化チップへのエネルギー伝達が修正または強化される可能性が高い。検出に使用されるファームウェアまたはソフトウェアは、閾値を越えたカウント数に基づいて、高エネルギーガンマ線が当たった１若しくはそれ以上の画素の位置を識別することができる。ガンマ線により生じた光電子のカウント合計若しくは総数、またはそれに比例した値は、検出器に含まれる１若しくはそれ以上の画素でガンマ線により生じた電荷または電圧に基づいたものである。
【００３８】
１若しくはそれ以上の放射線源から検出可能なエネルギー粒子を潜在的に放出する物質を分析する場合は、ＣＣＤまたはＣＭＯＳの検出器で受信された信号量に基づいて当該物質における放射線源のレベルを分析または推定するシステムおよび方法を使用することができる。これらの線源特徴を特徴付ける際は、放射線源の量およびタイプの変動、遮蔽（シールド）、放射体が存在または散在する物質の量およびタイプ、試料内の放射体の幾何学的分布、システムおよび検出器のバージョンを使用できる。
【００３９】
遮蔽された種々の放射性同位元素から期待されるカウントレートを調べるため「ＭＣＮＰ」ソフトウェアパッケージを使ったシミュレーションを行ったところ、多種多様な放射性物質の監視にＣＣＤ検出器を使用できることが決定された。線源遮蔽効果も考慮でき、シミュレーションには、１ｍｍの鉛遮蔽、放射線源内の自己減衰、車両または容器の本体パネルを表す２枚の１／８インチ厚鋼シート、１枚の板ガラスシート（検出器窓を保守的に推定したもの）、および可変距離の空気間隙が含まれていた。ガンマ線強度は、物質、タイプおよび量、距離、幾何学的構成、そして遮蔽に依存する可能性がある。検出されたガンマ線の絶対数が少なくとも、個々のガンマ線は、高エネルギーであることと、ガンマ線のスペクトルシグニチャは同位元素ごとに一意であることから非常に高い有意性をもたらす。
【００４０】
撮像装置と相互作用するガンマ線のエネルギー決定精度の下限は、個々の検出に関するカウントの信号対雑音比（Ｓｉｇｎａｌ−ｔｏ−Ｎｏｉｓｅ  Ｒａｔｉｏ：ＳＮＲまたはＳＮ比）に依存すると期待することは妥当である。この精度は、感光性チップでの個々のガンマ線ヒットに伴うカウントの平方根にほぼ等しい。エネルギー精度は、エネルギーの不確定性（ΔＥ）をエネルギー（Ｅ）で除算したもの、すなわちΔＥ／Ｅとして表せる。厳密なポアソン統計では、次のようになる。
【００４１】
【数１】
2014002159.tif 000003
【００４２】
雑音は、通常、読み出し電子機器、暗電流、および線源カウント自体の統計的不確定性（量子雑音またはショット雑音）の３つから生じる。読み出し雑音は、その大部分が電子機器の品質により決定される。最新の画素化画像検出器およびコントローラの雑音は、通常、非常に低レベルである。
【００４３】
暗電流はＣＣＤまたはＣＭＯＳの撮像装置チップに特有の値で、通常、１画素１秒あたりの平均電子数として表され、「画像１コマ分」または画像積分期間中に蓄積される。暗電流カウントは、電極を透過する光またはガンマ線がチップに当たるかどうかにかかわらず蓄積される。そのようなカウントの合計は、積分率および総積分時間に依存する可能性がある。蓄積率は、ＣＣＤまたはＣＭＯＳの温度に強く依存し、その率はチップ温度が６〜１０℃上昇するとおおよそ倍増する。暗電流が画質に及ぼす影響、ひいてはガンマ線を極力少ない計算量で検出する能力に暗電流が及ぼす影響は、良好な状態の最新のカメラの場合、積分時間が短ければ取るに足りないものである。例えば、フレームレートがおおよそ１０〜２０フレーム／秒のビデオシステムに基づいた検出器では、チップが暖かい場合でも、暗電流は、１回のガンマ線ヒットに期待される数百から数千のカウントと比べ、無視できる程度である。この大きな信号により、確実に優れたカウント統計量が得られ、エネルギー決定も容易になるため、局所的な環境に空間放射線が存在しても放射線源の正確な識別が可能になる。ＣＣＤまたはＣＭＯＳの撮像装置では環境雑音の修正または検出に温度変化を利用できる一方、Ｇｅベースのセンサと異なり、ＣＣＤまたはＣＭＯＳの検出器は、高エネルギー粒子検出のための冷却が不要である。
【００４４】
量子雑音は、防犯カメラの場合、最も著しい雑音源となる可能性がある。モデル計算の示唆によると、１ＭｅＶの光子の場合は、約１／（２０００）１／２＝０．０２２すなわち２．２％のエネルギー決定不確定性が期待される。実験室測定では、セシウム１３７からの比較的低エネルギーのガンマ線光子に関するカウント測定値は約２００カウントで、暗黙の不確定性は分光学的特徴あたり〜７％と示されている。大半の放射性同位元素から放出されるガンマ線は、複数のエネルギー分布を有し、上記の誤差推定値があっても独特の指紋スペクトルを呈する。
【００４５】
検出器に当たるガンマ線の数の変動は統計的手法を使って排除でき、２つ以上の検出器を使用することで、これらの変動を説明することができる。
【００４６】
図２Ｂは、天文学用ソフトウェアまたは他の類似ソフトウェアを使うと、感光性チップに当たった高エネルギー粒子により生じるデジタル画像データ内の検出器信号を単離、解析、および／または定量化できることを例示したものである。小さな円形のドットは、高エネルギーのガンマ線が検出器に当たったことにより生じたもので、大きな明るい斑点は、この画像の実際の標的である星々の可能性がある。高エネルギー粒子を放出している放射性物質の線源は、前記小さな円形のドットと同様な斑点により画像を生成し、それらにより既知または未知の放射性物質の線源を検出、識別、および／または定量化できると期待するのは妥当であろう。
【００４７】
エネルギー粒子を検出および特徴付けすることのできる１若しくはそれ以上の画素ベースの検出器を使うと、検出可能なエネルギー粒子を放出する移動中の放射線源を観測することができる。画素化された画像検出器内の感光性チップは、一般に、薄型正方形の形態をしている。この薄型正方形を光または高エネルギー粒子の入射方向に垂直に配置すると、光子または高エネルギー粒子が前記チップ内の画素に当たる確率を最大化できる。これにより、光子または高エネルギー粒子の最大流束が捕捉できる。光子または高エネルギー粒子がチップ内の画素に当たる確率は、線源が検出器の視野を通り過ぎるに伴い低下する。したがって、画素化された静止画像検出器の視野内を高エネルギー粒子の線源が移動する場合、感光性チップに当たる高エネルギー粒子の数（図３を参照）は、線源からの入射角度が当該チップ面に垂直な位置（時刻＝０）に近づくにつれ時間とともに増加し、線源が検出器の視野を去る（時刻＝±２０）まで減少していく。
【００４８】
移動が可能な画素化画像検出器は、光子源または高エネルギー粒子源の識別にも利用できる。検出器を移動させる、これに限定されるものではないが例えば、パン（垂直軸に沿って回転）させ、さらに傾斜（チルト、水平軸に沿って回転）させると勾配法の実施が可能になるため、最大流束が決定されるまでカメラを水平方向にまたは垂直方向に回転させることができる。これにより、１若しくはそれ以上の画素化画像検出器で光子源または高エネルギー粒子源の位置を識別し、またはその動きを追跡できるようになる。
【００４９】
バス、フェリー、列車、パトロールカー、またはその他の運搬車両は、防犯カメラを装備していることが多いため、これを使うと放射能を検出することが可能である。そのようなカメラは、移動検出器として機能させることもできる。一実施形態において、カメラの金属側部は、自動車のものよりさほど厚くはない。
【００５０】
単一の検出器を使うと放射性物質に関する重要な情報が得られるが、追加の検出器を協同的に使用し、その出力を合わせれば、さらに多くの情報を得ることができる。コンピュータプログラムを使うと、複数の検出器からの出力を積分（統合）することができる。本明細書で開示するシステムおよび方法の利点の１つは、互いに近くにある検出器またはカメラをネットワーク化できることである。本明細書で開示するシステムおよび方法の別の利点は、互いに近くにある既存の検出器またはカメラをネットワーク化できることである。監視ステーションには、多様なネットワークトポロジーを使用できる。例えば、１つのバージョンでは、既存の防犯カメラを使って複数の監視ステーションを設置できる。放射線源がこれらの検出器付近を搬送されると、各撮像装置または各カメラで別個の「放射線イベント」が検出される。放射線を放出する物質を伴って撮像装置付近を移動する列車、バス、乗用車、人間、および／または動物は、放射線プロファイルを呈すると期待される。駅のプラットフォーム、路上バス内、または橋やトンネルを通行中の車両内にいる人間にも、同様なシナリオを当てはめることができる。複数の検出器が互いの近くにある場合は、その各々が、図３に示した形状と同様な、ただし撮像装置に対する線源の動き、速度、および位置に応じて強度が異なりまたは対称性が欠如した時系列応答を有すると期待するのが妥当である。
【００５１】
検出器をネットワーク化すると、放射線源からのガンマ線といった高エネルギー粒子を放出する物質を運搬中の車両または人間について、速度および方向を決定することが可能になる。混雑した道路または都市部では、放射性物質を伴いまたは運搬する車両、人間、または搬送体（キャリア）をすぐ一意に識別することは不可能かもしれないが、通常の交通状態であれば、車両や人間の位置関係が時とともに変化して、最初キャリアの可能性があると見なされた車両や歩行者を真のキャリアと区別することが可能になる。
【００５２】
一般に、検出器の視野には、関心のある対象（人間、自動車、パッケージ、スーツケースなど）が複数見つかる。しかし、図４（Ａ）および図４（Ｂ）に例示したように、放射線源が次のカメラへ移動しまたは運ばれると、当初その周囲にあった対象（人間、自動車、パッケージ、スーツケースなど）の一部は、もはや真の放射線源付近には存在しない可能性が高い。したがって、放射線イベントは順次カメラに捕らえられ、放射線源を含みまたは運搬している特定対象の識別結果（正体）がより絞られる。一連のカメラによる順次（シーケンシャル）検出は、偶然居合わせたに過ぎない無実の人々または車両を、放射線源の容疑対象から除外する上で役立つ。これらの順次検出は、偽陽性の検出（誤検出）を有意に減らしまたは排除する役割も果たす。
【００５３】
図４Ａおよび図４Ｂは、２つの任意時間（Ａ）および（Ｂ）における交通状態を例示したものである。トラック４１２の放出する高エネルギー粒子４２２がＣＣＤまたはＣＭＯＳの検出器４１６Ａに検出されており、検出器４２０Ａは、前記トラック線源４１２から放出される高エネルギー粒子を検出してないない状態で例示されている。検出器４１６Ａの高エネルギー粒子４２２検出により警報がトリガー（起動）されると、その警報を使って、検出器４２０Ａがコントローラにより前記トラックの方向へ向きを変えるよう、検出器４２０Ａに信号を送ることができる。検出器４１６Ａは、トラック４１２から放出されている前記高エネルギー粒子４２２の線源方向へパンし、前記高エネルギー粒子の線源を追跡することができる。図４Ｂでは、検出器４１６Ｂおよび４２０Ｂの双方が、図４Ａの位置と相対的に動かされている。検出器４１６Ｂは、走行中の線源４１２から放出された高エネルギー粒子４２６を検出し、検出器４２０Ｂは、同じく走行中の線源４１２から放出された高エネルギー粒子４２８を検出している。
【００５４】
交通機関環境ではネットワークカメラは重要で、これにより検出可能な高エネルギー光子を放出する線源物質または物体をより迅速かつ堅牢に識別できる可能性が高い。例えば、典型的な都市部の駅およびそれと同様な施設は、駅全体を表示できる防犯カメラを少なくとも２つ有するよう設計されている。これらのＣＣＤまたはＣＭＯＳカメラにより同時検出を行うと、検出された放射線に重要な裏付けを取り、発せられた警告または警報の信頼度を高め、戦術的な意思決定に役立てることができる。さらに、多くの駅には放射線を吸収するコンクリートの壁があるため、防犯カメラで放射線源が突然「出現」し検出される場合がある。そのような状況では、検出器信号の原因となっている人間または線源を一意に識別することが可能である。
【００５５】
高エネルギー光子の検出に使用される画素化画像検出器は、放射線監視場所のネットワーク内のノードとして寄与することができる。そのようなカメラでは、その局所的な放射線環境をサンプリングできる。放射能の増加はすべて識別され、確認されて、関連する１若しくはそれ以上の緊急対応センターへと送信される。前記システムおよびカメラによる放射性同位元素の識別結果も、送信可能である。大規模な放射能放出が発生した場合は、原因が何であっても、機能中のノードが環境放射能レベルを伝え、放射性物質の破片の拡散について迅速なマッピングおよび予測を可能にする。大規模な放射能監視能力および警報能力は、米国連邦道路管理局（Ｆｅｄｅｒａｌ  Ｈｉｇｈｗａｙ  Ａｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｏｎ）がインテリジェントな高速道路システムを導入しているように、交通機関その他の防犯システムが設置されていると、より広範囲なものにできる。
【００５６】
画素化された画像検出システムには、警報伝達およびコマンドおよび制御（指揮統制）プロトコルをさらに含めることができる。１若しくはそれ以上の検出器から収集されたデータは、対応措置または格納のため、適切な送信先へまとめて送信することができる。これにより、施設、現地、州（都道府県）、および／または連邦（全国）の責任領域にまたがる状況では、複数の管轄区域にわたる運用概念が促進される。利用者が、リアルタイムで標準的ＰＣおよび無線モバイルハンドヘルド（携帯手持ち式）装置により、ビデオフレームを表示し、警報データを更新できるようにするには、一般的なインターネットプロトコルを使用できる。これらのシステムをレガシー（既存の）インフラストラクチャのサポートによりユビキタスに（随所で）配備すると、信頼性の高い安全なスケーラブルプラットフォームを確実に実現できる。
【００５７】
図９を参照すると、ガンマ線を検出する方法が説明されている。工程９０８では、ＣＣＤまたはＣＭＯＳの撮像装置が対象の領域、体積、または組み合わせの画像を収集する。工程９１２では、撮像される領域において、放射性物質の崩壊から来るガンマ線など任意の高エネルギー粒子が撮像装置またはそれに含まれる１若しくはそれ以上の画素に当たり、画像にアーチファクトを生じる可能性がある。工程９１６では、高エネルギー粒子によるアーチファクトについて、前記撮像装置からの画像が解析可能である。例えば、画像の個々の画素の電荷を決定し、さらに／または画像を解析して画素の輝度を決定できる。画像は、前記撮像装置により撮像された対象と、ガンマ線によるアーチファクトとについても解析できる。工程９３２では、ガンマ線と前記検出器の相互作用によるアーチファクトが画像内にあるかどうかを決定することができる。ガンマ線相互作用により生じたアーチファクトがなければ、当該ルーチンは工程９４４へ進み、引き続き画像を収集するかどうかを決定できる。ガンマ線相互作用によりアーチファクトが生じていると決定された場合、当該ルーチンは工程９２０へ進み、前記領域について追加の画像またはフレームが取得される。工程９２４では、前記画像内で前記アーチファクトが継続して見られるかどうかが決定される。前記アーチファクトが存続しない場合、当該ルーチンは工程９０８に戻ることができる。アーチファクトが存続する場合は、ガンマ線が検出された旨の警告を発することができる。工程９２８では、集中的な監視を開始できる。これには、アーチファクトが見られた画像に対する勾配法実施、他のカメラからの画像の評価、カメラによるスキャンまたはパン、追加警報の発行、および／または線源を識別するための他の工程を含めることができる。
【００５８】
図１０は、静止画像またはビデオの撮像装置から得られた画像の処理方法の一実施形態を示したものである。工程１００８では、カメラからの画像が追加処理用のファイル形式に変換され、それが工程１０１２でメモリに入力される。工程１０１６では、１若しくはそれ以上の検定および比較を使って、画像の画素にガンマ線によるアーチファクトがないかを評価することができる。工程１０２０では、前記画素について、すべての検定でガンマ線の検出が肯定されるかどうか決定される。これらの検定で結果が否と出た場合は、次の画素が評価されるようにできる。これらの検定で結果が肯定的であった場合は、前記画素の位置がマークされ、または示され、工程１０２８で画素カウントが増加される。次いで、次の画素が評価可能になる。工程１０３２では、当該画像に含まれるすべての画素が評価されたかどうか決定される。まだ評価すべき画素が残っている場合は、そのような画素が評価される。それ以外の場合は、工程１０３６にて当該画像に何らかのガンマ線が検出されたかどうかを決定することができる。ガンマ線が検出された場合は、工程１０４０で警告を発することができる。それ以外の場合、当該ルーチンは終了するか、次の画像を評価することができる。
【００５９】
図１１は、ＣＣＤまたはＣＭＯＳの撮像装置を使ってガンマ線を検出する方法の一実施形態である。工程１１０４において、利用者は、前記撮像装置により領域または対象の撮像または連続的撮像が行われるよう要求できる。当該撮像装置は、工程１１０８でデータを収集し、工程１１１２でその画像の輝度または画素電荷を解析できる。その結果、高エネルギー光子またはガンマ線が前記画像に検出されたかどうかが決定される。検出結果が否定的な場合は、画像の取得を継続するか停止するかを決定できる。工程１１２４でのこの決定は、利用者がデータ収集の停止命令を入力するまで継続して行われる。高エネルギー光子またはガンマ線が検出された場合は、工程１１２０でさらに画像解析が行われる。この画像解析が完了しその結果が返されると、画像収集を継続するかどうかが工程１１２４で決定される。
【００６０】
図１２を参照すると、画像を解析する方法の一実施形態が例示されている。この方法には、ガンマ線検出イベントが検出されたとして画像にフラグを立てる工程１２０４を含めることができる。次に、放射線の検出上、十分な数の画像にフラグが立てられたかどうかが工程１２０８で決定される。そうであれば、警報が発せられる。そうでなければ、前記撮像装置は追加画像を収集するよう工程１２２０で命令される。画像については、前記撮像装置と相互作用したガンマ線によるアーチファクトがないか解析することができる。工程１２３２では、前記画像でガンマ線が検出されたかが決定される。ガンマ線が検出されると前記画像に検出イベントが起こった旨のフラグが工程１２０４で立てられ、当該ルーチンは継続される。検出されなかった場合は、画像収集を継続するかどうかが工程１２２４で決定される。継続する場合、このルーチンは工程１２０４に戻ることができる。
【００６１】
警報を生成する方法の例は図１３に例示した。警報が要求された場合、当該ルーチンは、工程１３０８で警告を発する。工程１３１２では、付加的な画像解析またはスキャンを行うかどうかが決定可能である。付加的な解析が要求されると、追加画像が取得されて、工程１３１６において、前記画像への勾配法適用、線源を識別するための複数画像の解析、複数の検出器からの画像の解析および比較、検出器でのスキャン、その他の解析、あるいはこれらの組み合わせが行われる。工程１３１６の解析およびその結果に基づくと、当該解析を継続すべきかどうか決定することができる。継続する場合は、工程１３１６が繰り返され、追加画像が取得され、さらに／または追加解析が行われるようにできる。継続しない場合、当該ルーチンは終了できる。
【００６２】
図１４は、画素化検出器を利用して、物質から放出されるガンマ線を検出する機器の非限定的な例を示したものである。この機器は、検出器１４０８からの情報または画像を受信でき、命令を実行でき、さらに任意選択で前記検出器１４０８の動きまたは位置を制御するよう使用可能なコントローラ１４２０を含むことができる。このコントローラに命令を入力するには、受信機１４０４を使用できる。この受信機の通信手段には、これに限定されるものではないが、キーボード、ケーブル、無線波、またはコンピュータを含めることができる。送信機１４２４を使うと、ケーブル、電話線、無線波その他の通信手段を使って、データ、画像、または命令を遠隔地の別ステーションへ送信できる。
【００６３】
図１４に例示したシステムには、中央処理装置（ＣＰＵ）１４２０を含めることができ、このＣＰＵは、それに対応した入出力ポート、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、またはプロセッサで実行可能な命令および較正値を含んだ適切な任意の電子記憶媒体と、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）と、適切な任意構成のデータバスとを有している。前記コントローラは、カメラまたはスタンドアロン検出器に連結され、さらに／または車両の一部である種々の個別画素、画素化された撮像装置、検出器センサから信号を受信できる。前記処理装置１４２０は、前記センサの動作および／または動きを制御し、前記センサから得られた画像を表示し、さらに／または前記センサ検出器と通信する情報を承認および出力するため使用される。このコントローラは、キーボードなどの入力装置１４０４に接続できる。このコントローラは、データ解析を実施し、または検出器からの情報を中央処理装置１４０４に送信することができる。前記センサからの情報は、既知の態様で、受信ステーションへ直接または送信機１４２４経由で提供される。
【００６４】
図１５は、１若しくはそれ以上の固定検出器１５２４、可動検出器１５０４および１５５６、またはモバイル検出器１５５２を概略的に例示したもので、これらはそれぞれＣＣＤまたはＣＭＯＳの検出器１５０８を有し、遮蔽容器１５１６に収納された放射性物質の線源１５２０からの高エネルギー光子を検出することができる。各検出器１５０４、１５２４、１５５２、および１５５６は、ケーブルまたは電話線１５３６、１５４０、１５６４により、または無線波１５４８により画像を受信機に通信する。受信機１５４４は、コンピュータその他の制御および解析システム１５６０とインターフェース連結１５６８している。
【００６５】
カメラ付き携帯電話（カメラフォン）および他の携帯型装置、例えば図１５の１５５２は、遠隔地に配置し、また他のセンサネットワークと相互接続するよう構成できる。これらの装置は太陽電池式であってよく、また１若しくはそれ以上のエネルギー粒子が検出された場合ネットワークに接続するよう設計できる。検出器ネットワークの一部は、１若しくはそれ以上の所定エネルギー範囲のエネルギーまたは閾値量を越えるエネルギーを有するエネルギー粒子を１若しくはそれ以上の一次検出器が感知した場合にエネルギー粒子を検出するよう起動させることができる。起動されたネットワークは、放射線源物質の動きを監視することができる。
【００６６】
一部の放射性同位元素は、他より検出が容易である。本開示における計算および例は、Ｃｏ−６０と比べると検出が困難なＵ−２３５に基づいたもので、光子入射により画素に生じるカウントが放射線源からの入射ガンマ線のエネルギーに比例する半導体材料ベースの放射線検出システムの適用性について基準としての役割を果たす。本明細書に開示した例および計算はＵ−２３５に基づいているが、当該システム、当該方法、および当該機器は、原子核崩壊するいかなる放射性物質からの高エネルギー光子の検出にも使用できる。これらのＣＣＤおよびＣＭＯＳ撮像装置は、入射光子エネルギーに線形応答する。Ｕ−２３５は検出可能な高エネルギー光子を発生する物質の例として取り上げられているが、本請求の範囲および本開示は、いかなる特定の放射性物質に限定されるものではない。
【００６７】
ファームウェア（ハードウェア装置に（読み出し専用メモリとして）永久的に含まれたコンピュータプログラム）、ＥＰＲＯＭ、またはソフトウェアに格納可能な命令またはプログラムとしては、検出された放射能のエネルギースペクトルに従って放射性同位元素を識別する種々のルーチンなどがある。これらのプログラムには、ネットワークの遠隔デジタルカメラからのデータを承認および解析し、警報を配信し、ネットワークインフラストラクチャを使って複数の検出器からの検出を調整する能力を含めることもできる。画素化された撮像装置で放射性物質を検出および識別するシステムの諸バージョンを使うと、安価で緻密な放射線検出器ネットワークを形成することが可能になる。そのような検出器ネットワークでは、高速道路、工場、市内、病院および他の施設、その他都市部または地方など広域かつ広範囲の環境にわたり放射線源の検出および追跡を継続的かつリアルタイムに供給できる。
【００６８】
例えば、図２Ａは典型的な天文観測用ＣＣＤ画像の一部を示したものである。露出（画像１コマ）中に高エネルギー粒子、宇宙線、周囲の放射線源、およびガンマ線が前記ＣＣＤに当たって生じた斑点は、自動識別プログラムを使って識別することができる。このシステムでは、検出パラメータを設定するとリアルタイムの識別が可能である。ＣＣＤの光検出特性は均一であるため、前記検出パラメータの設定は所与のカメラタイプにつき一度だけ行うことができる。一度プロトタイプカメラを設定すると、特定タイプの検出器を使う他のシステムは、同じ設定を使って、または短時間較正チェックを行うだけで動作が可能になる。
【００６９】
ソフトウェアまたはファームウェア内の命令およびルーチンを使うと、環境雑音と比較した各ピーク画素出力の統計的有意性を決定することができる。前記ルーチンは、非常に高カウントレートの画素を見つける画像データのスキャンから開始できる。これらのルーチンには、統計的検定を使って高カウントレート画素のピークを近傍画素の値と比較する工程をさらに含めることができる。この統計的検定には、最小閾値、最小比（ピーク対近傍）、検出器および電子機器特性の使用、またはこれらを含む各種検定の組み合わせを含めることができる。統計的検定およびプログラムを使うと、偽陽性率の低い検出確率が得られる。誤警報をさらに抑制するため、検出器信号を付加的にチェックおよび比較することもできる。
【００７０】
偽陽性の結果を出す潜在的な線源としては、背景放射線、宇宙線（Ｃｏｓｍｉｃ  Ｒａｙｓ：ＣＲ）、降雨による空中からの自然発生的ラドン２２２、ビスマス２１４、および鉛２１４崩壊生成物の急増、およびＲａ−２２２自体の崩壊などがある。システム雑音同様、背景放射能は通常非常に低いため、真の放射線源の検出は、非常に高い統計的信頼度で達成することができる。検出器およびカメラから受信された情報のデータスクリーニング検定を行うと、偽陽性の結果を最小限に抑えることができる。これらには、検出されたスペクトルの妥当性や、複数コマの信号持続性に関する検定を含めることができる。また、核物質を運搬する車両または人間は、放射線イベントを次々に引き起こす可能性がある。そのような移動検出は明らかに真の線源として識別することができ、背景放射線、宇宙線、または他のいかなる局所的放射線アーチファクトからも起こりにくい。最後に、大きな放射線放出は、影響される地域全体にわたり分散され持続する放射能を生じる。
【００７１】
結論として、放射性同位元素を検出および識別するためのシステムおよび方法には、半導体材料に基づいた機器を含めることができ、この機器は、対象の静止画像またはビデオ画像を取得し、同時にデジタル静止画像およびビデオの撮像装置と相互作用する高エネルギー粒子を検出できる。この機器では、ＣＣＤおよびＣＭＯＳベースの画像を使うことができる。以上に述べた検出器または撮像装置、その他の電磁放射および荷電粒子のデジタル検出器等は、光を検出するほか、放射性同位元素から放出されるエネルギー粒子および高エネルギー光子も検出する。前記１若しくはそれ以上のＣＣＤまたはＣＭＯＳの撮像装置からの画像は、ケーブルやＰＣＩバスなどでプロセッサに接続されたフレームグラバーまたは画像処理ボードを使って、コンピュータに転送することができる。画像は、赤外線、無線波、または通信装置で使用される他の電磁波によるデータ転送でも転送できる。画像は、読み出しおよび追加解析用にディスクに格納でき、また圧縮形式で格納できる。画像シーケンスは、最大または低減されたフレームレートで捕捉（キャプチャ）される。撮像装置からの画像データは、取得機器へ送信されたのち、コンピュータおよび他のデジタルアナログデータ操作および解析機器を含むデータ処理機器へ送信される。上記のシステム構成要素から転送されてきた画像データの解析は、放射能の存在を検出するため使用できる。
【００７２】
１つの撮像装置からの画像の解析結果を、付近の他の撮像装置から画像を解析したものと比較すると、偽陽性の結論が得られたかどうかを決定することができる。付近のカメラは、第１の撮像装置で検出されたガンマ線を検出できるはずであり、検出されたエネルギーおよびエネルギーの比は双方同様になるべきであり、さらに統計的検定および論理ベースの検定を使うと、測定された放射能の持続性および／または一貫性を確認することができる。放射性物質の地上線源から放出されるガンマ線による画像内のホットスポットまたは明るい斑点の位置を、撮像装置の視野にある対象（物）の画像と併用すると、放射能の位置を決定できる。
【００７３】
以下、開示した実施形態の種々の態様を、非限定的な例を参照しながら例示していく。以下の例は、単に本発明を説明する上で一助となる手順を表したもので、本発明はこれらの例により制限されるものではない。
【実施例１】
【００７４】
この例では、高エネルギー粒子を検出する撮像装置の能力を例示し、検出器の感度を例示している。
【００７５】
ガンマ線検出（静止画およびビデオ）について、異なるメーカーの種々の撮像装置の機能および感度を調べた。各実験において、カメラは、標準的な使用方法に従って修正を加えずに操作された。放射線への露出については、放射性物質をカメラ本体付近に置いた状態および置かない状態で交互に行われた。付近に線源を置かない状態で取得された画像は、対照実験の役割を果たした。一般には、検出器に放射線が当たって生じる小さな画素スケールのドットが現れる対照実験画像は非常に少数であることが期待された。また、一部の（ただし必ずしも全部ではない）画像（フレーム、コマ、または集合的にデータとも呼ばれる）は、このようなアーチファクトを含むと期待するのが妥当である。
【００７６】
実験室で行った第１の試験群では、Ｌｏｇｉｔｅｃｈ製のデジタルビデオカメラ、具体的にはＱｕｉｃｋｃａｍ  ｆｏｒ  Ｎｏｔｅｂｏｏｋ  Ｐｒｏが使用された。このカメラには、１２８０×９６０画素の電荷結合素子（ＣＣＤ）が含まれている。第２の試験群では、１６００×１２００のＣＣＤを備えたＯｌｙｍｐｕｓ  Ｃａｍｅｄｉａ  Ｃ−７００デジタルスチールカメラが使われた。どちらのカメラにも修正を加えず、小さい無調整の複数放射線源に対し露出が行われた。これらの線源への露出時には、非常に小さく明確な白いドットとしてガンマ線が正常に検出された。
【００７７】
放射線感度データの収集時は、（１）１μＣコバルト６０、（２）５μＣセシウム１３７、および（３）１０μＣセシウム１３７の３つの放射線源（表１を参照）が使用された。これらの線源は、Ｓｐｅｃｔｒｕｍ  Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ，  Ｉｎｃ．（米国テネシー州Ｏａｋ  Ｒｉｄｇｅ）から注文した。Ｓｐｅｃｔｒｕｍ  Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓでは、較正済み放射線源を研究実験用に提供している。コバルト６０線源は、１．１７ＭｅＶおよび１．３３ＭｅＶの強力なガンマ線を放出する。これらの高エネルギー線は非常に侵入深度が深く、このようなガンマ線は、鉛内を１１ｍｍ進んでも半分しか吸収されない。セシウム１３７は０．６６ＭｅＶのガンマ線を放出し、その侵入深度はＣｏ−６０の約半分である。セシウム１３７のガンマ線の半分は、鉛に５．５ｍｍ侵入する。このようにガンマ線が著しい量の鉛遮蔽を貫通することから、検出器システムの感度が十分大きければ、十分危険な大きさの放射線源が十分な容器遮蔽に囲まれ、検出を回避できるという可能性は非常に小さい。感度に関する予備的な結果を下記に説明する。
【００７８】
【表１】
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【００７９】
本方法の最大感度を評価するため、ＬｏｇｉｔｅｃｈウェブカメラＣＣＤデータと略同一の条件下でガイガーミュラー計数管のデータを収集した。選んだ検出器はＱｕａｒｔｅｘモデルＲＤ８９０１で、Ｑｕａｒｔａ（ロシア）製である。この検出器の較正は、Ｂｒｏｏｋｈａｖｅｎ  Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ（ブルックヘブン国立研究所）において１０％の精度で正しいことが確認された。この検出器を前記線源から約１．５ｃｍに位置付け、前記線源と検出器との間に１６分の１インチ厚のアクリルプラスチックを置いた。このプラスチックは、前記ウェブカメラのカバーと公称上等価の遮蔽を提供するためのものである。前記Ｑｕａｒｔｅｘ検出器の通常動作では、３１〜３３秒分のデータが収集されたのち、１時間あたりの放射線量レベルがマイクロレントゲン／時間単位で示される。コバルト６０試料について得られたカウントレートの６分間サンプリング期間平均を示したのが、表１である。他の線源は当該検出器にとって過負荷だったため、信頼性のあるカウントレートは得られなかった。
【００８０】
システム感度の結果。Ｏｌｙｍｐｕｓカメラは線源１だけに使用した。このカメラの後部側面に１μＣのコバルトディスクを平らに置き、ＬＣＤビューパネルに対して照射を行ったところ、０．５秒露出１０コマのうち１つでガンマ線ヒットが１回見られた。放射線源なしの対照実験４４回中に、前記カメラでガンマ線が検出された証拠は見られなかった。
【００８１】
Ｌｏｇｉｔｅｃｈウェブカメラでは、前記デジタルスチールカメラより広範囲にわたる実験を行った。各ウェブカメラ実験において、データは１５フレーム／秒で１５秒間収集され、約２２５フレームから成る動画が作成された。まず、対照実験は、前記カメラを鉛レンガで囲い厚手の黒い布で覆って行った。第２の試験群は、コバルト６０線源および２つのセシウム１３７線源を前記ウェブカメラの横に置いた点を除き、上記と同一条件下で行った。第３の試験群では、前記カメラの覆いをはずして当該カメラを実験室の天井に向け、放射性ディスクが付近にない状態で、側部のレンガだけを残して当該カメラを囲んでいた鉛レンガをはずした。最後の試験群では、前回の試験群と同じ設定を使ったが、２つのセシウム１３７線源を含めた。前記最初２回の試験群については、以下に詳細を説明し、表２に要約を示した。
【００８２】
前記対照実験は、各６６．７ｍｓ長のデータフレーム９９６個分を含んだ１５秒のビデオクリップ４回から成るものであった。エネルギー粒子ヒットは、合計４回前記ＣＣＤに検出された（画素位置は図５（Ａ〜Ｄ）を参照）。これらはおそらく宇宙線衝撃、付近で起こったラドンなどの自然発生的元素若しくはその崩壊生成物の放射性崩壊、または環境に存在する他の背景放射線源によるものであろう。前記４カウントのうち、互いに数秒間以内に発生したものはなかった。このカウント間の時間的ギャップおよび／または最小カウントレートは、警報トリガーの基準および誤警報の抑制戦略の一部として使うことができる。
【００８３】
図６（Ａ〜Ｃ）は、前記ウェブカメラを前記３つの放射線源上に載置した間に得られた３つの画像シーケンスを示したものである。これらのシーケンスは各１５秒長である。この構成において、前記ＣＣＤには、前記７７３の個別フレームで１２６のエネルギー粒子ヒットが検出された。カウントレートは、１．６カウント／秒と３．５カウント／秒との間で変化した。
【００８４】
これらの検出の統計的有意性を推定すると、放射線または環境放射能の検出に関する警告装置としての当該システムの価値を理解することができる。前記３つの「線源」実験を、２４カウント（図６Ａ）、４９カウント（図６Ｂ）、および５３カウント（図６Ｃ）として別個に考慮する。実効背景放射線レベルは、図５のデータから約１カウント／１５秒と測定されている。放射性崩壊はポアソン分布に従うため、またデータセットあたりのカウント数は２０を超えるため、ガウス分布の統計理論を使って検出の有意性について推定を行うことができる。測定における約１σの不確定性は、測定値の平方根、すなわち線源１、線源２、および線源３についてそれぞれ４．９、７、および７．３カウントである。これらの値から、２４±４．９カウント／１５秒、４９±７カウント／１５秒、および５３±７．３カウント／１５秒の結果が得られる。第１の値は他の２値から標準偏差の数倍程度離れており、前記ウェブカメラが第１の実験後、前記線源へ向かってわずかに移動した可能性が考えられる。もしそうであれば、観察された変動は〜７ｍｍの平行移動で説明できる。検出の有意性は各々の１σ不確定性の倍数で表され、次のようになる。
【００８５】
有意性＝（値−背景）／不確定性
したがって「線源１」に関する放射線源検出の有意性は、（２４−１）／４．９＝４．７σである。「線源２」および「線源３」の対応する値は、それぞれ６．９σおよび７．１σである。これらの実験では放射線源が実際に付近にあるとわかっていたが、現実には常にそうであるとは限らない。偽陰性率および偽陽性率の双方がわかっていると有用である。偽陰性率とは、期待される数のカウントを測定する代わり、背景レートに近いカウント数が得られる確率である。表２で記録されたものに等しいカウントレートについては、ガウス確率分布を評価することにより、統計的異常により偽陰性の結果が得られる確率を計算できる。これは、１σ値を使う「検出されたガンマ線の総数」（次式で「平均値」と呼ばれる）と比べ、背景について通常と見なされるものと等価な値について行える。この確率は、次のようになる。
【００８６】
【数２】
2014002159.tif 000005
【００８７】
この確率は、線源１については約１００，０００分の１で、線源２および線源３についてはそれより１桁以上低い。したがって、当該システムは、この感度により偽陰性の結果に対し非常に堅牢なものとなる。すなわち環境放射線の強度が、非常に低い実験室条件と少なくとも同程度であれば、カウントレートは検出を行う上で十分高くなる。さらに、放射線源は長時間にわたり１つの検出器の付近にあるか、複数の検出器を通過する可能性が最も高い。したがって、線源を見逃す危険性も線源が検出器付近に存在する１５秒間の期間数に応じて減少する。
【００８８】
偽陽性率を計算するには同じ式を使うが、背景レートおよび平均値の定義が逆で、１σがそれに相応し低い背景カウントレートに対応する点が異なる。約１カウント／１５秒の極度に低い背景レートが観測された場合は、分散がガウス分布統計の観点から適切に定義できないため、露出（１コマ）をより長くしてこの問題を回避する必要が出てくる。ただし、１σ不確定性のおおよその桁数の推定値は±１カウントになる（１の平方根）。σに値１を使うということは、線源１のレベルにおける警報の偽陽性が２５σで起こる、すなわち理論的確率が<１０−１１６になることを意味する。この警報偽陽性の追加解析は、背景レートおよびその分散をより広範囲に決定することで行える。背景レートが低いと真の警報が、測定雑音に埋もれて失われることなく、確実に適切に扱われるようにする上でも役立つ。
【００８９】
【表２】
2014002159.tif 000006
【００９０】
撮像装置に期待される実際の感度は、実験室での検出結果をスケーリングして求めることができる。米国科学者連盟（Ｆｅｄｅｒａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｓｃｉｅｎｔｉｓｔｓ：ＦＡＳ）では、種々の汚い爆弾シナリオで受ける尤度が高い影響について何回か評価計算を行ってきている。その細部にわたる調査の結果は、ＦＡＳウェブサイト（ＦＡＳ  Ｐｕｂｌｉｃ  Ｉｎｔｅｒｅｓｔ  Ｒｅｐｏｒｔ  ５５、Ｎ．２、２００２）で参照することができる。これらのケーススタディの１つでは、１０，０００キュリーのコバルト６０線源が使われたケースを考慮している。このような線源は、１０μＣｉのセシウム線源より１０９倍放射能が高く、１μＣｉのコバルト線源より１０１０倍放射能が高い。予備的な計算では、線源の構造または自己遮蔽は変更していない。線源と検出器との間の距離が伸びるに伴い、線源の主な効果は、線源と検出器との間の距離の２乗に反比例したのフォールオフ（曲線の落ち方）となる。実験室の検出では、この距離を１．５ｃｍにしていた。上記の仮定に基づくと、コバルト６０線源より放射能強度が１０１０倍高い線源の場合、同程度の検出は、（１０１０）１／２×１．５ｃｍ＝１５００メートルの距離で行うことができ、１０９倍強い線源の場合は、おおよそ４７０メートルの距離で検出可能となる。ただし、空気が遮蔽計算の重要な要素となる約１００メートルを境に、空気による減衰が重要になってくる。上記で算出された距離はどちらもその距離を超えたものであることから、これらの条件下で前記検出器に関する実効範囲を保守的に推定すると数百メートルとなるが、それより広範囲も可能ではある。また上記より距離が短ければ、より強い放射能信号が検出され、またはより放射能が低い線源でも検出可能になる。
【実施例２】
【００９１】
この予測的実施例は、ＣＣＤまたはＣＭＯＳのカメラまたはビデオカメラを使用して放射性物質からのガンマ線を検出した場合を例示したものである。
【００９２】
１若しくはそれ以上のＣＣＤまたはＣＭＯＳ撮像装置を使うと、環境内の地域または対象をサンプリングして放射性物質の有無を決定することができる。各前記カメラからの画像は各画素に電荷を有する可能性があり、それらの電荷は、ガンマ線により生じた光電子による高電荷を有した画素を検出するための前記撮像装置のハードウェアを使って決定される。あるいは、画像は、前記カメラまたはそのカメラに接続された中央プロセッサからソフトウェアまたはファームウェアを使って解析され、ガンマ線アーチファクトが検出される。ガンマ線のデータシグニチャには、背景レベルまたは閾値レベルを越える高い電荷または輝度を有した１若しくはそれ以上の画素などが含まれる可能性がある。線源または放射性物質から放出されたガンマ線が当たった画素の電荷、輝度、および頻度は、環境光または背景放射線と相互作用する同じ画素の電荷または輝度より大きいことが期待される。
【００９３】
撮像装置からの画像を評価し、警報の偽陽性率を軽減または排除する一連の工程を実施するには、ソフトウェアを使用することができる。これらの工程には、追加画像を取得する工程、前記検出器を較正する工程、高エネルギー粒子が検出された画像を付近の他のカメラからの画像と比較する工程、カウントを閾値と比較する工程、検出されたガンマ線のエネルギーの識別結果を既知の放射性同位元素のライブラリと比較し、互いに一致するものがあるか決定する工程、１若しくはそれ以上の画像を構築し、当該放射線源が移動中か、さらに検出された高エネルギー粒子が当該画像内の対象の動きに対応するかを決定する工程、またはこれらの任意の組み合わせを含めることができる。
【００９４】
所定のレベルを越える高エネルギー粒子が前記撮像装置からの画素または画像に検出されると、放射性物質に対応した統計的に有意な放射線アーチファクトまたはシグニチャが１若しくはそれ以上の画素または画像で持続する場合、任意選択でシステム作業者その他に警告または警報が発せられる。
【００９５】
所定のレベルおよび／または頻度を越える高エネルギー粒子が検出された場合は、前記カメラからの画像または画素について集中的な調査を行ってより精確に線源または放射性物質の位置を調べ、その組成を識別するることができる。任意選択で、ガンマ線を検出中のカメラを放射線源の位置を三角測量するよう調整して狭い領域に絞り込み、放射性同位元素識別の特異性を改善することができる。検出された放射線源の位置および識別結果は、更新された警報によりシステム作業者その他へ広域に伝達される。
【実施例３】
【００９６】
撮像装置からの画素または画像をチェックする非限定的な１つの方法は、デジタル画像データ内で関心のある画素または画像データ点に最も近い４つの画素（ｆｏｕｒ  ｃｌｏｓｅｓｔ  ｐｉｘｅｌｓ：４ＣＰ）を評価することである。関心のある画素または画像データ点を（Ｘ，Ｙ）とすると、前記４ＣＰは、（Ｘ＋１，Ｙ）、（Ｘ，Ｙ＋１）、（Ｘ−１，Ｙ）、および（Ｘ，Ｙ−１）となる。この撮像装置の局所的な背景値は、（Ｘ−２，Ｙ−２）、（Ｘ，Ｙ−２）、（Ｘ＋２，Ｙ−２）、（Ｘ−２，Ｙ）、（Ｘ＋２，Ｙ）、（Ｘ−２，Ｙ＋２）、（Ｘ，Ｙ＋２）、（Ｘ＋２，Ｙ＋２）に対応する８画素の平均として得られる。あるいは、視野内に既知の参照（基準）対象がある場合はそれを背景として設定し、また前記対象に対応する画素またはデータ点の平均を背景として設定できる。
【００９７】
図７に例示したように、１つの動作モードでは、デジタルカメラ／デジタルビデオカメラが画像を取得し（７０４）、別の工程でこの（これらの）デジタル画像がコンピュータへ送信される（７０８）。前記画像は、特定のガンマ線ヒットシグニチャについて調べられ、偽陽性の検定が行われる場合もある（７１２）。放射性物質の証拠が見つかると、次に利用可能な画像で検定が繰り返され（７１８）、あるいは次の画像で検定が再び開始される（７１８）。それでも真の放射能検出の証拠が得られた場合は、警報または警告が発せられ、集中的な監視が起動されて、カメラ間で調整を行えるよう第２段階のモニタへデータが送信される（７２２）。
【００９８】
次に付加的な偽陽性の検定が行われ、例えば「ホットな画素」の画像間比較（７２６）では、同じ画素が高カウントレートの画像を連続して検出しているかが決定される。「ホットな画素」は、問題があると決定された場合、通常一般的ないくつかの技術の１つで較正される。
【００９９】
集中的な監視には、線源を識別するため勾配法を実施する工程（７３０）、特定の放射性同位元素を識別する工程（７３４）、および／または警告を発する工程（７４２）を含めることができる。複数の警報を解析すると、当該システムおよび作業者は、放射能線源を追跡および識別することが可能になる（７３８）。
【０１００】
図８には、デジタルカメラからの画像、または１若しくはそれ以上の画素を有する撮像装置チップからの画素データを解釈するソフトウェアまたはファームウェアの機能を示している。まず前記撮像装置からデータが収集される（８０４）。デジタルカメラは、放射性物質の崩壊生成物（エネルギー粒子およびガンマ線）に感度がある。放射線物質が付近にあると、崩壊生成物の一部が前記カメラの本体に侵入し、前記デジタル検出器に当たってその画像にアーチファクトを生じる（８０８）。
【０１０１】
デジタルカメラからの画像については、アーチファクトが存在するか解析できる（８１２）。放射能の証拠が検出されなければ、画像収集が継続される（８０４）。放射能の証拠が検出されると、任意選択で１若しくはそれ以上の追加フレーム８１６に対し前記解析が反復される（８１６）。この解析の反復は、偽陽性スクリーニングの役割を果たす（８１６）。フレームの解析は、十分な数のフレームが放射性物質の存在を示すまで（証拠の持続）、または放射性物質が不在であると示される（放射性物質が持続しない証拠。例えば、前記撮像装置の画素におけるカウント、画像輝度、または電荷が一貫して閾値より低い場合）まで継続される（８２０）。放射能の証拠が持続しない場合は、画像収集が継続される（８０４）。
【０１０２】
放射線が持続して存在する証拠が得られた場合は、当該システムにより警報または警告が発せられる（８２４）。当該検出器では、検出された線源を識別するため、最初は必ずしも画像／ビデオフレーム内でなくてもよく、勾配法による集中的な監視が行われる（８２８）。任意選択で、複数の警報が解析され、これにより放射能の線源を追跡および識別できる。データが収集されるに従い、付加的な警報が広域に伝達される（８３２）。この情報には、他のデジタルカメラから収集された警報を含めることができる（８０６）。
【０１０３】
図８では、１若しくはそれ以上のカメラ／ビデオカメラからデジタル画像が収集される（８０４）。これらのカメラは、防犯のために使用でき、運用センターへネットワーク接続できる。これらのデジタルカメラは、防犯監視用ビデオとして使われているかどうかにかかわらず、放射線検出器として機能するよう使用できる。（ＣＣＤやＣＭＯＳの）検出器は、放射性崩壊で生じるエネルギー粒子に高感度である。特にガンマ線は、これらの検出器に到達し、検出可能な態様でそれら検出器と相互作用する可能性が最も高い。前記検出器は、前記カメラへのガンマ線入射方向に関係なくこの感度を有する。これら検出器の物理的サイズ（平方インチ単位など）およびその角度配向により、放射線源から見た当該検出器内部の立体角を決定することができる。立体角が大きいと、当該検出器と相互作用するガンマ線の率はより高くなる。放射能が強い（１秒あたりの崩壊が多い）放射線源の場合は、これらの検出器と相互作用するガンマ線の率がより高くなる。各カメラからのデータは、コンピュータに送信され解析される。この送信は、これに限定されるものではないが、ケーブル、ネットワーク、または無線波などの電磁輻射によるものであってよい。この検出および解析工程に続く段階では、２若しくはそれ以上のカメラからの結果を組み合わせてより詳しい情報が利用可能になる。
【０１０４】
デジタルカメラは、放射性物質の崩壊生成物（エネルギー粒子およびガンマ線）に感度がある（８０８）。放射線物質が付近にあると、崩壊生成物の一部が前記カメラの本体に侵入し、前記デジタル検出器に当たってその画像にアーチファクトを生じる。前記検出器から収集された画像では、ガンマ線が不在であると図１６Ａのように白い斑点のない画像が得られ、ガンマ線が検出されると図１６Ｂのように白い斑点のある画像またはデータが得られる。
【０１０５】
解析手順（８１２）は、指定された間隔（例えば１秒に３回）で、オンデマンド（例えばクリックして解析）で、カメラが画像を供給できる最高速度および／または１若しくは複数のコンピュータが解析できる最高速度で、または他のモードで実施することができる。工程８２４、８２８、および８３２で行われる意思決定は、画像選択および画像レートのモードに影響を及ぼす。
【０１０６】
各画像は、追加処理に適したファイル形式へ変換できる（ＦＩＴＳ、ＳＤＦなど）。ファイルを適切な形式に変換するための適切なプログラムは当該技術分野で知られており、Ｇｒａｐｈｉｃ  Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ（Ｔｈｏｒｓｔｅｎ  Ｌｅｍｋｅ）その他類似プログラムなどがある。画像は、メモリへ読み込むことができ、それに検索を行って、ガンマ線がデジタル検出器に当たり、それと相互作用して白い斑点が生じていないかを調べることができる。画像内のガンマ線ヒット検出には、アルゴリズムの組み合わせを使うことができる。白い斑点の強度を使うと、ガンマ線ヒットのエネルギーを決定することができ、ヒットに関するエネルギー比も決定できる。例えば、プログラム「ＢＣＬＥＡＮ」はＫｅｉｔｈ  Ｓｈｏｒｔｒｉｄｇｅにより開発された「Ｆｉｇａｒｏ」ソフトウェアパッケージ（その内容全体は、参照により本明細書に組み込むものとする）の構成要素であるが、天文観測画像から不良な線および宇宙線アーチファクトを検出し除去するルーチンで、ＣＣＤ画像に使用できるものを含んでいる。これらのルーチンおよびその変更（修正）形態を使用すると、ガンマ線アーチファクトまたはガンマ線ヒットを画像、またはＣＣＤまたはＣＭＯＳの撮像装置から格納された画像表現において検出することができる。前記ルーチンは、それらを画像から取り除くためではなく、むしろ前記撮像装置に当たったガンマ線を識別し特徴付けるために使用することができる。
【０１０７】
一実施形態では、種々の画素強度比を計算し、これを利用して、ガンマ線に対応する極度に鋭いピークを伴った画像特徴または画素を識別できる。これらの画素はフラグを立て、他の検定で評価することができる。
【０１０８】
一実施形態では、利用者またはシステムの定数セットに基づき、画像内の各画素を評価できる。例えば、Ｃ（１）、Ｃ（２）、Ｃ（３）、およびＣ（４）を利用者定義の定数とできる（この定数の数は多寡があって構わない）。画像内の画素を評価する１若しくはそれ以上の検定のセットには、画素データ値がゼロより大きいか決定する工程、画素データ値が含まれる画像において、画素データ値がそれに最も近い４つの画素（４ＣＰ）の各々より大きいか決定する工程、画素データ値が前記４ＣＰの平均よりＣ（１）カウントだけ大きいか決定する工程、画素データ値が前記４ＣＰの平均のＣ（２）倍大きいか決定する工程、画素データ値が前記４ＣＰの平均の平方根のＣ（３）倍大きいか決定する工程などを含めることができ、他の検定も実施可能である。任意選択で、形状パラメータを計算し、画像に含まれるピークの全体的な形状を評価することもできる。その場合は、［（中央ピーク値−４ＣＰ平均）／（４ＣＰ平均−局所的な背景平均）］の比を算出する。この方法では、この形状比がＣ（４）より大きいか決定できる。
【０１０９】
これらいくつかの検定で肯定的な結果が出た画素は、ガンマ線の証拠と見なすことができる。例えば、最初の５つの検定で肯定的結果が出た画素、さらに任意選択で第６の検定でも肯定的結果が出た画素は、ガンマ線が検出された可能性が高いと見なすことができ、図８のフロー制御では制御は８１６へ進む。全検定で肯定的な結果の出た画素がなかった場合はガンマ線不在と見なされ、当該手順は次の画像８０４を考慮する。
【０１１０】
画像でガンマ線が検出されると（８１６）、それ以降の利用者が定義可能な期間中に何回ガンマ線が検出されたかを決定する方法が実施される。この期間は、１〜約１０００フレームや１〜約１５フレームなどフレーム数に基づいたものであっても、約０．５〜約３０秒や約１〜約１０秒など時間長に基づいたものであってもよく、その長さには長短があって構わない。利用者定義可能な期間中、利用者により検出されたガンマ線が存在し、例えば３〜５フレームの間、閾値を上回る値が得られた場合、この検出は、一時的な雑音ではなく、持続した真の検出と見なされる。
【０１１１】
検出の信憑性（真実性）を決定するため、１画像あたりの検出ガンマ線数も使われる。利用者は、何らかの閾値数より少数のガンマ線検出を有するフレームを無視するよう当該システムを構成することができる。その閾値は、例えば１画像あたりのガンマ線検出が１〜２回と指定できるが、環境放射線が高い地域または非常に標高の大きい地域では、これより高い値にできる。持続する放射線源が検出されると警報がトリガー（起動）され、当該システムは８２８へ進むが、データのキャプチャ（捕捉）および解析は継続される。関連性のあるデータはすべてログされ、さらに検討され可能性としてセキュリティ措置も講じられるよう、安全な（暗号化などされた）接続を通じて監視ステーションへ通信される。
【０１１２】
画像に検出された放射能が繰り返し観測されない場合、または前記閾値レベルに達しない場合、データは任意選択でログされ、制御は標準的なデータ収集動作８０４、８０８、および８１２に戻る。
【０１１３】
画素または画像の評価に基づき持続するガンマ線源は、放射線イベントと解釈でき、作業者への警報、コンピュータベースの警報、ネットワーク警報、これらの警報等の組み合わせを含む定義済みの警報をトリガーする（８２４）。これらの警報に加え、放射線イベントの検出に関与したカメラで集中的な監視モードが起動されるようにもできる。他のカメラ、例えば付近のカメラについては、最速のデータ取得・解析モードにして、放射線源を検出する確率を上げることができる。２つ以上のカメラで放射線が検出されると、それらの独立した検出は互いに調整される（８３２）。
【０１１４】
集中的な監視（８２８）からは、放射線源がまだ概略位置付近にあることの確認、より精確な放射線源位置の導出、具体的な放射性同位元素タイプの識別を含め、種々の結果を得ることができる。
【０１１５】
肯定的な検出または放射能が確認されると、後続解析により、持続性に関する警報を再確認することなく、現在のステータスが更新される。これらの最新情報は、線源がまだ存在することの確認に使用でき、また勾配法にも利用できる（８２８）。
【０１１６】
一部のカメラは、遠隔の作業者および／またはコンピュータ制御により動かすことができる。これらのカメラをパンおよび傾斜（チルト）させると、放射線源に対して当該カメラの向きを変えることができる。カメラの検出器が線源に対し略垂直に向かうようカメラが移動するに伴い、カウントレートは増加する。逆に、前記検出器の面が放射線源への視線方向と平行になるようカメラが配向されると、ガンマ線カウントレートは減少する。これにより、当該カメラの作業者またはコンピュータ制御探索（グリッド、ラスタ、らせん走査法その他）で、勾配法を実施することができる。勾配法の一実施態様では、（利用者定義可能な数のフレーム（例えば３〜５フレーム）にわたる平均で）カウントレートが上がるたび、新しい勾配法が開始され、探索パターンの新規原点を定義する新しい最大カウントベクトルが使われるようにできる。グローバルな最大値が検出された時点で、検出器は、放射線源への視線方向に向いているか、または背を向けている可能性がある。多くの場合、線源に対するカメラの位置をこれらの配置のどちらかにすることは極度に困難である（駅の屋根の上や、高速道路のわずか上空など）。撮像装置で検出された物理的対象の画像を使うと、線源位置を決定し、その不確定性を解消する上で役立つ。物理的対象のデジタルカメラデータ画像を使うと、識別可能な特徴について見掛けの角サイズを測定し、放射線源の強度を推定することができる。例えば、自動車が放射能源として識別された場合、その自動車とカメラ撮像装置との距離は、その自動車の見掛けの角サイズと、その既知の長さや高さなどとに基づき、三角法の関係（三角関係）を使って決定できる。それにより計算された距離と既知の感度を比較すると、データが自己無撞着であるか決定できる。
【０１１７】
ガンマ線により検出器へ付与されたエネルギーも、検出器内での検出位置および検出時刻に加えて測定することができる。検出器へのエネルギー付与量は、ガンマ線エネルギーの増加に伴い増加する。すべての放射性同位元素は、それぞれ固有のガンマ線エネルギースペクトルを有している。エネルギー付与を測定することに加え、エネルギーのライブラリと比較を行うと、放射性同位元素の特定が可能になり、その識別結果は報告される。
【０１１８】
特定の放射線源が複数のカメラで検出される場合もある。各カメラからのデータは解析できる。各カメラは、前記特定の同位元素を識別し独自の勾配法を実施するため、前記集中的な検索（８２８）を実施するよう命令を受ける。各カメラからの画像解析結果を組み合わせることにより、線源に関する付加的な情報が得られる。各カメラからの画像は、勾配法の実施に利用できる。勾配法でわかった最も可能性の高い方向について各カメラが報告を行うに従い、それらのベクトルは単一の領域へ向かって収束することが期待される。異なるカメラは異なる場所に配置されているため、結果として三角測量を行うことができ、これにより線源位置の決定が容易になり、単一カメラのデータだけでは線源の位置を十分正確に決定できない状況で役立つ。見直された放射能源の位置は、前記警報の情報へ追加できる。
【０１１９】
種々の撮像装置から得られた検出器データを調整すると、より多くのデータを前記ライブラリ値と比較することで、放射性同位元素の特定に関する再決定も可能になる。１若しくはそれ以上のカメラからの解析結果を組み合わせると、画像で識別されたガンマ線についてより高い有意性または信頼性が得られる。見直された放射線源特性の推定値は、警報システムを通じて報告されるようにできる。
【実施例４】
【０１２０】
小さい放射線源により行われた室内実験では、ＣＣＤまたはＣＭＯＳのプラットフォームに基づいた撮像装置は、エネルギー粒子の衝突に高感度であることが確認された。対照実験でも、実施された前記手順により、偽陽性の警報発生が本質的に排除されたことが確認された。このような誤警報が起こるには、背景レートが何らかの理由によりおおよそ２０〜５０倍増加し、その値が何秒も続かなければならないが、そのようなことが起こる確率は極めて小さい。同様に、図６Ａ〜６Ｃに示したように、前記室内実験の検出では、放射能が非常に低くとも有意な検出結果が得られている。偽陰性（線源検出を逸する場合）の確率は、現実的に脅威となる可能性の高いサイズの放射線源の場合、小さいと期待される。崩壊率が数千キュリー程度の放射線源の場合、セキュリティ上の脅威となるに十分大きな試料は、少なくとも数百メートルの範囲で検出可能であると期待され、遮蔽、空気間隙による減衰、および逆２乗フォールオフの各度合いに応じ、可能性としてさらに遠くとも検出可能であると期待される。
【０１２１】
検出器において投影される立体角が、線源に対して垂直以外の角度で幾何学的に縮小する効果を利用すると、勾配法の実施が可能になる。この手順により、一連のパン−チルト（または高度−方位角）配向にわたり放射能が測定できる。測定値レベルを指向方向と比較すると、現在の線源位置とカメラの検出器をつなぐ線に沿った最も可能性の高い方向ベクトルがわかる。多くの設備では、放射線源がカメラの側面上にあることはないと考えられるため、線源位置は前記ベクトルに沿った範囲に絞られる。これは、例えばカメラが支柱の高い位置に取り付けられており、放射線源がその付近の空中にぶら下げられていると期待することが妥当ではない場合に相当する。他の状況では、カメラの１若しくはそれ以上の側部の遮蔽を使ってガンマ線を減衰し、放射線源の位置を区別することができる。二者択一的または付加的に、付近のカメラからのデータを使うと、放射性物質線源の位置を決定することができる。
【実施例５】
【０１２２】
ラジウム２２６の崩壊生成物であるラドンは、α粒子を放出し、崩壊時にガンマ線（Ｒａ−２１９）を放出することがある。Ｒａ−２２６の崩壊娘核種である鉛、ビスマス、およびタリウムは、ガンマ線を放出する可能性があり、これを使ってラドンの存在を決定することができる。例えば、Ｒａ−２２６のビスマス２１４娘核種は、ガンマ線放出時の主なエネルギーピークが６０９ｋｅＶ、１，１２０ｋｅＶ、および１，７６４ｋｅＶとなる。ＣＣＤまたはＣＭＯＳの撮像装置を使うと、種々の状況でラドンおよびその崩壊生成物を検出することができる。撮像装置は、試験する領域内かその付近に配置できる。任意選択で、制御用に遮蔽を設けることもできる。前記撮像装置からのデータを高エネルギーガンマ線粒子について解析すると、試験領域における識別結果およびカウント数を決定できる。あるいは、ＭＯＳＦＥＴ増幅器に接続され、撮像装置の信号電荷を電圧に変換するコンデンサで、各画素の電荷を測定することもできる。所与の閾値を越える電荷または電圧により、試験中の領域内の放射線源に由来するガンマ線の存在を示すことが可能である。
【実施例６】
【０１２３】
撮像装置検出器の一例において、当該検出器で生じる信号は、ガンマ線がシリコン／二酸化ケイ素ＣＣＤに当たった結果生じるものである。Ｓｉ／ＳｉＯ２  ＣＣＤ検出器に対するガンマ線の相互作用およびエネルギー付与の予備的な研究によると、これらの装置は、鉛遮蔽された放射性同位元素を検出できることがわかった。この研究は、現場で現実的に見られる可能性の高い極端な状況を表す２つの異なる構造のモデルについて行われた。その一方のモデルは、ガンマ線の自己吸収が最小になる薄いスラブ（板）形の線源物質を伴い、他方のモデルは、ガンマ線の自己吸収を最大にする球形分布を伴うものであった。前記スラブモデルの結果では、より高い検出率、距離、および信頼度レベルが支持されたが、前記球形モデルでも、２０〜１００メートルの距離で検出可能な信号が得られた。
【０１２４】
以上、特定の好適な実施形態を参照して本発明を詳しく説明したが、他のバージョンも可能である。したがって、添付の特許請求の範囲に記載された要旨は以上の説明および本明細書内の好適なバージョンに限定されるものではない。
【図１】
2014002159.tif 000007
【図２Ａ−Ｂ】
2014002159.tif 000008
【図３】
2014002159.tif 000009
【図４】
2014002159.tif 000010
【図５Ａ−Ｄ】
2014002159.tif 000011
【図６Ａ−Ｃ】
2014002159.tif 000012
【図７】
2014002159.tif 000013
【図８】
2014002159.tif 000014
【図９】
2014002159.tif 000015
【図１０】
2014002159.tif 000016
【図１１】
2014002159.tif 000017
【図１２】
2014002159.tif 000018
【図１３】
2014002159.tif 000019
【図１４】
2014002159.tif 000020
【図１５】
2014002159.tif 000021
【図１６Ａ−Ｂ】
2014002159.tif 000022
【手続補正書】
【提出日】平成25年8月31日(2013.8.31)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
核分裂性元素の自然崩壊で放出される高エネルギー粒子を検出するシステムであって、
感光性の画素チップをそれぞれが有する１若しくはそれ以上の感光性の画素化画像検出器であって、この１若しくはそれ以上の感光性の画素化画像検出器は、デジタル静止画像、デジタルビデオ画像、またはそれらの組み合わせを生成するように構成され、更に周囲環境からの前記高エネルギー粒子が前記感光性の画素チップに当たるように配置されるものである、前記感光性の画素化画像検出器と、
１若しくはそれ以上のプロセッサと、
高エネルギー粒子を検出するための１若しくはそれ以上の命令を収納するプロセッサ読み取り可能記憶媒体であって、
前記１若しくはそれ以上の画像化画像検出器から画像データをスキャンする工程と、
１若しくはそれ以上の高カウントレート画素を特定する工程であって、前記高カウントレート画素は前記高エネルギー粒子が前記感光性の画素化チップに当たることにより生成されるものである、前記特定する工程と、
前記１若しくはそれ以上の高カウントレート画素の出力を定量化する工程と、
ユーザ定義の閾値に達したまたは越えた前記１若しくはそれ以上の高カウントレート画素を特定する工程と、
前記ユーザ定義の閾値に達したまたは越えた前記１若しくはそれ以上の高カウントレート画素に応答して信号を生成する工程と
を前記プロセッサに実行させる命令を収納するものである、前記プロセッサ読み取り可能記憶媒体と
を有することを特徴とするシステム。
【請求項２】
請求項１載のシステムにおいて、前記プロセッサ読み取り可能記憶媒体は、前記１若しくはそれ以上の画素化画像検出器からの画像データをスキャンに適した形式に変換する１若しくはそれ以上の命令をさらに有するものである。
【請求項３】
請求項１記載のシステムにおいて、前記１若しくはそれ以上の高カウントレート画素の出力を定量化する工程の前記１若しくはそれ以上の命令は、前記１若しくはそれ以上の高カウントレート画素の輝度を決定する工程の１若しくはそれ以上の命令を有するものである。
【請求項４】
請求項１記載のシステムにおいて、前記ユーザ定義の閾値に達したまたは越えた前記１若しくはそれ以上の高カウントレート画素を特定する工程の前記１若しくはそれ以上の命令は、前記１若しくはそれ以上の高カウントレート画素の出力が、ゼロより大きい、１若しくはそれ以上の近傍画素の出力より大きい、前記ユーザ定義の閾値を用いた前記１若しくはそれ以上の近傍画素の平均値より大きい、前記ユーザ定義の閾値を用いた前記１若しくはそれ以上の近傍画素の平均値に前記１若しくはそれ以上の近傍画素の平均値を掛けた値より大きい、および前記ユーザ定義の閾値を用いた前記１若しくはそれ以上の近傍画素の平均値に前記１若しくはそれ以上の近傍画素の平均値の平方根を掛けた値より大きいものの１若しくはそれ以上であることを決定する工程を有するものである。
【請求項５】
請求項１記載のシステムにおいて、前記ユーザ定義の閾値に達したまたは越えた前記１若しくはそれ以上の高カウントレート画素を特定する工程の前記１若しくはそれ以上の命令は、高カウントレート画素が特定のパラメータにおいて前記ユーザ定義の閾値に達したまたは越えた回数を定量化する工程であって、当該特定のパラメータはフレーム数、ユーザ定義の期間、またはそれらの組み合わせを有するものである。
【請求項６】
請求項１記載のシステムにおいて、前記１若しくはそれ以上の高カウントレート画素の出力を定量化する工程の前記１若しくはそれ以上の命令は、前記１若しくはそれ以上の高カウントレート画素出力のエネルギースペクトルを決定する工程の１若しくはそれ以上の命令を有するものである。
【請求項７】
請求項６記載のシステムにおいて、前記前記１若しくはそれ以上の高カウントレート画素出力のエネルギースペクトルを決定する工程の前記１若しくはそれ以上の命令は、
前記１若しくはそれ以上の高カウントレート画素のエネルギースペクトルと既知の放射性同位元素のエネルギースペクトルライブラリの複数のエネルギースペクトルとを比較する工程、
前記１若しくはそれ以上の高カウントレート画素のエネルギースペクトルと既知の放射性同位元素のエネルギースペクトルをマッチさせる工程、および
前記１若しくはそれ以上の高カウントレート画素と相互作用して前記１若しくはそれ以上の高カウントレート画素のエネルギースペクトルが生成された前記高エネルギー粒子の
線源を有する放射性同位元素タイプを特定する工程
の１若しくはそれ以上の命令
を有するものである。
【請求項８】
請求項６記載のシステムにおいて、前記前記１若しくはそれ以上の高カウントレート画素出力のエネルギースペクトルを決定する工程の前記１若しくはそれ以上の命令は、
前記１若しくはそれ以上の高カウントレート画素のエネルギースペクトルと既知の放射性同位元素のエネルギースペクトルライブラリの複数のエネルギースペクトルとを比較する工程、
前記１若しくはそれ以上の高カウントレート画素のエネルギースペクトルと既知の放射性同位元素のエネルギースペクトルをマッチさせる工程、
前記既知の放射性同位元素のエネルギースペクトルにマッチしないことが発見された１若しくはそれ以上の高カウントレート画素を特定する工程、
前記既知の放射性同位元素のエネルギースペクトルにマッチしないことが発見された１若しくはそれ以上の高カウントレート画素を排除する工程
の１若しくはそれ以上の命令
を有するものである。
【請求項９】
請求項１記載のシステムにおいて、前記プロセッサ読み取り可能記憶媒体は複数の画像検出器からの出力を統合する工程の１若しくはそれ以上の命令をさらに有するものである。
【請求項１０】
請求項９記載のシステムにおいて、前記複数の画像検出器からの出力を統合する工程の前記１若しくはそれ以上の命令は、
前記複数の画像検出器からの画像データを収集する工程、
前記複数の画像検出器からの画像データを処理または格納するために、送信先に送信する工程
の１若しくはそれ以上の命令
を有するものである。
【請求項１１】
請求項９記載のシステムにおいて、前記複数の画像検出器からの出力を統合する工程の前記１若しくはそれ以上の命令は、前記複数の画像検出器からの画像を比較する工程の１若しくはそれ以上の命令を有するものである。
【請求項１２】
請求項１記載のシステムにおいて、前記信号を生成する工程の前記１若しくはそれ以上の命令は、可聴信号を生成する工程の１若しくはそれ以上の命令を有するものである。
【請求項１３】
請求項１記載のシステムにおいて、前記信号を生成する工程の１若しくはそれ以上の命令は、可視信号を生成する工程の１若しくはそれ以上の命令を有するものである。
【請求項１４】
請求項１記載のシステムにおいて、前記信号を生成する１若しくはそれ以上のプログラミング命令は１若しくはそれ以上の画像を生成する１若しくはそれ以上のプログラミング命令を有するものである。
【請求項１５】
請求項１記載のシステムにおいて、前記プロセッサ読み取り可能記憶媒体は、前記命令を繰り返す１若しくはそれ以上の命令をさらに有するものである。
【請求項１６】
請求項１記載のシステムにおいて、前記１若しくはそれ以上の画像検出器は完全に覆われ、部分的に覆われ、または覆ったりはずしたりされるものである。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００５】
上記のことから、放射性物質の不正運搬を検出することが必要とされている。また、放射性物質を検出し、その位置を識別し、上記のタイプの物質が検出された時点で警報を発することのできる費用効果の高い広域センサネットワークが必要とされている。
この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、以下のものがある（国際出願日以降国際段階で引用された文献及び他国に国内移行した際に引用された文献を含む）。
【特許文献１】国際公開第９５／１４２４５号パンフレット
【特許文献２】英国特許第２，４００，４８０号明細書
【特許文献３】米国特許第６，４４８，５６２号明細書
【外国語明細書】
2014002159000001.pdf
2014002159000002.pdf
2014002159000003.pdf
2014002159000004.pdf