(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガンマ線量率の測定システムであって、
可視光を遮蔽し、光中のガンマ線を通過させる遮光装置と、
電子装置と、を備え、
前記電子装置は、
ガンマ線を検出し、電流信号を生成する検出モジュールと、
前記電流信号を受信し、前記電流信号を解析した上、各画素で得られたガンマ線量率の合計及びガンマ線エネルギースペクトルと、を含む解析結果を生成する影像解析モジュールと、
前記解析結果を表示する表示モジュールと、を有し、
前記遮光装置は、前記電子装置に取り付け可能であり、外部光源と前記検出モジュールとの間の光路に位置し、前記検出モジュールに進入する光が実質上ガンマ線となるよう光を濾過することを特徴とするガンマ線量率の測定システム。
【請求項２】
前記遮光装置は、柱状構造またはシート構造であることを特徴とする請求項１記載のガンマ線量率の測定システム。
【請求項３】
前記遮光装置は、不透明な金属部材またはその合金、不透明な非金属部材またはその複合材のいずれかあるいはそれらの組合せからなることを特徴とする請求項１記載のガンマ線量率の測定システム。
【請求項４】
前記検出モジュールは、相補型金属酸化膜半導体影像センサ、または電荷結合素子影像センサであることを特徴とする請求項１記載のガンマ線量率の測定システム。
【請求項５】
前記影像解析モジュールは、演算処理ユニットと、記憶ユニットと、線量率計算ユニットと、を有し、
前記演算処理ユニットは、前記電流信号を解析しガンマ線影像を生成して、前記記憶ユニットに格納し、
前記線量率計算ユニットは、前記ガンマ線影像を読み取り、線量率計算を行い、ガンマ線量率の合計及びガンマ線エネルギースペクトルを算出することを特徴とする請求項１記載のガンマ線量率の測定システム。
【請求項６】
前記線量率計算は、前記線量率計算ユニットに備えるノイズフィルタモジュール、画素輝度統計モジュール、および線量率変換モジュールによって実行され、
前記ノイズフィルタモジュールは、前記ガンマ線影像に対してノイズ除去を行い、
前記画素輝度統計モジュールは、ノイズ除去された前記ガンマ線影像に基づき、画素輝度の統計を行い、
前記線量率変換モジュールは、画素輝度の統計を行った後の前記ガンマ線影像に対して線量率の変換を行うことを特徴とする請求項５記載のガンマ線量率の測定システム。
【請求項７】
前記ノイズ除去は、前記ノイズフィルタモジュールに備えるカラー識別モジュールおよび画素連結成分抽出モジュールによって実行され、
前記カラー識別モジュールは、各画素の輝度値を逐一検証して、各画素の輝度値とスケールパラメータｍとが数式（１）または数式（２）を満たすか否かを判断し、数式（１）または数式（２）を満たすと判断された場合に第１信号画素と見なし、数式（１）または数式（２）を満たさないと判断した場合に第１ノイズ画素と見なし、前記第１ノイズ画素を削除し、前記画素連結成分抽出モジュールにより、前記第１信号画素からなる区域を連結区域とし、前記第１信号画素に同じラベルを与えた上、同じラベルを持つ前記第１信号画素を累計して、前記連結区域の大きさを決定し、前記連結区域の大きさが所定の大きさを超えた場合に第２信号画素と見なし、前記連結区域の大きさが所定の大きさ以下の場合に第２ノイズ画素と見なし、前記第２ノイズ画素を削除することを特徴とする請求項６記載のガンマ線量率の測定システム。
【数１】
0005688057.tif 000012
【数２】
0005688057.tif 000013
（式の中で、ＩR、ＩG、ＩBはそれぞれ画素の赤色、緑色、青色の輝度値を表し、その範囲が０〜２５５であり、ｍは１≦ｍ≦２を満足する。）
【請求項８】
前記画素輝度の統計は、前記画素輝度統計モジュールに備える画素輝度合計モジュールおよび画素輝度ヒストグラムモジュールによって実行され、前記画素輝度合計モジュールにより、前記ガンマ線影像にあるすべての前記第２信号画素の輝度値を下記数式（３）に基づいて合計し、
前記画素輝度ヒストグラムモジュールは、一次元関数を利用して各輝度値を類毎に累計し、輝度分布の特性を統計した上、画素輝度ヒストグラムを生成し、
前記一次元関数は、下記数式（４）を満たすことを特徴とする請求項７記載のガンマ線量率の測定システム。
【数３】
0005688057.tif 000014
（式の中で、ＩTOTは前記第２信号画素の画素輝度の合計であり、Ｍ・Ｎは前記ガンマ線影像の次元数であり、そのうち、ＭとＮは正整数であり、Ｉiは第ｉ番目の前記第２信号画素の画素輝度値を表す。）
【数４】
0005688057.tif 000015
（式の中で、ｋは輝度値が分類された数であり、その範囲は０〜２５５である。）
【請求項９】
前記線量率の変換は、前記線量率変換モジュールにより行い、校正曲線に基づいた、前記画素輝度の合計ＩTOTから前記ガンマ線量率の合計の実測値への変換、および、前記画素輝度ヒストグラムから実際に受信した前記ガンマ線エネルギースペクトルへの変換を含み、
前記校正曲線は下記数式（５）を満たすことを特徴とする請求項８記載のガンマ線量率の測定システム。
【数５】
0005688057.tif 000016
（式の中で、Ｄは前記ガンマ線量率の合計値であり、ａとｂは定数であり、かつａ＞０及びｂ≧０を満足する。）
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定システムに関し、特に、ガンマ線量率の測定システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、原子エネルギーの安全問題が大きな課題となっている。東日本大地震のとき、地震により津波が原子力発電所を襲い、多くの設備の損壊と伴い、放射線が外部に漏洩する原発事故が発生した。このように外部に漏洩した放射粒子は、すべて不可視光線のアルファ（α）、ベータ（β）、ガンマ（γ）などの粒子であり、人間の体がこれらの粒子に大量接触すると健康に害を及ぼす。
【０００３】
現在、これらの放射粒子を検出するために、ガイガーカウンタ、シンチレーション検出器などのような専用計器を使用する必要があり、それらの計器は、体積が大きくて、高価である。一方、体積の小さい腕章型熱ルミネッセンス線量計が市場に流通されている。使用上は便利だが、一定使用期間ごとに専用計器で読み出す必要があるので、環境中の放射線量が安全値を超えているか否かをリアルタイムで知ることができない。
【０００４】
科学の進歩及び発展につれて、市場に出でいるペン型または腕時計型線量計は、使用者にとって持ち歩けるようにすることが可能で、いつでも所在する場所の放射線量が安全値を超えているか否かを知らせることができる。しかし、この種のペン型やその他の持ち歩き可能な線量計のいずれも電池などを電源として使用することが必要ながら、統計、グラフ作成機能を有していない。
【０００５】
そこで、特許文献１に記載の発明では、携帯電話に適用可能であり、不可視光の粒子による線量を検出評価するための演算インタフェース装置が掲示され、日常生活の中で一般的に使用されている携帯電話（例えば、スマートフォン）を利用し、リアルタイムで放射線量が安全値を超えているかどうかを測定し、通信機能を生かして検出地域での検出値を周辺の民衆に通報するように発信し、個人の携帯性かつ使用上の利便性を一層向上させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】台湾特許出願第１００１１５０１７号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、このような装置では、影像センサの前方にシンチレータ結晶を取り付けて、不可視光の粒子を可視光に転換した後、影像センサに進入する仕組みである。この方式は、携帯装置を使用して放射線量を検出することができるが、希元素を含むシンチレータ結晶を追設する必要があるため、コスト増になるほか、定期的の校正が必要である。よって、如何にして電子装置の影像センサを直接、かつ便利に利用してガンマ線を検出することこそ、解決する必要が差し迫った課題である。
本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、使用の利便性を高めるガンマ線量率の測定システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明では、ガンマ線量率の測定システムは、遮光装置および電子装置を備える。遮光装置は、可視光を遮蔽し、光中のガンマ線を通過させる。電子装置は、検出モジュールと、影像解析モジュールと、表示モジュールと、を有する。検出モジュールにより、ガンマ線を検出して電流信号を生成する。影像解析モジュールは、電流信号を受信し、電流信号を解析した上、各画素で得られたガンマ線量率の合計及びガンマ線エネルギースペクトルを含む解析結果を生成され、表示モジュールにて解析結果が表示される。そのうち、遮光装置は、電子装置に取り付け可能であり、外部光源と検出モジュールとの間の光路に位置することによって、検出モジュールに進入する光が実質上ガンマ線となるよう光を濾過することができる。
【０００９】
遮光装置は、柱状構造またはシート構造であることが好ましい。
遮光装置は、不透明な金属部材またはその合金、不透明な非金属部材またはその複合材のいずれかあるいはそれらの組合せからなることが好ましい。
【００１０】
検出モジュールは、相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）影像センサ、または電荷結合素子（ＣＣＤ）影像センサであることが好ましい。
【００１１】
影像解析モジュールは、演算処理ユニットと、記憶ユニットと、線量率計算ユニットと、を有することが好ましい。なお、演算処理ユニットは、電流信号を解析し、ガンマ線影像を生成して、記憶ユニットに格納する。線量率計算ユニットは、ガンマ線影像を読み取り、線量率計算を行い、ガンマ線量率の合計及びガンマ線エネルギースペクトルを算出する。
【００１２】
線量率計算は、線量率計算ユニットに備えるノイズフィルタモジュール、画素輝度統計モジュール、および線量率変換モジュールによって実行することが好ましい。ノイズフィルタモジュールは、ガンマ線影像に対してノイズ除去を行い、画素輝度統計モジュールは、ノイズ除去されたガンマ線影像に基づき、画素輝度の統計を行い、線量率変換モジュールは、画素輝度の統計を行った後のガンマ線影像に対して線量率の変換を行うようにする。
【００１３】
ノイズ除去は、ノイズフィルタモジュールに備えるカラー識別モジュールおよび画素連結成分抽出モジュールによって実行することが好ましい。カラー識別モジュールは、各画素の輝度値を逐一検証して、スケールパラメータｍとが数式（１）または数式（２）を満たすか否かを判断する。
【数１】
0005688057.tif 000002
【数２】
0005688057.tif 000003
（式の中で、ＩR、ＩG、ＩBはそれぞれ画素の赤色、緑色、青色の輝度値を表し、その範囲が０〜２５５であり、ｍは１≦ｍ≦２を満足する。）
数式（１）または数式（２）を満たすと判断された場合に第１信号画素と見なし、数式（１）または数式（２）を満たさないと判断された場合に第１ノイズ画素と見なし、第１ノイズ画素を削除する。画素連結成分抽出モジュールにより、前記第１信号画素からなる区域を連結区域とし、第１信号画素に同じラベルを与えた上、同じラベルを持つ第１信号画素を累計して、連結区域の大きさを決定し、連結区域の大きさが所定の大きさを超えた場合に第２信号画素と見なし、一方、連結区域の大きさが所定の大きさ以下の場合に、第２ノイズ画素と見なし、その第２ノイズ画素を削除する。
【００１４】
画素輝度の統計は、画素輝度統計モジュールに備える画素輝度合計モジュールおよび画素輝度ヒストグラムモジュールによって実行することが好ましい。画素輝度合計モジュールにより、ガンマ線影像にあるすべての第２信号画素の輝度値を下記数式（３）に基づいて合計する。
【数３】
0005688057.tif 000004
（式の中で、ＩTOTは第２信号画素の画素輝度の合計であり、Ｍ・Ｎはガンマ線影像の次元数であり、そのうち、ＭとＮは正整数であり、Ｉiは第ｉ番目の前記第２信号画素の画素輝度値を表す。）
【００１５】
また、画素輝度ヒストグラムモジュールは、一次元関数を利用して各輝度値の数を累計し、輝度分布の特性を統計した上、画素輝度ヒストグラムを生成し、その一次元関数は、下記数式（４）によって示される。
【数４】
0005688057.tif 000005
（式の中で、ｋは輝度値が分類された数であり、その範囲は０〜２５５である。）
【００１６】
線量率の変換は、線量率変換モジュールにより行い、校正曲線に基づいた、画素輝度の合計ＩTOTからガンマ線量率の合計の実測値への変換、および、画素輝度ヒストグラムから実際に受信されたガンマ線エネルギースペクトルへの変換を含む。その校正曲線は、下記数式（５）を満たす。
【数５】
0005688057.tif 000006
（式の中で、Ｄはガンマ線量率の合計値であり、ａとｂは定数であり、かつａ＞０及びｂ≧０を満足する。）
【発明の効果】
【００１７】
上述したように、本発明のガンマ線量率の測定システムによれば、放射線量を測定するときには、希元素を含むシンチレータ結晶を追設する必要はなく、コストを大幅に軽減できるほか、使用の利便性を向上できる。電子装置の使用者が本発明を利用する場合においても、新たに電源を調達する必要はなく、測定場所のガンマ線量率ならびに関連情報を測定することができ、電子装置をさらなる応用分野に展開し、その利便性を有効に向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態によるガンマ線量率の測定システムの模式図である。
【図２】本発明の一実施形態によるガンマ線量率の測定システムのブロック図である。
【図３】本発明の一実施形態によるガンマ線量率の測定システムの線量率計算ユニットのブロック図である。
【図４】本発明の一実施形態によるガンマ線量率の測定システムのノイズフィルタモジュールのブロック図である。
【図５】本発明の一実施形態によるガンマ線量率の測定システムの画素輝度統計モジュールのブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
（一実施形態）
以下、本発明のガンマ線量率の測定システムの一実施形態について、関連図面を参照しながら説明する。理解の便利を図るため、以下に示す一実施形態において同じ作用を有する同じ構成要素を同じ符号を付して示している。
【００２０】
図１に示すように、本発明のガンマ線量率の測定システムは、遮光装置１００と、電子装置２００と、を備える。遮光装置１００は、可視光を遮蔽することによって、遮光装置１００を通過する光を濾過する。電子装置２００は、検出モジュール２０１、影像解析モジュール２０３、および表示モジュール２０４、を含む。検出モジュール２０１は、ガンマ線を検出して電流信号を生成する。影像解析モジュール２０３は、電流信号を受信し、電流信号を解析した上、ガンマ線量率の合計及びガンマ線エネルギースペクトルを含む解析結果を生成し、表示モジュール２０４にて解析結果を表示する。そのうち、遮光装置１００は、電子装置２００取り付け可能であり、かつ外部光源と検出モジュール２０１との間の光路に位置することによって、検出モジュール２０１に進入する光が実質上ガンマ線となるよう光を濾過する。
【００２１】
また、遮光装置１００は、柱状構造、シート構造または検出モジュール２０１を被せることのできるいかなる形状からなる構造であっても良い。遮光装置１００の材質としは、不透明な金属部材またはその合金、不透明な非金属部材またはその複合材のいずれかあるいはそれらの組合せが挙げられる。また、遮光装置１００の上に、さらに吸着部材、接合部材、締結部材など（図示しない）が取り付けられ、電子装置２００と容易に接合または分離することができ、電子装置２００の外形、外観を変更する必要はない。一方、検出モジュール２０１は、例えば、相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）影像センサまたは電荷結合素子（ＣＣＤ）影像センサであっても良いが、これに限らない。また、電子装置２００は、例えば、スマートフォン、タブレットＰＣ、ポータブルゲーム機または携帯情報端末（ＰＤＡ）などが挙げられるが、これに限らない。
【００２２】
使用者は、使用過程において、遮光装置１００を予め電子装置２００（例えば、外部光源が検出モジュール２０１に進入する光路上に設ける）に取り付け、外部環境の光を遮光装置１００により遮蔽する。外部環境に放射性崩壊により放出されるガンマ線の同位元素があるときのみに、放出されるガンマ線が遮光装置１００を通過して、検出モジュール２０１に進入する。検出モジュール２０１は検出されたガンマ線を電流信号に転換し、電子装置２００の影像解析モジュール２０３はその電流信号を受信し、解析した解析結果（例えば、ガンマ線影像２０５）は表示モジュール２０４により表示される。
【００２３】
図２に示すように、外部環境にあるガンマ線１１０が検出モジュール２０１に進入した後、検出モジュール２０１によって検出されたガンマ線１１０を電流信号に転換し、影像解析モジュール２０３に伝送する。影像解析モジュール２０３は、演算処理ユニット２１０、記憶ユニット２２０、および線量率計算ユニット２３０を含む。演算処理ユニット２１０は、検出モジュール２０１からの電流信号を受信し、その電流信号を解析してガンマ線影像を生成し、記憶ユニット２２０に格納する。線量率計算ユニット２３０は、記憶ユニット２２０に格納されたガンマ線影像を読み取り、ガンマ線量率の合計及びガンマ線エネルギースペクトルを算出し、ガンマ線量率の合計及びガンマ線エネルギースペクトルを記憶ユニット２２０に格納する。当該解析結果は表示モジュール２０４に表示される。そのうち、演算処理ユニット２１０としては、例えば、中央演算処理装置、マイクロプロセッサー、画像プロセッサー、デジタル信号プロセッサーまたは論理プロセッサーなどが挙げられる。記憶ユニット２２０としては、例えば、ダイナミックＲＡＭ、スタティックＲＡＭ、プログラマブルＲＯＭ、消去およびプログラム可能ＲＯＭ、電気的消去可能プログラマブルＲＯＭまたはフラッシュメモリなどが挙げられる。ただし、これに限らない。
【００２４】
また、使用者は、表示モジュール２０４に表示された解析結果に基づき、所定の時間区間を固定的にまたは連続的な時間区間を動的に検出しているかどうかを判断することができる。詳しく言えば、使用者は、検出モジュール２０１が検出するガンマ線１１０のサンプリング時間を決定し、即時にガンマ線影像、ガンマ線量率の合計またはガンマ線エネルギースペクトルに反映させ、より詳しい統計資料を取得することができる。
【００２５】
図３に示すように、線量率計算ユニット２３０により、ガンマ線影像２０５に対して線量率計算を行うことができる。線量率計算ユニット２３０は、ノイズフィルタモジュール２４０と、画素輝度統計モジュール２５０と、線量率変換モジュール２６０と、を有する。ノイズフィルタモジュール２４０は、ガンマ線影像２０５に対してノイズ除去を行い、画素輝度統計モジュール２５０は、ノイズ除去されたガンマ線影像に基づき、画素輝度の統計を行う。線量率変換モジュール２６０は、画素輝度が統計されたガンマ線影像に対して線量率の変換を行い、ガンマ線量率の合計２７０及びガンマ線エネルギースペクトル２８０が得られ、得られたガンマ線量率の合計２７０及びガンマ線エネルギースペクトル２８０を記憶ユニット２２０に格納する。
【００２６】
そのうち、ノイズ除去は、ノイズフィルタモジュール２４０に備えるカラー識別モジュール２４１および画素連結成分抽出モジュール２４２によって実行される（図４を参照）。カラー識別モジュール２４１は、ガンマ線影像２０５の各画素の輝度値を逐一検出し、スケールパラメータｍが数式（１）または数式（２）を満たすか否かを判断する。
【数１】
0005688057.tif 000007
【数２】
0005688057.tif 000008
（式の中で、ＩR、ＩG、ＩBはそれぞれ画素の赤色、緑色、青色の輝度値を表し、ｍは１≦ｍ≦２を満足する。）
数式（１）または数式（２）を満たすと判断した場合に第１信号画素と見なし、数式（１）または数式（２）を満たさないと判断した場合に第１ノイズ画素と見なして、その第１ノイズ画素を削除する。次に、画素連結成分抽出モジュール２４２により、同じ連結区域にある第１信号画素に同じラベルを与えた上、同じラベルを持つ第１信号画素を累計し、連結区域の大きさを決定する。連結区域の大きさが所定の大きさを超えた場合に第２信号画素と見なし、連結区域の大きさが所定の大きさを超えていなかった場合に第２ノイズ画素と見なし、その第２ノイズ画素を削除し、第２信号画素を画素輝度統計モジュール２５０に伝送する。
【００２７】
そして、使用者は、画素輝度統計モジュール２５０に備える画素輝度合計モジュール２５１および画素輝度ヒストグラムモジュール２５２を介して、ノイズフィルタモジュール２４０からの第２信号画素（図５を参照）を受信することができる。また、画素輝度合計モジュール２５１により、ガンマ線影像にあるすべての第２信号画素の輝度値を下記数式（３）に基づいて合計する。
【数３】
0005688057.tif 000009
（式の中で、ＩTOTは第２信号画素の画素輝度の合計であり、Ｍ×Ｎはガンマ線影像の次元数であり、そのうち、ＭとＮは正整数であり、Ｉiは輝度値を表わす。）
【００２８】
また、画素輝度ヒストグラムモジュール２５２は、一次元関数を利用して各輝度値の数を累計して、輝度分布の特性を統計した上、画素輝度ヒストグラムを生成する。係る一次元関数は、下記数式（５）を満たす。
【数４】
0005688057.tif 000010
（式の中で、ｋは輝度値が分類された数であり、その範囲は０〜２５５である。）
【００２９】
つまり、画素輝度合計モジュール２５１によって画素輝度の合計を算出し、画素輝度ヒストグラムモジュール２５２によって画素輝度ヒストグラムを算出した後に、得られた画素輝度の合計及び画素輝度ヒストグラムは、それぞれ線量率変換モジュール２６０に伝送され、線量率の変換を行う。
【００３０】
線量率の変換は、線量率変換モジュール２６０により行い、校正曲線に基づいた、画素輝度の合計ＩTOTからガンマ線量率の合計２７０の実測値への変換、および、画素輝度ヒストグラムから実際に受信されたガンマ線エネルギースペクトル２８０への変換を含む。校正曲線は、下記数式（５）を満たす。
【数５】
0005688057.tif 000011
（式の中で、Ｄはガンマ線量率の合計値であり、ａとｂは定数であり、かつａ＞０及びｂ≧０を満足する。）
【００３１】
上述したように、本実施形態によるガンマ線量率の測定システムは取り外し自在の遮光装置と、電子装置での影像処理技術と、を結合し、人間が持ち歩ける電子装置を利用して、電子装置の影像センサが放射線検出器の代わりとして働いていることから、追加の電源及びシンチレータ結晶を取り付ける必要がなく、電子装置本来の機能に影響せず、かつ一回の操作のみでガンマ線影像と、ガンマ線量率の合計と、ガンマ線エネルギースペクトルを取得できる。
【００３２】
本実施形態によるガンマ線量率の測定システムを適用すれば、従来の放射線検出器が高価格で、体積が大きい、保守コストが高いといった問題点を解決でき、容易に取り扱うことができるため、操作員は教育訓練を受ける必要がないというメリットがある。また、影像処理を介して、被測定物と当該地域環境との線量率を即時に知ることができ、放射線検出の利便性を大幅に向上することができる。
【００３３】
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の形態で実施可能である。
【符号の説明】
【００３４】
１００・・・遮光装置、
１１０・・・ガンマ線、
２００・・・電子装置、
２０１・・・検知モジュール、
２０３・・・影像解析モジュール、
２０４・・・表示モジュール、
２０５・・・ガンマ線影像、
２１０・・・演算処理ユニット、
２２０・・・記憶ユニット、
２３０・・・線量率計算ユニット、
２４０・・・ノイズフィルタモジュール、
２４１・・・カラー識別モジュール、
２４２・・・画素連結成分抽出モジュール、
２５０・・・画素輝度統計モジュール、
２５１・・・画素輝度合計モジュール、
２５２・・・画素ヒストグラムモジュール、
２６０・・・線量率変換モジュール、
２７０・・・ガンマ線量率の合計、
２８０・・・ガンマ線エネルギースペクトル。
【図１】
0005688057.tif 000017
【図２】
0005688057.tif 000018
【図３】
0005688057.tif 000019
【図４】
0005688057.tif 000020
【図５】
0005688057.tif 000021