Программный комплекс для восстановления интроскопических изображений с использованием метода дуальной энергии
Разработано программное обеспечение, позволяющее осуществлять необходимую математическую и компьютерную обработку интроскопических изображений и визуализацию результатов распознавания. Программный комплекс для восстановления интроскопических изображений с определением Z-функции на основе метода дуал...
Saved in:
| Date: | 2010 |
|---|---|
| Main Authors: | , , , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України
2010
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/17029 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Программный комплекс для восстановления интроскопических изображений с использованием метода дуальной энергии / Ю.Н. Гавриш, Я.А. Бердников, Д.О. Спирин, А.Н. Передерий, М.В. Сафонов, И.В. Романов // Вопросы атомной науки и техники. — 2010. — № 3. — С. 123-125. — Бібліогр.: 1 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859626472196538368 |
|---|---|
| author | Гавриш, Ю.Н. Бердников, Я.А. Спирин, Д.О. Передерий, А.Н. Сафонов, М.В. Романов, И.В. |
| author_facet | Гавриш, Ю.Н. Бердников, Я.А. Спирин, Д.О. Передерий, А.Н. Сафонов, М.В. Романов, И.В. |
| citation_txt | Программный комплекс для восстановления интроскопических изображений с использованием метода дуальной энергии / Ю.Н. Гавриш, Я.А. Бердников, Д.О. Спирин, А.Н. Передерий, М.В. Сафонов, И.В. Романов // Вопросы атомной науки и техники. — 2010. — № 3. — С. 123-125. — Бібліогр.: 1 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| description | Разработано программное обеспечение, позволяющее осуществлять необходимую математическую и компьютерную обработку интроскопических изображений и визуализацию результатов распознавания. Программный комплекс для восстановления интроскопических изображений с определением Z-функции на основе метода дуальной энергии дает возможность распознавания не менее четырех групп элементов и проведения детального анализа содержимого просвеченных объектов с помощью различных функций фильтрации, коррекции и улучшения интроскопических изображений.
Розроблено програмне забезпечення, що дозволяє здійснювати необхідну математичну і комп'ютерну обробку інтроскопічних зображень та візуалізацію результатів розпізнавання. Програмний комплекс для відновлення інтроскопічних зображень з визначенням Z-функції на основі методу дуальної енергії дає можливість розпізнавання не менше чотирьох груп елементів і проведення детального аналізу вмісту просвічених об'єктів за допомогою різних функцій фільтрації, корекції та покращення інтроскопічних зображень.
A software has been developed, which allows a necessary mathematical and computer processing of radioscopic images to be done and the results of discrimination to be visualized. The software for reconstruction of radioscopic images with the definition of Z-function on the basis of the dual energy method allows not less than 4 groups of elements to be discriminated and a detailed analysis of the content of irradiated objects to be done by using functions of filtering, correction and enhancement of radioscopic images.
|
| first_indexed | 2025-11-29T12:18:31Z |
| format | Article |
| fulltext |
УДК 621.386.8
ПРОГРАММНЫЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ ВОССТАНОВЛЕНИЯ
ИНТРОСКОПИЧЕСКИХ ИЗОБРАЖЕНИЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ
МЕТОДА ДУАЛЬНОЙ ЭНЕРГИИ
Ю.Н. Гавриш1, Я.А. Бердников2, Д.О. Спирин2, А.Н. Передерий3, М.В. Сафонов3,
И.В. Романов3
1ФГУП «Научно-исследовательский институт электрофизической аппаратуры
им. Д.В. Ефремова», Санкт-Петербург, Россия
E-mail: npkluts@niiefa.spb.su;
2Санкт-Петербургский государственный политехнический университет,
Санкт-Петербург, Россия
E-mail: imop@imop.spbstu.ru;
3ГУ Войсковая часть, Железнодорожный, Россия
E-mail: vilage@dol.ru
Разработано программное обеспечение, позволяющее осуществлять необходимую математическую и
компьютерную обработку интроскопических изображений и визуализацию результатов распознавания. Про-
граммный комплекс для восстановления интроскопических изображений с определением Z-функции на ос-
нове метода дуальной энергии дает возможность распознавания не менее четырех групп элементов и прове-
дения детального анализа содержимого просвеченных объектов с помощью различных функций фильтра-
ции, коррекции и улучшения интроскопических изображений.
1. ВВЕДЕНИЕ
Интроскопическое исследование внутренней
структуры объектов осуществляется путем просве-
чивания их пучком фотонов жесткого тормозного
излучения, генерируемого ускорителем электронов.
Прошедшее через контролируемый объект излуче-
ние регистрируется детекторной линейкой. После
соответствующей обработки изображение инспек-
тируемого объекта отображается на экране компью-
тера рабочего места оператора, где проводится его
визуальный анализ с целью обнаружения подозри-
тельных включений.
Интроскопические изображения высокого каче-
ства крупногабаритных объектов достижимы лишь
при использовании высокоэнергетического тормоз-
ного излучения с граничной энергией до 10 МэВ.
Использование метода дуальной энергии в данном
энергетическом диапазоне затруднено в силу огра-
ничений, связанных с физикой взаимодействия гам-
ма-квантов с веществом.
2. АЛГОРИТМ ПРОГРАММЫ
Для идентификации различных материалов по
атомному номеру Z используется метод дуальной
энергии. Исследуемый объект просвечивается пуч-
ками тормозного излучения с разными граничными
энергиями (4.5 и 9 МэВ), и получаются два теневых
изображения, соответствующие высокой и низкой
граничной энергии. В связи с тем, что степень ос-
лабления излучения объектами, имеющими одина-
ковую массовую толщину, зависит от Z, существует
возможность распознавать различные материалы по
атомному номеру. Если массовая толщина объекта
неизвестна, то для определения атомного номера по
степени ослабления излучения необходимо иметь,
как минимум, два уравнения, так как возникают две
неизвестные (массовая толщина t и атомный номер
Z). Эти два уравнения можно записать, измерив сте-
пень ослабления пучков тормозного излучения для
двух разных граничных энергий тормозного спек-
тра, что позволяет использовать метод дуальной
энергии для определения атомного номера материа-
ла. К сожалению, при энергии в области от 1 до
10 МэВ массовый коэффициент ослабления излуче-
ния слабо зависит от материала, так как преобладает
комптоновское рассеяние, а составляющая массово-
го коэффициента ослабления, определяемая ком-
птоновским рассеянием, от материала практически
не зависит. Слабая зависимость массового коэффи-
циента поглощения от материала определяется про-
цессом рождения пар, для которого составляющая
массового коэффициента ослабления ZA
Z ~~
2 . При
увеличении энергии фотонов выше порога рождения
пар растет вклад процесса образования пар и усили-
вается зависимость массового коэффициента ослаб-
ления от атомного номера вещества. Таким образом,
для идентификации материалов по атомному номеру
необходимо использовать тормозное излучение с
граничной энергией, заметно превышающей порог
рождения пар, а низкоэнергетическую часть спектра
обрезать фильтром. Значения граничных энергий 4.5
и 9 МэВ представляются оптимальными для иден-
тификации по атомному номеру.
Интроскопические исследования основаны на
определении радиоскопической прозрачности объ-
екта (отношения интенсивности излучения, регист-
рируемого детектором, при наличии и в отсутствии
объекта). При облучении гомогенного объекта с
оптической толщиной t из материала с атомным но-
мером Z пучком тормозного излучения с граничной
____________________________________________________________
PROBLEMS OF ATOMIC SCIENCE AND TECHNOLOGY. 2010. № 3.
Series: Nuclear Physics Investigations (54), p.123-125.
123
mailto:imop@imop.spbstu.ru
энергией выражение для радиоскопической про-
зрачности имеет вид:
0E
( )
( ) ( )( )
( )
,
,
,exp,
,,
0
0
0
0
0
0
0
∫
∫ ⋅−
= E
E
dEEES
dEtZEEES
ZtET
μ
(1)
где ( ZE, )μ − массовый коэффициент ослабления
излучения с энергией квантов E; − произ-
ведение спектральной плотности интенсивности
излучения и функции отклика детектора. Спек-
тральную плотность интенсивности излучения
представляем в виде произведения спектральной
плотности интенсивности тормозного излучения
(формула Шиффа [1]) и коэффициента, учитываю-
щего ослабление низкоэнергетической части спек-
тра предварительным фильтром.
( EES ,0 )
124
Используя (1), можно составить для различных
значений Z таблицы соответствия прозрачности и
оптической толщины при обеих граничных энергиях
тормозного спектра (E01=9 МэВ и E02=4.5 МэВ). Для
определения атомного номера материала по изме-
ренным значениям прозрачности при граничных
энергиях E01 и E02 определяем по таблицам соответ-
ствия значения оптической толщины t1(Z) и t2(Z) для
каждого из рассматриваемых значений Z. Учитывая,
что оптическая толщина не зависит от граничной
энергии спектра, идентификацию атомного номера
определяем из условия минимума функционала:
( ) ( ) ( )
( ) .
1
21
Zt
ZtZt
ZF
−
= (2)
Если объект имеет гетерогенную структуру, то
можно оценить только эффективное значение Z
атомных номеров составляющих его материалов,
соответствующее среднему массовому коэффициен-
ту ослабления:
( ) ( ) ,,1,
1
∑
=
⋅=
N
i
ii tZE
t
ZE μμ (3)
где Zi и ti − атомный номер и массовая толщина ка-
ждого гомогенного участка объекта; N − количество
таких участков; t − полная оптическая толщина объ-
екта. С точки зрения поглощения излучения гетеро-
генный объект можно рассматривать как гомоген-
ный с суммарной массовой толщиной и усреднен-
ным коэффициентом поглощения. По измеренным в
эксперименте прозрачностям можно оценить эффек-
тивное значение атомного номера, используя табли-
цы соответствия и минимизируя функционал (2).
Таким образом, для объекта с гетерогенной струк-
турой метод дуальной энергии позволяет опреде-
лить только некоторое эффективное значение атом-
ного номера. Поэтому рассматривается не задача
полной идентификации материалов по атомному
номеру, а задача распознавания определенной груп-
пы элементов. Необходимо распознавание следую-
щих четырех групп элементов:
− легких материалов (Zeff=5);
− материалов со средним атомным номером (Zeff=13);
− «неорганических» материалов (Zeff=26);
− тяжелых элементов (Zeff=82).
Распознавание групп материалов по значению Z
производится по измеренным значениям прозрачно-
стей для обеих граничных энергий. Используются
два критерия. По таблицам соответствия для изме-
ренных прозрачностей и каждого рассматриваемого
значения Z определяются оптические толщины, а
затем Z определяется минимизацией функционала
(2). Второй критерий основан на определении отно-
шения логарифмов прозрачностей при высокой и
низкой энергиях:
( ) ( )
( ) ,
,,ln
,,ln
,,,
02
01
0201 ZtET
ZtET
ZtEER = (4)
которое является отношением усредненных по спек-
тру эффективных коэффициентов ослабления при
высокой и низкой энергиях. При использовании
предварительного фильтра, ослабляющего низко-
энергетическую часть тормозного спектра, величина
R для определенного значения оптической толщины
однозначно связана с атомным номером. Таким об-
разом, совместное использование обоих критериев
позволяет однозначно оценить и распознать группу
элементов по эффективному атомному номеру.
3. ОСНОВНЫЕ ФУНКЦИИ
ПРОГРАММНОГО КОМПЛЕКСА
Программный комплекс для восстановления ин-
троскопических изображений с определением Z-
функции на основе метода дуальной энергии пред-
ставляет собой программу цифровой обработки изо-
бражений, позволяющую выводить на экран изо-
бражения объекта, полученного при сканировании,
и проводить детальный анализ содержимого про-
свеченных объектов с помощью различных функций
фильтрации, коррекции и улучшения интроскопиче-
ских изображений.
Программный комплекс позволяет выполнять
следующие функции.
Функции фильтрации изображений:
− устранение одномерных и двумерных полос на
интроскопическом изображении;
− подавление шумов путем усреднения;
− локальная фильтрация с заданным ядром;
− фильтрация линейными и нелинейными фильт-
рами, заданными матрицами;
− трансформация гистограмм изображений;
− медианная фильтрация для подавления импульс-
ного шума;
− билатеральная фильтрация.
Функции линейных геометрических преобразо-
ваний изображений:
− обрезка изображения;
− изменение размеров изображения;
− вращение изображения на 90 градусов в разных
направлениях; вращение изображения на произ-
вольный угол;
− горизонтальная и вертикальная геометрическая
инверсия;
− выделение произвольного фрагмента изображе-
ния и его представление в специальном окне.
Функции над фрагментом изображения:
− произвольное масштабирование фрагмента изо-
бражения;
− контрастная оптимизация фрагмента изображе-
ния;
− коррекция и фильтрация фрагмента изображе-
ния;
− интегральные и статистические измерения.
Функции цветовой палитры:
− представление изображения в псев доцветах по
заданной палитре;
− инвертирование палитры цветов.
Функции редактирования:
Рис.2. Изображение тестовых проволочек различ-
ного диаметра за 150 мм железным барьером
− прокрутка изображений;
− полноэкранное представление изображений.
Созданное программное обеспечение будет ис-
пользовано при создании интроскопических ком-
плексов и позволит повысить эффективность обна-
ружения несанкционированных грузов, в том числе
радиоактивных и урансодержащих веществ.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
В качестве результатов работы программного
комплекса приведены интроскопические изображе-
ния тестовых объектов.
ЛИТЕРАТУРА
1. L.I. Shiff. Energy-Angle Distribution of Thin Target
Bremsstrahlung // Physical Review. 1951, v.83, №2,
p.252-253.
Статья поступила в редакцию 07.09.2009 г.
Рис.1. Пример применения фильтра “Рельеф”
SOFTWARE FOR RECONSTRUCTION OF RADIOSCOPIC IMAGES
BY USING THE DUAL ENERGY METHOD
Yu.N. Gavrish, Ya.A. Berdnikov, D.O. Spirin, A.N. Peredery, M.V. Safonov, I.V. Romanov
A software has been developed, which allows a necessary mathematical and computer processing of radioscopic
images to be done and the results of discrimination to be visualized. The software for reconstruction of radioscopic
images with the definition of Z-function on the basis of the dual energy method allows not less than 4 groups of
elements to be discriminated and a detailed analysis of the content of irradiated objects to be done by using func-
tions of filtering, correction and enhancement of radioscopic images.
ПРОГРАМНИЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ ВІДНОВЛЕННЯ ІНТРОСКОПІЧНИХ ЗОБРАЖЕНЬ
З ВИКОРИСТАННЯМ МЕТОДУ ДУАЛЬНОЇ ЕНЕРГІЇ
Ю.Н. Гавріш, Я.А. Бердников, Д.О. Спірін, А.Н. Передерій, М.В. Сафонов, І.В. Романов
Розроблено програмне забезпечення, що дозволяє здійснювати необхідну математичну і комп'ютерну об-
робку інтроскопічних зображень та візуалізацію результатів розпізнавання. Програмний комплекс для від-
новлення інтроскопічних зображень з визначенням Z-функції на основі методу дуальної енергії дає можли-
вість розпізнавання не менше чотирьох груп елементів і проведення детального аналізу вмісту просвічених
об'єктів за допомогою різних функцій фільтрації, корекції та покращення інтроскопічних зображень.
125
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-17029 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1562-6016 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-11-29T12:18:31Z |
| publishDate | 2010 |
| publisher | Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Гавриш, Ю.Н. Бердников, Я.А. Спирин, Д.О. Передерий, А.Н. Сафонов, М.В. Романов, И.В. 2011-02-18T11:51:11Z 2011-02-18T11:51:11Z 2010 Программный комплекс для восстановления интроскопических изображений с использованием метода дуальной энергии / Ю.Н. Гавриш, Я.А. Бердников, Д.О. Спирин, А.Н. Передерий, М.В. Сафонов, И.В. Романов // Вопросы атомной науки и техники. — 2010. — № 3. — С. 123-125. — Бібліогр.: 1 назв. — рос. 1562-6016 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/17029 621.386.8 Разработано программное обеспечение, позволяющее осуществлять необходимую математическую и компьютерную обработку интроскопических изображений и визуализацию результатов распознавания. Программный комплекс для восстановления интроскопических изображений с определением Z-функции на основе метода дуальной энергии дает возможность распознавания не менее четырех групп элементов и проведения детального анализа содержимого просвеченных объектов с помощью различных функций фильтрации, коррекции и улучшения интроскопических изображений. Розроблено програмне забезпечення, що дозволяє здійснювати необхідну математичну і комп'ютерну обробку інтроскопічних зображень та візуалізацію результатів розпізнавання. Програмний комплекс для відновлення інтроскопічних зображень з визначенням Z-функції на основі методу дуальної енергії дає можливість розпізнавання не менше чотирьох груп елементів і проведення детального аналізу вмісту просвічених об'єктів за допомогою різних функцій фільтрації, корекції та покращення інтроскопічних зображень. A software has been developed, which allows a necessary mathematical and computer processing of radioscopic images to be done and the results of discrimination to be visualized. The software for reconstruction of radioscopic images with the definition of Z-function on the basis of the dual energy method allows not less than 4 groups of elements to be discriminated and a detailed analysis of the content of irradiated objects to be done by using functions of filtering, correction and enhancement of radioscopic images. ru Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України Применение ускорителей Программный комплекс для восстановления интроскопических изображений с использованием метода дуальной энергии Програмний комплекс для відновлення інтроскопічних зображень з використанням методу дуальної енергії Software for reconstruction of radioscopic images by using the dual energy method Article published earlier |
| spellingShingle | Программный комплекс для восстановления интроскопических изображений с использованием метода дуальной энергии Гавриш, Ю.Н. Бердников, Я.А. Спирин, Д.О. Передерий, А.Н. Сафонов, М.В. Романов, И.В. Применение ускорителей |
| title | Программный комплекс для восстановления интроскопических изображений с использованием метода дуальной энергии |
| title_alt | Програмний комплекс для відновлення інтроскопічних зображень з використанням методу дуальної енергії Software for reconstruction of radioscopic images by using the dual energy method |
| title_full | Программный комплекс для восстановления интроскопических изображений с использованием метода дуальной энергии |
| title_fullStr | Программный комплекс для восстановления интроскопических изображений с использованием метода дуальной энергии |
| title_full_unstemmed | Программный комплекс для восстановления интроскопических изображений с использованием метода дуальной энергии |
| title_short | Программный комплекс для восстановления интроскопических изображений с использованием метода дуальной энергии |
| title_sort | программный комплекс для восстановления интроскопических изображений с использованием метода дуальной энергии |
| topic | Применение ускорителей |
| topic_facet | Применение ускорителей |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/17029 |
| work_keys_str_mv | AT gavrišûn programmnyikompleksdlâvosstanovleniâintroskopičeskihizobraženiisispolʹzovaniemmetodadualʹnoiénergii AT berdnikovâa programmnyikompleksdlâvosstanovleniâintroskopičeskihizobraženiisispolʹzovaniemmetodadualʹnoiénergii AT spirindo programmnyikompleksdlâvosstanovleniâintroskopičeskihizobraženiisispolʹzovaniemmetodadualʹnoiénergii AT perederiian programmnyikompleksdlâvosstanovleniâintroskopičeskihizobraženiisispolʹzovaniemmetodadualʹnoiénergii AT safonovmv programmnyikompleksdlâvosstanovleniâintroskopičeskihizobraženiisispolʹzovaniemmetodadualʹnoiénergii AT romanoviv programmnyikompleksdlâvosstanovleniâintroskopičeskihizobraženiisispolʹzovaniemmetodadualʹnoiénergii AT gavrišûn programniikompleksdlâvídnovlennâíntroskopíčnihzobraženʹzvikoristannâmmetodudualʹnoíenergíí AT berdnikovâa programniikompleksdlâvídnovlennâíntroskopíčnihzobraženʹzvikoristannâmmetodudualʹnoíenergíí AT spirindo programniikompleksdlâvídnovlennâíntroskopíčnihzobraženʹzvikoristannâmmetodudualʹnoíenergíí AT perederiian programniikompleksdlâvídnovlennâíntroskopíčnihzobraženʹzvikoristannâmmetodudualʹnoíenergíí AT safonovmv programniikompleksdlâvídnovlennâíntroskopíčnihzobraženʹzvikoristannâmmetodudualʹnoíenergíí AT romanoviv programniikompleksdlâvídnovlennâíntroskopíčnihzobraženʹzvikoristannâmmetodudualʹnoíenergíí AT gavrišûn softwareforreconstructionofradioscopicimagesbyusingthedualenergymethod AT berdnikovâa softwareforreconstructionofradioscopicimagesbyusingthedualenergymethod AT spirindo softwareforreconstructionofradioscopicimagesbyusingthedualenergymethod AT perederiian softwareforreconstructionofradioscopicimagesbyusingthedualenergymethod AT safonovmv softwareforreconstructionofradioscopicimagesbyusingthedualenergymethod AT romanoviv softwareforreconstructionofradioscopicimagesbyusingthedualenergymethod |