基于CMOS的伽马及X射线辐射探测研究

摘要

CMOS器件是对光敏感的光学电子元件，当γ/X射线通过CMOS器件时，会在相应的介质上发生电离作用，产生可被传输的电荷，继而产生电信号，电信号经收集放大等可在CMOS传感器采集到的图像出现亮点。因此，CMOS图像传感器可被用于检测γ/X射线。本论文主要讨论设计了基于CMOS的γ/X射线探测系统，开展了CMOS对γ/X射线的能量分辨研究，解决了γ/X射线源在CMOS上成像后的能量算法、CMOS对γ/X射线图像的快速俘获和连续记录的关键问题，并在γ/X射线在不同条件下的反应进行了初步研究。主要从以下两个探测系统中开展研究实验:
　　1.基于CMOS和ARM的探测设计
　　探测系统主要由数据采集、数据分析显示及数据保存三部分组成。由于信号在CMOS的延迟效应，对于已经固化的摄像头或者摄像机程序，需要进行调整。即当时现有的技术对于实现γ/X射线测量具有局限性，必需加入人为调节参数对图像的获取频率（即每秒图像的帧数）进行调节。基于对ARM微控制器编程开发，我们实现了对CMOS图像获取的控制技术，边采集边分析图像数据，并顺利实现了单位时间获取和存储图像帧数的控制，以达到各种设计需求。
　　2.基于CMOS的X射线探测研究
　　探测研究主要由信号采集、显示、保存及数据分析四部分组成。信号采集与保存主要由市场上现有的监控设备完成，即利用监控设备对X射线进行连续俘获与记录。在X射线能量检测中，利用重庆市肿瘤医院X射线治疗模拟机，通过改变加速电压V、加速电流I和辐照时间t，采集不同情况下的图像，研究X射线治疗模拟机上辐射能量规律。利用上述两个探测系统完成相关辐射探测实验，对实验采集到的收据进行分析讨论，研究能量规律。

目录

摘要

第一章 引言

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．3 研究内容

第二章 辐射探测系统设计方案与原理

2．1 CMOS图像传感器

2．2 探测基本原理

2．3 辐射源简介

2．3．1 伽马辐射源

2．3．2 X射线源

2．4 系统总体设计方案及原理

2．4．1 基于CMOS和ARM的探测系统

2．4．2 基于CMOS的X射线探测系统

2．5 基于灰度的数字图像处理基本原理

2．5．1 灰度值

2．5．2 图像直方图

2．6 本章小结

第三章 ARM编程开发与图像数据处理算法

3．1 基于CMOS和ARM的探测系统开发

3．1．1 图像采集与显示系统

3．1．2 数据实时在线分析与保存系统

3．2 基于灰度化的滤除图像背景噪声算法介绍

3．2．1 基于CMOS和ARM的探测系统图像数据除噪算法

3．2．2 基于CMOS的X射线探测系统图像数据除噪算法

3．3 总结

第四章 实验结果分析与处理

4．1 基于CMOS的X射线探测实验结果分析

4．1．1 图像直方图分布

4．1．2 实验数据结果分析讨论

4．2 基于CMOS和ARM的辐射探测实验结果分析

4．2．1 基于CMOS和ARM的γ辐射探测实验结果分析

4．2．2 基于CMOS和ARM的X射线探测实验结果分析

4．3 总结

第五章 总结与展望

5．1 主要研究内容及结果

5．2 展望

参考文献

致谢

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