[논문]중성자 토모그래피를 위한 영상처리 자체코드 개발 연구

김진만; 김태주; 유동인

doi:10.5407/jksv.2020.18.1.044

중성자 토모그래피를 위한 영상처리 자체코드 개발 연구
Research for development of our own image processing code for neutron tomography 원문보기

한국가시화정보학회지= Journal of the Korean society of visualization, v.18 no.1, 2020년, pp.44 - 49

김진만 (Clean Energy R&D Department, Korea Institute of Industrial Technology) , 김태주 (Quantum Beam Science Division, Korea Atomic Energy Research Institute) , 유동인 (Department of Mechanical Design Engineering, Pukyong National University)

Abstract ▼ AI-Helper

Neutron radiography has been widely used in many research areas due to its different characteristics from X-rays. Neutron tomography is a powerful tool because it can clearly show the inside of an object that the eye cannot see. However, generally, commercial software is used for the reconstruction of neutron tomography. It means that maintenance costs are incurred and analysis is inefficient in some cases. In this respect, our own image processing code is required to reconstruct neutron images efficiently. In this study, an image processing code is developed for reconstruction of cross-sectional images from neutron radiography taken from the side of the object. Using the developed code, cross-sectional images of the sample are successfully reconstructed.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

만약 중성자 빔을 이용해 피사체를 촬영했다면, 이상적이지 않은 차폐 등의 문제로 인해 CCD 센서가 감마선에 노출되고, 결국 영상에 하얀 점과 같은 노이즈가 나타날 것이다. 더욱 높은 수준의 차폐를 한다면 이와 같은 노이즈를 최소화할 수 있지만, 공간과 비용의 제한으로 인해 영상 처리를 통해 노이즈를 제거하고자 하였다.
게다가 자체적으로 언제든지 기능을 추가할 수 있기 때문에 확장성 측면에서도 매우 큰 이점이 있다. 따라서 본 연구에서는 토모그래피 생성을 위해 핵심적인 중성자 단층 영상 재구성 코드를 자체적으로 개발하고자 하였다.
만약 회전축이 이상적인 상황에서 영상이 얻어졌다면, 한 장의 영상을 뒤집은 후 겹친다면 두 영상은 완전히 포개져야한다. 따라서 이러한 관계를 이용하여 회전축의 위치를 보정하고자 하였다. Fig.
구리상자에 불상, 동자승, 한지, 쌀, 땅콩 등을 담았으며 뚜껑을 닫아 밀봉하여 외부에서는 내부가 보이지 않도록 하였다. 또한 동자승은 좌불상 내에 삽입하여 더욱 복잡한 피사체를 모사하고자 하였다. 다양한 피사체들을 담은 구리상자는 중성자 영상을 이용해 관찰하였으며, 코드개발을 위한 영상처리는 Matlab을 이용하였다.
본 연구를 통해 중성자 영상 재구성을 위한 코드개발을 수행하였다. 중성자 단층 영상 재구성을 위해 영상 및 회전축 보정을 수행하였으며, 회전하면서 촬영된 영상들의 재배열을 통해 시노그램 영상을 생성하였고다.

제안 방법

그리고 피사체는 복장유물 연구의 일환으로 제작한 복장유물 모사체를 이용하였다. 구리상자에 불상, 동자승, 한지, 쌀, 땅콩 등을 담았으며 뚜껑을 닫아 밀봉하여 외부에서는 내부가 보이지 않도록 하였다. 또한 동자승은 좌불상 내에 삽입하여 더욱 복잡한 피사체를 모사하고자 하였다.
회전축이 기울어진 경우에는 특정 z값이 커질수록, 회전 중심으로부터 특정 peak까지의 거리가 점차 멀어지거나 가까워지는 경향을 보이게 된다. 본 연구에서는 총 5개의 z값에 대한 프로파일을 분석하여 회전축 이동 및 기울어짐 보정을 수행하였다.
7에 나타내었다. 앞서 설명한 바와 같이 총 5개의 위치에 대해서 영상 값의 프로파일을 비교한 후 기울어짐 보정 및 영상의 중심과 회전축 일치화 작업을 수행하였다.
본 연구를 통해 중성자 영상 재구성을 위한 코드개발을 수행하였다. 중성자 단층 영상 재구성을 위해 영상 및 회전축 보정을 수행하였으며, 회전하면서 촬영된 영상들의 재배열을 통해 시노그램 영상을 생성하였고다. 그리고, 시노그램들에 역라돈 변환을 수행하여 단층 영상들을 성공적으로 얻어낼 수 있었다.
회전축을 보정한 후, 각 z값의 위치에서 모든 각도에 대한 영상 값들을 적층하여 시노그램 영상을 생성하였다. 즉, Fig.

대상 데이터

자체코드 개발을 위한 중성자 투과 영상은 한국원자력연구원의 실험용 원자로인 HANARO내의 중성자 영상 실험장치인 Neutron Radiography Facility(NRF)를 이용하였다. 그리고 피사체는 복장유물 연구의 일환으로 제작한 복장유물 모사체를 이용하였다. 구리상자에 불상, 동자승, 한지, 쌀, 땅콩 등을 담았으며 뚜껑을 닫아 밀봉하여 외부에서는 내부가 보이지 않도록 하였다.
자체코드 개발을 위한 중성자 투과 영상은 한국원자력연구원의 실험용 원자로인 HANARO내의 중성자 영상 실험장치인 Neutron Radiography Facility(NRF)를 이용하였다. 그리고 피사체는 복장유물 연구의 일환으로 제작한 복장유물 모사체를 이용하였다.

이론/모형

또한 동자승은 좌불상 내에 삽입하여 더욱 복잡한 피사체를 모사하고자 하였다. 다양한 피사체들을 담은 구리상자는 중성자 영상을 이용해 관찰하였으며, 코드개발을 위한 영상처리는 Matlab을 이용하였다.

성능/효과

그 결과 피사체로 사용하였던 구리상자 내부에 있는 불상과 동자승, 그리고 한지, 쌀, 땅콩 등이 왜곡없이 잘 관찰되는 것을 확인할 수 있었다. 결론적으로, 상용프로그램을 사용하지 않고 개발한 코드를 통해 성공적으로 중성자 단층 영상을 생성할 수 있었다.
그리고, 시노그램들에 역라돈 변환을 수행하여 단층 영상들을 성공적으로 얻어낼 수 있었다. 그 결과 피사체로 사용하였던 구리상자 내부에 있는 불상과 동자승, 그리고 한지, 쌀, 땅콩 등이 왜곡없이 잘 관찰되는 것을 확인할 수 있었다. 결론적으로, 상용프로그램을 사용하지 않고 개발한 코드를 통해 성공적으로 중성자 단층 영상을 생성할 수 있었다.
중성자 단층 영상 재구성을 위해 영상 및 회전축 보정을 수행하였으며, 회전하면서 촬영된 영상들의 재배열을 통해 시노그램 영상을 생성하였고다. 그리고, 시노그램들에 역라돈 변환을 수행하여 단층 영상들을 성공적으로 얻어낼 수 있었다. 그 결과 피사체로 사용하였던 구리상자 내부에 있는 불상과 동자승, 그리고 한지, 쌀, 땅콩 등이 왜곡없이 잘 관찰되는 것을 확인할 수 있었다.
10은 하나의 z값에 대한 시노그램 영상에 역라돈 변환을 수행한 것으로 해당 위치에서의 단층 영상을 보여주고 있다. 단층 영상에서 피사체는 하얀색으로 구분을 하고자 음영을 역으로 변환하였으며, 불상의 몸체, 동자승의 머리, 그리고 한지 등이 선명하게 재구성된 것을 명확하게 알 수 있었다.

참고문헌 (3)

P. Ruegsegger, B. Koller, R. Muller, A microtomographic system for the nondestructive evaluation of bone architecture, Calcif. Tissue Int. 58 (1996) 24-29.

상세보기
J.T. Dobbins III, D.J. Godfrey, Digital x-ray tomosynthesis: current state of the art and clinical potential, Phys. Med. Biol. 48 (2003) R65.

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V. Cnudde, B. Masschaele, M. Dierick, J. Vlassenbroeck, L. Van Hoorebeke, P. Jacobs, Recent progress in X-ray CT as a geosciences tool, Appl. Geochemistry. 21 (2006) 826-832.

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