초록 ▼

본 연구에서는 Soft X-ray를 이용하여 서로 다른 물질의 혼합 상태를 비파괴 측정하는 장치를 개발하여, 공간 내 관심 물질의 위치를 측정함으로써 이종 물질 혼합 상태의 측정하고자 하였다. 이를 위하여 (1) 실험장치의 설계 및 제작과 교정, (2) CT reconstruction programming 및 공간분해능 확인, 그리고 (3) 자료 분할, 추출, 영상 처리 등 분석용 software 도구의 프로그래밍이 단계별로 2 년 간에 걸쳐 이루어졌다. 개발된 장치와 software 도구 프로그램을 이용하여 X-ray 투과영상 획

본 연구에서는 Soft X-ray를 이용하여 서로 다른 물질의 혼합 상태를 비파괴 측정하는 장치를 개발하여, 공간 내 관심 물질의 위치를 측정함으로써 이종 물질 혼합 상태의 측정하고자 하였다. 이를 위하여 (1) 실험장치의 설계 및 제작과 교정, (2) CT reconstruction programming 및 공간분해능 확인, 그리고 (3) 자료 분할, 추출, 영상 처리 등 분석용 software 도구의 프로그래밍이 단계별로 2 년 간에 걸쳐 이루어졌다. 개발된 장치와 software 도구 프로그램을 이용하여 X-ray 투과영상 획득, CT 복원, 3 차원 viewer사용으로 공간 해상도를 포함한 실험장치의 성능이 연구 목적에 적합한 결과를 보였다. 이러한 새로운 장치를 이용하여 이종 원료의 혼합 상태를 측정하기 위하여 이종 원료 중 한 가지 구성 원료를 구형 물체로 표시하고, 각 구형물체의 공간 내 위치를 확인할 수 있었다. 이로써 각 위치에서의 제어 부피에 포함된 각 구성원료의 관측 횟수를 구함으로써 이종 원료의 혼합 상태를 측정하고 제시하는 정보를 제공하게 되었다.

Abstract ▼

This research is focused on developing a novel nondesctructive measurement system based on the soft X-ray to provide information on the mixed state of the components composing a hybrid material, while the distribution positions of the components are identified and the observation frequencies of the

This research is focused on developing a novel nondesctructive measurement system based on the soft X-ray to provide information on the mixed state of the components composing a hybrid material, while the distribution positions of the components are identified and the observation frequencies of the component materials in proper-sized control volume located in a space are counted. To reach the research ends we followed the procedure consisting of 1) system design, manufacture of the mechanical components, and assembly and calibration of the experimental rig, 2) programming the CT reconstruction and confirming the voxel resolution, and 3) programming the analysis software tools for data segmentation, data extraction, image processing etc., which were implemented during last 2 years.
From the 1st year research results it was turned out that the composition of the detector for the specimen image transmitted by the soft X-ray like ACS(Amorphous Carbon Substate) CsI scintillator, optical lens and CCD camera was not effective, because the X-ray output from the X-ray source with 50 kV/mA was not strong enough for the ACS scintillator. Then, XRII (X-Ray Image Intensifier) was substituted for the previous detector combination, which enabled to amplify the trasmitted image signal. The 1st trial with the detector combination of E5870SD-P6K (Toshiba) and analog CCD camera displayed some difficulties in generating effective observation images for the soft material that requested the energy level lower than 20 kV for the soft X-ray. Additionally, the 8-bit analog CCD camera had not so good a pixel resolution and the acquisition time could not be adjusted. Thus in the 2nd year a new detector combination was tried with V7339P (Hamamatsu) with minimum sensing limit down to 3 kV, a zoom lens and digital CCD camera (SCA1400-30gm, Basler), which resulted in a sufficiently good X-ray images.

목차 Contents

• 표 지 ... 3
• 제 출 문 ... 4
• 보고서 요약서 ... 5
• 요 약 문 ... 7
• SUMMARY ... 12
• CONTENTS ... 13
• 목 차 ... 15
• 제1장 연구개발과제의 개요 ... 17
• 1.1 목적 ... 17
• 1.2 필요성 ... 19
• 제2장 국내외 기술개발 현황 ... 19
• 제3장 연구개발수행 내용 및 결과 ... 20
• 3.1 이론 ... 20
• 3.1.1 Feldcamp filtered backprojection method ... 20
• 3.1.2 혼합도 ... 22
• 3.2 실험적 접근 방법 ... 23
• 3.3 내용 ... 24
• 3.4 결과 ... 25
• 제4장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 26
• 4.1 1 차 년도 (2009년도) ... 26
• 4.2 2 차 년도 (2010년도) ... 26
• 4.3 1, 2 차년도 통합 최종 평가 ... 26
• 제5장 연구개발결과의 활용계획 ... 27
• 5.1 추가연구의 필요성 ... 27
• 5.2 타 연구에의 응용 ... 27
• 5.3 기업화 추진 방안 ... 28
• 제6장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 29
• 제7장 참고문헌 ... 29
• 제8장 본문 ... 31
• 1 차 년도 연구 ... 32
• 1. 연구목표 ... 32
• 2. 연구수행내용 ... 32
• 3. 중간연구결과 ... 34
• 3.1 Micro-CT 시스템 개발 ... 34
• 3.1.1 실험장치 전체구성 ... 34
• 3.1.2 Micro focus soft X-ray source ... 38
• 3.1.3 X-ray detector (형광판) ... 41
• 3.1.4 X-ray detector (XRII + CCD) ... 42
• 3.1.4.1 CCD Camera (CIS, VCC-G20E20) ... 43
• 3.1.4.2 Lens (Computar, MHL-10X) ... 43
• 3.1.4.3 Grab Board (matrox, CronosPlus) ... 44
• 3.1.4.4 Image 획득 Program (matrox, MIL-Lite_v8_b1230) ... 45
• 3.1.5 회전구동 요소 및 제어 block ... 46
• 3.1.6 프레임 ... 48
• 3.1.7 최초 X-ray 발생측정, XRII 시험 사용 및 피폭에 대한 안전 ... 48
• 3.1.8 실험 장치 calibration ... 49
• 3.1.9 X-ray 실험 장치로 획득한 sample 사진 ... 51
• 3.2 Feldkamp CBCT ... 52
• 3.2.1 CBCT 구성과 filter의 역할 ... 52
• 3.2.2 Feldkamp CBCT Reconstruction 이론, 차분전개 및 Algorithm ... 53
• 3.3 Projection Image Simulation (CT 실험 장치 모사) ... 56
• 3.3.1 CT 실험 장치 simulation을 위한 문제의 정의 ... 56
• 3.3.2 진행 중인 CT simulation 결과 ... 57
• 2 차 년도 연구 ... 59
• 1. 연구목표 ... 59
• 2. 연구수행내용 ... 60
• 3. 최종연구결과 ... 63
• 3.1 연구평가 항목 및 달성도 ... 63
• 3.2 저 에너지 X-ray와 detector 시스템을 이용한 투과 영상 ... 64
• 3.3 저 에너지 X-ray CT 영상 ... 66
• 3.4 공간분해능 계산 및 측정 (3D Phantom) ... 76
• 3.5 2 차 년도에서 개선된 Micro-CT 시스템 ... 78
• 3.5.1 저 에너지 Image 획득용 XRII ... 78
• 3.5.2 Acquisition Time을 변경시킬 수 있는 Digital CCD Camera ... 79
• 3.5.3 정밀도가 개선된 Micro-CT 장치 : 설계도 및 제작사진 ... 84
• 3.6 CT 알고리즘 유효성 검증(X-선 투과과정을 구현한 시뮬레이션 데이터 활용) ... 90
• 3.7 이종물질 혼합 상태 ... 91