High resolution 2D gamma scan by shifting a single pixel detector

Bc. Oldřich Pecák

Master's thesis

Abstract:

Tato práce zkoumá praktičnost využití velkého jednopixelového detektoru pro tvorbu 2D gamma snímků. Použití jednopixelového detektoru má několik výhod, jmenovitě vysokou citlivost, ale přináší nevýhodu dlouhého času nutného pro skenování a složitejšího zpracování obrazu. Vyvinuli jsme jednoduchý, ale efektivní proces pro zpracování naměřených dat, který využívá běžné metody zpracování obrazu dostupné v běžně používaných knihovnách. Tento proces dokáže zlepšit naměřená data a částečně obnovit detaily ztracené v naměřeném šumu. Vyvinuli jsme také vlastní simulátor pro generování testovacích dat pro proces zpracování dat. Simulátor je přizpůsobem přímo pro náš skenovací systém a poskytuje hrubý odhad skutečných naměřených hodnot. Většina měření dosáhla rozlišení okolo 0.5 mm. Přestože toto rozlišení není podle moderních měřítek vysoké, práce identifikuje několik oblastí, ktere lze zlepšit, aby bylo dosáhnuto vyšího rozlišení. S těmito oblastmi může práce sloužit jako úvodní prototyp pro pokračující vývoj.

Abstract:

This thesis explores the viability of using a large single-pixel detector to create 2D gamma-ray scans. Using a single pixel detector has multiple advantages, namely the high sensitivity, but comes at the cost of very long measurement times and more complex image processing. We developed a simple but effective data processing pipeline using standard image processing methods from commonly used libraries. The pipeline can enhance the measured data and partially recover detail lost in the measured noise. We also developed a custom simulator from scratch for creating testing data for our image processing pipeline. The simulator is tailored specifically for our scanning system and provides a rough approximation of the real measurements. Most scans achieved spatial resolution of around 0.5 mm. Although the final scan resolution is not high by modern standards, the thesis identifies multiple improvable areas to help raise the resolution. With these improvements, the results of this thesis can serve as a proof of concept prototype for further work.

Keywords

gamma-ray scan, radiography, image processing, sub-pixel shifting, simulation, particle transport, photomultiplier tube

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 13. 12. 2022

Thesis defence

• Date of defence: 23. 1. 2023
• Supervisor: RNDr. Zdeněk Matěj, Ph.D.
• Reader: Ing. Jiří Čulen

Masaryk University

Faculty of Informatics

Master programme / field:
Computer systems, communication and security / Hardware systems