Zpracování obrazů z pixelových detektorů při radiografii nabitými částicemi

0567268 - ÚJF 2023 CZ cze D - Thesis
Olšanský, Václav
Zpracování obrazů z pixelových detektorů při radiografii nabitými částicemi.
[Image Proccesing from Pixel Detector in Proton Radiography.]
Ústav jaderné fyziky AV ČR. Defended: České vysoké učení technické v Praze FS. 17. 9. 2022. - Praha: ČVUT, 2022. 139 s.
Institutional support: RVO:61389005
Keywords : pixel detector * proton radiotherapy * Timepix
OECD category: Nuclear related engineering

Zpracování obrazu z pixelových detektorů při radiografii nabitými částicemi je předmětem této práci. Pro sběr dat jsou využity hybridní polovodičové pixelové detektory Timepix a Timepix3 (na bázi ASIC čipů). Experimenty, které jsou součástí této práce, byly pořízeny na různých dostupných urychlovačích a byly pro ně využity svazky urychlených protonů. V rámci zpracování obrazu z protonové radiografie byly rozvinuty nové radiografické metody. Jsou zde popsány jednotlivé experimenty, jejich příprava, postup a vyhodnocení. Metoda protonové radiografie využívá nový princip získávání kontrastního obrazu. Zatímco v klasické radiografii a i ve fotografii je získáván kontrast měřením rozdílné intenzity ozáření, tak u protonové radiografie je zkoumán pokles energie jednotlivých protonů po průchodu vzorkem. Každý proton zanechá v detektoru stopu (klastr), kterou můžeme dále analyzovat a zkoumat jednotlivé její parametry. K analýze radiografických dat byly navrženy a vytvořeny programové systémy, které hromadně načetly data a uložily jednotlivá spektra. U prvního experimentu pořízeného na synchrotronu v Heidelbergu byly optimalizovány a vyhodnoceny metody výpočtů přesných souřadnic dopadů protonů. Tímto výpočtem je možné získat subpixelové rozlišení. Při analýze dat z dalších experimentů byly zkoumány možnosti zobrazování radiogramů na základě různých parametrů jednotlivých klastrů. Pomocí vytvořených programových systémů byly vykresleny radiogramy z jednotlivých měření zvlášť pro každý vzorek. Iterativním procesem byly zobrazeny všechny obrázky z jednoho celého experimentu při jednom běhu daného programového systému. Výsledné radiogramy byly mezi sebou porovnávány jak na základě statistiky klastrů, tak i na základě jednotlivých parametrů popř. jejich výběru. Nakonec byly jednotlivé výsledky zhodnoceny.

Image processing from pixel detector in proton radiography is dealt in this thesis. The data were recorded by detectors Timepix and Timepix3 which are based on ASIC chips. Proton radiography experiments which are descripted in the thesis were realized on available accelerators. The description of experiments contains preparation, process and analysing data and evaluation of results. Proton radiography method uses a new principle for obtaining contrast image. Classical radiography similarly like photography uses different intensity of the beam or light to create contrast image. Opposite to, proton radiography contrast imaging is based on measurement of energy decrease of individual protons after passing through sample. Each proton creates the trace in the detector (cluster), which can be analysed. We can also examine individual cluster parameters. The computer programme systems were developed for analysing of radiographic data. All data of one measurement with one sample were loaded and analysing together. The cluster sizes histograms, energy and height spectra were made and automatically saved as pictures files. Individual methods for calculating of accurate coordinates of centroids were optimized and evaluated for data of first experiment at Heidelberg synchrotron. The subpixel resolution was obtained using the accurate coordinates. The possibilities of imaging radiographies based on other cluster parameters were examined for data of other experiments. The developed computer programme system imaged all radiographies and saved them. It was made for each sample separately but during one programme running thanks iterative process. Final radiographies were compared each other. The cluster statistics and individual parameters were evaluated as results.
Permanent Link: https://hdl.handle.net/11104/0338539