輻射環(huán)境數(shù)字識(shí)別系統(tǒng)

蔣繼成 姚鋼 趙孝文 衛(wèi)光 閆海霞

摘要：目前，我國(guó)民用核技術(shù)應(yīng)用產(chǎn)業(yè)經(jīng)過半個(gè)世紀(jì)的技術(shù)積累和產(chǎn)業(yè)實(shí)踐摸索，已處于完成工業(yè)示范及普及應(yīng)用階段，潛力巨大，萬(wàn)億市場(chǎng)空間正逐步開啟。在高輻射環(huán)境下工作的攝像系統(tǒng)是設(shè)備維護(hù)、事故應(yīng)急時(shí)操作人員了解現(xiàn)場(chǎng)情況的窗口。而適合輻照裝置倒裝源的標(biāo)號(hào)識(shí)別系統(tǒng)并沒有開發(fā)，輻照企業(yè)仍采用原始方法進(jìn)行放射源倒裝工作，不僅耗時(shí)長(zhǎng)，勞動(dòng)環(huán)境惡劣，還存在源號(hào)識(shí)別困難等問題，開發(fā)適合輻照裝置倒裝源過程使用的圖像識(shí)別系統(tǒng)是十分必要的，也是十分迫切的。

關(guān)鍵詞：輻射環(huán)境;光纖傳像;圖像識(shí)別

中圖分類號(hào)：X837 ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2019）35-0085-03

Abstract： At present， after half a century of technology accumulation and industrial practice， China's civil nuclear technology application industry has been in the stage of industrial demonstration and popularization， with huge potential and trillion market space being gradually opened. The camera system working in high radiation environment is a window for operators to understand the site conditions during equipment maintenance and accident emergency. However， the label recognition system suitable for the flip source of the irradiation device has not been developed. The irradiation enterprise still uses the original method to add the radiation source， which not only takes a long time， and in bad labor environment， but also has the problems of the source number recognition. It is very necessary and urgent to develop the image recognition system suitable for the process of adding the radiation source of the irradiation device.

Keywords： radiation environment; optical fiber transmission; image recognition

1 γ射線對(duì)感光元器件的損傷

目前，在γ射線環(huán)境中的圖像采集技術(shù)主要問題是感官元器件的輻射損傷，通過光學(xué)感知手段獲取圖像數(shù)據(jù)時(shí)，光子會(huì)對(duì)感光器件CCD或CMOS芯片發(fā)生作用，導(dǎo)致圖像質(zhì)量下降[1-4]。放射源標(biāo)號(hào)識(shí)別數(shù)字尺寸為2×2mm的數(shù)字，畫面質(zhì)量下降直接導(dǎo)致數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性的下降。當(dāng)吸收劑量達(dá)到限值后，圖像數(shù)據(jù)發(fā)生明顯的退化現(xiàn)象，項(xiàng)目組進(jìn)行了相機(jī)的輻射環(huán)境測(cè)試，同一攝像機(jī)在非輻射條件下和輻射條件下采集圖像效果如圖1。

2 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

輻射源γ射線作用到攝像系統(tǒng)敏感器件，損傷器件并影響像質(zhì)[5-6]。因此需要從硬件設(shè)計(jì)和圖像處理兩個(gè)方面對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行針對(duì)性的設(shè)計(jì)。根據(jù)輻射劑量與距離平方反比定律，可知為減少環(huán)境源輻射劑量的直接有效方法是增加受輻射干擾敏感器件與輻射源的距離。攝像系統(tǒng)采用長(zhǎng)焦鏡頭、光路轉(zhuǎn)化、變焦鏡頭、光纖傳像三個(gè)方面考慮，設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖如圖2。

其中，光纖傳像束主要作用是在體積增加較小的前提下實(shí)現(xiàn)鏡頭與CCD之間的角度變化，進(jìn)而降低γ射線對(duì)CCD的影響，光纖束直徑為8μm，可傳遞200萬(wàn)像束圖像，與工業(yè)相機(jī)CCD采用直連方式，并外加輻射防護(hù)屏蔽材料。

3 基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的源號(hào)識(shí)別

由于采用光纖傳像技術(shù)，在保護(hù)CCD的同時(shí)也會(huì)導(dǎo)致圖像畫質(zhì)呈現(xiàn)規(guī)則六邊形的單根光纖邊沿，圖像處理技術(shù)可以有效提升源號(hào)識(shí)別的清晰度和自動(dòng)化。目前，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)廣泛應(yīng)用在圖像處理領(lǐng)域，本文采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)采集系統(tǒng)進(jìn)行圖像處理并識(shí)別源號(hào)，經(jīng)過圖像灰度化-灰度圖像二值化-梯度銳化-去離散噪聲-尺寸歸一化，預(yù)處理流程圖如圖3。

其中，歸一化后采用最簡(jiǎn)單的主行掃描方式，灰度轉(zhuǎn)化后黑色位置特征值為1，白色處為0，進(jìn)而形成與行列位置相對(duì)應(yīng)的特征矩陣（9×15）。圖像銳化后對(duì)圖像采集過程中光纖引入造成的規(guī)則噪聲，位置搜索并鎖定，將對(duì)應(yīng)位置的1至0，按照0或1形成網(wǎng)絡(luò)的135個(gè)輸入特征值，經(jīng)過預(yù)處理，將采集信息中分布不規(guī)律的字符變?yōu)榇笮　⑴帕邢嗤?-9特征矩陣，進(jìn)而分析最能體現(xiàn)字符的特征向量。

BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)通過不斷修正誤差實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)權(quán)值的不斷更新，具體算法為：

（1）網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

按照BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，選用三層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。利用newff函數(shù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行構(gòu)建。其中輸入節(jié)點(diǎn)為16*16=256，隱含層采用Sigmoid函數(shù)，第一個(gè)輸出節(jié)點(diǎn)表示10個(gè)數(shù)字，輸出層函數(shù)為pureline，隱藏層節(jié)點(diǎn)數(shù)設(shè)定為15。

（2）樣本輸入

選取視頻采集系統(tǒng)真實(shí)采集并確認(rèn)的（0-9）標(biāo)號(hào)。并采用圖像旋轉(zhuǎn)工具，進(jìn)行1°轉(zhuǎn)換。構(gòu)造訓(xùn)練樣本集，預(yù)處理后構(gòu)成訓(xùn)練所需的輸入向量P和目標(biāo)向量t。

（3）網(wǎng)絡(luò)性能測(cè)試

選取新采集的100張圖像作為比對(duì)，測(cè)試網(wǎng)絡(luò)性能獲取識(shí)別準(zhǔn)確率。

4 結(jié)論

經(jīng)過matlab編寫m文件，輸入人工識(shí)別準(zhǔn)確數(shù)字為比對(duì)，識(shí)別準(zhǔn)確率為97%，向訓(xùn)練好網(wǎng)絡(luò)輸入一張新的視頻采集系統(tǒng)圖像如圖5，通過網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練獲得圖6，該方法準(zhǔn)確識(shí)別采集放射源標(biāo)號(hào)。

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