Développement d'un imageur mobile multimodal pour la caractérisation radiologique d'environnements complexes

Development of a mobile multimodal imager for radiological characterization of complex environments

• Auteur / Autrice : Kamel Benmahi
• Direction : Frédérick Carrel
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Physique nucléaire
• Date : Inscription en doctorat le 02/11/2020
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Particules, hadrons, énergie et noyau : instrumentation, imagerie, cosmos et simulation (Orsay, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'intégration des systèmes et des technologies (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 2001-....)
• Partenaire(s) de recherche : Référent : Faculté des sciences d'Orsay

Mots clés

Mots clés libres

Masque Codé

Imagerie Compton

Timepix 3

Imagerie gamma

Timepix 3

Gamma imaging

Coded aperture

Compton imaging

Résumé

La gestion des situations accidentelles de type Tchernobyl ou Fukushima nécessite l'accès à une caractérisation de la situation radiologique de l'environnement. Les outils d'imagerie gamma proposent une solution d'intérêt pour visualiser à distance les points chauds irradiants, en superposant une image gamma à une image visible. Le CEA List est reconnu à l'échelle internationale comme l'un des acteurs majeurs dans le développement de caméras gamma pour les besoins de l'industrie nucléaire et de la Sécurité Intérieure (caméras CARTOGAM, GAMPIX/iPIX et Nanopix). Néanmoins, qu'elles reposent sur l'utilisation d'un masque codé ou de la diffusion Compton, les techniques actuelles d'imagerie requièrent une immobilisation du système durant la phase d'acquisition (de quelques secondes à quelques minutes) afin de permettre une statistique suffisante pour la localisation. De plus, cette localisation est obtenue par projection sur un espace de dimension 2, rendant l'interprétation difficile pour les environnements encombrés. Le présent sujet de thèse vise à apporter des solutions à ces deux problématiques en permettant de réaliser des images avec une caméra en mouvement dans un environnement tridimensionnel. Pour cela, plusieurs voies de recherche sont proposées et pourront être associées au sein d'un imageur mobile multimodal destiné à la caractérisation radiologique des sites dégradés : la transposition de la méthode d'imagerie Compton dans un référentiel mobile, permettant une reconstruction par un système en mouvement ; l'application de méthodes de tomographie à la localisation par masque codé des points chauds radiologiques en profondeur ; et la construction d'images visibles tridimensionnelles à l'aide des techniques de stéréoscopie ou de structuration d'image afin de reconstruire l'environnement.

The mitigation of accidental situations such as Chernobyl or Fukushima requires the access to a radiological characterization of environment. Gamma imaging systems provide a solution of interest to address this requirement by allowing the remote visualization of irradiating hot spots through the superimposition of a gamma image onto a visible picture. CEA List is a first rank international actor in the development of gamma cameras for nuclear industry and Homeland Security applications (CARTOGAM, GAMPIX/iPIX and Nanopix gamma cameras). However, may they be based on coded aperture techniques or Compton imaging methods, current imaging systems are required to stay still during the whole acquisition step (from several seconds to minutes), in order to gather sufficient counting statistics for hot spot reconstruction. On the other hand, this reconstruction is achieved through the projection on a two-dimensional space, which makes results uneasy to interpret in case of a complexly crowded and degraded environment. The research project hereby proposed aims at addressing those limitations by allowing the localization of hot spots with a moving imager and implementating the reconstruction of superimposed images in a three-dimensional environment. To this aim, several research paths are proposed and could be coupled into a multimodal mobile imager for the characterization of radiologically degraded areas : the transposition of Compton imaging methods to a mobile referential, allowing the reconstruction by a moving system; the adaptation of tomography reconstruction algorithms for the localization of hot spots with their depth; and the construction of three-dimensional visible images via stereoscopy methods and images structure analysis for reconstructing the environment.