射线对CMOS成像元件的影响/简易辐射探测
高能射线会对cmos/ccd造成干扰,RodTech版主发过不少被X射线干扰的照片,由此引发个问题:能否用方便易得的手机摄像头进行辐射探测?

本次试验采用退役闲置的iphone4,市面上对于肾4的配件已经全面白菜化了,主摄像头只要10元左右就能买到,有很好的价格优势。因为不想报废自带的那个,所以从某宝购得两枚炮灰...顺便说一下,这个价位就别想买到新的了,全是拆机的,有些还是战场成色,我这两个就有其中一个没法对焦&进灰,反正我拿来搞破坏的,无所谓。
图像处理方面就用第三方的拍照软件啦,为了让粒子在画面上存留,用拍摄光流的模式,曝光时间可选,只保留画面上亮的部分,不对暗场积分,很多软件都支持这个。
先不改动任何硬件配置试试探测效果,射线源是一块封在玻璃试管里的钙铀云母,非云母窗的盖革计数器能检测到2000cpm的读数。因为计数管的探测面积会比摄像头的元件大很多,而且如果选用B快门模式的话软件是采用截取视频帧叠加的方法,所以相对于拍照的像素来说会少很多,并不期望能拍到多少射线。
不放矿石,测试“本底”,曝光10min
基本是空白的,有那么一两个小点,应该是环境本底。
IMG_4337.jpg


再把矿石放在摄像头前面试试,这次曝光1h,消耗手机40%电量,得到经验以后干这个一定要插着电源....
背景颜色不是辐射造成的,而是微弱的环境光的颜色,无视之。
IMG_4343.jpg


画面上出现一些带有尾迹的痕迹,怀疑是射线粒子斜射的缘故,也可能是β的轫致辐射。
12.jpg 112.jpg



还有些葫芦状的,两个点靠得很近的。因为铀会衰变出氡,而氡会进行两次快速衰变,我认为这就是氡的痕迹了。
13.jpg

效果一般,大部分粒子被镜头组件所阻挡,虽然不清楚射线成分,但相对于盖革计数器的2000cpm来说是大打折扣。



能不能给力一点呢?
那么.....开刀,拆掉镜头,这个摄像头可能是从掉水里的手机上拆下来的.....
IMG_4360.jpg

拆掉镜头后发现红外截止滤镜是贴在CMOS前面的,先不管了,看效果如何。
IMG_4361.jpg



然而中间出现小插曲,拆掉镜头后拍照画面黑屏——坏了....看似没有外伤但就是坏了,查不出原因。所以直接拿第二个摄像头下手,反正便宜。
这是拆掉镜头后铀矿曝光1h的效果,噪点多了许多,而且出现一些长轨迹,说明镜头阻挡了很多射线。
IMG_4363.jpg



同时用烟感报警器里的α源Am241测试,这种源基本上就是纯的α,可以感受下射线效果,只曝光了10min左右,跟上面铀矿所留下的痕迹差别很大。
IMG_4365.jpg





能不能再给力些呢?
拆滤镜吧......小心用刀片把玻璃撬下来,这样CMOS就直接裸露了,这层玻璃厚度大约0.5mm
IMG_0778.jpg


拆掉后对光拍一张(图片有压缩),局部有玻璃碎屑,还有因为拆卸造成的像素点损伤。注意没有了红外截止滤镜,白天拍摄画面会偏红。
IMG_4366.jpg


再用Am241试试,效果拔群啊!!这张图仅曝光1s
IMG_4369.jpg


这是10s的
IMG_4367.jpg

60s......
IMG_4368.jpg



用一小块裸露的铀矿测试,曝光1h,可以看到画面上多了许多粗大的颗粒,系之前被玻璃阻挡的α粒子。
IMG_4373.jpg




注:以上所有画面偏色都不是因为辐射,而是手机自动调整白平衡以及红外线的作用。


小结:
※α射线只要用0.5mm厚的玻璃就能阻挡。
※虽然和专业设备比不来,但是旧手机存世量大,作为发挥剩余价值可以玩玩。
※个人感觉CMOS类似于半导体探测器,但器件用途不同所以效果还是有差距的。不过可以考虑通过软件算法来优化。
※因为没有能谱仪,只能推测没有完全暴露CMOS之前所拍到的大部分是铀矿衰变产生的β、γ射线以及轫致辐射,而且镜头组件屏蔽效果很好,尤其是外面那一层金属壳。
※成像元件直接裸露是最好,但是会对红外线极度敏感,导致射线信号淹没在白天的红外线中,真要探测射线的话必须对摄像头进行改造。
※关键是面积!手机摄像头的感光面积仍然太小,虽然同样都无法检测α射线,但玻璃管的盖革计数器灵敏度高很多,这一方面有器件用途的原因,另一方面就是探测面积了。也许可以用老旧的单反改造试试。
※有钱建议上RodTech版主的那种闪烁体......
完....
来自:物理高能技术 / 核技术与核仪器动手实践:实验报导
42
 
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~~空空如也
20!Dopaminor
8年9个月前 IP:广东
815291
可以做成随机数源
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RodTech
8年9个月前 IP:广东
815293
XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX/watch?v=rNe1UBfJvoo
radioactivity counter
该公司实测校准了大量手机摄像头与剂量率的关系,直到20Sv/Hr



用胶布和铝箔盖住摄像头



可以比较准确(但需要用很长时间eg10min)测出准确剂量率
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power_rdx
8年9个月前 IP:北京
815308
对于大尺寸感光元件,可以直接买二手单反相机,只是价钱。。
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大仙
8年9个月前 IP:江苏
815315
开下脑洞,用NI 视觉助手,生成个二值化-粒子计数程序,再用正规仪器校正下,可以充当盖格计数器了,硬件成本很低的,软件成本嘛用D版的也没啥。
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北落师门作者
8年9个月前 IP:浙江
815323
引用 RodTech:
XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX/watch?v=rNe1UBfJvoo
radioactivity counter
该公司实测校准了大量手机摄像头与剂量率的关系,直到20Sv/Hr



用胶布和铝箔盖住摄像头 ...
还有这种公司....
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虎哥
8年9个月前 IP:四川
815324
我曾经也做过实验,是CCD的,见下帖:
XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX/t/40219
不过没有像楼主这样细致的做半定量实验,研究方法也很草率,应该向楼主学习。

然后我当年的问题再次浮现:为何只有白色和红色的点,却没有黄色绿色/绿色蓝色的点。
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refinder
8年9个月前 IP:天津
815325
好文,好文!
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refinder
8年9个月前 IP:天津
815326
楼主可以3块摄像头制作一个验证双缝干涉的实验。将光源衰减为单个光子一个一个输出,通过双缝的光分别经过一个分光器,一路投射到各自的检测屏上,一路合成投射到公共的屏上,所以一共3块屏。3块屏同时记录,把同一时刻采到的光子分类,然后归纳出该光子是经过了哪个缝。根据这个信息还原公共屏上的图像,则无干涉条纹,因为光子被观测了。
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北落师门作者
8年9个月前 IP:浙江
815327
引用 power_rdx:
对于大尺寸感光元件,可以直接买二手单反相机,只是价钱。。
蹲矿坛捡漏收垃圾[s::lol]
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refinder
8年9个月前 IP:天津
815328
引用 虎哥:
我曾经也做过实验,是CCD的,见下帖:
XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX/t/40219
不过没有像楼主这样细致的做半定量实验,研究方法也很草率,应该向楼主学习。

然后我当年的问题再次浮现:为何只有白色和红色的...
这是可能因为射线能量太大,导致一个像素区域的三原色都达到饱和,所以输出的是白色。三原色像素一般是通过滤色膜配合感光单元实现的。
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北落师门作者
8年9个月前 IP:浙江
815329
引用 虎哥:
我曾经也做过实验,是CCD的,见下帖:
XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX/t/40219
不过没有像楼主这样细致的做半定量实验,研究方法也很草率,应该向楼主学习。

然后我当年的问题再次浮现:为何只有白色和红色的...
想法跟refinder差不多,如果有激光照在摄像头上,亮的部分也是白色,只有边缘才会显现激光本身的颜色,亮度溢出了。为何有红色?不知道.....可能跟红外敏感有关
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北落师门作者
8年9个月前 IP:浙江
815330
引用 牛逼大仙:
开下脑洞,用NI 视觉助手,生成个二值化-粒子计数程序,再用正规仪器校正下,可以充当盖格计数器了,硬件成本很低的,软件成本嘛用D版的也没啥。
这个并不一定是要拆旧手机,可以用电脑摄像头,连安卓手机,或者直接电脑,普及率会很高。但仍然有检出限的问题。程序我是不会写,所以没法做了[s::lol]
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RodTech
8年9个月前 IP:广东
815331
引用 北落师门:
想法跟refinder差不多,如果有激光照在摄像头上,亮的部分也是白色,只有边缘才会显现激光本身的颜色,亮度溢出了。为何有红色?不知道.....可能跟红外敏感有关
边缘溢出 参考bayer排列,因为现代ccd不是3ccd彩色方案,是1ccd阉割方案
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北落师门作者
8年9个月前 IP:浙江
815332
摄像头也有能量响应的问题,已知高能γ射线会直接穿透摄像头而几乎不与感光元件作用,在画面上留下十分细小的斑点,可以说几乎看不到,这对软件计数是个很大的挑战。
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大仙
8年9个月前 IP:江苏
815352
引用 北落师门:
这个并不一定是要拆旧手机,可以用电脑摄像头,连安卓手机,或者直接电脑,普及率会很高。但仍然有检出限的问题。程序我是不会写,所以没法做了
NI视觉助手很好用的,完全傻瓜软件,不用写一行代码,就是效率略低,不如OPENCV和HALCON
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大仙
8年9个月前 IP:江苏
815353
引用 北落师门:
摄像头也有能量响应的问题,已知高能γ射线会直接穿透摄像头而几乎不与感光元件作用,在画面上留下十分细小的斑点,可以说几乎看不到,这对软件计数是个很大的挑战。
NI视觉助手支持所有DIRECTSHOW的USB摄像头,包括用安卓软件链接到电脑上的手机摄像头。
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北落师门作者
8年9个月前 IP:浙江
815363
发一个RodTech拍的高能γ射线产生的效果,是很细小的白色斑点。原图太大只截取了部分 QQ图5121724.jpg
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北落师门作者
8年9个月前 IP:浙江
815364
引用 牛逼大仙:
NI视觉助手很好用的,完全傻瓜软件,不用写一行代码,就是效率略低,不如OPENCV和HALCON
那只要是玩玩没问题
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大仙
8年9个月前 IP:江苏
815366
引用 北落师门:
那只要是玩玩没问题
哈哈,反正我也不信谁敢在电脑上长期运行个辐射监测程序。
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novakon
8年9个月前 IP:广东
815411
引用 refinder:
这是可能因为射线能量太大,导致一个像素区域的三原色都达到饱和,所以输出的是白色。三原色像素一般是通过滤色膜配合感光单元实现的。
不是射线能量大,而是电子带电,一个高速运动的电荷打上CCD/CMOS,电磁辐射会影响到周围一圈像素。对应的,中子不带电,所以只影响被击中/穿过的像素。



显然,这和具体CCD/CMOS像素上的滤镜颜色,关系不大(那些滤镜只筛选光子,不筛选电子)。所以一个巨大的白色斑点,是完全合理的。
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北落师门作者
8年9个月前 IP:浙江
815427
引用 novakon:
不是射线能量大,而是电子带电,一个高速运动的电荷打上CCD/CMOS,电磁辐射会影响到周围一圈像素。对应的,中子不带电,所以只影响被击中/穿过的像素。



显然,这和具体CCD/CMOS像素上的滤镜颜色,关系不大(那些滤镜只筛选光...
γ射线是电磁波
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航模发烧友
8年9个月前 IP:广东
815428
α射线  是一张纸就能阻挡
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北落师门作者
8年9个月前 IP:浙江
815445
引用 novakon:
不是射线能量大,而是电子带电,一个高速运动的电荷打上CCD/CMOS,电磁辐射会影响到周围一圈像素。对应的,中子不带电,所以只影响被击中/穿过的像素。



显然,这和具体CCD/CMOS像素上的滤镜颜色,关系不大(那些滤镜只筛选光...
能量弱无法穿透材料,就是被材料吸收,能量传递给材料。如果能量强,直接穿透,不与物质作用。这就是原因
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北落师门作者
8年9个月前 IP:浙江
815446
引用 航模发烧友:
α射线  是一张纸就能阻挡
都这么说,那么一张纸如何量化?牛皮纸和转移印花纸所造成的阻挡效果肯定不一样。α射线被阻停会产生微弱的轫致辐射,这是能被盖革管所探测到的,所以会产生不用云母管也能测α射线的错觉
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虎哥
8年9个月前 IP:四川
815451
α射线只要能量够高,一样可能日穿钢板。能量高起来重粒子也吓死人。
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北落师门作者
8年9个月前 IP:浙江
815458
引用 虎哥:
α射线只要能量够高,一样可能日穿钢板。能量高起来重粒子也吓死人。
这种情况下是进行核反应了?
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航模发烧友
8年9个月前 IP:广东
815469
引用 北落师门:
都这么说,那么一张纸如何量化?牛皮纸和转移印花纸所造成的阻挡效果肯定不一样。α射线被阻停会产生微弱的轫致辐射,这是能被盖革管所探测到的,所以会产生不用云母管也能测α射线的错觉
用哪个纯α射线原,然后用张纸阻挡下,不就知道了[s::lol]
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RodTech
8年9个月前 IP:广东
815473
引用 航模发烧友:
用哪个纯α射线原,然后用张纸阻挡下,不就知道了
您在搞笑吗 请找个纯alpha射线源 我送您一个诺贝尔奖
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2
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RodTech
8年9个月前 IP:广东
815474
引用 北落师门:
这种情况下是进行核反应了?
会进行核反应,而且am241的α 也可以进行核反应 比如把钠打成Mg26
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1
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北落师门作者
8年9个月前 IP:浙江
815503
引用 航模发烧友:
用哪个纯α射线原,然后用张纸阻挡下,不就知道了
这个..我觉得因为没法确定射线性质,最好用能谱仪来检测
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北落师门作者
8年9个月前 IP:浙江
815930
收了个云母窗的计数管,用Am241测试,从云母窗辐射进去,计数声音连成片,类似白噪声那样;从管子侧面(不锈钢壳)照进去进去几乎测不到辐射,只有本底;如果在云母窗前挡一张很薄的纸(类似发票那种质地),大概99%的粒子会被阻挡,仍然会有少数穿透。
用玻封铀矿测试,不管在云母窗和不锈钢壁附近都能检测到一定量的辐射,说明经过玻璃阻挡后射出的不是α射线。
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老鼠先生
8年9个月前 IP:陕西
816347
诶,这是一个好办法,感觉和光电倍增管探测辐射的原理类似。
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北落师门作者
8年9个月前 IP:浙江
816355
引用 老鼠先生:
诶,这是一个好办法,感觉和光电倍增管探测辐射的原理类似。
按我理解倍增管在某一时刻只能接收一个脉冲,如果有两个以上的粒子同时被闪烁体捕获的话就难分辨了。也许会有高档的算法来区分,这我不懂。
CCD/CMOS因为是阵列,单一像素点在一个采样周期内被两个以上粒子轰击的概率大大减少,只要器件性能够好,效果应该会好很多。
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老鼠先生
8年8个月前 IP:陕西
816968
我的意思是这个原理,光电倍增管前面有一块将辐射转换成光的晶体,就是靠这个将信号转换成光信号然后再放大。
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听雨的声音
8年8个月前 IP:辽宁
817133
谢谢分享哦
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jijiwaiwai
8年8个月前 IP:北京
818024
曾经开着手机视频过地铁X光机,经过的时候视频里会有一阵轻微的雪花画面。
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409762631
7年9个月前 IP:山西
832913
镅241衰变不是会产生能量大概在60多keV(如果我没记错的话。。)的低能γ射线么,在图片上是否有所体现?
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大仙
7年9个月前 IP:江苏
832925
capture_002_09042017_184720.jpg
capture_001_09042017_184703.jpg
周日闲的无聊做的,执行一次300ms
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拔刀斋
7年8个月前 IP:安徽
833580
引用 牛逼大仙:
哈哈,反正我也不信谁敢在电脑上长期运行个辐射监测程序。
手机辐射监测程序,做个APP,炒作一下
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Am
2年9个月前 IP:山东
902308

我用安卓手机里自带的长曝光试了试,CMOS全裸露,可以拍照,但不知道为啥当把镅源放在镜头前时间长了会闪退


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Am
2年7个月前 IP:山东
904016

对于直接裸露的cmos,α射线算很强的了,照射时间长了会直接损坏cmos(即使在没有打开摄像机的情况下长时间照射也会产生许多永久性噪点),在工作状态下照射大约几分钟cmos就完全坏掉了,拍出的照片是一片白


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