No presente trabalho foi desenvolvida uma técnica radiográfica para a inspeção de amostras finas, que emprega feixes de partículas - ? como radiação penetrante e, detectores de traços nucleares de estado sólido para o registro da imagem. O feixe é gerado em uma tela de boro natural quando irradiada com nêutrons térmicos e o detector utilizado foi o CR-39. A interação das partículas - ? com o detector geram danos, os quais sob a ação de uma solução química adequada transformam-se em traços, as unidades básicas formadoras da imagem. Foi desenvolvido um sistema digital próprio para a aquisição, análise e processamento dos dados e das imagens registradas nos detectores. As condições ótimas de irradiação e de revelação para a obtenção de uma radiografia são 1,3 horas e 25 minutos a 70°C, respectivamente. Nestas condições a técnica é capaz de analisar amostras com até 10?m de espessura, com uma resolução espacial de 32?m. O emprego do sistema digital permitiu uma redução significativa no tempo despendido para a aquisição e análise de dados e, uma melhoria na visualização das imagens radiográficas registradas. Além disto permitiu acesso a novos dados referentes aos traços registrados, o que abriu novas perspectivas de pesquisa pois, tem-se acesso aos parâmetros fundamentais que norteiam a teoria da formação da imagem em detectores de traços nucleares utilizada neste trabalho. São apresentadas algumas radiografias que demonstram a potencialidade da técnica desenvolvida. Quando comparada com as outras técnicas radiográficas usuais, empregadas para inspecionar amostras finas, a desenvolvida no presente trabalho permite um menor tempo para a obtenção da imagem, não é necessário a manipulação de materiais radioativos líquidos e, o filme empregado é praticamente insensível às radiações ?, ?, raios - X e luz visível. / A new radiography technique to inspect thin samples was developed. Low energy alpha particles, generated by a boron based screen under thermal neutron irradiation, are used as penetrating radiation. The solid state nuclear track detector CR-39 has been used to register the image. The interaction of the ? - particles with the CR-39 gives rise to damages which under an adequate chemical etching became tracks the basic units forming the image. A digital system was developed for data acquisition and data analysis as well as for image processing. The irradiation and etching conditions to obtain the best radiography are 1,3 hours and 25 minutes at 70°C respectively. For such conditions samples having 10?m in thickness can be inspected with a spatial resolution of 32?m. The use of the digital system has reduced the time spent for data acquisition and data analysis and has improved the radiography image visualization. Furthermore, by using the digital system, it was possible to study several new parameters regarding the tracks which are very important to understand and study the image formation theory in solid state nuclear track detectors, the one used in this thesis. Some radiography images are also shown which demonstrate the potential of the proposed radiography technique. When compared with the other radiography techniques already in use to inspect thin samples, the present one developed in the present paper allows a smaller time to obtain the image, it is not necessary to handle liquid radioactive substances, the detector is insensitive to ?, ?, X-ray and visible light.

No presente trabalho foi desenvolvida uma técnica radiográfica para a inspeção de amostras finas, que emprega feixes de partículas - ? como radiação penetrante e, detectores de traços nucleares de estado sólido para o registro da imagem. O feixe é gerado em uma tela de boro natural quando irradiada com nêutrons térmicos e o detector utilizado foi o CR-39. A interação das partículas - ? com o detector geram danos, os quais sob a ação de uma solução química adequada transformam-se em traços, as unidades básicas formadoras da imagem. Foi desenvolvido um sistema digital próprio para a aquisição, análise e processamento dos dados e das imagens registradas nos detectores. As condições ótimas de irradiação e de revelação para a obtenção de uma radiografia são 1,3 horas e 25 minutos a 70°C, respectivamente. Nestas condições a técnica é capaz de analisar amostras com até 10?m de espessura, com uma resolução espacial de 32?m. O emprego do sistema digital permitiu uma redução significativa no tempo despendido para a aquisição e análise de dados e, uma melhoria na visualização das imagens radiográficas registradas. Além disto permitiu acesso a novos dados referentes aos traços registrados, o que abriu novas perspectivas de pesquisa pois, tem-se acesso aos parâmetros fundamentais que norteiam a teoria da formação da imagem em detectores de traços nucleares utilizada neste trabalho. São apresentadas algumas radiografias que demonstram a potencialidade da técnica desenvolvida. Quando comparada com as outras técnicas radiográficas usuais, empregadas para inspecionar amostras finas, a desenvolvida no presente trabalho permite um menor tempo para a obtenção da imagem, não é necessário a manipulação de materiais radioativos líquidos e, o filme empregado é praticamente insensível às radiações ?, ?, raios - X e luz visível. / A new radiography technique to inspect thin samples was developed. Low energy alpha particles, generated by a boron based screen under thermal neutron irradiation, are used as penetrating radiation. The solid state nuclear track detector CR-39 has been used to register the image. The interaction of the ? - particles with the CR-39 gives rise to damages which under an adequate chemical etching became tracks the basic units forming the image. A digital system was developed for data acquisition and data analysis as well as for image processing. The irradiation and etching conditions to obtain the best radiography are 1,3 hours and 25 minutes at 70°C respectively. For such conditions samples having 10?m in thickness can be inspected with a spatial resolution of 32?m. The use of the digital system has reduced the time spent for data acquisition and data analysis and has improved the radiography image visualization. Furthermore, by using the digital system, it was possible to study several new parameters regarding the tracks which are very important to understand and study the image formation theory in solid state nuclear track detectors, the one used in this thesis. Some radiography images are also shown which demonstrate the potential of the proposed radiography technique. When compared with the other radiography techniques already in use to inspect thin samples, the present one developed in the present paper allows a smaller time to obtain the image, it is not necessary to handle liquid radioactive substances, the detector is insensitive to ?, ?, X-ray and visible light.

Estruturas do tipo linha/curva (line-like, curve-like), alongadas e ramificadas são comumente encontradas nos ecossistemas que conhecemos. Na biomedicina e na biociências, por exemplo, diversas aplicações podem ser observadas. Justamente por este motivo, extrair este tipo de estrutura em imagens é um constante desafio em problemas de análise de imagens. Porém, diversas dificuldades estão envolvidas neste processo. Normalmente as características espectrais e espaciais destas estruturas podem ser muito complexas e variáveis. Especificamente as mais \"finas\" são muito frágeis a qualquer tipo de processamento realizado na imagem e torna-se muito fácil a perda de informações importantes. Outro problema bastante comum é a ausência de parte das estruturas, seja por motivo de pouca resolução, ou por problemas de aquisição, ou por casos de oclusão. Este trabalho tem por objetivo explorar, descrever e desenvolver técnicas de detecção/segmentação de estruturas finas e ramificadas. Diferentes métodos são utilizados de forma combinada, buscando uma melhor representação topológica e perceptual das estruturas e, assim, melhores resultados. Grafos são usados para a representação das estruturas. Esta estrutura de dados vem sendo utilizada com sucesso na literatura na resolução de diversos problemas em processamento e análise de imagens. Devido à fragilidade do tipo de estrutura explorado, além das técnicas de processamento de imagens, princípios de visão computacional são usados. Busca-se, desta forma, obter um melhor \"entendimento perceptual\" destas estruturas na imagem. Esta informação perceptual e informações contextuais das estruturas são utilizadas em um modelo de campos aleatórios de Markov, buscando o resultado final da detecção através de um processo de otimização. Finalmente, também propomos o uso combinado de diferentes modalidades de imagens simultaneamente. Um software é resultado da implementação do arcabouço desenvolvido e o mesmo é utilizado em duas aplicações para avaliar a abordagem proposta: extração de estradas em imagens de satélite e extração de raízes em imagens de perfis de solo. Resultados do uso da abordagem proposta na extração de estradas em imagens de satélite mostram um melhor desempenho em comparação com método existente na literatura. Além disso, a técnica de fusão proposta apresenta melhora significativa de acordo com os resultados apresentados. Resultados inéditos e promissores são apresentados na extração de raízes de plantas. / Line- curve-like, elongated and ramified structures are commonly found inside many known ecosystems. In biomedicine and biosciences, for instance, different applications can be observed. Therefore, the process to extract this kind of structure is a constant challenge in image analysus problems. However, various difficulties are involved in this process. Their spectral and spatial characteristics are usually very complex and variable. Considering specifically the thinner ones, they are very \"fragile\" to any kind of process applied to the image, and then, it becomes easy the loss of crucial data. Another very common problem is the absence of part of the structures, either because of low image resolution and image acquisition problems or because of occlusion problems. This work aims to explore, describe and develop techniques for detection/segmentation of thin and ramified structures. Different methods are used in a combined way, aiming to reach a better topological and perceptual representation of the structures and, therefore, better results. Graphs are used to represent the structures. This data structure has been successfully used in the literature for the development of solutions for many image processing and analysis problems. Because of the fragility of the kind of structures we are dealing with, some computer vision principles are used besides usual image processing techniques. In doing so, we search for a better \"perceptual understanding\" of these structures in the image. This perceptual information along with contextual information about the structures are used in a Markov random field, searching for a final detection through an optimization process. Lastly, we propose the combined use of different image modalities simultaneously. A software is produced from the implementation of the developed framework and it is used in two application in order to evaluate the proposed approach: extraction of road networks from satellite images and extraction of plant roots from soil profile images. Results using the proposed approach for the extraction of road networks show a better performance if compared with an existent method from the literature. Besides that, the proposed fusion technique presents a meaningful improvement according to the presented results. Original and promising results are presented for the extraction of plant roots from soil profile images.

Estruturas do tipo linha/curva (line-like, curve-like), alongadas e ramificadas são comumente encontradas nos ecossistemas que conhecemos. Na biomedicina e na biociências, por exemplo, diversas aplicações podem ser observadas. Justamente por este motivo, extrair este tipo de estrutura em imagens é um constante desafio em problemas de análise de imagens. Porém, diversas dificuldades estão envolvidas neste processo. Normalmente as características espectrais e espaciais destas estruturas podem ser muito complexas e variáveis. Especificamente as mais \"finas\" são muito frágeis a qualquer tipo de processamento realizado na imagem e torna-se muito fácil a perda de informações importantes. Outro problema bastante comum é a ausência de parte das estruturas, seja por motivo de pouca resolução, ou por problemas de aquisição, ou por casos de oclusão. Este trabalho tem por objetivo explorar, descrever e desenvolver técnicas de detecção/segmentação de estruturas finas e ramificadas. Diferentes métodos são utilizados de forma combinada, buscando uma melhor representação topológica e perceptual das estruturas e, assim, melhores resultados. Grafos são usados para a representação das estruturas. Esta estrutura de dados vem sendo utilizada com sucesso na literatura na resolução de diversos problemas em processamento e análise de imagens. Devido à fragilidade do tipo de estrutura explorado, além das técnicas de processamento de imagens, princípios de visão computacional são usados. Busca-se, desta forma, obter um melhor \"entendimento perceptual\" destas estruturas na imagem. Esta informação perceptual e informações contextuais das estruturas são utilizadas em um modelo de campos aleatórios de Markov, buscando o resultado final da detecção através de um processo de otimização. Finalmente, também propomos o uso combinado de diferentes modalidades de imagens simultaneamente. Um software é resultado da implementação do arcabouço desenvolvido e o mesmo é utilizado em duas aplicações para avaliar a abordagem proposta: extração de estradas em imagens de satélite e extração de raízes em imagens de perfis de solo. Resultados do uso da abordagem proposta na extração de estradas em imagens de satélite mostram um melhor desempenho em comparação com método existente na literatura. Além disso, a técnica de fusão proposta apresenta melhora significativa de acordo com os resultados apresentados. Resultados inéditos e promissores são apresentados na extração de raízes de plantas. / Line- curve-like, elongated and ramified structures are commonly found inside many known ecosystems. In biomedicine and biosciences, for instance, different applications can be observed. Therefore, the process to extract this kind of structure is a constant challenge in image analysus problems. However, various difficulties are involved in this process. Their spectral and spatial characteristics are usually very complex and variable. Considering specifically the thinner ones, they are very \"fragile\" to any kind of process applied to the image, and then, it becomes easy the loss of crucial data. Another very common problem is the absence of part of the structures, either because of low image resolution and image acquisition problems or because of occlusion problems. This work aims to explore, describe and develop techniques for detection/segmentation of thin and ramified structures. Different methods are used in a combined way, aiming to reach a better topological and perceptual representation of the structures and, therefore, better results. Graphs are used to represent the structures. This data structure has been successfully used in the literature for the development of solutions for many image processing and analysis problems. Because of the fragility of the kind of structures we are dealing with, some computer vision principles are used besides usual image processing techniques. In doing so, we search for a better \"perceptual understanding\" of these structures in the image. This perceptual information along with contextual information about the structures are used in a Markov random field, searching for a final detection through an optimization process. Lastly, we propose the combined use of different image modalities simultaneously. A software is produced from the implementation of the developed framework and it is used in two application in order to evaluate the proposed approach: extraction of road networks from satellite images and extraction of plant roots from soil profile images. Results using the proposed approach for the extraction of road networks show a better performance if compared with an existent method from the literature. Besides that, the proposed fusion technique presents a meaningful improvement according to the presented results. Original and promising results are presented for the extraction of plant roots from soil profile images.

No presente trabalho foi desenvolvida uma nova técnica radiográfica que utiliza feixes de elétrons de baixa energia como radiação penetrante para inspecionar amostras finas com espessuras da ordem de micra. Esta técnica é denominada, radiografia com elétrons induzida por nêutrons e os feixes são obtidos mediante a irradiação de uma tela de gadolínio com nêutrons térmicos. Foram determinadas as condições ótimas para a obtenção de radiografias no filme convencional para raios - X, Kodak Industrex AA, utilizando um sistema digital para análise do grau de enegrecimento dos filmes. Todas as irradiações foram realizadas em um equipamento radiográfico instalado no canal de irradiação 08 do reator nuclear de pesquisas IEA-R1 do IPEN-CNEN/SP. O tempo de irradiação necessário para se obter a radiografia com o melhor contraste foi de 100 segundos e nesta condição foi possível discernir 1 ?m em 24 ?m de alumínio com uma resolução máxima de 32 ?m. As imagens radiográficas obtidas no IPENCNEN/ SP por esta técnica apresentam visualmente uma qualidade superior quando comparadas as obtidas pelas outras técnicas radiográficas usuais que utilizam elétrons como radiação penetrante e filmes para o registro da imagem. Além disto, o sistema digital propiciou uma maior praticidade referente à aquisição e a análise dos dados e uma melhor visualização das imagens radiográficas. / In the present paper a new radiography technique, the \"Neutron Induced Electron Radiography - NIER, to inspect low thickness samples on the order of micra, has been developed. This technique makes use of low energy electrons as penetrating radiation generated from metallic gadolinium screens when irradiated by thermal neutrons. The conditions to obtain the best image for the conventional X-ray film Kodak-AA were determined by using a digital system to quantify the darkening level of the film. The irradiations have been performed at a radiography equipment installed at the beam-hole #8 of the 5 MW IEA-R1 nuclear research reactor of IPEN-CNEN/SP. The irradiation time to obtain the best radiography was 100 seconds and for such condition the technique was able to discern 1 ?m in 24 ?m of aluminum at a resolution of 32 ?m. By visual comparison the images obtained by the NIER shown a higher quality when compared with the ones from other usual techniques the make use of electrons a penetrating radiation and films for image registration. Furthermore the use of the digital system has provided a smaller time for data acquisition and data analysis as well as an improvement in the image visualization.

No presente trabalho foi desenvolvida uma nova técnica radiográfica que utiliza feixes de elétrons de baixa energia como radiação penetrante para inspecionar amostras finas com espessuras da ordem de micra. Esta técnica é denominada, radiografia com elétrons induzida por nêutrons e os feixes são obtidos mediante a irradiação de uma tela de gadolínio com nêutrons térmicos. Foram determinadas as condições ótimas para a obtenção de radiografias no filme convencional para raios - X, Kodak Industrex AA, utilizando um sistema digital para análise do grau de enegrecimento dos filmes. Todas as irradiações foram realizadas em um equipamento radiográfico instalado no canal de irradiação 08 do reator nuclear de pesquisas IEA-R1 do IPEN-CNEN/SP. O tempo de irradiação necessário para se obter a radiografia com o melhor contraste foi de 100 segundos e nesta condição foi possível discernir 1 ?m em 24 ?m de alumínio com uma resolução máxima de 32 ?m. As imagens radiográficas obtidas no IPENCNEN/ SP por esta técnica apresentam visualmente uma qualidade superior quando comparadas as obtidas pelas outras técnicas radiográficas usuais que utilizam elétrons como radiação penetrante e filmes para o registro da imagem. Além disto, o sistema digital propiciou uma maior praticidade referente à aquisição e a análise dos dados e uma melhor visualização das imagens radiográficas. / In the present paper a new radiography technique, the \"Neutron Induced Electron Radiography - NIER, to inspect low thickness samples on the order of micra, has been developed. This technique makes use of low energy electrons as penetrating radiation generated from metallic gadolinium screens when irradiated by thermal neutrons. The conditions to obtain the best image for the conventional X-ray film Kodak-AA were determined by using a digital system to quantify the darkening level of the film. The irradiations have been performed at a radiography equipment installed at the beam-hole #8 of the 5 MW IEA-R1 nuclear research reactor of IPEN-CNEN/SP. The irradiation time to obtain the best radiography was 100 seconds and for such condition the technique was able to discern 1 ?m in 24 ?m of aluminum at a resolution of 32 ?m. By visual comparison the images obtained by the NIER shown a higher quality when compared with the ones from other usual techniques the make use of electrons a penetrating radiation and films for image registration. Furthermore the use of the digital system has provided a smaller time for data acquisition and data analysis as well as an improvement in the image visualization.

Submitted by RODRIGO CURY DE OLIVEIRA null (rbcury@uol.com.br) on 2017-10-23T22:30:35Z No. of bitstreams: 1 Dissertação_Mestrado_Rodrigo.pdf: 2125732 bytes, checksum: 63b91e27982bfff0c7d60d1d546735e6 (MD5) / Approved for entry into archive by Luiz Galeffi (luizgaleffi@gmail.com) on 2017-10-26T13:58:12Z (GMT) No. of bitstreams: 1 oliveira_rc_me_rcla.pdf: 2125732 bytes, checksum: 63b91e27982bfff0c7d60d1d546735e6 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-10-26T13:58:12Z (GMT). No. of bitstreams: 1 oliveira_rc_me_rcla.pdf: 2125732 bytes, checksum: 63b91e27982bfff0c7d60d1d546735e6 (MD5) Previous issue date: 2017-07-27 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / O óxido de zinco (ZnO) é um semicondutor de tipo n com um largo intervalo de banda proibida que é utilizado devido às suas excelentes propriedades de luminescência. Diferentes métodos de preparação de amostras, assim como a incorporação de átomos de magnésio, modifica a banda proibida do ZnO, alterando a intensidade da luminescência, sem grandes alterações em sua estrutura cristalina. Neste estudo, foram preparadas amostras nanoestruturadas de ZnO por três diferentes métodos de preparação (Precursores Poliméricos, Solvotermal e Co-precipitação) e amostras dopadas com diferentes quantidades de magnésio (Zn1-xMgxO). Os resultados de difração de raios-X mostram que as amostras de Zn1-xMgxO cristalizaram completamente sem a presença de fases secundárias (até 20% de magnésio) e os padrões de difração correspondem à estrutura espacial wurtzita hexagonal P63mc. Com o uso do Microscópio eletrônico de varredura comprovamos o aumento do tamanho das partículas relacionado com o aumento da temperatura de calcinação. Espectroscopia de Fotoluminescência exibe uma emissão na região do verde para amostras com magnésio. À medida que a concentração de Mg aumenta, observa-se um aumento desta emissão, o que está associado com o aumento das vacâncias de oxigênio em função da concentração de Mg. Esta técnica ainda mostrou uma emissão na região do laranja em ~ 600 nm para as amostras preparadas por co-precipitação e solvotermal, devido a defeitos do tipo Zn intersticial e a formação de Zn(OH)2 na superfície das nanopartículas de ZnO. A Espectroscopia de Absorção de Raios X (XANES e EXAFS) na borda k do zinco exibem a ocorrência de vacâncias de oxigênio e estas vacâncias podem estar relacionadas com a emissão na região do verde dos espectros de fotoluminescência para amostras de Zn1-xMgxO. Ainda, essas técnicas também confirmam que a incorporação de magnésio não gera grandes alterações na estrutura cristalina. / Zinc oxide (ZnO) is a n-type semiconductor with a large band gap which has received considerable attention because of its optical properties and technological applications. Different methods of sample preparation, as well as the incorporation of magnesium atoms, modify the ZnO band gap, changing the intensity of the luminescence, without major changes in its crystalline structure. In this study, nanostructured ZnO samples were prepared by three different preparation methods (polymeric precursors, solvotermal and co-precipitation) and with the incorporation of different amounts of magnesium (Zn1-xMgxO). The X-ray diffraction results show that Zn1-xMgxO samples crystallized completely without the presence of secondary phases (up to 20% of magnesium) and the diffraction patterns correspond to the hexagonal wurtzite structure with space group P63mc. The characterization by scanning electron microscopy showed that the prepared samples have nanometric dimensions and that the increase of the calcination temperature causes an increase in the particle size. Results obtained with photoluminescence spectroscopy show an emission centered in the green region for all samples, which is caused by defects in the crystalline structure associated with oxygen vacancies. As the concentration of Mg increases, an increase of this emission is observed. This technique also showed an emission in the orange region at ~ 600 nm for samples prepared by co-precipitation and solvotermal due to interstitial Zn-type defects and Zn(OH)2 formation on the surface of ZnO nanoparticles, whose existence is confirmed with Raman spectroscopy measurements. Results obtained with the X-ray absorption spectroscopy technique (XANES and EXAFS) at the Zn K-edge exhibit the occurrence of oxygen vacancies and these vacancies may be related to the emission in the green region of the photoluminescence spectra. Moreover, these techniques also confirm that the incorporation of magnesium does not generate great changes in the crystalline structure.