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微警用
一种最新型多模式X射线通道式安检机
2011-04-27 16:04:58 作者 : 木铎 来源 : 深圳鑫源通电子有限公司深圳鑫源通电子有限公司近年在专家的指导下投入大量人力、物力和财力进行技术攻关，成功研制出一种既能检测金属违禁品，又能检测易燃易爆品，同时还能检测各种液体违禁品的最新型X射线通道式安检机（下面简称新型机），即将批量投产面市，这将大大提升现场安检技术水平，为反恐做出更大贡献。
1 目前国内外通道式安检机存在的问题
1.1 单一X射线透射（DR）模式
目前在火车站和汽车站使用的是最常用的、最普通的通道式安检机，是只用X射线透射技术的安一种最新型多模式X射线通道式安检机，X射线透射或透视，其技术原理即数字化射线照相术（digital radiography，DR），包括单能和双能的，这里，把其称为DR或TR（Transmission）模式。TR模式安检机的功能是其结合计算机软件和检测人员的经验将被测物大致分为有机物、混合物和无机物。虽然能比较准确地检测金属物，但对轻物质（含易燃易爆品）则难以判别其类别。又因为它得到的是重叠的平面图象，因此根本不能解决物品乱堆和重叠问题，很难区分各个物体。
1.2 多视角X射线透视（DR）模式的通道式安检机。
国内已有单位研制成功多视角X射线投影模式的通道式安检机，取得了较好的检测效果。其结构较为简单，探测器阵列和X射线机不需要旋转。
存在的问题：
（1）实际上，多视角X射线投影作为一种介于CT和DR投影之间的模式，是为了满足实际应用中的需要而产生的。多视角投影，是指在一（圆）周内均匀稀疏采样或非均匀稀疏采样或在有限角度范围内采样，都属于不完全投影。
（2）研究表明，主要问题是图像重建算法不成熟。许多研究人员提出并尝试了多种算法，虽然其中有一些重建算法在多视角投影重建问题中有一定的适用性，但是还没有一种比较通用和满足实际需求的重建算法，如表1.1所示。至于有限角度CT的图象重建算法，更处于理论研究阶段（如表1.2所示）国内外尚无实例可借鉴。
（3）难以具体区分轻物质违禁
（4）空间分辨率不高。
1.3 单一CT模式
X射线CT利用物体各角度的投影，通过数学重建，得到物体的断层图像，能详细地区分物体内部的各个组成部分，即能解决物品乱堆、重叠问题，这是CT的突出优点。但是，存在的问题不可忽视。
存在的问题
1.对于传统的X射线CT，要得到分辨率较高的图像。需要大量的投影数据，要满足角向采样率的要求，即须满足Nyquist采样定理。以平行束为例，对于探测器个数为N的CT扫描系统，理论上半周内的投影角度数至少为（ ）N≈1.6N，才能满足分辨率的要求，如果有800个探测器就需要至少1300多个投影，这个数据量是相当大的，当然数据获取和处理的时间也相应地较长。辐射剂量也较高。在机械结构上，探测器阵列和X射线机均需旋转。
2.其它类型的C T不适用通道安全机。
（1）对于有限角度X射线CT，如前所述，至今还没有一个实用的算法能够在速度和图像重建质量方面都达到较高的要求。
（2）对于螺旋CT，成本代价太高，体积太大，用于安检似不适合。
（3）对于锥形束CT，须要利用锥状X光束和面阵探测器。其优点是扫描速度快，分辨率高，重建图像质量好。但是，重建处理速度慢。而且，现今的锥束CT的图像重建算法只适用于圆周轨迹和小尺寸物体的检测，因此，目前还不适合于通道安检。
3.国外现有单一CT模式通道安全机存在的问题：
（1）价格昂贵
（2）准确性较差：不能具体识别轻物质违禁品类型，误报率高达20%~30%。
（3）系统庞大而笨重（见表1.3）。
（4）扫描时间长，较适合于托运行李和货物的安检。
1.4 DR和CBS两种模式
基本原理：用X射线透射技术（DR或TR）检测金属，同时用X射线康普顿背散射扫描技术（Compton Backscatter Scanning，CBS）检测轻物质违禁品。
优点：
（1）结构简单，体积适中。
（2）算法成熟，操作简便。
（3）辐射剂量小。
（4）成本较低。
（5）可以具体鉴别出爆炸物，准确性好。
存在的问题
（1）在一般配置条件下，CBS的空间分辨率不够高。
（2）较难解决轻重多种物品乱堆、重叠问题。
[page]2 新型机的多模式一体化和创新
2.1 三种模式一体化
在一台新型机上同时具有三种模式：
2.1.1 X射线透射（DR或TR）模式：
主要功能：
（1）突出显示金属物高清图像；
（2）显示被测物体及其包装（或容器）的外形；
（3）给出被测行包内各物体的大致相对位置。
2 . 1 . 2 康普顿背散射扫描（CBS）模式
主要功能：
（1）突出显示轻物质（包括固体物品和包装的糊状物品）的图像；
（2）准确判别轻物质的种类，区分出易燃易爆品与普通物品（含有机物）；
（3）在做好标定的情况下，能给出炸药的具体类型，不仅能检测土炸药，而且对塑胶炸药灵敏度更高。
2.1.3 基于CBS技术的液体识别（Liquid Identification，LI）模式。
主要功能：
（1）真正检测出液体状的易燃易爆品，例如汽油、酒精、香蕉水、松香水、丙酮、打火机油等违禁品。
（2）准确检测出各种酸、碱等多种腐蚀品。
（3）经过特殊标定，可以检测糊状化妆品中的违禁品。这些检测均不受盛液体容器的材质、颜色和容量大小的限制，而且不必由箱包内取出来检测，检测速度快。
2.2 创新
2.2.1 理论创新
（1）改进和完善了X射线康普顿背散射扫描的图像重建算法，并据此提出了物质种类识别的特征值判据。
（2）在国内外首先将DR、CBS和LI三种模式一体化技术成功用于通道式安检领域。
2.2.2 应用创新
（1）在违禁品检测领域引进机器自学习技术，使产品能随着运行数据的积累，提高对违禁品物质的自动识别判断能力，使误报漏报警率随之下降。
（2）产品具备多路多道脉冲幅度分析，多阈值设置，物质种类（含危险性）判定、设备标定和自学习功能。
（3）使用特殊设计的前、后准直器，高效率的探测器阵列，优化的结构，很好地解决了国际上公认的康普顿背散射信噪比一般比较低的问题。
（4）配套的采传电子学系统使用了先进的CPLD/FPGA、嵌入式系统（ARM7和ARM9）和某些高速器件，大大缩小了产品部件的尺寸，同时加快了其响应速度。
2.2.3 技术创新
创立了基于康普顿背散射效应所测定的散射光子数，通过数据处理或重建，得出被测物电子密度分布，二维密度分布图像以及被检测物质的质量密度、有效原子序数和相对百分比含量等参数，借助自主创建的识别数据库，自行设计的软件和判别指标，从而唯一地自动判定是否为易燃易爆品，检测准确率远高于国内外同类产品。
2.2.4 工艺创新
（1）改进了传送带机和机架的设计和加工工艺，使其更易于拆装运输和运行。
（2）改进了X射线机的准直器和探测器的准直器阵列的工艺，既大大提高了有用CBS射束的强度，又大大减少了多次散射的本底。
3 新型机的结构与配置
3.1 X射线源
3.1.1 X射线源的组成
由X射线机（含高压电源）、控制器、准直器、冷却系统和安装支架等组成。
3.1.2 两台X射线源
一台供DR用，另一台供CBS和LI用。
3.2 探测采传系统
3.2.1 DR模式由多路闪烁晶体和硅光电二极管组成“门形”探测器阵列，由信号处理器和接口电路组成数据采集传输系统，配以电源、准直器和屏蔽盒等。
3.2.2 CBS模式
由多路闪烁晶体和硅光电二极管组成两个探测器阵列，分别位于通道两侧。由信号处理器和接口电路组成数据采集传输系统，配以电源、准直器和屏蔽盒等。
3.2.3 LI模式
由多路探测效率高的探测器组成两个探测器阵列，分别位于通道两侧。由专用高、低压电源供电。配以准直器和屏蔽盒等。
数据采传系统采用采集卡+主控卡+连接底板的结构模式。每块采集卡由多个采集通道组成，每个通道都采用多道脉冲幅度分析电路，由放大电路和高速数据采集电路组成。采集的数据由FPGA或ARM处理器处理，主控卡由ARM处理器加USB控制电路组成，负责对每个采集卡的控制，完成多道分析处理和每路计数数据的采集与传输。软件，包括上位机和下位机软件。下位机软件包括多路脉冲多道数据集程序和多路脉冲计数程序以及USB传输控制程序。上位机软件包括主控程序、多道分析程序、标定程序、数据库管理程序和检测程序五大模块。
3.3 计算机系统
采用2台工控机和2台显示器以及多个接口，其中一台用于DR，另一台用于CBS和LI。
3.4 传送带机和机架
3.5 自动控制系统
由2台工控机控制2台X射线机、三种模式探测采传系统、传送带机（通过PCI-I/O卡和变频器）等。
3.6 软件系统
3.6.1 主控程序
3.6.2 采样程序
3.6.3 DR和CBS数据处理和图像软件
3.6.4 LI报警软件
3.6.5 自检、标定和自学习软件及数据库
4 新型机的主要技术指标
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