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X射线安检设备是如何“透视”的?-澳门皇家娱乐

澳门皇家娱乐:未知 人气: 发表时间:2018-03-30 15:44

 

      透视,是人类一直追求的一种“超能力”,X射线的发现和应用让“透视”成为了现代检测手段之一。

      X射线与不同物质发生相互作用,主要有4种:光电效应,瑞利散射,康普顿效应和电子对效应。简单来说就是,射线遇到物体后,有如下几种情况:或透过、或被吸取、或被散射。通过检测这些不同的信号就能判断物体的形态和成分。

      这其中最有价值的信息是,从理论上来讲,已知物体的密度和有效原子序数,就可以准确地确定物质的类型。

      早期的安检设备是采用单个X射线发射源,图像处理也比较单一,还是黑白影像。(其实相当多医用、科研用X射线仪器都是黑白像)。这还不算什么,早期安检设备的最大缺点,是由于X射线的衰减与被测物质的密度、厚度和平均原子序数都有关系,当多重因素叠加影响时就很难判断了。

      比如,在安检过包时,透射后得到的数据图像是不能很好地对一个高原子序数、低厚度的物品与一个低原子序数但是高厚的物品进行有效区分的。

而现在的安检设备已经采用多个发射源进行多视角的立体成像,而且图像处理也能彩色显示。这主要是由于双能系统的不断开发升级。

      双能系统一般由一个连续能谱的X射线源及一套能够分别接收高低能数据的探测器系统组成。对于高能和低能,不同平均原子序数的物质的衰减程度是不一样的——低原子序数的物质衰减剧烈,高原子序数的物质衰减平缓。

      因此在双能系统中,高能和低能在同一种物质中的衰减程度是不一样的,通过对高能和低能不同衰减系数的运算和比较,就可将不同种类、不同厚度的物质有效地区分开来。再配合上后期图像信号处理,就能很明显反映出物体的成分和结构。

      简单来说,橙色代表有机物,例如食品、水、塑料等;书本、陶瓷等显示为绿色;金属则显示为蓝色。这时,安检员快速查看X射线扫描的透视图像,就能凭借丰富的经验判断是否有违禁品

      因此,在整个检测过程中,处理控制、电源、传送之外,安检最核心的部件便是由3个系统组成——X射线发射系统、信号探测系统、图像处理系统。

     安检设备“光源”就是一组工业用X射线管。它包含有阳极和阴极两个电极,分别用于接受电子轰击的靶材和发射电子的灯丝。两级均被密封在高真空的玻璃或陶瓷外壳内。当高速电子到达靶面,运动突然受到阻止,其动能的一小部分便转化为辐射能,以 X 射线的形式放出。

     目前,国产的安检仪中使用的X射线管额定电压为80-160KV不等,最大达到800W。一个工作电压150KV的发射器可以发出顶角为60°的圆锥形X射线束,经过准直器后变成角度为60°的扇形平面射线束。

     探测系统主要用途是接收射线并将其转化为电信号供计算机后续处理,是安检设备中的传感枢纽。

     过去的探测方式属于计数探测器,通过电脉冲信号来检测,当带电粒子进入探测器后,与物质发生相互作用,不论是激发还是电离,最终以电脉冲的方式来表达入射粒子的信息。如今的安检设备中主要使用的是闪烁晶体-光电管探测器。X射线被探测器吸取穿过探测器表面的不透明物质到达内部的闪烁体,使闪烁体放光,光线经由反射面的反射最终透过透明薄膜层到达光电二极管,光电二极管将光信号转化为电信号传输至PC机进行处理。

     双能系统中的高能和低能两部分信号也是通过两种探测器进行识别的。它们在结构上是类似的,不同之处在于闪烁体的厚度,高能探测器闪烁体的厚度比较厚,一般在5mm左右,低能探测器闪烁体的厚度比较薄,一般在1mm左右。
     在高能探测器的表面一般会覆盖一块铜片,它的主要用途是滤波,滤除X射线的低能部分,留下高能部分用来给高能探测器接收。

     在安检设备中,通常会将这些探测器布置成一定的阵列。X射线安检设备一般使用的是L型探测器阵列,由多组高低能闪烁探测器组成。X射线源正对L型探测器阵列最末端的一个探测器,以扇形的方式照射整个过包通道并被L型探测器阵列接收。根据安检设备的型号不一样,每一个L型探测器阵列由多块探测器组成,每一个探测器又由多个探测点组成,每一个探测点代表安检图像的一个像素点。探测器上像素的尺寸仅为1.5mm×1.5mm。

     探测器中的闪烁体将X射线转换为可见光,然后光电倍增管会将可见光转换为电信号。而将电信号最终成像就是图像处理模块的功能了。来自探测器的电信号先被放大,并经过A/D芯片量化后传输至PC端的上位机App。图像处理App是各大制造商的“看家本领”。
     简单来说,就是将得到的高能和低能的灰度图,根据其成分和厚度的不同进行融合和着色。其实,安检机的彩色图像是一种“伪彩色图像”,它不像数码相机等的拍摄画面,而是只有灰度信息,然后根据一定的算法给予灰度图色彩。

     根据前文所说,X射线安检设备检测的重要参数就是等效原子序数。国家安检标准规定,等效原子序数小于10的物质是有机物,根据厚度的不同赋予不同饱和度的澄色;等效原子序数高于18的物质是无机化合物,根据厚度的不同赋予不同饱和度的蓝色;等效原子序数介于10到18的物质是混合物,根据厚度的不同赋予不同饱和度的绿色。

     所以,在安检机的屏幕上看,人和食物、塑料包都是橙红色,炒锅、雨伞是蓝色,枪支、弹药、刀具都是蓝色,而大分子有机物的混合成分的炸药是绿色。

      
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