CN101201327B - 线扫描多能量x射线安全检查设备及方法 - Google Patents

Abstract

线扫描多能量X射线安全检查设备及方法，该设备包括上位机、下位机、光障、继电器、辊轴电机、X射线源及其控制器、X射线探测器及其控制器，其中上位机与下位机相连，下位机分别与光障、继电器、X射线源控制器和X射线探测器控制器相连，X射线源控制器与X射线源相连，X射线探测器控制器与X射线探测器相连，继电器与辊轴电机相连。检查方法包括图像处理模块、图像采集模块、控制模块、控制系统的批处理模块、图像重建模块、图像增强模块、可疑品鉴别模块、图像显示模块。本发明具有多项独特检测功能，能快速的确认危险品的种类，开口尺寸适中，占地面积小的特点。

Description

线扫描多能量X射线安全检查设备及方法 

技术领域

本发明属于X射线检测技术领域，特别涉及一种线扫描多能量X射线安全检查设备及方法。 

背景技术

旅客有意无意携带危险品乘车，将对本人及他人生命和国家财产构成一种潜在的威胁，极易造成严重事故。更值得注意的是一些犯罪分子和恐怖分子为达到破坏社会安定的目的，携带危险品上车更是一种严重威胁。为消除危险品所造成的不安全因素，必须提高查堵危险品的能力。 

多年来广泛使用的安全检查设备，如磁力针、金属武器检测门、X射线检测仪等，能发现武器和普通炸药等危险品，在安全检查工作中发挥了重要作用。但是，这些设备受原技术条件所限，不尽如人意，漏检失误较多。再加之当今随着科学技术的发展，犯罪分子和恐怖分子也利用高新技术，制造新的武器、爆炸物等。如利用集成电路技术制造的高精密炸弹、塑性炸药及毒品等，上述传统检测手段就无能为力。 

目前已投入使用和比较成熟的安全检查新技术、新设备有下列几种：1)手持式远距离检测器—显微眼；2)微波全息摄影检查法；3)毫米波摄像机；4)微波成像装置—毫米波摄像机；5)电子鼻—气味识别系统；6)安全门禁系统；7)X射线检查仪的改进型；8)后向散射X光成像系统；9)CTX-5000型和CTX-5500智能型行李扫描仪；10)磁共振成像(MRI)行李扫描仪；11)离子扫描炸药探测器；12)中子探测器；13)大型集装箱检测系统；14)数字摄像机监视系统—电子眼；15)智能环境技术。 

根据我们在网上有关方面的信息收集，查阅到国外能生产这类设备的厂家较多，如：美国、德国、日本、芬兰等国家。其中日本的滨淞株式会社生产L型X射线探测器，是专门为我国的公安部一所生产的危险品检查仪配套的专用传感器，通过转口或直接购买均受限。因为他们已与公安部一所达成独家供货协议，不得向世界其它国家任何公司出售本传感器。因而目前在中国国内仅有公安部一所生产FIScan系列危险品检查设备。铁道部科学研究院曾研制过危险品检查仪，但因探测器寻求不到供货单位只好放弃本项目的开发。芬兰的DT公司与东北大学设备诊断工程中心达成联合开发多能量X射线探测器协议，他们生产的L型探感器是危险品检查仪的核心部件，并约定仅供东北大学设备诊断工程中心研究危险品检查仪专用，不得向任何一个厂家出售该公司生产的L型X射线探测器。 

综上所述，国外生产危险品检查仪的厂家有可数的几个公司，但其检查仪的售价非常高。 而国内目前仅有公安部第一研究所的“神盾”牌系列产品检查仪应用于国内的机场和车站，其售价(开口尺寸800×1000mm)在46～85万元人民币之间。因属垄断行业，其产品价格在市场的定位偏高。 

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种线扫描多能量X射线安全检查设备及方法。 

本发明设备包括上位机、下位机、光障、继电器、辊轴电机、X射线源及其控制器、X射线探测器及其控制器，其中上位机与下位机相连，下位机分别与光障、继电器、X射线源控制器和X射线探测器控制器相连，X射线源控制器与射线(X射线源)相连，X射线探测器控制器与X射线探测器相连，继电器与辊轴电机相连。 

当供电电压正常时，本发明设备启动辊轴电机并对其进行正、反转校验，然后下位机启动设备待检指令，初始化探测器和射线源。被检测物体到达光障处时，光障感应后启动X射线源和X射线探测器。X射线源发出X射线对物体进行扫描，X射线探测器接收扫描信号后将检验到的信号以阵列数据格式传送到上位机，上位机再进一步地完成图形图像处理并将检测结果显示出来。 

上位机的控制方法包括控制模块、图像采集模块、图像处理模块、图像显示模块、图像重建模块、图像增强模块、可疑品鉴别模块。控制模块是上位机的核心，其他模块受其约束。图像重建模块、图像增强模块、可疑品鉴别模块接受操作指令，交由控制模块使用。图像采集模块接受探测器图像，保存到存储区由图像处理、图像显示模块使用。图像处理、图像显示模块执行图像处理指令，并将结果输出到显示设备。 

本发明的控制模块由上位机实现，包括以下步骤： 

步骤一、开始； 

步骤二、X射线探测器、X射线源初始化； 

步骤三、判断电机是否正转，是，进入步骤四，否则返回步骤二； 

步骤四、判断是否有X射线控制器检测信号，是，进入步骤五，否则返回步骤二； 

步骤五、判断光障信号是否正常，是，进入步骤六，否则返回步骤二； 

步骤六、判断带速是否正常，是，进入步骤七，否则返回步骤二； 

步骤七、判断计数器是否+1，是，进入步骤八，否则返回步骤二； 

步骤八、判断是否驱动上位机图像信息存储，是，进入步骤九，否则返回步骤五； 

步骤九、返回。 

控制系统批处理模块由下位机实现，包括以下步骤： 

步骤一、电源开启； 

步骤二、电机正、反转检验； 

步骤三、探测器自检； 

步骤四、射线源自检； 

步骤五、探测器“空扫”； 

步骤六、判断“空扫”次数i是否小于100，如果是，执行步骤七；如果否，返回步骤五； 

步骤七、射线源加载； 

步骤八、判断射线管的电压是否是140KV，电流是否是1mA；如果是，执行步骤九；如果否，返回步骤七； 

步骤九、探测器模块灰度值修正； 

步骤十、判断是否满足下面条件：行的平均信号强度DACi＝15000±0.2％，同时列的平均信号强度DACj＝15000±0.2％；如果是，执行步骤十一；如果否，返回步骤九； 

步骤十一、存入探测器基值到执行程序； 

步骤十二、检测前探测器准备工作完毕。 

图像重建模块由上位机实现，包括以下步骤： 

步骤一、开始； 

步骤二、根据高能图像、低能图像对物质进行分类； 

步骤三、根据物质分类的结果进行着色合成彩色图像后或合成黑白图像； 

步骤四、返回。 

上位机进行图像处理的模块包括以下步骤： 

步骤一、开始； 

步骤二、初始化； 

步骤三、图像采集； 

步骤四、图像重建； 

步骤五、图像增强； 

步骤六、可疑品鉴别； 

步骤七、图像显示； 

步骤八、判断是否结束，是，进入步骤九，否则返回步骤三； 

步骤九、保存设备设置； 

步骤十、结束。 

图像采集模块由上位机实现，包括以下步骤： 

步骤1.开始；

步骤2.判断是否有物体，是，进入步骤三，否则返回步骤二； 

步骤3.发射X射线； 

步骤4.采集高、低能图像； 

步骤5.图像数据校验； 

步骤6.滤除噪声； 

步骤7.写入缓冲区； 

步骤8.返回。 

图像增强模块由上位机实现，包括以下步骤： 

步骤1.开始； 

步骤2.边缘识别； 

步骤3.边缘增强； 

步骤4.黑白图像均衡化； 

步骤5.彩色图像渲染； 

步骤6.写入显示缓冲区； 

步骤7.返回。 

可疑品鉴别模块由上位机实现，包括以下步骤： 

步骤1.开始； 

步骤2.读取扫描信号强度； 

步骤3.可疑物质鉴别； 

步骤4.在缓冲区标示可疑物质； 

步骤5.返回。 

图像显示模块由上位机实现，包括以下步骤： 

步骤1.开始； 

步骤2.读取用户显示指令； 

步骤3.读取显示缓冲区内容； 

步骤4.可疑物质闪烁报警； 

步骤5.图像放大； 

步骤6.输出到显示器； 

步骤7.返回。 

本发明具有多项独特检测功能，能快速的确认危险品的种类，开口尺寸适中，占地面积小，广泛适用于公路、港口、客运站、火车站、机场、大型公馆。 

附图说明

图1为本发明设备的结构示意图； 

图2为图像处理模块流程图； 

图3为图像采集模块流程图； 

图4为本发明控制模块流程图； 

图5为控制系统的批处理模块流程图； 

图6为图像重建模块流程图； 

图7为图像增强模块流程图； 

图8为可疑品鉴别模块流程图； 

图9为图像显示模块流程图； 

图10为电机电路原理图； 

图11为光障电路原理图； 

图12(a)为单片机的电路原理图； 

图12(b)为RS-232通讯接口的电路原理图； 

图13为光电耦合器电路原理图。 

具体实施方式

本发明的一个优选实例中，下位机采用单片机AT89S52，地址译码器采用ATF16V8B10G，如图12所示；单片机U1的管脚2、3、4、31、14、15、43分别与地址译码器IC23的管脚2、3、4、12、16、15、14相连，U1的管脚8、9分别与光电耦合芯片IC12的脚1、IC22的脚1相连，地址译码器IC23的脚8、9分别与光电耦合芯片IC13、IC21的脚5相连，电耦合芯片IC12的脚4电阻R29相连，光电耦合芯片IC22的脚5通过电阻R24与固态继电器S1的输入端相连、IC13的脚1与光障的Port5相连，IC21的脚1与光障的Port7相连，光电耦合芯片IC12的脚1与光障的Port11相连。光障电路原理图如图11所示。 

电机电路原理图如图10所示，交流电的地通过固态继电器S2、开关S7、S11、S12与整流桥的输入相连，输出端与变压器T2的一次绕组相连，T2的二次绕组为射线源、计算机、备用电源供电。 

RS-232通讯接口的电路原理图如图12(b)所示，U1的脚11、13分别于通信芯片IC24的脚12、11相连，IC24的脚13、14与232插口的8、7针相连，232插口通过数据线与上位机的串口相连。 

上位机的控制方法包括控制模块、图像采集模块、图像处理模块、图像显示模块、图像重建模块、图像增强模块、可疑品鉴别模块。控制模块是上位机的核心，其他模块受其约束。图像重建模块、图像增强模块、可疑品鉴别模块接受操作指令，交由控制模块使用。图像采集模块接受探测器图像，保存到存储区有图像处理、图像显示模块使用。图像处理、图像显 示模块执行图像处理指令，并将结果输出到显示设备。 

上位机是一台个人PC机，采用windows2000professional以上操作系统，上位机中的控制模块采用VC++编程语言编写；下位机采用单片机AT89S52芯片，单片机中嵌入控制软件，该软件用C语言编写的。 

本发明的控制模块由上位机实现。本发明的控制包括电源部分、包裹传送部分、图像放大部分、图像功能部分。电源部分是系统上电后能否正常工作的显示；包裹传送部分是描述包裹的传送方向和传送停止的控制；图像放大部分是将一幅完整的被检画面分割成9个区域，并对相应的区域进行2倍、4倍、8倍图像放大，进而揭示各个分区域内包裹内部物质的细节；图像功能部分是描述被检物质的清晰度、物质的分类、有机和无机材料的剔除和不明物品的高穿透检测等。控制模块包括以下步骤，如图4所示： 

步骤一、开始； 

步骤二、X射线探测器、X射线源初始化； 

步骤三、判断电机是否正转，是，进入步骤四，否则返回步骤二； 

步骤四、判断是否有X射线控制器检测信号，是，进入步骤五，否则返回步骤二； 

步骤五、判断光障信号是否正常，是，进入步骤六，否则返回步骤二； 

步骤六、判断带速是否正常，是，进入步骤七，否则返回步骤二； 

步骤七、判断计数器是否+1，是，进入步骤八，否则返回步骤二； 

步骤八、判断是否驱动上位机图像信息存储，是，进入步骤九，否则返回步骤五； 

步骤九、返回。 

上位机进行图像处理模块包括以下步骤，如图2所示： 

步骤二、开始； 

步骤三、初始化； 

步骤四、图像采集； 

步骤五、图像重建； 

步骤六、图像增强； 

步骤七、可疑品鉴别； 

步骤八、图像显示； 

步骤九、判断是否结束，是，进入步骤九，否则返回步骤三； 

步骤十、保存设备设置； 

步骤十一、结束。 

由于本发明采用的是X射线探测技术，若使得同一被检物质在多次重复检测所获得的灰度值在较小的范围内波动，则必须对探测器进行初始化处理，这样才会获得对同一物质检测所 得到相同的数字矩阵的结果。根据探测器的工作特性，它必须在探测器自检通过的前提下，得到关闭射线源所获得的探测器“空扫”数字矩阵作为原始数据，以确定各个检测模块的偏值量的大小做为探测器各模块基值参数修正的依据。在此基础上，将射线源加至到检测包裹时的工作电压和工作电流(140KV，1mA)，再根据基值矩阵标定出探测器各模块对同一物质多次重复检测所获得的灰度值矩阵必须保证一致的固有属性，将上述的处理过程称之为控制系统的批处理功能，下面中的DACi中的i、DCAj中的j表示检测次数，i、j可取15次。包括以下步骤，如图5所示： 

步骤一、电源开启； 

步骤二、电机正、反转检验； 

步骤三、探测器自检； 

步骤四、射线源自检； 

步骤五、探测器“空扫”； 

步骤六、判断“空扫”次数i是否小于100，如果是，执行步骤七；如果否，返回步骤五； 

步骤七、射线源加载； 

步骤八、判断射线管的电压是否是140KV，电流是否是1mA；如果是，执行步骤九；如果否，返回步骤七； 

步骤九、探测器模块灰度值修正； 

步骤十、判断是否满足下面条件：行的平均信号强度DACi＝15000±0.2％，同时列的平均信号强度DACj＝15000±0.2％；如果是，执行步骤十一；如果否，返回步骤九； 

步骤十一、存入探测器基值到执行程序； 

步骤十二、检测前探测器准备工作完毕。 

图像采集模块由上位机实现，包括以下步骤，如图3所示： 

步骤一、开始； 

步骤二、判断是否有物体，是，进入步骤三，否则返回步骤二； 

步骤三、发射X射线； 

步骤四、采集高、低能图像； 

步骤五、图像数据校验； 

步骤六、滤除噪声； 

步骤七、写入缓冲区； 

步骤八、返回。

图像重建模块由上位机实现，包括以下步骤，如图6所示： 

步骤一、开始； 

步骤二、根据高能图像、低能图像对物质进行分类； 

步骤三、根据物质分类的结果进行着色合成彩色图像后或合成黑白图像； 

步骤四、返回。 

图像增强模块由上位机实现，包括以下步骤，如图7所示： 

步骤1.开始； 

步骤2.边缘识别； 

步骤3.边缘增强； 

步骤4.黑白图像均衡化； 

步骤5.彩色图像渲染； 

步骤6.写入显示缓冲区； 

步骤7.返回。 

可疑品鉴别模块由上位机实现，包括以下步骤，如图8所示： 

步骤1.开始； 

步骤2.读取扫描信号强度； 

步骤3.可疑物质鉴别； 

步骤4.在缓冲区标示可疑物质； 

步骤5.返回。 

图像显示模块由上位机实现，包括以下步骤，如图9所示： 

步骤1.开始； 

步骤2.读取用户显示指令； 

步骤3.读取显示缓冲区内容； 

步骤4.可疑物质闪烁报警； 

步骤5.图像放大； 

步骤6.输出到显示器； 

步骤7.返回。

Claims (1)

1.一种线扫描多能量X射线安全检查设备的检查方法，该检查设备包括上位机、光障、下位机、继电器、辊轴电机、X射线源及其控制器、X射线探测器及其控制器，其中上位机下位机相连，下位机分别与光障、继电器、X射线源控制器和X射线探测器控制器相连，X射线源控制器与X射线源相连，X射线探测器控制器与X射线探测器相连，继电器与辊轴电机相连；其特征在于：该检查设备检查方法，由图像处理模块、图像采集模块、控制模块、控制系统的批处理模块、图像重建模块、图像增强模块、可疑品鉴别模块、图像显示模块组成；控制模块是上位机的核心，其他模块受其约束，图像重建模块、图像增强模块、可疑品鉴别模块接受操作指令，交由控制模块使用，图像采集模块接受X射线探测器图像，保存到存储区由图像处理模块、图像显示模块使用，图像处理模块、图像显示模块执行图像处理指令，并将结果输出到显示设备；

所述的的控制模块由上位机实现，包括以下步骤：

步骤一、开始；

步骤二、X射线探测器、X射线源初始化；

步骤三、判断电机是否正转，是，进入步骤四，否则返回步骤二；

步骤四、判断是否有X射线控制器检测信号，是，进入步骤五，否则返回步骤二；

步骤五、判断光障信号是否正常，是，进入步骤六，否则返回步骤二；

步骤六、判断带速是否正常，是，进入步骤七，否则返回步骤二；

步骤七、判断计数器是否+1，是，进入步骤八，否则返回步骤二；

步骤八、判断是否驱动上位机图像信息存储，是，进入步骤九，否则返回步骤五；

步骤九、返回；

所述的控制系统批处理模块由下位机实现，包括以下步骤：

步骤一、电源开启；

步骤二、电机正、反转检验；

步骤三、探测器自检；

步骤四、射线源自检；

步骤五、探测器“空扫”；

步骤六、判断“空扫”次数i是否小于100，如果是，执行步骤七；如果否，返回步骤五；

步骤七、射线源加载；

步骤八、判断射线源电压是否是140KV，电流是否是1mA；如果是，执行步骤九；如果否，返回步骤七；

步骤九、探测器模块灰度值修正；

步骤十、判断是否满足下面条件：行的平均信号强度DACi＝15000±0.2％，同时列的信 号强度DACj＝15000±0.2％；如果是，执行步骤十一；如果否，返回步骤九；

步骤十一、存入探测器基值到执行程序；

步骤十二、检测前探测器准备工作完毕；

所述的图像重建模块由上位机实现，包括以下步骤：

步骤一、开始；

步骤二、根据高能图像、低能图像对物质进行分类；

步骤三、根据物质分类的结果进行着色合成彩色图像后或合成黑白图像；

步骤四、返回；

所述的图像处理的模块由上位机实现，包括以下步骤：

步骤一、开始；

步骤二、初始化；

步骤三、图像采集；

步骤四、图像重建；

步骤五、图像增强；

步骤六、可疑品鉴别；

步骤七、图像显示；

步骤八、判断是否结束，是，进入步骤九，否则返回步骤三；

步骤九、保存设备设置；

步骤十、结束；

所述的图像采集模块由上位机实现，包括以下步骤：

步骤1.开始；

步骤2.判断是否有物体，是，进入步骤三，否则返回步骤二；

步骤3.发射X射线；

步骤4.采集高、低能图像；

步骤5.图像数据校验；

步骤6.滤除噪声；

步骤7.写入缓冲区；

步骤8.返回；

所述的图像增强模块由上位机实现，包括以下步骤：

步骤1.开始；

步骤2.边缘识别；

步骤3.边缘增强；

步骤4.黑白图像均衡化； 

步骤5.彩色图像渲染；

步骤6.写入显示缓冲区；

步骤7.返回；

所述的可疑品鉴别模块由上位机实现，包括以下步骤：

步骤1.开始；

步骤2.扫描信号强度；

步骤3.可疑物质鉴别；

步骤4.在缓冲区标示可疑物质；

步骤5.返回；

所述的图像显示模块由上位机实现，包括以下步骤：

步骤1.开始；

步骤2.读取用户显示指令；

步骤3.读取显示缓冲区内容；

步骤4.可疑物质闪烁报警；

步骤5.图像放大；

步骤6.输出到显示器；

步骤7.返回。 

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