CN103063691A - 双飞线多缝扫描背散射平面成像立体成像和自扫描成像装置 - Google Patents

Abstract

一种双飞线多缝扫描背散射平面成像立体成像和自扫描成像装置，包括辐射源、飞线扫描器、多缝准直器，背散射探测器、背散射信号处理器和图像计算机，其特征是，飞线扫描器为套装在辐射源上的转筒，其上开有平行于转轴的两组狭缝，转筒旋转时交替产生两个方向的绕轴旋转的扇形射束-飞线，飞线通过可调多缝准直器产生多种笔形射束，进行背散射平面成像、立体成像、双视角成像或自扫描成像所需的扫描，扫描物体产生的背散射光子为背散射探测器接收，背散射探测器的信号经处理后输入计算机。优点是：只用一台辐射源，一套飞线扫描器、多缝准直器和背散射探测器，既可获取平面背散射图像，立体背散射图像和大视角差的双视角背散射图像及自扫描背散射成像。

Description

双飞线多缝扫描背散射平面成像立体成像和自扫描成像装置

技术领域

本发明属于利用辐射光子在物体中产生的背散射来形成图像的技术，特别涉及一种双飞线多缝扫描背散射平面成像、立体成像和自扫描成像装置，可以对物体和车辆进行实时背散射平面成像、立体成像、双视角成像和自扫描成像，属于辐射成像安全检测设备技术领域。

背景技术

目前安检部门普遍使用X射线透射成像技术检查箱包和车辆，铜铁等高原子序数物质吸收射线大，容易被发现；毒品、炸药等低原子序数物质吸收射线很小，在图像中不易发现，容易漏检。X射线或伽马射线的光子在物体中的康普顿背散射，对低原子序数的轻物质更敏感，可藉以突显毒品和爆炸物等轻质物体，近年已用于安检成像。但是物体对入射光子的背散射很弱，所以实际的背散射成像装置都采用笔形射束一点一点地扫描物体，由大面积探测器收集扫描点产生的大散射角范围的散射光子。

为了产生点扫描的射线束，美国专利(Re.28，544)设计了斩波轮飞点扫描装置(图1)，辐射源的射线通过狭缝准直器和斩波轮的转动狭缝产生上下扫描的笔形射束。美国专利US 7,099,434B2设计了同心飞轮飞点扫描装置(图2)，飞轮套在辐射源上同心旋转，飞轮径向有管状准直器，随着飞轮旋转而产生点扫描射束。中国专利(ZL 200820079391.0)设计了转筒跳点扫描装置(图3)。辐射源的射束通过狭缝准直器产生扇形射束，对准转筒的转轴，转筒上有离散分布但覆盖各种角度的成对孔径，转筒转到不同角度只有一种仰角的孔径可以射出射束，转筒旋转时产生跳点扫描，由计算机根据转筒孔径的分布规律排列射束，可形成扫描图像。但是，所有这些背散射成像装置都只能获取平面的(2D)背散射图像，并且检测装置和被检物体必须进行相对移动才能成像。

发明内容

本发明的目的是提出一种双飞线多缝扫描背散射平面成像立体成像和自扫描成像装置，以克服已有技术的不足。用一台X光机，一套扫描器和一套背散射探测器，就可获取背散射平面图像(2D图像)或背散射立体图像(3D图像)或双视角背散射图像，以及进行自扫描背散射成像。

本发明提出的双飞线多缝扫描背散射平面成像立体成像和自扫描成像装置，由辐射源、飞线扫描器、多缝准直器，背散射探测器、背散射信号处理器和图像计算机组成，

飞线扫描器为套装在辐射源上的圆筒，圆筒上开有平行于转轴的两组狭缝，圆筒由飞线扫描器驱动马达驱动，旋转时辐射源通过飞线扫描器上的两组轴向狭缝交替产生两个方向的绕轴旋转的扇形射束-飞线；

在飞线扫描器前方设置有狭缝可调的多缝准直器，由数控马达调节，飞线通过多缝准直器的狭缝产生多种点扫描射束；

在多缝准直器两侧设置有背散射探测器，接收被检物体经射线扫描产生的背散射光子；背散射探测器的信号由传输线传给背散射信号处理器处理后，通过和飞线扫描同步的同步开关输入图像计算机，进行平面或立体背散射图像显示。

本发明的成像装置的多缝准直器有两种结构：一种为装有转柱的屏蔽板，转柱上开有狭缝，由光栅控制器控制屏蔽板和转柱的运动，并保持在用狭缝始终对准辐射源。

另一种为开有多种狭缝的双层屏蔽板，控制两层屏蔽板的相对位置可以产生所需的各种狭缝。

本发明的优点是：只用一台辐射源，一套飞线扫描器和多缝准直器，一套背散射探测器，既可获取一般的平面背散射图像，又可获取迄今为止尚无产品实现的立体背散射图像和双视角背散射图像。立体背散射图像可以帮助用户识别重叠物体和进行纵深定位；双视角背散射图像可以从相差较大的两个视角观察物体，改善背散射成像中轻薄物体被厚重物体遮蔽的问题。移动多缝准直器进行自扫描，可在背散射成像设备和被检物体相对静止时对物体进行背散射成像检测。

附图说明

以下结合附图及实施例，对本发明作进一步描述：

图1是已有的斩波轮点扫描背散射成像原理示意图

图2是已有的飞轮点扫描背散射成像原理示意图

图3是已有的转筒跳点扫描背散射成像原理示意图

图4是本发明的双飞线多缝扫描背散射成像装置结构图

图5是本发明的双飞线多缝扫描背散射成像工作原理示意图

图6是本发明的转柱式多缝准直器调节原理图

图7是本发明的屏蔽板式多缝准直器调节原理图

图8是本发明用于背散射检测车的应用示意图

图中，1-辐射源，2-飞线扫描器，3-多缝准直器，4-点扫描射束，5-另一视角的点扫描射束，6-背散射探测器，7-被检物体，8-多缝准直器的驱动马达，9-飞线扫描器的驱动马达，10-背散射信号处理器，11-同步开关，12-图像计算机和图像显示器；20-飞点扫描斩波轮，21-单缝准直器，22-飞点扫描飞轮，23-飞点扫描飞轮上的管状准直器，24-跳点扫描转筒，25-背散射检测车

具体实施方式

已有的斩波轮飞点扫描装置的工作原理示于图1，辐射源1的射线通过狭缝准直器21和斩波轮20的转动狭缝产生上下扫描的笔形射束4。

已有的同心飞轮飞点扫描装置的工作原理示于图2，飞轮22套在辐射源1上同心旋转，飞轮径向有管状准直器23，随着飞轮旋转而产生点扫描射束4。

已有的转筒跳点扫描装置的工作原理示于图3，辐射源1的射束通过狭缝准直器21产生扇形射束，对准转筒24的转轴，转筒上有离散分布但覆盖各种角度的成对孔径，转筒转到不同角度只有一种仰角的孔径可以射出射束4，转筒旋转时产生跳点扫描，由计算机根据转筒孔径的分布规律排列射束，可形成扫描图像。

本发明提出的双飞线多缝扫描背散射平面成像立体成像和自扫描成像装置，其全部结构如图4所示，由辐射源1、飞线扫描器2、多缝准直器3，背散射探测器6、背散射信号处理器10和图像计算机12组成，飞线扫描器2为套装在辐射源1上的圆筒，圆筒上开有左右两组轴向狭缝，两组狭缝沿圆周和轴向都错开一定距离；圆筒由飞线扫描器马达9驱动，圆筒旋转时辐射源1通过两组轴向狭缝交替输出左右两个方向的扇形射束，扇形射束绕轴旋转产生两组飞线扫描；在飞线扫描器前方设置有多缝准直器3，多缝准直器的狭缝位置和方向由光栅控制器精确控制，飞线通过多缝准直器的各种狭缝产生各种点扫描射束，例如射束4和5；

在多缝准直器两侧设置有背散射探测器6，接收被检物体7的背散射光子；背散射探测器的信号由传输线传给背散射信号处理器10处理后，通过和飞线扫描同步的同步开关11输入图像计算机12，进行平面或立体背散射图像显示。

本发明提出的双飞线多缝扫描背散射平面成像立体成像和自扫描成像装置的工作原理示于图5，飞线扫描器2的旋转圆筒套在辐射源1上，圆筒上每隔一定圆周角(例如90度)有一条轴向狭缝，从辐射源焦点所在中心线交替向两侧伸展，例如狭缝2-1和2-2。圆筒旋转时向两个方向交替输出旋转的扇形射束，形成两条扫描飞线2-3和2-4，相继扫描多缝准直器3。多缝准直器3及其转柱3-1、3-2和3-3由光栅控制器精确调节其位置和转角，形成不同背散射成像所需的点扫描。图4所示为双视角背散射成像状态。飞线2-3可以通过转柱3-1形成一个方向的笔形扫描射束4，飞线2-4随后可以通过转柱3-2形成另一个方向的笔形扫描射束，交替完成两个视角的背散射成像扫描；转柱3-3此时阻止射线输出。

本发明的转柱式多缝准直器的调节原理示于图6。

图6A进行一般平面背散射成像。转柱3-1和3-2的狭缝转到垂直于射束方向，阻止射线输出。转柱3-3的一个过中心狭缝对准辐射源焦点，转筒狭缝2-1和2-2的射束都可通过转柱3-3的这个狭缝输出，转筒每旋转90度就完成一列点扫描。

图6B进行立体背散射成像。转柱3-1和3-2的狭缝也转到垂直于射束方向，阻止射线输出。转柱3-3的一对斜狭缝对准辐射源焦点，此对狭缝的夹角符合立体成像的左右眼视角差。转筒狭缝2-1的射束通过转柱3-3的右狭缝输出点扫描射束4，获取左眼视角的背散射图像；转筒狭缝2-2的射束通过转柱3-3的左狭缝输出另一视角的点扫描射束5，获取右眼视角的背散射图像；转筒每旋转180度完成左右眼视角各一列扫描。

图6C进行大视角差的双视角背散射成像。转柱3-1和3-2的狭缝转到可通过射束的方向并对准辐射源焦点，转柱3-3的狭缝转到不让射束通过的位置。转筒狭缝2-1的射束通过转柱3-1输出射束4，获取一个视角的背散射图像；转筒狭缝2-2的射束通过转柱3-2输出射束5，获取另一个视角的背散射图像；转筒每旋转180度完成两视角各一列扫描。

图6D进行自扫描背散射成像。转柱3-1和3-3的中心狭缝转到对准辐射源焦点，转柱3-2的狭缝转到垂直射束位置。转筒狭缝2-1的射束通过转柱3-1输出射束4。转筒狭缝2-2的射束通过转柱3-3输出射束5。进行自扫描时整个多缝准直器3直线移动，同时控制转柱3-1和3-3旋转，保持在用狭缝始终对准辐射源焦点。将射束4和射束5获取的背散射图像加在一起，形成一幅自扫描背散射平面图像。

本发明的屏蔽板式多缝准直器的调节原理示于图7。

屏蔽板式多缝准直器由固定屏蔽板3-4和可调屏蔽板3-5组成。固定屏蔽板3-4的各狭缝精确对准辐射源焦点。可调屏蔽板3-5的各宽缝用于开通固定屏蔽板的所需狭缝。

图7A中可调屏蔽板的垂直宽缝开通固定屏蔽板的中心狭缝，进行平面背散射成像

图7B中可调屏蔽板的一对具有立体成像视角的宽缝开通固定屏蔽板的一对立体成像狭缝，进行立体背散射成像。

图7C中可调屏蔽板的一对具有大视角差的宽缝开通固定屏蔽板最外一对狭缝，进行大视角差的双视角背散射成像。此种屏蔽板式多缝准直器结构简单，但不能进行自扫描背散射成像。

本发明的双飞线多缝扫描背散射平面成像立体成像和自扫描成像装置可以用于背散射检测车或通道式背散射成像系统。图8是用于背散射检测车的实施例，装备本装置的背散射检测车25，可以在通过被检物体(车辆)7时，进行背散射平面成像或立体成像；检测车和被检车辆相对不动时，也可对重点区域进行背散射检测。

Claims (3)

1.一种双飞线多缝扫描背散射平面成像立体成像和自扫描成像装置，由辐射源、飞线扫描器、多缝准直器，背散射探测器、背散射信号处理器和图像计算机组成，其特征在于：飞线扫描器为套装在辐射源上的圆筒，圆筒上开有平行于转轴的两组狭缝，圆筒由飞线扫描器驱动马达驱动，旋转时辐射源通过飞线扫描器上的两组轴向狭缝交替产生两个方向的绕轴旋转的扇形射束-飞线；

在飞线扫描器前方设置有狭缝可调的多缝准直器，由数控马达调节，飞线通过多缝准直器的狭缝产生多种点扫描射束；

在多缝准直器两侧设置有背散射探测器，接收被检物体经射线扫描产生的背散射光子；背散射探测器的信号由传输线传给背散射信号处理器处理后，通过和飞线扫描同步的同步开关输入图像计算机，进行平面或立体背散射图像显示。

2.如权利要求1所述的一种双飞线多缝扫描背散射平面成像立体成像和自扫描成像装置，其特征在于，其中的多缝准直器为装有转柱的屏蔽板，转柱上开有狭缝，由机电控制器控制多缝准直器的移动和转柱的转动，保持转柱上的在用狭缝对准辐射源焦点。

3.如权利要求1所述的一种双飞线多缝扫描背散射平面成像立体成像和自扫描成像装置，其特征在于，其中的多缝准直器为开有多种狭缝的固定屏蔽板和开有多种宽缝的可调屏蔽板。

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