CN104792805B - 一种透射探测器和插值数据计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于辐射成像检测设备领域，具体涉及一种透射探测器和插值数据计算方法。现有采用单一线性射线源的透射和散射联合成像系统在被检测物体快速通过时的空间分辨率较低。本发明所述的一种透射探测器和插值数据计算方法，包括至少一个探测单元，所述探测单元包括屏蔽外壳及固定在所述屏蔽外壳内的连接有探测头的集成电路板，所述探测头包括探测头线路板和布放在所述探测头线路板上的多个像点，像点由一个光电二极管和一个叠加在光电二极管上的闪烁体晶体构成，其特征是：像点呈双线阵排列。采用本发明所述的透射探测器和插值数据计算方法可以有效提高透射图像在第二维的空间分辨率,允许被检物体以更高的速度移动,并降低对扫描频率的要求。

Description

一种透射探测器和插值数据计算方法

技术领域

本发明属于辐射成像检测设备领域，具体一种透射探测器和插值数据计算方法。

背景技术

在工业无损检测或民用安全检测应用中，大量使用基于X、γ射线的透射成像设备，也有基于X、γ射线的背散射成像的设备。出于同时获得透射图像与背散射图像的需要，对透射成像系统和背散射成像系统做整合，形成背散射与透射联合成像设备。由于背散射扫描大多采取点扫描形式，在联合成像设备中如果采取单一射线源，则透射探测器也只能接收点状光点。

背散射成像设备通过带准直孔的屏蔽体旋转形成极细的笔形射线束，并以点扫描的形式扫描被检测物体，依次获得数据，完成第一维扫描；通过传送带或其他方式移动被检测物体完成第二维扫描。在单透射成像设备中通常使用线阵探测器，第一维数据同时获得，通过传送带或其它方式移动物体完成第二维扫描。

透射图像在第一维上的空间分辨率取决于探测晶体在第一维上的分布密度。

背散射图像与透射图像在第二维上的空间分辨率取决于被检测物体移动的速度与旋转屏蔽体的旋转速度。通过降低被检测物体的移动速度和提高屏蔽体旋转速度可以提高图像在第二维上的空间分辨率。

但是，在高速工业无损检测或实时安全检测应用中，对被检物体移动的速度有下限限制。

另外，屏蔽体的高速旋转对屏蔽体材料的刚性有要求，同时主要材料为铅的沉重屏蔽体对旋转轴的转动惯量较大。大惯量、高转速对于机械加工精度提出了相当高的要求。

此外，通过旋转的屏蔽体的射线剂量随旋转速度的提高而减小，直接导致背散光子数量少，背散射图像的信号噪声比降低。在保证较高的背散射图像信噪比的前提下，降低旋转屏蔽体的速度，必然导致透射图像与背散射图像在第二维上的空间分辨率降低。

发明内容

针对现有技术中所存在问题，本发明的目的是提供一种透射探测器和插值数据计算方法，可以解决被检物体移动速度较快或者扫描频率较低的情况下采用单一线性扫描方式的成像设备所出现的图像信号噪声比过低的问题。

为达到以上目的，本发明公开的技术方案是一种透射探测器，包括至少一个探测单元，所述探测单元包括屏蔽外壳及固定在所述屏蔽外壳内的连接有探测头的集成电路板，所述探测头包括探测头线路板和布放在所述探测头线路板上的多个像点，所述像点由一个光电二极管和一个叠加在所述光电二极管上的闪烁体晶体构成，其特征是：所述像点呈双线阵排列，所述线阵包括直线排列的多个所述像点，所述双线阵排列为两条所述线阵平行排列。

进一步，所述屏蔽外壳包括底板，所述底板上对称设有2条Z字形侧板，2条所述Z字形侧板与所述底板共同构成一个顶部有缝隙的空腔，所述探测头固定在空腔内部，在所述空腔的上部设有2块屏蔽板；2块屏蔽板之间构成准直狭缝。

进一步，所述集成电路板为长方形大规模集成电路板，固定在所述屏蔽外壳的底板上；所述线阵平行于屏蔽外壳长边，设置在所述探测头线路板中线两侧。

更进一步，所述像点在所述线阵中的间隔长度为两条平行的所述线阵之间的间隔长度的1.2倍，所述探测头线路板的顶端边缘与距离其最近的所述像点的边缘的间隔长度为所述像点在所述线阵中的间隔长度的1/2。

进一步，所述准直狭缝与所述屏蔽外壳上部的所述缝隙平行且位于所述缝隙的中心线上方；所述准直狭缝宽度窄于所述缝隙、等于或大于所述探测头的双线阵的宽度且能够调整；所述屏蔽板为铅铜合金材质，相邻两边做渗钨处理，所述底板和所述Z字形侧板为钢制材质。

进一步，所述探测头上设置的双线阵为左右对称排列形式。

进一步，所述探测头上设置的双线阵为错位排列形式，其中一条所述线阵相对于另一条所述线阵的纵向间距相差为所述像点在所述线阵中的间隔长度的1/2。

为达到以上目的，本发明还公开了一种用于以上所述的透射探测器的各个像点之间的插值数据计算方法，包括以下步骤：

获取所述像点的扫描数据；

计算第一插值数据，所述第一插值数据为同一所述线阵中相邻的2个所述像点之间的插值数据；

计算第二插值数据，所述第二插值数据为错位平行排列的两条所述线阵中的相邻并构成三角形的3个所述像点之间的插值数据。

进一步，采用线性插值算法计算所述第二插值数据。

本发明的效果在于：

1.通过本发明中的“双线阵错位排列”方式的透射探测器和插值计算方法，在保证背散射图像信号噪声比的同时可以有效提高透射图像在第二维的空间分辨率。

2.本发明的方法在背散射与透射复合成像装置中可以有效实现降低屏蔽体旋转速度的要求，对于旋转屏蔽体的材料要求与加工要求均相应降低。

3.本发明可应用于单一的线扫描形式的透射成像设备，允许被检物体以更高的速度移动。

4.本发明的双线阵闪烁晶体分布形式也可应用于其他扫描形式的成像或非成像探测设备。

通过本发明提供的方法，更为一般的可以用于基于其他射线类型的成像装置在低扫描频率条件下提供高空间分辨率图像的线阵探测器设计。

附图说明

图1是现有技术的射线背散射与透射联合成像装置结构示意图；

图2是本发明实施例中直线组合方式的透射探测器的工作示意图；

图3是本发明实施例中非直线组合方式的透射探测器的工作示意图；

图4是本发明实施例中屏蔽外壳的结构图；

图5a是本发明实施例中采用左右对称排列方式的探测头的示意图；

图5b是本发明实施例中采用错位排列方式的探测头的示意图；

图6a是本发明实施例中双线阵错位排列方式采样点位置示意图；

图6b是本发明实施例中双线阵错位排列方式插值点位置示意图；

图7是本发明实施例中插值数据计算方法的流程图；

图中：1射线源，2点扫描器，3背散射探测器，4被检测物体，5物体承载可移动平台，6透射探测器，7探测单元，8屏蔽外壳，9底板，10Z字形侧板，11屏蔽板，12准直狭缝，13探测头，14像点，15探测头线路板。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步描述。

本发明公开的一种用于如图1所示的背散射与透射联合成像装置的双线阵透射探测器，如图2至图4所示，该透射探测器由多个探测单元7连接组成，1个探测单元7包括1个探测头13、1块长方形大规模集成电路板(图中未标出)和1个屏蔽外壳8，探测头13同大规模集成电路板相连并一同通过底板9固定在屏蔽外壳8的空腔内。

在本发明的透射探测器中，屏蔽外壳8结构如图4所示，包括，有限长度的钢制长方形底板9和钢制Z字形侧板10，Z字形侧板10沿底板9两侧长边对称固定，彼此平行且不相连；2条Z字形侧板10的同所述底板9连接的一侧与底板9等长；2条所述Z字形侧板10的不与底板9连接的部分构成屏蔽外壳8的两侧和顶部，2条所述Z字形侧板10同底板9一起构成了一个顶部中线位置有缝隙的空腔(直线型开口)，所述探测头13固定在空腔内部，(屏蔽外壳8横截面为矩形)，屏蔽外壳8的所述顶部两边设有同所述顶部长度相同的屏蔽板11；2块屏蔽板11处于同一平面内，彼此平行且不相连，相邻的两边构成准直狭缝12。屏蔽板11为铅铜合金材质，并且构成准直狭缝12的相邻的两边做渗钨处理。准直狭缝12与屏蔽外壳8顶部的缝隙(直线型开口)平行且位于细缝的中心线上方；准直狭缝12宽度窄于该细缝、等于或大于所述探测头13的双线阵的宽度且能够通过调整两块屏蔽板11之间的距离来改变准直狭缝12的宽度，使通过此准直狭缝12的X射线正好可以覆盖设置在屏蔽外壳8内的双线阵排列的像点14上的闪烁体晶体，当点扫描器2运行时，笔形X射线通过准直狭缝12从探测单元7的一端扫描至另一端。

探测头13由1块探测头线路板15和布置在探测头线路板15上的多个像点14组成，这些像点14按照双线阵进行排列；

像点14由一个光电二极管和一个叠加在该光电二极管上的闪烁体晶体构成；

本发明实施例中的所谓的线阵是指呈直线排列的多个像点14，所谓的双线阵排列为两条线阵平行排列(在本发明的实施例中，双线阵中的每条线阵包含的像点数量是一致的)，这两条线阵还平行于屏蔽外壳8的长边，并设置在探测头线路板15中线两侧，像点上的闪烁体晶体尺度为0.5～1.5mm，从原理上来说，闪烁体晶体尺度过大会降低图像分辨率，过小会降低信噪比同时加工难度上升，因此闪烁体晶体的具体尺度的选择最终取决于设备的图像分辨率指标要求。

在本发明的实施例中，探测头13与屏蔽外壳8为有限长度，探测头13固定在屏蔽外壳8内部构成一个探测单元7，多个探测单元7构成探测器，多个屏蔽外壳8能够组合为任意长度且无缝连接的处于共同平面内的直线型或非直线型一维空腔屏蔽体，则探测器可形成任意长度处于同一平面内的一维曲线或者直线探测器。在用于货物、行李安全检查设备中，优选采取如图3所示的非直线形结构。

为便于多个探测单元7连接组合为探测器，且保证组合而成的探测器的像点14在所在线阵中的纵向间隔保持一致，如图5所示，探测头13的像点14之间的距离为图中的“d”；并且“d”为两条平行线阵之间的距离的1.2倍；探测头线路板15的顶端边缘与距离其最近的像点边缘之间距离为d/2。

在探测单元7中，探测头13上的像点14分布如图5a和图5b所示，其特征是像点14排列为2列。探测头13上的像点数量通常来说是选择2的整数幂个，如64、128等(图5a中是22个，图5b中是16个，仅为示意)。其排列方式有如下2种不同的形式：

第一种排列形式如图5a所示为左右双线对称排列方式的。像点14在纵向上排成一条线阵，横向上2条线阵平行排列。在每一线上，像点14在纵向上的间距取决于透射图像在纵向上的图像分辨率要求，两条线阵之间的间距取决于被检物移动速度v与点扫描频率f，即ΔX＝v/f，ΔX为一个扫描周期内被检物体相对于透射探测器移动的距离。

第二种排列形式如图5b所示为左右双线错位排列方式的。两条线阵平行错位排列，像点在纵向上排成一线，左右2条线阵在纵向上相差长度为像点14在所述线阵中的间隔长度的1/2，两条线阵之间的间距取决于被检物移动速度v与点扫描频率f，即ΔX＝v/f，ΔX为一个扫描周期内被检物体相对于透射探测器移动的距离。

在本发明实施例中，由X射线点扫描器2产生位置起点脉冲，作为数据采样起始信号，数据采样周期从原理上等同于点扫描周期，在采样电路设计中采样周期可略小于点扫描周期。

在本发明实施例中的透射探测器中，在像点排列采取如图5b所示左右双线阵错位排列方式时，通过插值计算可以获得更高的图像分辨率，透射探测器的各个像点之间的插值数据计算方法，如图7所示，包括以下步骤：

步骤S1：获取像点的扫描数据；

步骤S2：计算第一插值数据，所述第一插值数据为同一所述线阵中相邻的2个所述像点之间的插值数据；

步骤S3：计算第二插值数据，所述第二插值数据为错位平行排列的两条所述线阵中的相邻并构成三角形的3个所述像点之间的插值数据。

如图6a所示，a1、a2、a3、a4等实心黑点(在此也称作采样点)表示通过像点实际扫描获得的数据；如图6b所示，a5、a6、a7、a8等空心圆点(在此也称作插值点)表示经过计算后得到的插值数据，插值算法有如下2种：

第一种表示为：即在每一条线阵中相邻的两个像点的扫描数据的平均值为插值点的插值数据(第一插值数据)。即在相邻的两条中相邻的3个像点构成一个等腰三角形，采取线性插值算法后得到插值点的插值数据(第二插值数据)。

第二种表示为：即在每一条中相邻的两个像点的扫描数据的平均值为插值点的插值数据(第一插值数据)。即在相邻的两条中相邻的3个像点近似构成一个等边三角形，采取线性插值算法后得到插值点的插值数据(第二插值数据)。

举一个例子来说明本发明的实际应用：

如图1所示，透射探测器相对于射线源置于被检物体的另一侧；射线从屏蔽外壳的准直狭缝进入探测器内部；调节屏蔽体上的准直狭缝宽度使笔形X射线束横截面线度等于或略大于探测器内的探测头上的闪烁晶体的双线阵宽度；闪烁体晶体被X光照射后产生光信号、光电二极管将光信号转换为电信号，并通过大规模集成电路实现信号的采集、数值化、预处理后的数字信号经过电缆线传输至图像处理计算机。

本发明所述的装置并不限于具体实施方式中所述的实施例，本领域技术人员根据本发明的技术方案得出其他的实施方式，同样属于本发明的技术创新范围。

Claims (8)

1.一种透射探测器，包括至少一个探测单元(7)，所述探测单元(7)包括屏蔽外壳(8)及固定在所述屏蔽外壳(8)内的连接有探测头(13)的集成电路板，所述探测头(13)包括探测头线路板(15)和布放在所述探测头线路板(15)上的多个像点(14)，所述像点(14)由一个光电二极管和一个叠加在所述光电二极管上的闪烁体晶体构成，其特征是：所述像点(14)呈双线阵排列，所述线阵包括直线排列的多个所述像点(14)，所述双线阵排列为两条所述线阵平行排列；所述屏蔽外壳(8)包括底板(9)，所述底板(9)上对称设有2条Z字形侧板(10)，2条所述Z字形侧板(10)与所述底板(9)共同构成一个顶部有缝隙的空腔，所述探测头(13)固定在空腔内部，在所述空腔的上部设有2块屏蔽板(11)；2块屏蔽板(11)之间构成准直狭缝(12)。

2.如权利要求1所述的一种透射探测器，其特征是：所述集成电路板为长方形大规模集成电路板，固定在所述屏蔽外壳(8)的底板(9)上；所述线阵平行于屏蔽外壳(8)长边，设置在所述探测头线路板(15)中线两侧。

3.如权利要求2所述的一种透射探测器，其特征是：所述像点(14)在所述线阵中的间隔长度为两条平行的所述线阵之间的间隔长度的1.2倍，所述探测头线路板(15)的顶端边缘与距离其最近的所述像点(14)的边缘的间隔长度为所述像点(14)在所述线阵中的间隔长度的1/2。

4.如权利要求1所述的一种透射探测器，其特征是：所述准直狭缝(12)与所述屏蔽外壳(8)上部的所述缝隙平行且位于所述缝隙的中心线上方；所述准直狭缝(12)宽度窄于所述缝隙、等于或大于所述探测头(13)的双线阵的宽度且能够调整；所述屏蔽板(11)为铅铜合金材质，相邻两边做渗钨处理，所述底板(9)和所述Z字形侧板(10)为钢制材质。

5.如权利要求1-4任一项所述的一种透射探测器，其特征是：所述探测头(13)上设置的双线阵为左右对称排列形式。

6.如权利要求1-4任一项所述的一种透射探测器，其特征是：所述探测头(13)上设置的双线阵为错位排列形式，其中一条所述线阵相对于另一条所述线阵的纵向间距相差为所述像点(14)在所述线阵中的间隔长度的1/2。

7.一种用于权利要求1-6任一项所述的透射探测器的各个像点之间的插值数据计算方法，包括以下步骤：

获取所述像点的扫描数据；

计算第一插值数据，所述第一插值数据为同一所述线阵中相邻的2个所述像点之间的插值数据；

计算第二插值数据，所述第二插值数据为错位平行排列的两条所述线阵中的相邻并构成三角形的3个所述像点之间的插值数据。

8.如权利要求7所述的一种插值数据计算方法，其特征是：采用线性插值算法计算所述第二插值数据。