CN105651793B - 一种克服物体厚度影响的x光检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种克服物体厚度影响的X光检测方法，所用设备包括X光机、双能探测器、传送装置、数据处理系统和显示系统，其中，X光机用于提供成像所需的光照，双能探测器用于采集高低能图像，传送装置用于运输成像物体，数据处理系统用于图像的处理，显示系统用于图像的显示，本发明同时采集低能和高能X光图像，再利用吸收系数与能量间的关系，获得与厚度信息无关的图像，克服了物体厚度对检测结果的影响，本发明将在公共安全、食品检测、垃圾分选等领域发挥重要作用。

Description

一种克服物体厚度影响的X光检测方法
技术领域
本发明涉及X光成像技术领域，尤其涉及一种克服物体厚度影响的X光检测方法。
背景技术
X光吸收成像广泛应用于医疗成像、食品检测以及工业无损检测。吸收图像包含物质信息和厚度信息，导致厚的弱吸收物体和薄的重吸收物体可能获得相同灰度图像，在实际检测中无法直接根据物体种类区分不同组成，给检测带来很大的不确定性。
双能X光成像技术，同时采集低能和高能图像，是一项新的检测手段，理论上提供了一种完全避免厚度影响的检测方法。然而，实际使用的宽频谱光源，厚度对检测结果影响仍然很大。
发明内容
本发明提供一种克服物体厚度影响的X光检测方法，相比传统吸收成像，利用吸收系数与能量间的近似关系，获得了两次准单色光照明结果，很大程度上克服了厚度对检测效果的影响。
本发明采取的技术方案是：
一种克服物体厚度影响的X光检测方法，该方法所用成像设备包括X光机、双能探测器、传送装置、数据处理系统以及显示系统，其中，X光机用于提供成像所需的光束，双能探测器用于采集高低能图像，传送装置用于运输成像物体，数据处理系统用于图像的处理，显示系统用于图像的显示，该方法包括以下步骤：
S1、使用能量色散探测器测量X光源能量谱函数f(E)，X光机(001)光强表示为I(x,y)＝∫N0f(E)D(E)EdE，其中N0为入射光子总数、D(E)为探测效率；
S2、使用双能探测器采集低能段[E0,EL]的图像IL(x,y)和高能段(EL,EH]的图像IH(x,y)，可用数学式表示为
其中，t表示X射线所透过物体的厚度、N0为入射光子总数、D(E)为探测效率、f(E)为X光源能量谱函数、E为光子能量；
S3、用ΔE等分能量积分区间
E0/ΔE＝n0,EL/ΔE＝n1,EH/ΔE＝n2，上面的积分公式用离散形式表示为
其中an表示线性求和系数；
S4、在远离吸收边时，X光被吸收主要原因为光电吸收和康普顿散射，吸收系数近似表示为μ(E)＝(αE-m+β)ρ，其中α为光电常数与原子序数项乘积，β为散射吸收常数，ρ为物质密度，带入上式计算得
其中m>0，表示光电吸收因子；
S5、解上式可得与物质厚度无关量α，实现物质种类识别。
吸收系数与能量的关系可表示为μ(E)＝(αE-m+β)ρ，其中m取值范围为2.5到3.5。
优选的，检测的X光为硬X光。
优选的，数据处理系统为计算机系统。
优选的，数据处理系统为FPGA数据处理系统。
本发明的有益效果：
本发明在不改变成像装置基础上，利用吸收系数与能量间的关系，近似实现了两次准单色光照明效果，显著降低了厚度对检测结果的影响。本发明将在公共安全、食品检测以及矿石分选等领域发挥重要作用。
附图说明
图1双能检测设备组成结构示意图；
图2为现有X光检测方法流程图；
图3为本发明一个实施案例流程图。
具体实施方式
双能X光成像理论上可以完全消除厚度对检测效果的影响，然而，实际中的宽光谱光源限制了其检测效果。本发明利用吸收系数与能量间的近似关系，实现了两次准单色光照明效果，显著降低了厚度对检测结果的影响。
如图1所示，本发明使用的设备包括X光机001、双能探测器002、转送装置003、数据处理系统004和显示系统005等。其中，X光机001用于提供成像所需的光照，双能探测器002用于采集高低能图像，传送装置003用于运输成像物体，数据处理系统004用于图像的处理，显示系统005用于图像的显示。
如图2所示，现有双能X光检测方法通过如下步骤实现：
S1.使用能量色散探测器测量X光源能量谱函数f(E)，X光机001光强表示为I0(x,y)＝∫N0f(E)D(E)EdE，其中N0为入射光子总数、D(E)为探测效率；
S2.使用双能探测器002采集低能段[E0,EL]的图像IL(x,y)和高能段(EL,EH]的图像IH(x,y)，可用数学式表示为
S3.根据高低能图像，计算各自的吸收项
S4.求低能和高能吸收项比值
高低能图像如果为两次单色光照明，厚度信息可完全消除。实际中光源为宽频谱光源，比值R仍然含有厚度的信息，因此影响检测效果。
如图3所示，本发明利用吸收系数与能量间的近似关系，实现了两次准单色光照明效果，具体方法通过以下步骤实现：
S1、使用能量色散探测器测量X光源能量谱函数f(E)，X光机(001)光强表示为I0(x,y)＝∫N0f(E)D(E)EdE，其中N0为入射光子总数、D(E)为探测效率；
S2、使用双能探测器002采集低能段[E0,EL]的图像IL(x,y)和高能段(EL,EH]的图像IH(x,y)，可用数学式表示为
S3、用ΔE等分能量积分区间E0/ΔE＝n0，EL/ΔE＝n1，EH/ΔE＝n2，利用辛普森求积分公式，高能和低能图像的离散形式表示为
其中
S4、在远离吸收边时，X光被吸收主要因素为光电吸收和康普顿散射，吸收系数近似表示为μ(E)＝(αE-m+β)ρ，m取值3，β取值0.02m2/kg，代入上式计算得
S5、解上式可得与原子序数相关与物质厚度无关量α，实现了物质种类识别，实现了克服物体厚度影响的检测方法。
以上所述是本发明的一种具体实施案例，应当指出的是，该案例并不用于限制本发明，凡在本发明的原理思想前提下，所做的任何修改、等同替换或改进，均应含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种克服物体厚度影响的X光检测方法，其特征在于，该方法所用成像设备包括X光机(001)、双能探测器(002)、传送装置(003)、数据处理系统(004)以及显示系统(005)，其中，X光机(001)用于提供成像所需的光束，双能探测器(002)用于采集高低能图像，传送装置(003)用于运输成像物体，数据处理系统(004)用于图像的处理，显示系统(005)用于图像的显示，该方法包括以下步骤：
S1、使用能量色散探测器测量X光源能量谱函数f(E)，X光机(001)光强表示为I(x,y)＝∫N0f(E)D(E)EdE，其中N0为入射光子总数、D(E)为探测效率；
S2、使用双能探测器采集低能段[E0,EL]的图像IL(x,y)和高能段(EL,EH]的图像IH(x,y)，可用数学式表示为
其中，t表示X射线所透过物体的厚度、N0为入射光子总数、D(E)为探测效率、f(E)为X光源能量谱函数、E为光子能量；
“S3、用ΔE等分能量积分区间，其中
E0/ΔE＝n0,EL/ΔE＝n1,EH/ΔE＝n2，上面的积分公式用离散形式表示为
其中an表示线性求和系数；
其中
S4、在远离吸收边时，X光被吸收主要原因为光电吸收和康普顿散射，吸收系数近似表示为μ(E)＝(αE-m+β)ρ，其中α为光电常数与原子序数项乘积，β为散射吸收常数，ρ为物质密度，带入上式计算得
其中m>0，表示光电吸收因子；
其中，吸收系数与能量的关系可表示为μ(E)＝(αE-m+β)ρ，其中m取值范围为2.5到3.5；
S5、解上式可得与物体厚度无关量α，实现物质种类识别。
2.根据权利要求1所述克服物体厚度影响的X光检测方法，其特征在于，用于检测的X光为硬X射线。
3.根据权利要求1所述克服物体厚度影响的X光检测方法，其特征在于，数据处理系统为计算机系统。
4.根据权利要求1所述克服物体厚度影响的X光检测方法，其特征在于，数据处理系统为FPGA数据处理系统。
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