CN107991326A - 单源真多能x射线透视与散射融合安检系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了单源真多能X射线透视与散射融合安检系统，该安检系统中的信号探测单元包括：散射探测器和透视探测器，所述散射探测器和透视探测器针对单射线源的单次曝光同步进行X射线散射探测和真多能透视信号探测，形成在空间和时间相互匹配的散射图像和透视图像。本发明提供的方案能够实现单射线源同时采集真多能透视与背散图像，同时检测物质的密度和原子序数等多种信息，并将物质细分为4类以上；且方案中散射与透视的性能互相不受牵制，可保证二者分辨率、穿透力等参数均达到最优。
Description
技术领域
本发明涉及X射线安检技术，具体涉及单源真多能X射线安检技术。
背景技术
X射线安检系统已经作为地铁、机场、道口和重要场所的必备安检手段广泛推广。目前常见X射线安检系统，多采用透视线阵扫描，单次曝光成伪双能彩色图像，将物质简单分类为有机物、无机物、混合物三种类型，并着相应颜色，物质分类的方法如专利US5524133和WO2005/084352；然而对于过厚或过薄物质，采用伪双能方法极易产生误判；根据X射线与物质反应的原理，透视对低相对原子序数的物质分辨能力较差。
康普顿散射探测的X射线安检设备虽然穿透能力不如透视，但可以有效提高对低相对原子序数、高密度物质(如爆炸物等违禁品)尤其是薄的物质的识别效率。但散射目前常用方案为飞点/笔形束扫描的方式(例如专利US6249567B1、US2002/0031202A1和US5181234)，需要一个斩波盘对X射线进行调制，形成笔形束，斩波盘的转动完成单行扫描。此方法目前使用最广泛。但是斩波盘体积大，且受限于屏蔽需求，整体重量很重。
将X射线散射与透视融合可以融合两者的特点，提高对物质的分辨，但对于复杂成分的物质，仅采用两种能量容易发生物质混淆，难以区分；且为了保证穿透、分辨率等性能，在结构上实现二者的融合一般采用双射线源的方法，散射和透视探测器各对应一个射线源(例如专利US9268058)，整体结构笨重、庞大；即使使用单射线源，两个探测器成像原理不同，直接导致二者性能均下降，无法满足物质分辨的需求。
发明内容
针对现有X射线安检系统在物质分辨性能上所存在的问题，需要一种新的X射线安检技术。
为此，本发明所要解决的问题是提供一种单源真多能X射线透视与散射融合安检系统，提高物质分辨性能。
为了解决上述问题，本发明提供单源真多能X射线透视与散射融合安检系统，该安检系统中的信号探测单元包括：散射探测器和透视探测器，所述散射探测器和透视探测器针对单射线源的单次曝光同步进行X射线散射探测和真多能透视信号探测，形成在空间和时间相互匹配的散射图像和透视图像。
进一步的，所述散射探测器采用阵列式散射探测器，且在接收面前端设置有准直器。
进一步的，所述阵列式散射探测器中由光敏器件与闪烁体贴合形成单个像素点，多个像素点规则排列，形成阵列式的X射线接收面，在接收面前端安装有准直器。
进一步的，所述透视探测器基于光子计数在单射线源单次曝光时同时采集3个及以上真能量的透视图像。
进一步的，所述透视探测器主要由可单光子计数的光电传感器件耦合闪烁体来构成。
进一步的，所述散射探测器和透视探测器受同样的同步信号控制，同时散射探测器通过前端准直器控制其接受范围，使其与与透视探测器接收角度相同。
进一步的，所述系统对接收到在空间和时间上相互匹配的散射图像与透视图像进行融合，获取物质的密度信息和相对原子序数信息，以对物质进行细分。本发明提供的方案能够实现单射线源同时采集真多能(非伪双能，能量范围3个及以上，单次曝光即可成真多能)透视与背散图像，同时检测物质的密度和原子序数等多种信息，并将物质细分为4类以上。
本发明提供的方案中散射与透视的性能互相不受牵制，可保证二者分辨率、穿透力等参数均达到最优。
本发明提供的方案取消飞盘等机械转动结构，增强系统的稳定性、可靠性；其可适用于不同的场合，可实现安检装备的小型化、轻量化。
附图说明
以下结合附图和具体实施方式来进一步说明本发明。
图1为本发明实例中单源真多能X射线透视与散射融合安检系统的系统原理图；
图2为本发明实例中阵列式散射探测器结构示意图；
图3为本发明实例中透视探测器的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
本方案通过真多能透视探测器与阵列式散射探测器相互配合，实现在针对单射线源的单次曝光时，同步进行真多能透视与散射的采集，并实现真多能透视的图像与散射图像的深度融合。
这里需要说明的，本方案中的真多能非伪双能，能量范围3个及以上，单次曝光即可成真多能。
本方案中为实现单次曝光成真多能透视图像，其真多能透视探测器采用光子计数的方法，具体使用可实现单光子计数的高灵敏度光电转换器件来完成X射线的感应；同时配合使用多能域甄别电路完成多能量的探测与采集，并配合软件算法实现单次曝光时采集3个以上能量的透视图像。
由于闪烁体感应后产生的光子数量与入射射线能量成正相关，光电转换器件将其转换为模拟信号，输出的信号幅度可以反映入射射线的能量。在此情况下，本方案利用Am-241等射源对能量进行定标，由此可以得到输出幅度与能量间对应关系图；多能域甄别电路在能量定标后，使用阈值比较的方式，对输入信号进行分段处理，不同能量的信号进入不同的阈值分类器中进行能量统计，最终显示的图像为不同能量范围的图像，即可形成多个能量的透视图像。
本方案中为实现散射探测的轻量化设计，取消飞盘，使用阵列式的散射探测器，同时在探测器阵列前加装准直器，保留方向信息，保证散射信号的方向性。
本方案中为保证散射与透视图像融合，系统将散射与透视图像严格同步，并固定角度，实现时间和空间上两类图像物理上的一一对应。
为此，本方案中通过同样的同步信号来控制散射探测器与透视探测器，光电转换响应延时为ns级，两探测器响应延时控制在1uS以内，散射和透视之间的时间延迟可以忽略，由此来实现时间上的对应。
对于空间上对应的，本方案通过散射探测器前端准直器控制其接受范围，使得散射探测器与透视探测器接收角度相同。
参见图1，其所示为基于上述原理本方案给出的一个单源真多能X射线透视与散射融合安检系统的实例示意图。
由图可知，本安检系统100除了包括常规X射线安检系统需要的基本组成部件，如传送带110、射线源120以及系统机架等，还包括阵列式的散射探测器130、透视探测器140以及图像融合显示单元150。
本实例中，阵列式的散射探测器130优选布置于传送带110方向，而透视探测器140则布置于射线源120对面；物品与射线源120成侧照式放置。
这里需要说明，对于射线源120的布置方式并不限于侧照式，也可以顶照或底；同样的，散射探测器130布置方案也可以置于前散射方向。
参见图2，其所示为阵列式的散射探测器130的一个实例结构。该阵列式的散射探测器130主要由若干光敏器件131与闪烁体132配合构成。其中每个光敏器件与闪烁体贴合形成单个像素点，由此形成的多个像素点规则排列，形成阵列式的X射线接收面，在接收面前端安装准直器133，以保留方向信息。
由此构成的阵列式的散射探测器130以形成散射图像，并传至图像融合显示单元150。
参见图3，其所示为透视探测器140的一个实例结构。本透视探测器140整体呈7字形，其主要由可单光子计数的光电传感器件141耦合闪烁晶体142来配合构成，同时在接收面前端安装准直器143，所形成的数据由相应的电路板144读出。由此构成的透视探测器140将不同能量的X光子经能量分辨率较高的晶体后转化为可见光子，实现能量探测
由此构成的透视探测器140基于单光子计数来实现在单射线源单次曝光情况下进行真多能透视探测，并形成真多能透视图像并传至图像融合显示单元150。
本实例中的阵列式散射探测器130和透视探测器140之间采用同样的同步信号控制，两者光电转换响应延时为ns级，两探测器响应延时控制在1uS以内，散射和透视之间的时间延迟可以忽略，由此实现两者所形成的散射图像与透视图像在时间上的同步；
在此基础上，散射探测器通过控制器前端准直器的接受范围，使得散射探测器与透视探测器接收角度相同，由此实现两者所形成的散射图像与透视图像在空间上一一对应。
本系统中的图像融合显示单元150与阵列式散射探测器130和透视探测器140数据连接，同步接收空间和时间上可匹配的散射与透视图像，并将这两进行融合显示。
由于接收同样角度信号的散射图像与透视图像，分别携带了相同物体的散射信息与透视信息，根据X射线与物质相互反应的基本原理，通过散射图像可以分析其密度信息，透视图像尤其是多能透视可以分析出其相对原子序数信息，这样通过两种图像的融合得到相应的二维信息，可将物质进行细分。
本实例方案形成的单源真多能X射线透视与散射融合安检系统，其整体的设备体积与重量相比较目前伪双能+散射设备明显降低；同时散射与透视的性能互相不受牵制，可保证二者分辨率、穿透力等参数均达到最优。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (7)
1.单源真多能X射线透视与散射融合安检系统，其特征在于，所述安检系统中的信号探测单元包括：散射探测器和透视探测器，所述散射探测器和透视探测器针对单射线源的单次曝光同步进行X射线散射探测和真多能透视信号探测，形成在空间和时间相互匹配的散射图像和透视图像。
2.根据权利要求1所述的单源真多能X射线透视与散射融合安检系统，其特征在于，所述散射探测器采用阵列式散射探测器，且在接收面前端设置有准直器。
3.根据权利要求2所述的单源真多能X射线透视与散射融合安检系统，其特征在于，所述阵列式散射探测器中由光敏器件与闪烁体贴合形成单个像素点，多个像素点规则排列，形成阵列式的X射线接收面，在接收面前端安装有准直器。
4.根据权利要求1所述的单源真多能X射线透视与散射融合安检系统，其特征在于，所述透视探测器基于光子计数在单射线源单次曝光时同时采集3个及以上真能量的透视图像。
5.根据权利要求4所述的单源真多能X射线透视与散射融合安检系统，其特征在于，所述透视探测器主要由可单光子计数的光电传感器件耦合闪烁体来构成。
6.根据权利要求1所述的单源真多能X射线透视与散射融合安检系统，其特征在于，所述散射探测器和透视探测器受同样的同步信号控制，同时散射探测器通过前端准直器控制其接受范围，使其与与透视探测器接收角度相同。
7.根据权利要求1所述的单源真多能X射线透视与散射融合安检系统，其特征在于，所述系统对接收到在空间和时间上相互匹配的散射图像与透视图像进行融合，获取物质的密度信息和相对原子序数信息，以对物质进行细分。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20180504 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |