CN108107063A - 一种真多能的透视探测装置及方法 - Google Patents

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常青青
李维姣
陈嘉敏
沈天明
丁志平
刘伟豪
王德凯
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    • G01N23/02—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by transmitting the radiation through the material
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    • G01N23/18—Investigating the presence of flaws defects or foreign matter

Abstract

本发明公开了一种真多能的透视探测装置及方法，本方案基于光电转换单元，能量阈值比较单元以及输出单元来实现，通过能量阈值比较输出计数的方法来实现在放射源单次曝光下，进行多个真实能量透视信号的同步采集，并据此形成真多能透视图像。本发明提供的方案采用能量阈值比较输出计数的方法实现在射线源(放射源)单次曝光下，进行多个(如4个及以上)真实能量的同步探测，大大提高物质识别能力。

Description

一种真多能的透视探测装置及方法
技术领域
本发明涉及透视探测技术，具体涉及真多能的透视探测技术。
背景技术
透视探测技术是工业探伤、安全检查和毒品查缉等领域应用广泛的一项较成熟的技术。多能透视探测技术是利用X射线等放射源的穿透能力，当不同能量的射线穿透同一被检对象时，射线强度会呈现不同程度的衰减，衰减程度与被检对象的等效原子序数、密度、厚度等相关。目前的透视探测方案绝大多数可探测双能量透视信号，在高、低能量下探测到的物质衰减特性不同，可将物质粗略分为有机物、无机物和混合物三类，具备一定的物质识别能力。
在多能透视探测装置上，现有的技术主要有两类：
第一类是真双能。例如，公开号CN101592622A的中国发明专利公开了具有真实双能量的多视角x射线行李爆炸物自动探测装置，其公开的方案中采用两个真实的不同能量的X射线源，探测装置分别探测不同能量的透视信号。公开号CN101358936)的中国发明专利公开了一种利用双视角多能量透视图像进行材料识别的方法及系统，该方案中采集多能量电子加速器作为射线源，通过两个准直器获得位置对称，能量相同的X射线束流，实现多能量透视探测。
这类真双能方案中需要两个射线源，占用空间大，成本高，而且只能有两个能量，无法增加能量个数限制，物质识别能力有限。
第二类是伪双能。例如，申请号CN201410294426.2的中国发明专利，其公开了一种伪双能X射线线阵成像系统。该方案中采用单源伪双能成像结构，在低能探测芯片和高能探测芯片之间加滤波铜片以构成伪双能探测装置。
申请号CN201320879470.0的中国发明专利，其公开了一种双能/双视角的高能X射线透视成像系统。该方案中采用单能量电子加速作为射线源，通过两个准直器获得能量不同，强度不同的X射线束流，实现伪双能透视探测。
这类的伪双能方案中，低能是过滤后的能量，信噪比差，影响物质的分类和危险物识别。
发明内容
针对现有多能透视探测方案物质识别能力低，无法有效区分过厚和过薄物质的问题，需要一种高识别能力的多能透视探测方案。
为此，本发明所要解决的问题是提供一种真多能的透视探测装置及方法，实现同时探测多个能量且物质识别能力高。
为了解决上述问题，本发明提供的真多能的透视探测装置，包括：
光电转换单元，所述光电转换单元将感应放射源单次曝光下穿透物体后的透视信号所产生的光信号转换成电信号，并进行单光子透视信号计数；
能量阈值比较单元，所述能量阈值比较设置多级能量阈值，对经光电转换单元转换而出的电信号进行多级能源阈值比较，得到多个能量级段的光子计数；
输出单元，所述输出单元根据能量阈值比较单元得到的多个能量级段的光子计数形成灰度信号输出。
进一步的，所述透视探测装置还包括准直器和闪烁体，所述准直器与闪烁体配合设置，所述准直器引入放射源穿透物体后的透视信号，并照射至闪烁体。
进一步的，所述能量阈值比较单元中利用标准放射源进行标定，将电信号与能量值形成一一对应关系。
为了达到上述目的，本发明提供的真多能的透视探测方法，采用能量阈值比较输出计数的方法来实现在放射源单次曝光下，进行多个真实能量透视信号的同步采集，并据此形成真多能透视图像。
进一步的，所述透视探测方法包括：
感应放射源单次曝光下穿透物体后的透视信号，并产生对应光信号；
将光信号转换成电信号，并进行单光子透视信号计数；
对电信号进行多级能量阈值比较，输出不同能量段的光子累积计数值；
生成对应的灰度信号，并转换成可显示的真多能透视图像。
进一步的，所述透视探测方法还包括多级能量标定步骤。
进一步的，所述透视探测方法在多级能量标定后，还包括：
采用标准放射源进行探测；
将探测到的放射源能谱谱峰信号值，与放射源能谱谱峰能量值一一对应，根据线性关系，建立两者的关联模型。
本发明提供的方案采用能量阈值比较输出计数的方法实现在射线源(放射源)单次曝光下，进行多个(如4个及以上)真实能量的同步探测，大大提高物质识别能力。
本发明提供的方案实现时相比于现有方案，其体积小，成本低，可探测能量个数多，物质识别能力高。
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为本发明实例中透视探测器的结构示意图；
图2为本发明实例中进行透视探测的原理流程图；
图3为本发明实例中进行多级能源标定时探测到的放射源能谱图。
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。
本实例通过对探测到的光信号进行单光子计数，以及进行多级能量比较，同时将探测到的光子计数与相应的能量形成一一对应关系，由此来实现多个真实能量同步探测，并进行成像，从而大大提高物质识别能力，有效区分过厚或过薄物质。
据此的，本实例采用具有单光子计数能力的光电转换器，对每个信号单元探测被检对象的单光子透视信号(该透视信号为放射源单次曝光下穿透物体后的透视信号)进行计数；然后基于多级的能量阈值对该信号进行多级能量阈值比较，确定不同能量段的光子计数，据此来实现真多能(即多个真实能量)透视信号的同步采集；最后据此形成输出相应的灰度信号，转换成可显示的真多能透视图像。
参见图1，其所示为本实例基于上述原理给出的一个真多能的透视探测装置的结构示意图。
由图可知，该真多能的透视探测装置100的主体由准直器110、闪烁体120、光电转换器件130以及信号处理电路板140四部分配合组成。
其中，准直器110，用于引入放射源穿透物体后的透视信号。该准直器110的具体结构此处不加以限定，可直接采用现有结构的准直器来实现。
本透视探测装置100中的闪烁体120和光电转换器件130相互配合的安置在相应的信号处理电路板140上构成整个透视探测装置100的信号处理单元。
其中，闪烁体120相对于准直器110设置，该闪烁体120经过准直器110引入的透视信号照射后会发出可见光，该可见光将全部被与其配合设置的光电转换器件130感知。
本闪烁体120优选采用碘化铯、碘化钠、YSO、LYSO等晶体，由此可将X光转为紫外或可见光光子，且感光区间在X光波长范围内。
本闪烁体120在具体设置时，与光电转换器件130紧密贴合，以将光损失降至最小；并采用避光设置结构，以减少外界光的干扰；同时各个闪烁体间之间采用隔光设置结构，避免互相串扰。如此设置可降低信号干扰，提高光电转换效率，从而提高探测装置的灵敏度。
本装置中的光电转换器件130与闪烁体120配合，感知其所发出的可见光，并将其转换为对应的电信号，同时进行单光子透视信号计数。
本装置中的信号处理电路板140用于对光电转换器件130转换的电信号进行真多能(即多个真实能量)透视信号的同步采集，并输出。
该信号处理电路板140上具有多级能量阈值比较单元以及输出单元，多级能量阈值比较单元内设置多级能量阈值，用于对经光电转换器件130转换而出的电信号进行多级能源阈值比较，得到多个能量级段的光子计数。作为举例，本实例中能量阈值比较单元内设置4级能量阈值，由此通过该4级能量阈值的比较，可以形成4个能量段的光子累积计数值。
这里的输出单元，用于采集经多级能量阈值比较单元处理的数据，并转换为相应的数字信号(即形成灰度信号)输出。
该输出单元将转化后的数字信号(即形成灰度信号)传入上位机PC，由上位机统计每个通道内n个能量值的计数，并按灰度图像显示。
据此构成的透视探测装置在具体实现时，相应的放射源透视信号(如X光透视信号)经光电转换后得到电信号，在进入能量阈值比较之前，需将电信号与能量值一一对应。
据此，本实例利用标准放射源对透视探测装置进行多能量定标，将电信号转换成能量值，并利用测试体对能量阈值组合进行测试，形成最优的能量阈值组合。
作为举例，本实例中通过如下的测试过程来形成最优能量阈值组合：
能量定标后，利用微剂量X射线安全检查设备的标准测试体(GBT15208.1－2005)和常见违禁品(易燃易爆物品、毒品等)对X射线透视进行测试，设计多组四能量组合，利用该装置探测到的多能透视信号，分别对有机物、无机物、混合物、违禁品进行能谱分析，物质识别能力最高的即是最优的能量阈值组合。
参见图3，本实例在具体实现优选用Am241和Ba133完成探测器件的定标，将探测到的放射源能谱谱峰信号值，与放射源能谱谱峰能量值一一对应，根据线性关系，建立两者的关联模型。后续基于该关联模型可将探测到的多能透视信号形成对应的能谱，从而实现违禁品的自动识别。
由此构成的透视探测装置采用能量阈值比较输出计数的方法来实现多能探测，能够在射线源单次曝光下，同时探测多个(本实例中为4个)能量，并进行成像。
参见图2，本透视探测装置进行多个真实能量同步探测，并进行成像的过程如下：
放射源穿透物体后的透视信号经准直器进入对应的信号单元后，照射至闪烁体发出可见光；
光电转换器件感知闪烁体发出的可见光，并转换为对应的电信号，并进行对应的单光子透视信号计数；
接着，多级能量阈值比较单元对光电转换器件转换的电信号进行N级能量阈值T1，T2，……，Tn比较，确定电信号对应的能量段，再基于光电转换器件针对电信号进行的单光子透视信号计数，输出不同能量段的光子累积计数值，实现N个真实能量透视信号的同步采集，这里的N≥3；
接着，经过数据采集后转化为数据信号(如对应的灰度信号)传入上位机PC，由上位机统计每个通道内n个能量值的计数，并按灰度图像显示。
由上可知，据此构成的透视探测装置可实现多个真实能量的同步探测；且体积小，成本低，可探测能量个数多，物质识别能力高。
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.真多能的透视探测装置，其特征在于，包括：
光电转换单元，所述光电转换单元将感应放射源单次曝光下穿透物体后的透视信号所产生的光信号转换成电信号，并进行单光子透视信号计数；
能量阈值比较单元，所述能量阈值比较设置多级能量阈值，对经光电转换单元转换而出的电信号进行多级能源阈值比较，得到多个能量级段的光子计数；
输出单元，所述输出单元根据能量阈值比较单元得到的多个能量级段的光子计数形成灰度信号输出。
2.根据权利要求1所述的真多能的透视探测装置，其特征在于，所述透视探测装置还包括准直器和闪烁体，所述准直器与闪烁体配合设置，所述准直器引入放射源穿透物体后的透视信号，并照射至闪烁体。
3.根据权利要求1所述的真多能的透视探测装置，其特征在于，所述能量阈值比较单元中利用标准放射源进行标定，将电信号与能量值形成一一对应关系。
4.真多能的透视探测方法，其特征在于，采用能量阈值比较输出计数的方法来实现在放射源单次曝光下，进行多个真实能量透视信号的同步采集，并据此形成真多能透视图像。
5.根据权利要求4所述的真多能的透视探测方法，其特征在于，所述透视探测方法包括：
感应放射源单次曝光下穿透物体后的透视信号，并产生对应光信号；
将光信号转换成电信号，并进行单光子透视信号计数；
对电信号进行多级能量阈值比较，输出不同能量段的光子累积计数值；
生成对应的灰度信号，并转换成可显示的真多能透视图像。
6.根据权利要求5所述的真多能的透视探测方法，其特征在于，所述透视探测方法还包括多级能量标定步骤。
7.根据权利要求6所述的真多能的透视探测方法，其特征在于，所述透视探测方法在多级能量标定后，还包括：
采用标准放射源进行探测；
将探测到的放射源能谱谱峰信号值，与放射源能谱谱峰能量值一一对应，根据线性关系，建立两者的关联模型。
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