CN108121014A - 立体视角散射阵列探测系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了立体视角散射阵列探测系统及方法，本方案基于一个放射源，采用基于康普顿散射原理的立体视角散射阵列探测器，对安检物进行立体视角的散射阵列探测，形成立体视角辐射图像。本方案能够减少由于安检行李重叠引起的误判和漏检，同时减少安检设备的技术开发难度，降低安检设备的生产制造成本，解决整机体积过大的问题。
Description
技术领域
本发明涉及X光成像技术，具体涉及探测器技术。
背景技术
在辐射成像探测领域，康普顿散射成像技术具有明显的特点和不可替代的优点。如散射探测器的空间布局比较灵活，对低原子序数物质的检测灵敏度高等。
从安检领域的使用情况看，背散射成像主要是作为辅助手段来配合安检的透视成像查缉工作，例如公安部第三研究所生产的XT11-064Ⅱ型毒品检查仪。
而且，为了减少行李重叠造成的误判和漏检，大多数的安检设备通过增加视角，形成多视角交互成像检查的方法来减少行李重叠造成的误判和漏检，例如公安部一所的EDS-MV6040型箱包行李安全检查仪，L3公司的ACX6.4-MV安检仪等。
这种方案除了在多个视角方向上配置多个透视探测装置外，还必须在多个视角上安装多个射线源，极大地增大了安检设备设计开发的难度，同时也大大增加了安检设备的制造成本，及设备的体积。
发明内容
针对现有散射探测器在进行多视角交互成像检查方面所存在的问题，需要一种新的且简单可行的多视角交互成像检查方案。
为此，本发明所解决的技术问题是提供一种立体视角散射阵列探测系统及方法，实现立体视角散射阵列探测。
为了解决上述技术问题，本发明提供的立体视角散射阵列探测系统，包括：
一个放射源；
立体视角散射阵列探测器，所述立体视角散射阵列探测器相对于放射源形成一个立体视角来接收散射信。
进一步的，所述探测系统还包括信号采集处理单元，所述信号采集处理单元与立体视角散射阵列探测器数据连接。
进一步的，所述探测系统还包括图像输出单元，所述图像输出单元与信号采集处理单元数据连接。
进一步的，所述的立体视角散射阵列探测器包括至少两个集成传感晶体的格栅探测器及同步联接器，所述集成传感晶体的格栅探测器之间通过同步联接器连接，集成传感晶体的格栅探测器之间通过同步联接器在空间位置及时间上进行同步探测。
进一步的，每个同步联接器同步连接两个格栅探测器，并通过时间触发控制两个格栅探测器的同步采集信号。
进一步的，至少两个集成传感晶体的格栅探测器对称分布在放射源产生的射线照射区域的两侧，格栅探测器之间通过同步联接器连接控制，从射线照射区域两侧同步进行探测，形成立体视角来接收散射信。
进一步的，所述集成传感晶体的格栅探测器包括一体化设置的若干传感晶体和栅格准直器，若干传感晶体依次镶嵌在栅格准直器的准直栅格内，呈阵列排列；阵列排列的探测晶体通过栅格准直将物体的散射信号沿阵列方向进行分割，每个栅格对应一个像素，阵列栅格形成线阵，当对运动物体按一定时间间隔采集信号，就形成了面阵像素。
为了解决上述问题，本发明提供的立体视角散射阵列探测方法，所述探测方法基于一个放射源，从不同视角进行散射阵列探测，形成立体视角来接收散射信号以判别物体的远近及空间位置。
进一步的，所述探测方法形成立体视角辐射图像。
进一步的，所述探测方法基于同一个射线源，由对称分布在放射源产生的射线照射区域的两侧的前端探测器围绕经过射线照射区域的被检物体形成多点的立体视角散射探测。
本发明提供的方案通过对安检行李进行立体视角的散射阵列探测，形成立体视角辐射图像，能够减少由于安检行李重叠引起的误判和漏检，同时减少安检设备的技术开发难度，降低安检设备的生产制造成本，解决整机体积过大的问题。
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是本发明实例中立体视角散射阵列探测系统的组成示意图；
图2是本发明实例中立体视角散射阵列探测器的组成示意图；
图3是本发明实例中集成传感晶体的隔栅探测器的组成示意图；
图4是本发明实例中数据采集子卡的功能原理图。
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。
本方案基于康普顿散射原理实现基于一个放射源，从两个或多个不同视角进行散射阵列探测，形成一个立体视角来接收散射信号用于判别物体的远近及空间位置；从而实现通过立体视角探测辐射成像。
为此，本方案具体采用基于康普顿散射原理的立体视角散射阵列探测器来构成立体视角散射阵列探测系统，以实现对安检物进行立体视角的散射阵列探测，形成立体视角辐射图像。
参见图1，其所示为本方案提供的立体视角散射阵列探测系统100的组成示意图。由图可知，该立体视角散射阵列探测系统100主要包括立体视角散射阵列探测器110、放射源120、信号采集处理单元130、以及图像输出单元140这四个基本功能单元。
本系统中的放射源120，用于产生射线照射到物体，根据康普顿散射原理，物体照射到的部分将产生能量散射。据此沿探测方向探测器接收散射信号后进行处理可达到成像的目的。在本系统中，只采用一个放射源120，其与立体视角散射阵列探测器110配合，实现从不同视角进行散射阵列探测，形成立体视角来接收散射信号以判别物体的远近及空间位置。
本系统中的立体视角散射阵列探测器110，用于针对一个发射源120，从两个或多个不同视角进行散射阵列探测，形成一个立体视角来接收散射信号用于判别物体的远近及空间位置。
由于射线源发出主射线具有方向性，而照射到物体产生的散射线为四向散射。为了避免主射线的干扰，立体视角散射阵列探测器110一般布置在射线照射区域之外，例如射线源的两侧以及避开照射区域的被检物体上下方等。
本系统中的信号采集处理单元130，其与立体视角散射阵列探测器110数据连接，用于对立体视角散射阵列探测器110探测到的信号进行采集和处理。
该信号采集处理单元130将立体视角散射阵列探测器110探测到的散射信号通过光电转换器件转换为电信号；信号采集处理单元130对转换后的电信号进行处理时，将每个像素点(通道)对应一路模拟输出，信号采集处理单元将所有模拟信号通过阈值比较、高速AD转换等方式转换为数字信号并汇总。为保证各个像素点信号时间轴上严格同步，采用硬件触发方式实现帧同步。采集后的数据按照每个像素点的物理位置进行排序，与空间位置的一一对应，从单个数据排列成帧；信号采集处理单元将排序后的数据通过通讯接口如网口等传输至图像输出单元。
本系统中的图像输出单元140，其与信号采集处理单元130数据连接，对经过信号采集处理单元130处理形成的图像进行输出。
对于本方案中的立体视角散射阵列探测器110，其由至少两个集成传感晶体的隔栅探测器及相应的同步联接器配合构成。其中集成传感晶体的格栅探测器之间通过同步联接器连接，集成传感晶体的格栅探测器之间通过同步联接器在空间位置及时间上进行同步探测。
参见图2，本方案中优选两个集成传感晶体的隔栅探测器111、112以及一个同步联接器113来配合构成立体视角散射阵列探测器110。
其中，隔栅探测器111与隔栅探测器112之间通过同步联接器113进行刚性连接构成对称型的立体散射探测器110。同步联接器113用于控制隔栅探测器111与隔栅探测器112的位置同步和信号采集时间同步。该同步联接器113通过与隔栅探测器111和隔栅探测器112之间的刚性连接或无相对位移连接实现隔栅探测器111和隔栅探测器112之间的位置同步；同时，该同步联接器113通过时间触发控制隔栅探测器111与隔栅探测器112同步采集信号，实现隔栅探测器111和隔栅探测器112之间的信号采集时间同步。
如此构成的立体视角散射阵列探测器110相对于射线源120设置，使得隔栅探测器111与隔栅探测器112通过同步联接器113对称分布于射线源120产生的照射区域的两侧，构成立体探测的目的。
对称分布在射线源120射线照射区域两侧的栅探测器111与隔栅探测器112之间通过同步联接器113以一定间距长度连接，由此能够从射线照射区域两侧同步进行探测，形成立体视角(类似人眼)来接收散射信。由此，基于立体视角可以产生距离感，即可判断物体远近位置，从而减少和避免由于重叠而造成的漏检和误检。
参见图3，其所示为本方案中集成传感晶体的隔栅探测器组成结构。
由图可知，该集成传感晶体的隔栅探测器主要由一体化设置的若干传感晶体114和栅格准直器115构成。
其中，若干传感晶体114依次镶嵌在栅格准直器115的准直栅格内，呈阵列排列(具体可为直线阵列排列或圆周阵列排列)；阵列排列的若干传感晶体114通过栅格准直将物体的散射信号沿阵列方向进行分割，每个栅格对应一个像素，阵列栅格形成线阵，当对运动物体按一定时间间隔采集信号，就形成了面阵像素；这样通过后处理，即可得到被检物体的图像。
再者，本隔栅探测器中通过将若干传感晶体114依次镶嵌在栅格准直器115的准直栅格内，还能够有效避免栅格之间散射信号相互干扰，提高探测效率。
据此构成的立体视角散射阵列探测系统，其针对待探测物(如行李)，由对称分布在放射源产生的射线照射区域的两侧的前端探测器(即隔栅探测器)围绕经过射线照射区域的被检物体形成多点的立体视角同步散射探测，通过立体视角进行同步散射阵列探测时，由对称分布的栅格阵列将物体的散射信号沿栅格阵列方向分割接收至各自的探测晶体，通过光电转换达到接收散射信号，再由数据采集处理单元据此形成立体视角辐射图像。
以下通过一具体应用实例来进一步的说明本方案。
参考图1，本实例中提供的立体视角散射阵列探测系统主要分为4个部分：放射源，前端探测部分(即立体视角散射阵列探测器)，数据采集处理单元，图像输出单元。
前端探测部分主要由晶体和光电探测器件组成，其中晶体把X-ray射线粒子转化为光信号，光电探测器件则把光信号转化为电信号，通过多芯同轴线将信号传输到后端的数据采集处理单元。其中探头部分还带有存储模块，用于存储探头相关的配置信息及序列号信息等。
而本实例中的数据采集处理单元主要包括数据采集子卡和主机板。
参见图4，该数据采集处理单元中的数据采集子卡主要包括以下模块：
运算放大器模块，用于对接插件端输入的脉冲信号进行调理及滤波。
电压阈值设置模块，用于通过DAC芯片设置每个通道的阈值电压，其中每个通道信号配有2个阈值电压，进行X-ray粒子高低能量段的区分。
高速比较器模块，用于对通过将经过运算放大器模块处理后的输入脉冲信号与电压阈值设置模块设置的阈值电压进行比较，获取脉冲信号的数量及能量信息；由于FPGA的LVDS差分输入输出端口的特性完全胜任高速比较器的功能，可由FPGA的LVDS差分输入输出接口实现此功能。
DSP模块，用于设置阈值电压、统计X-ray粒子数量及能量信息等，通过多芯同轴线将数据传输到主机。此部分由相应的FPGA实现。
存储模块及温度传感模块，用于存储相关配置信息及板上温度检测。
电源模块，用于提供数据采集子卡及前端探头的供电。
数据采集处理单元130中的的主机板主要包括以下模块：
DSP模块，用于通过同轴线与数据采集子卡进行数据通信，接受数据采集子卡传输的X-ray粒子的数量及能量信息，并将其打包成UDP包，通过千兆以太网模块发送到上位机。
千兆以太网模块，用于驱动DSP模块与上位机间的网络通信。
数据同步采集触发模块，用于接受外部触发信号，驱动数据采集子卡的同步采集，其电平标准为3.3V-TTL。
存储模块及温度传感模块，用于存储相关配置信息及板上温度检测。
电源模块，用于提供主机所有模块的供电。
本实例中的立体视角散射阵列探测系统在运行时，针对经过放射源射线照射区域的待探测物(如行李)，前端探测部分中的两个隔栅探测器在同步联接器的控制下，从射线照射区域对称的两侧位置在空间位置及时间上进行同步探测，将所探测得到不同位置上的两个或多个物体(物体A和B等)上所散射回来的信号输入到数据采集处理单元，由数据采集处理单元进行处理形成立体视角辐射图像，并最终传给图像输出单元进行图像输出，实现实时显示。
由上可知，本方案在具体应用时，能够减少由于物体重叠造成的漏检和误判，同时可减少设备设计的复杂程度，降低设备的制造成本；再者，本方案可以自由组合探测器的个数，方便探测器的空间布置。
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 (10)
1.立体视角散射阵列探测系统，其特征在于，包括：
一个放射源；
立体视角散射阵列探测器，所述立体视角散射阵列探测器相对于放射源形成一个立体视角来接收散射信。
2.根据权利要求1所述的立体视角散射阵列探测系统，其特征在于，所述探测系统还包括信号采集处理单元，所述信号采集处理单元与立体视角散射阵列探测器数据连接。
3.根据权利要求1所述的立体视角散射阵列探测系统，其特征在于，所述探测系统还包括图像输出单元，所述图像输出单元与信号采集处理单元数据连接。
4.根据权利要求1所述的立体视角散射阵列探测系统，其特征在于，所述的立体视角散射阵列探测器包括至少两个集成传感晶体的格栅探测器及同步联接器，所述集成传感晶体的格栅探测器之间通过同步联接器连接，集成传感晶体的格栅探测器之间通过同步联接器在空间位置及时间上进行同步探测。
5.根据权利要求4所述的立体视角散射阵列探测系统，其特征在于，每个同步联接器同步连接两个格栅探测器，并通过时间触发控制两个格栅探测器的同步采集信号。
6.根据权利要求4所述的立体视角散射阵列探测系统，其特征在于，至少两个集成传感晶体的格栅探测器对称分布在放射源产生的射线照射区域的两侧，格栅探测器之间通过同步联接器连接控制，从射线照射区域两侧同步进行探测，形成立体视角来接收散射信。
7.根据权利要求4所述的立体视角散射阵列探测系统，其特征在于，所述集成传感晶体的格栅探测器包括一体化设置的若干传感晶体和栅格准直器，若干传感晶体依次镶嵌在栅格准直器的准直栅格内，呈阵列排列；阵列排列的探测晶体通过栅格准直将物体的散射信号沿阵列方向进行分割，每个栅格对应一个像素，阵列栅格形成线阵，当对运动物体按一定时间间隔采集信号，就形成了面阵像素。
8.立体视角散射阵列探测方法，其特征在于，所述探测方法基于一个放射源，从不同视角进行散射阵列探测，形成立体视角来接收散射信号以判别物体的远近及空间位置。
9.根据权利要求8所述的立体视角散射阵列探测方法，其特征在于，所述探测方法形成立体视角辐射图像。
10.根据权利要求8所述的立体视角散射阵列探测方法，其特征在于，所述探测方法基于同一个射线源，由对称分布在放射源产生的射线照射区域的两侧的前端探测器围绕经过射线照射区域的被检物体形成多点的立体视角散射探测。
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