CN113834834A - 一种背散射成像装置及背散射检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种背散射成像装置及背散射成像系统，该背散射成像装置的斩波准直器包括沿第一边方向排列的多条斩波狭缝，该斩波狭缝做往复直线运动并与前置狭缝发生交叠形成飞点，相比现有技术中做圆周远动的斩波狭缝，具有较多优点，直线运动的所述斩波狭缝各处的速度相同，因此与所述前置狭缝相交过程中的曝光时间恒定，不会产生曝光强弱的差异，其次对于任何一条斩波狭缝而言，其与前置狭缝形成的角度恒定，因此相交时形成的交叠区域及飞点的形状、大小恒定，无需过多的图像校正，有利于提升最终的图像质量。同时，该背散射成像系统采用多个模块实现对背散射成像装置的智能控制，利于扫描图像的快速查验，提高检测效率及准确率。

Description

一种背散射成像装置及背散射检测系统

技术领域

本发明涉及辐射成像检查技术领域，特别是涉及一种背散射成像装置及背散射检测系统。

背景技术

X射线检查系统可以有效的获取被测目标物的内部图像，可检测被测物中是否隐藏有金 属和有机违禁品，已被机场、海关、港口和公安边防等单位大量装备。较之于传统的X射线 透射成像技术，背散射成像技术具有探测器可和被测目标同侧放置及有机物加亮的优点，使 得背散射成像技术更适合用于对大型客体、复杂检查环境下的毒品爆炸物等进行检测。

其中，背散射成像主要方式有三种：飞点/笔形束扫描成像方案；线阵列准直探测器结合 扇形束扫描成像方案；面阵列准直探测器结合锥形束扫描成像方案。

由于飞点成像技术具有结构简单，检测剂量低以及成像速度快等的优点。当前，应用于 安检领域的背散射成像装置均采用飞点/笔形束扫描方案，具体的是在射线源前端放置一准直 狭缝，先将锥形束射线或较宽的扇形束准直成薄扇束，再在准直器前端设置一斩波飞盘，在 斩波飞盘上等角度的设置多条狭缝，并采用电机驱动飞盘，飞盘转动过程中，飞盘上的狭缝 与射线源前置准直器的狭缝相交形成周期的自上而下或自左至右的飞点对物体进行扫描。

诸如上述的现有技术方案可以较好的实现背散射成像，但这种在斩波飞盘上按角度均匀 设置狭缝并通过斩波狭缝与准直狭缝相交形成飞点的方式也同样存在诸多缺陷，如图1所示， 首先，电机在稳定运行的转动过程中始终保持角速度相等，但由于狭缝具有一定的长度，在 斩波狭缝靠近圆周位置以及靠近圆心位置在线速度上有相对较大的差异，该差异会使得检测 时各检测点的曝光时间有差异，从而引入信号曝光强弱差异；另外，斩波狭缝在与准直狭缝 相交过程中会产生交叠区域进而形成飞点，飞点的形状也同样会发生变化，如正交时形成长 方形或正方形，其他相交过程形成平行四边形或菱形，且这种平行四边形或菱形为狭缝的两 端大、中间小，反应在对被检目标曝光过程中曝光点源的形状及曝光区域产生形变或局部重 复曝光抑或曝光丢失，在重建过程中需要设法进行校正。以上影响了背散射成像的图像分辨 质量。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种背散射成像装置及背散射成 像系统，用于解决现有技术中曝光时间不稳定、飞点形状容易出现差异等问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种背散射成像装置，所述背散射成像装 置包括依次设置的射线源、前置准直器、斩波准直器、背散射探测器，所述斩波准直器沿第 一边的方向排列有多条斩波狭缝，多条所述斩波狭缝在所述第一边的投影首尾相连，所述斩 波准直器连接有驱动部件，所述驱动部件用于驱动所述斩波准直器沿第一边的方向做往复运 动。

进一步地，所述背散射成像装置还包括，位于所述背散射探测器远离所述射线源一侧的 传送机构。

进一步地，多条所述斩波狭缝分为若干个狭缝组，且属于同一狭缝组的斩波狭缝相互平 行。

进一步地，所述斩波狭缝与所述前置狭缝发生交叠时，所述斩波准直器运行在匀速传动 区。

进一步地，所述前置准直器及所述斩波准直器的材料为铅或钨，所述斩波狭缝与所述前 置狭缝的宽度为0.1-0.5mm。

进一步地，所述前置准直器具有前置狭缝，所述斩波狭缝在所述前置准直器上的投影与 所述前置狭缝成一夹角A，其中15°≤A≤165°。

本发明还提供一种背散射检测系统，所述背散射检测系统包括所述背散射成像装置，所 述背散射检测系统还包括：

中控控制器，所述中控控制器与射线源控制器、所述背散射探测器及所述驱动部件分别 通信连接；

驱动模块，与所述中控控制器通信连接；

成像控制模块，与所述驱动模块通信连接。

进一步地，所述成像控制模块还连接有显示模块。

进一步地，所述射线源控制器与所述射线源通信连接。

进一步地，所述背散射探测器包括ADC模块及2个以上的子探测器，所述ADC模块分别与所述子探测器及所述中控控制器通信连接。

如上所述，本发明的背散射成像装置及背散射成像系统，具有以下有益效果：该背散射 成像装置的斩波准直器包括沿第一边方向排列的多条斩波狭缝，该斩波狭缝做往复直线运动 并与前置狭缝发生交叠形成飞点，相比现有技术中做圆周远动的斩波狭缝，具有较多优点， 直线运动的所述斩波狭缝各处的速度相同，因此与所述前置狭缝相交过程中的曝光时间恒定， 不会产生曝光强弱的差异，其次对于任何一条斩波狭缝而言，其与前置狭缝形成的角度恒定， 因此相交时形成的交叠区域及飞点的形状、大小恒定，无需过多的图像校正，有利于提升最 终的图像质量。进一步优化了对被测物体的探测效果，提高了探测的准确度。同时，该背散 射成像系统采用多个模块实现对背散射成像装置的智能控制，利于扫描图像的快速查验，提 高检测效率及准确率。

附图说明

图1显示为现有技术中斩波飞盘的斩波狭缝与准直狭缝的交叠示意图。

图2显示为本发明中背散射成像装置的结构示意图。

图3(a)显示为本发明中斩波准直器包括1个狭缝组的结构示意图。

图3(b)显示为本发明中斩波准直器包括2个狭缝组的结构示意图。

图4显示为本发明中斩波准直器工作在匀速传动区的示意图。

图5显示为本发明中背散射成像系统的模块连接示意图。

元件标号说明

101 射线源

102 前置准直器

103 斩波准直器

104 驱动部件

105 背散射探测器

106 传动机构

107 被测物体

130 第一边

121 前置狭缝

131 第一狭缝

132 第二狭缝

133 第三狭缝

201 中控控制器

202 驱动模块

203 成像控制模块

111 射线源控制器

204 显示模块

151 ADC模块

152 子探测器

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露 的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加 以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精 神下进行各种修饰或改变。

如在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部 放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中 应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

为了方便描述，此处可能使用诸如“之下”、“下方”、“低于”、“下面”、“上方”、“上”等的 空间关系词语来描述附图中所示的一个元件或特征与其他元件或特征的关系。将理解到，这 些空间关系词语意图包含使用中或操作中的器件的、除了附图中描绘的方向之外的其他方向。 此外，当一层被称为在两层“之间”时，它可以是所述两层之间仅有的层，或者也可以存在一 个或多个介于其间的层。本文使用的“介于……之间”表示包括两端点值。

在本申请的上下文中，所描述的第一特征在第二特征“之上”的结构可以包括第一和第二 特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例， 这样第一和第二特征可能不是直接接触。

需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图示 中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际 实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，其组件布局型态也可能更为复杂。

本实施例提供一种背散射成像装置，如图2-4所示，所述背散射成像装置包括依次设置 的射线源101、前置准直器102、斩波准直器103、背散射探测器105，所述斩波准直器103 沿第一边130的方向排列有多条斩波狭缝，多条所述斩波狭缝在所述第一边130的投影首尾 相连，所述斩波准直器103连接有驱动部件104，所述驱动部件104用于驱动所述斩波准直 器103沿第一边的方向做往复运动。

进一步地，所述前置准直器102具有前置狭缝121，所述斩波狭缝在所述前置准直器102 上的投影与所述前置狭缝121成一夹角A，其中15°≤A≤165°。

进一步地，所述背散射成像装置还包括位于所述背散射探测器105远离所述射线源101 一侧的传送机构106。

具体地，所述射线源101用于产生锥形的X射线束，所述锥形的X射线束经过所述前置 准直器102的前置狭缝121后被限制为薄片状的扇形X射线束，所述斩波狭缝沿所述第一边 130的方向运动时会与所述前置狭缝产生交叠，交叠区域则允许所述扇形X射线束穿过，即 提供X射线出射的通道，形成飞点(也称笔形束)，任何一条斩波狭缝在运动时，都会与所述前置狭缝121产生自下而上或自上而下的变化的交叠区域，从而形成连续的飞点，完成对被测物体107在竖直方向上的线扫描。完成一次线扫描后，传送机构106带动被测物体107运动一段距离，接着下一条狭缝与所述前置狭缝121发生交叠，以进行下次线扫描。随着被测物体107的不断运动，最终完成对所述被测物体107整个面的扫描。当飞点投射到所述被测物体107表面时，与被测物体107中的电子产生康普顿反向散射，散射光子被所述背散射探测器105接收，并经光电转换产生电压信号，对应的电压信号幅度的大小将作为图像亮度/ 灰度值，最终重构X射线背散射图像，从而完成对所述被测物体107的成像检测。

本实施例中，如图2，所述传送机构106可采用传输带，所述驱动部件104可采用高速 电缸，但所述传送机构106及驱动部件的种类并非局限于此。应当理解，本实施例中所述传 送机构106及驱动部件104可以根据实际应用场景的需求而选取不同的运行速度，只要产生 的飞点能够满足被测物体107二维平面的扫描精度即可，因此对于所述传送机构106及驱动 部件104的具体运行速度不做限定。此外，对于所述射线源101、前置准直器102、斩波准直 器103、背散射探测器105、传送机构106之间的相对距离也不做具体限定，实际中可以根据 需要进行调整，只需保证在所述被测物体上形成大小合适的飞点即可。

本发明中的斩波狭缝沿所述第一边130的方向做往复的直线运动，相比现有技术中做圆 周远动的斩波狭缝，具有较多优点，直线运动的所述斩波狭缝各处的速度相同，因此与所述 前置狭缝相交过程中的曝光时间恒定，不会产生曝光强弱的差异，其次对于任何一条斩波狭 缝而言，其与前置狭缝形成的角度恒定，因此相交时形成的交叠区域及飞点的形状、大小恒 定，无需过多的图像校正，有利于提升最终的图像质量。

同时，多条所述斩波狭缝在所述第一边130的投影首尾相连，其目的是为了限定多条所 述斩波狭缝不能有交叉，保证任何时候都只有一条斩波狭缝与所述前置狭缝121发生交叠， 不能有多条斩波狭缝同时与所述前置狭缝121发生交叠，否则会同时产生多个飞点，无法正 常测试。夹角A应满足条件15°≤A≤165°，如15°、45°、60°等，若夹角A过大，则需 要较长的行程才能完成一条斩波狭缝与所述前置狭缝的交叠，较为耗时，影响测试效率。夹角A越小，则完成交叠需要的行程及时间就越短，成像速度越快。应当理解的是，夹角A不 能等于0°，即所述斩波狭缝与所述前置狭缝121不能处于平行状态，否则交叠区域就会呈 现缝隙状态而无法产生飞点。

进一步地，多条所述斩波狭缝分为若干个狭缝组，且属于同一狭缝组的斩波狭缝相互平 行。

优选地，多条所述斩波狭缝可以是1个狭缝组，如图3(a)所示，包括多条相互平行的 第一狭缝131，1个狭缝组对应于1种控制模式，扫描过程及图形处理都较为快速简便；可选 地，多条所述斩波狭缝可以是2个狭缝组，如图3(b)所示，包括多条相互平行的第二狭缝132、及多条相互平行的第三狭缝133，所述第二狭缝132及第三狭缝133之间成一固定角度、首尾连接。当然所述狭缝组不局限于2个，也可以是3个、4个，只需满足多条所述斩波狭 缝在所述第一边130的投影首尾相连即可。本实施例中可以根据实际应用场景的不同而选取所述斩波狭缝及所述狭缝组的数量和设置方式，此处不作过多限定。

进一步地，所述斩波狭缝与所述前置狭缝发生交叠时，所述斩波准直器103运行在匀速 传动区。

具体地，如图4所示，所述驱动部件104带动所述斩波准直器103做往复的直线运动， 其必然存在加速和减速的过程，即变速区，如果所述斩波狭缝在变速区与所述准直狭缝发生 交叠，则飞点的曝光时间、形状等就无法保持一致，最终造成图像出现伪影、扭曲。因此将 所述斩波准直器103的工作范围限定在匀速传动区，以保持飞点稳定一致。

进一步地，所述前置准直器102及所述斩波准直器103均采用重金属材料制作，优选的 可以为铅、钨，可以在较低厚度情形下有效的屏蔽X射线。所述斩波狭缝与所述前置狭缝的 宽度为0.1-0.5mm，长度略短于所述射线源101出射的X射线束在所述前置准直器102上的 投影长度。所述前置狭缝121的位置应是可调的，实际调节时应保证所述射线源101出射的 X射线束的焦点位于所述前置狭缝121的中心轴线上，以保证X射线能够顺利穿过所述前置 狭缝121。应当理解的是，所述背散射探测器105也具有缝隙，以使X射线顺利通过，且所 述背散射探测器105的探测面应设置在靠近所述被测物体107的一侧。

本实施例还提供一种背散射检测系统，如图5所示，所述背散射检测系统包括所述背散 射成像装置，所述背散射检测系统还包括：

中控控制器201，所述中控控制器201与射线源控制器111、所述背散射探测器105及所 述驱动部件104分别通信连接；

驱动模块202，与所述中控控制器201通信连接；

成像控制模块203，与所述驱动模块202通信连接；

进一步地，所述射线源控制器111与所述射线源101通信连接，用于控制所述射线源101 产生X射线束。所述射线源控制器111可以控制所述射线源101调整X射线束的强度、出射 角度等参数。

进一步地，所述成像控制模块203还连接有显示模块204，所述显示模块204可以是显 示器。

进一步地，所述背散射探测器105包括ADC模块151及2个以上的子探测器152，所述ADC模块151分别与所述子探测器152及所述中控控制器201通信连接。当具有2个或以上 的所述子探测器152时，可便捷的将相邻所述子探测器152之间的狭缝与所述前置狭缝121 及射线源101设置于同一轴线上。其中，所述ADC模块151为常见的模/数转换器或者模拟/ 数字转换器，即Analog-to-Digital Converter(ADC)。ADC能够将连续变量的模拟信号转换为离散的数字信号的器件，例如温度、压力、声音或者图像等，转换成更容易储存、处理或发送的数字信号。如图5所示，本实施例中所述射线源101产生的X射线束依次经过所述前置准直器102、斩波准直器103形成飞点，再穿过所述背散射探测器105的缝隙到达所述被测物体107的表面，当飞点投射到所述被测物体107表面时，与被测物体107中的电子产生康普顿反向散射，所述子探测器152接收到所述被测物体107表面的散射光子后产生电压信号，所述电压信号经所述ADC模块151处理后转换为数字信号，再经由所述中控控制器201、驱动模块202传输至所述成像控制模块203，经图像处理后产生图像并由所述显示模块204显示出来。

具体地，所述成像控制模块203可以包括控制软件，用于控制整个所述背散射检测系统 的运行；所述驱动模块202包括操作系统及驱动程序，用于驱动所述中控控制器201，所述 中控控制器201用于控制所述射线源控制器111、驱动部件104及所述ADC模块151，所述 显示模块204用于最终的图像显示。

所述背散射成像系统通过多个模块对所述射线源101、驱动部件104及背散射探测器105 实现智能控制，使整个背散射成像装置协调运转，利于扫描图像的快速查验，提高检测效率 及准确率。

综上所述，本发明提供一种背散射成像装置及背散射成像系统，该背散射成像装置的斩 波准直器包括沿第一边方向排列的多条斩波狭缝，该斩波狭缝做往复直线运动并与前置狭缝 发生交叠形成飞点，相比现有技术中做圆周远动的斩波狭缝，具有较多优点，直线运动的所 述斩波狭缝各处的速度相同，因此与所述前置狭缝相交过程中的曝光时间恒定，不会产生曝 光强弱的差异，其次对于任何一条斩波狭缝而言，其与前置狭缝形成的角度恒定，因此相交 时形成的交叠区域及飞点的形状、大小恒定，无需过多的图像校正，有利于提升最终的图像 质量。进一步优化了对被测物体的探测效果，提高了探测的准确度。同时，该背散射成像系 统采用多个模块实现对背散射成像装置的智能控制，利于扫描图像的快速查验，提高检测效 率及准确率。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技 术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡 所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等 效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种背散射成像装置，其特征在于，所述背散射成像装置包括依次设置的射线源、前置准直器、斩波准直器、背散射探测器，所述斩波准直器沿第一边的方向排列有多条斩波狭缝，多条所述斩波狭缝在所述第一边的投影首尾相连，所述斩波准直器连接有驱动部件，所述驱动部件用于驱动所述斩波准直器沿第一边的方向做往复运动。

2.根据权利要求1所述的背散射成像装置，其特征在于，所述背散射成像装置还包括，位于所述背散射探测器远离所述射线源一侧的传送机构。

3.根据权利要求1所述的背散射成像装置，其特征在于，多条所述斩波狭缝分为若干个狭缝组，且属于同一狭缝组的斩波狭缝相互平行。

4.根据权利要求1所述的背散射成像装置，其特征在于，所述斩波狭缝与所述前置狭缝发生交叠时，所述斩波准直器运行在匀速传动区。

5.根据权利要求1所述的背散射成像装置，其特征在于，所述前置准直器及所述斩波准直器的材料为铅或钨，所述斩波狭缝与所述前置狭缝的宽度为0.1-0.5mm。

6.根据权利要求1所述的背散射成像装置，其特征在于，所述前置准直器具有前置狭缝，所述斩波狭缝在所述前置准直器上的投影与所述前置狭缝成一夹角A，其中15°≤A≤165°。

7.一种背散射检测系统，其特征在于，所述背散射检测系统包括如权利要求1-6任一所述的背散射成像装置，所述背散射检测系统还包括：

中控控制器，所述中控控制器与射线源控制器、所述背散射探测器及所述驱动部件分别通信连接；

驱动模块，与所述中控控制器通信连接；

成像控制模块，与所述驱动模块通信连接。

8.根据权利要求7所述的背散射检测系统，其特征在于：所述成像控制模块还连接有显示模块。

9.根据权利要求7所述的背散射检测系统，其特征在于：所述射线源控制器与所述射线源通信连接。

10.根据权利要求7所述的背散射检测系统，其特征在于：所述背散射探测器包括ADC模块及2个以上的子探测器，所述ADC模块分别与所述子探测器及所述中控控制器通信连接。

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