CN1588017A

CN1588017A - 基于网络数据传输的便携式闪光x射线检查仪

Info

Publication number: CN1588017A
Application number: CN 200410068974
Authority: CN
Inventors: 王�义; 李远景; 程建平; 唐乐
Original assignee: Tsinghua University
Current assignee: Tsinghua University
Priority date: 2004-07-15
Filing date: 2004-07-15
Publication date: 2005-03-02
Anticipated expiration: 2024-07-15
Also published as: CN100491989C

Abstract

基于网络数据传输的便携式闪光X射线检查仪属于辐射成像技术领域。其特征在于：笔记本计算机通过网络来控制便携式X射线源工作，便携式图像记录仪将X射线图像记录，通过网络将图像传输至笔记本计算机。该检查仪体积小，重量轻，使用方便，图像清晰，特别适合于非固定场所的安全检查和无损检测。可广泛应用于公安，武警、海关等部门。

Description

基于网络数据传输的便携式闪光X射线检查仪

技术领域

本发明涉及一种基于网络数据传输的便携式闪光X射线检查仪，属辐射成像技术领域。

背景技术

X射线投影成像技术在安全检查，无损检测和医学诊断领域得到了广泛的应用。早期的X射线照相技术主要采用胶片成像，胶片经过曝光后要经过定影，显影等冲洗过程，才能显现所照图像。随着计算机技术和数字图像技术的发展，数字X射线成像技术正逐步取代传统的胶片照相技术，得到了广泛应用。数字X射线成像技术基本做到了实时成像，并且能构很方便地进行图像的后处理，而且可以进行计算机自动识别，减轻了操作者的劳动强度，大大提高了检测效率。

现有的数字X射线成像设备主要应用于医院、机场、海关、车站及各种无损检测的场合。射线源可以采用X光机，也可以采用X射线加速器。它们一般需要市电支持，体积大而沉，移动起来很不方便。在一些特殊场合，需要一种轻便的X射线成像设备，并且能实时得到检测结果。便携式X射线检查仪应运而生。这种便携式的检查设备体积小，重量轻，无需市电支持，特别适合于一些非固定场所的安全检查和无损检测。国内外均有这样的产品。它们的工作原理类似，X射线闪烁屏将X射线图像转换为可见光图像，采用CCD相机将可见光图像抓拍，CCD相机输出标准的视频图像，经过同轴电缆传输至笔记本计算机，通过插在笔记本计算机的PCMCI图像采集卡将视频图像转换为数字图像，进行图像显示，存储等。这种结果的便携式检查仪存在以下两方面的缺点：

1、传输距离受限制。因为采用模拟视频信号传输，同轴电缆的带宽限制了图像的有效传输距离，并且图像在传输过程中有损失。

2、同步不好，容易丢失图像。因为它们采用的是连续的图像采集卡，图像采集卡与闪光X射线源之间采用模糊同步技术，而闪光X射线源的发光时间很短，X射线脉冲宽约50-100ns，转换为可见光的持续时间约为十几个微秒。没有精确的同步技术，很容易丢失图像。同步不好，造成系统的稳定性不好。而且需要多个X射线脉冲才能成像，使得设备使用成本高。

发明内容

本发明目的在于提供一种网络数据传输且不易丢失图像的便携式闪光X射线检查仪。

本发明的特征在于：

它含有：

自充电的便携式闪光X射线源；

便携式图像图像记录仪，含有：

闪烁屏，位于记录仪箱一侧；

反射镜，它与闪烁屏成38度角；

CCD摄像机，它的对准闪烁屏全视野；

数字图像采集电路，它的输入端与CCD摄像机的输出端相连；

网络转换和传输电路，它含有一个微处理器，它的输入端与数字图像采集电路的输出端相连，它的输出端与位于箱壁的有线网络接口或无线接入点设备相连；

射线源控制电路，它的输入端与网络转换和传输电路的输出端相连，而输出端与便携式X射线源的控制信号输入端相连，它含有：

第一个单稳，它的输入端与射线源的计数脉冲PULSE和网络转换和传输电路的AUTORUN相连；

第二个单稳，它的输入端与网络转换和传输电路的射线源启动信号START相连；

第一个与门，它的两个输入端分别与上述两个单稳的输出端相连；

第二个与门，它的输入端一个与第一个与门的输出端相连，一个与START的反信号相连；

N型三极管，它的基极与第二个与门输出端相连；

P型三极管，它的基极与N型三极管的集电极相连，集电极和发射极分别接射线源的充电回路两端；

电源电路，它为以上有关的相应部件提供电源；

笔记本计算机，带有有线或无线网卡，它的信号输入端与上述网络转换和传输电路的网络接口相连。

所述便携式图像记录仪中的数字图像采集电路，含有：

输入缓冲放大器，它的输入端与所述CCD摄像机的输出端相连；

数/模转换器，即ADC，它的输入端与输入缓冲放大器处理后的视频信号输出端相连；

同步分离器，的输入端与输入缓冲放大器处理后的视频信号输出端相连；

时序和存储器存取地址控制电路，它是一个FPGA，即现场可编程门阵列芯片，含有：

输入接口，设有：与网络转换和传输电路控制信号输出端相连的控制信号和启动信号输入端，还设有和所述同步分离器的相应输出端相连的视频同步信号输入端，以及来自下述时钟分频电路的时钟信号的输入端；

地址控制信号产生电路，它是一个视频同步处理逻辑电路，它的三个输入端分别与输入接口的控制信号的和视频同步信号的输出端以及下述时钟分频电路的时钟信号的输出端相连；

读写控制逻辑电路，它的输入端与所述输入接口的控制信号输出端相连；

地址产生电路，它是一个时序电路，它的地址控制信号输入端、读写控制逻辑信号输入端以及时钟分频信号输入端依次分别与视频同步处理逻辑电路、读写控制逻辑电路和下述时钟分频电路的相应输出端相连；

输出接口，它的地址信号输入端、读写控制逻辑信号的输入端和时钟分频信号输入端依次分别与地址产生电路、读写控制逻辑电路和下述时钟分频电路的相应输出端相连；

时钟分频电路，它的输入端与输入接口的视频同步信号输出端相连；

静态存储器，它的地址信号输入端、SRAM读写控制信号输入端、AD控制信号输入端、AD时钟信号输入端和结束信号输入端分别与输出断口的相应输出端相连。

试验证明，它具有结构简单，体积小、重量轻、传输距离远、使用方便、图像清晰且可靠性高等优点。

附图说明

图1、基于网络数据传输的便携式闪光X射线检查仪结构框图。

图2、图像记录仪的结构示意图。

图3、图像采集电路的电路原理框图。

图4、输入缓冲放大电路的电路原理图。

图5、同步分离器的电路原理图。

图6、静态存储器的电路原理图。

图7、ADC的电路原理图。

图8、FPGA内部电路原理图。

图9a、时钟电路原理图；

图9b、为时序图。

图10、图像采集电路与网络转换和传输电路的接口电路：

10-a：控制信号接口电路，

10-b：数据接口电路。

图11、网络转换和传输电路原理框图。

图12、射线源控制电路原理框图。

图13、电源电路原理框图：

13-a：3.3V电压产生电路，

13-b：+5V电压产生电路，

13-c：-5V电压产生电路，

13-d：电压比较电路，

13-e：电源状态指示电路。

具体实施方式

本发明设计了一种基于网络数据传输的便携式闪光X射线检查仪，该检查仪由便携式闪光X射线源，便携式图像记录仪和笔记本计算机组成。系统工作过程为：X射线穿过被检查物体打到图像记录仪的闪烁屏，转换为荧光图像，通过反射镜被CCD摄像机拍摄到，同时X射线机启动图像记录仪的数字图像采集电路，将CCD摄像机拍到的图像数字化，存储于静态存储器中。图像采集电路通过网络接口通知计算机图像采集完毕，计算机向网络接口发送读命令将图像记录仪的数字图像读进来。在笔记本计算机上显示所拍到的图像。由于本成像仪采用网络传输数字图像，这样传输距离可达百米以上。另外本检查仪是先将图像数字化后传输，这样传输过程中不会损失图像信号。如记录箱网络输出接上无线传输设备(符合IEEE802.11b标准的无线接入点设备(AP))，笔记本计算机加上无线网卡，很容易就可以实现数字图像的无线网络传输。系统组成如图1。

再见图2。

图像记录仪由X射线闪烁屏1、反射镜2、CCD摄像机3、数字图像采集电路4、网络转换和传输电路5、射线源控制电路6和电源电路7组成。X射线闪烁屏1位于记录仪箱8的一侧，反射镜2与其夹38°角。CCD摄像机3固定在探测器箱5内，通过调节摄像机镜头，可以使摄像机对准闪烁屏1的全视野。数字图像采集电路4置于探测器箱5内，CCD摄像机3的输出与其相接。采集电路输出与网络转换和传输电路相接。笔记本计算机通过射线源控制电路6启动X射线源。CCD射线和各电路电源均由电源电路供电。图像记录仪箱内部涂黑，减少光线的散射。

数字图像采集电路4将摄像机的模拟视频信号数字化并存储，图像象素为768×576，主要由缓冲放大器、同步分离器、ADC、FPGAXC3020和静态存储器组成。图3为其原理框图。摄像机输出模拟视频信号经放大，由ADC转换为数字图像，存储在静态存储器中。FPGAXC3020主要提供ADC需要的时序和存储器的存取地址。

放大器如图4。其功能是将输入视频进行线性放大。可调电阻R2主要用来调整基线电平。放大输出为AM，它采用芯片MAX4100。

同步分离器如图5。同步分离芯片LM1881，它可以通过AC耦合复合视频信号，解析出复合同步信号、垂直同步信号及奇偶场电平信号等，用于对视频信号的同步采集。从放大视频AM中分离出场同步信号VERTICAL，行同步信号BURST。

静态存储电路如图6。采用CMOS静态随机存储器IS61C1024L，其内存容量为128K×8Bits，存取速度为15ns，根据采样速率可知，一幅图像需内存768×576×8Bits，因此需存储器4片。先通过30腿选中，又FPGA给其提供16位地址信息。在相应地址存储数据。

A/D转换器如图7。A/D转换器采用德州仪器公司低功耗(90mW)高速A/D转换器TLC5510。

图8是FPGA内部电路原理框图。主要包括输入输出接口，地址产生电路，地址控制电路和读写控制逻辑电路。输入接口接收读写控制信号，摄像机同步信号和触发信号。输出接口输出静态存储器地址信号，控制信号和时钟信号。

图9a是时钟产生电路原理图。为了使时钟频率更加接近摄像机时钟频率，我们采用2倍摄像机时钟频率的晶振，经过1/2分频得到时钟。OSC1为输入28.375MHz晶振信号，经IBUF与ACLK缓冲后连接D触发器C端作为触发时钟，Q端输出M_CLOCK反相接回D端，M_CLOCK即作为1/2分频的时钟。时序图如图9b所示。

图10是图像采集电路与网络转换和传输电路的接口电路。其中D₀-D₇为图像数据位，AUTORUN为自检信号，START为射线源启动信号，FINISH为图像采集电路采集结束信号，COUNT为读时序信号。START信号启动射线源和图像采集电路，当采集结束后，FINISH信号被置高，网络模块接收后，发出READ信号，通知图像采集电路准备读取数据，随后发出768×576个COUNT信号，使图像采集电路依序递增数据地址，读出数据。AUTORUN信号自检用，与START信号相比，除了不启动射线源外，其后的过程相同。

图11是网络转换和传输电路的原理框图。其中FLASH存储程序代码，静态存储器存储程序运行过程中的一些中间结果。微处理器RABBIT3000控制采集电路工作、接收采集电路数据、控制以太网芯片通过网络接收和发送数据。RJ45为标准网络接口。此外，还有晶振。

图12是射线源控制电路原理框图。START发出正脉冲，使单稳触发器JP3产生一正脉冲，使Q1和Q2导通，这样VOUT和VIN接通，射线源工作。射线源发出X射线脉冲后，产生一放电信号PULSE，它使单稳触发器JP1产生一负脉冲，使Q1和Q2截止，这样VOUT和VIN断开，射线源停止工作。

图13是电源电路原理框图。工作电池为12伏，4AH的镍氢充电电池。电源电路中LM7805将12V转换为+5伏，TL7660将+5伏转换为-5伏，LM117将+5伏转换为+3.3伏。该电路还具有电池电压指示功能。当电池电压高于10伏时，双色二极管Q1发绿光，系统可以正常工作；而当电池电压低于10伏时，Q1发红光，系统无法正常工作。

由此可见，该装置具有结构简单，体积小，重量轻、使用方便等优点。

Claims

1、基于网络数据传输的便携式闪光X射线检查仪，其特征在于，它含有：

自充电的便携式闪光X射线源；

便携式图像记录仪，含有：

闪烁屏，位于记录仪箱一侧；

反射镜，它与闪烁屏成38度角；

CCD摄像机，它的镜头对准闪烁屏全视野；

数字图像采集电路，它的输入端与CCD摄像机的输出端相连；

N型三极管，它的基极与第二个与门输出端相连；

电源电路，它为以上有关的相应部件提供电源；

2、根据权利要求1所述的基于网络数据传输的便携式闪光X射线检查仪，其特征在于，所述便携式图像记录仪中的数字图像采集电路，含有：

同步分离器，它的输入端与输入缓冲放大器处理后的视频信号输出端相连；

静态存储器，它的地址信号输入端、SRAM读写控制信号输入端、AD控制信号输入端、AD时钟信号输入端和结束信号输入端分别与输出端口的相应输出端相连。