CN201514388U - 点线复合扫描背散射和立体透射成像装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种点线复合扫描背散射和立体透射成像装置，属于辐射成像安全检测设备技术领域。本装置中，点线复合扫描产生器套装在辐射源上或置于辐射源前。后置或前置狭缝准直器将点线复合扫描产生器出射的射线准直在扇形扫描面内。后置或前置狭缝准直器和背散射探测器置于被检测物体的辐射源一侧，线阵列透射探测器置于另一侧。背散射通道同步开关和背散射信号处理器连接在背散射探测器与图像计算机之间。透射通道同步开关和透射信号处理器连接在线阵列透射探测器与图像计算机之间。本成像装置只用一台辐射源，一套扫描产生器，一次检测就可获得突显轻质物体的背散射图像和精细的透射图像。透射图像的质量和图像精细，而且还可以是立体图像。

Description

点线复合扫描背散射和立体透射成像装置

技术领域

本实用新型涉及一种点线复合扫描背散射和立体透射成像装置，属于辐射成像安全检测设备技术领域。

背景技术

目前安检部门普遍使用X射线透射成像技术检查箱包和车辆，对铜铁等高原子序数物质吸收大，容易被发现；毒品、炸药等低原子序数物质吸收很小，在图像中不易发现，容易漏检。X射线或伽马射线在物体中的康普顿背散射，对低原子序数的轻物质更敏感，可藉以突显毒品和爆炸物等轻质物体；近年也已用于安检成像。但是物体的背散射很弱，被检物体某一点的背散射射线需采用大面积探测器来收集。所以实际的背散射成像装置都采用笔形射束一点一点地扫描物体，由大面积的探测器接收，如图1所示。1是辐射源，13是前置狭缝准直器，2是斩波轮飞点扫描产生器，所产生的上下摆动扫描的笔形射束射入被检物体5，物体的背散射射线由大面积探测器4收集。目前的背散射成像装置还常采用一个探测器6来收集正前方的透射射线，以便同时获取透射图像，与背散射图像对比处理。

为了产生点扫描的射线束，美国专利(Re.28,544)设计了上述斩波轮飞点扫描装置。由前置准直器的狭缝和转动的斩波轮狭缝产生上下扫描的笔形射束。美国专利US7,099,434 B2设计了同心飞轮飞点扫描装置，飞轮与X光管同心旋转，飞轮上有可通过射线的管状准直器，随着飞轮旋转而产生点扫描射束。中国专利(ZL 2008 2 0079391.0)设计了转筒跳点扫描装置。扇形射束对准一个转筒的转轴，转筒上有离散分布但覆盖各种角度的成对孔径，转筒转到不同角度只有一种仰角的孔径可以射出射束，转筒旋转时产生跳点扫描，由计算机根据转筒孔径的分布规律排列射束，可形成一列图像。但是，所有这些背散射成像装置的空间分辨率都不高。这是由于背散射弱，射线束不能太细，大面积探测器又会同时接收多次散射的射线，所以点扫描的背散射图像和透射图像的空间分辨率都不高。

原理上，可以在点扫描背散射成像系统正前方采用细密的线阵列探测器来探测透射图像，提高空间分辨率；但由于背散射成像系统用的是点扫描，在线阵列探测器每个单元停留的时间只有线扫描时的几百分之一，探测单元因接收信号不足而显著降低图像的信噪比。

所以，在已有的技术条件下，实际使用时常常把背散射成像装置作为传统的线扫描透射成像装置的辅助设备。两套设备流水作业。透射扫描成像装置提供精细的透射图像，背散射成像设备则提供空间分辨率不高但能突显轻质物体(爆炸物，毒品等)的背散射图像。这种组合提高了检测性能，但使检测成本和所占用的场地成倍增加。

发明内容

本实用新型的目的是提出一种点线复合扫描背散射和立体透射成像装置，以克服已有技术的不足，用一台X光机，一套扫描器和一套数据获取设备，同时获取背散射图像和精细的透射图像。

本实用新型提出的点线复合扫描式背散射和立体透射成像装置，包括辐射源、点线复合扫描产生器、后置或前置狭缝准直器、线阵列透射探测器、透射通道同步开关、透射信号处理器、背散射探测器、背散射通道同步开关、背散射信号处理器、图像计算机和立体图像观察器；所述的点线复合扫描产生器套装在辐射源上或置于辐射源前；所述的后置或前置狭缝准直器将点线复合扫描产生器出射的射线准直在扇形扫描面内；所述后置或前置狭缝准直器和背散射探测器置于被检测物体的辐射源一侧，所述的线阵列透射探测器置于被检测物体的另一侧；所述的背散射通道同步开关和背散射信号处理器通过电缆依次连接在背散射探测器与图像计算机之间，所述的透射通道同步开关和透射信号处理器通过电缆依次连接在线阵列透射探测器与图像计算机之间。

上述成像装置中的点线复合扫描产生器，可以有四种不同的结构形式，其中：

第一种结构形式为左、中、右三层的空心圆盘式结构，中层沿径向开有多个小孔，左、右两层的相向面为锥面，两个锥面的夹角为对被测物体进行立体成像的两眼视角差，锥面上沿径向各开有多个狭缝，空心圆盘的外面设有射线屏蔽盒，射线屏蔽盒设有射线出口。

第二种结构形式为空心筒式结构，筒壁上沿圆周开有多个正对圆心的小孔，在小孔的两侧开有多个向心的斜缝，两条相向斜缝之间的夹角为对被测物体进行立体成像的两眼视角差，圆筒的外面设有射线屏蔽盒，射线屏蔽盒设有射线出口。

第三种结构形式为单层空心盘式结构，盘壁上沿圆周开有多个正对圆心、交替分布的小孔和狭缝，圆盘的外面设有射线屏蔽盒，射线屏蔽盒设有射线出口。

第四种结构形式为前置狭缝准直器和斩波轮的组合结构，斩波轮上开有径向狭缝和扇形窗口，径向狭缝和扇形窗口相互间隔，交替分布。

本实用新型提出的点线复合扫描背散射和立体透射成像装置，其优点是：只用一台辐射源，一套扫描产生器，体积和目前单一的X射线透射成像装置或背散射成像装置相近，一次检测就可获得突显轻质物体的背散射图像和精细的透射图像。透射图像的质量和传统的X射线透射成像装置的图像同样精细；透射图像还可以是立体图像。

附图说明

图1是已有的点扫描背散射成像系统结构示意图。

图2是本实用新型提出的点线复合扫描背散射和立体透射成像装置的结构示意图。

图3是本实用新型装置的点线复合扫描原理示意图。

图4是本实用新型成像装置中的点线复合扫描产生器的第一种结构形式。

图5是本实用新型成像装置中点线复合扫描产生器的后置狭缝准直器结构示意图。

图6是用于背散射和平面透射成像的点线复合扫描产生器结构形式。

图7是点线复合扫描产生器的另外一种结构形式。

图8是本实用新型成像装置的一个实施例的结构示意图。

图1-图8中，1是辐射源，2是点线复合扫描产生器，3是后置狭缝准直器，4是一对背散射探测器，5是被检物体，6是线阵列透射探测器，7是背散射通道同步开关，8是背散射信号处理器，9是透射通道同步开关，10是透射信号处理器，11是图像计算机，12是立体图像观察器，13是前置狭缝准直器，14是点线复合扫描斩波轮，15是扫描车，16是透射探测器储存舱，17是扫描臂转台，18是扫描臂伸缩杆。

具体实施方式

本实用新型提出的点线复合扫描式背散射和立体透射成像装置，其结构如图2所示，包括辐射源1、点线复合扫描产生器2、后置或前置狭缝准直器3和13、线阵列透射探测器6、透射通道同步开关7、透射信号处理器10、背散射探测器4、背散射通道同步开关9、背散射信号处理器8、图像计算机11和立体图像观察器12。点线复合扫描产生器2套装在辐射源1上或置于辐射源1的前面。后置或前置狭缝准直器将点线复合扫描产生器2出射的射线准直在扇形扫描面内。后置或前置狭缝准直器和背散射探测器4置于被检测物体5的辐射源一侧，线阵列透射探测器6置于被检测物体15的另一侧。背散射通道同步开关7和背散射信号处理器8通过电缆依次连接在背散射探测器4与图像计算机11之间。透射通道同步开关9和透射信号处理器10通过电缆依次连接在线阵列透射探测器6与图像计算机11之间。

本实用新型的成像装置中，点线复合扫描产生器套装在辐射源上或置于辐射源前；点线复合扫描产生器交替产生点扫描射束和一对线扫描射束，由后置狭缝准直器准直在三个扇形平面内，扫描被检物体。点扫描时背散射回来的射线由和辐射源同一侧的背散射探测器接收，由背散射通道同步开关和背散射信号处理器将各扫描点的物体信息输入计算机，形成一列背散射图像；线扫描时的透射射线由在物体另一侧的线阵列透射探测器接收，由透射通道同步开关和透射信号处理器将扫描线内的物体信息输入计算机，形成一列透射射图像；被检物体通过射束，即可获得整幅的背散射图像和透射图像。

上述成像装置中，所述的点线复合扫描产生器可以为左、中、右三层空心圆盘式结构，中层沿径向开有多个小孔，输出背散射成像的点扫描射束。左、右两层的相向面为锥面，两个锥面的夹角θ为对被测物体进行立体成像的两眼视角差，锥面上沿径向各开有多个狭缝，输出立体透射成像的一对线扫描射束。空心圆盘的外面设有射线屏蔽盒，射线屏蔽盒设有射线出口，射线出口的张角决定射线的扫描张角。

为减轻重量、体积和功耗，在上述成像装置中，可以将所述的点线复合扫描产生器的空心园盘外径减小到接近内径，做成空心圆筒式点线复合扫描产生器。但射线准直路径短，影响图像的空间分辨率，适于低成本产品。

上述成像装置中，所述的三层点线复合扫描产生器在角θ为零时，三层结构合并为一层，即为背散射和平面透射成像的点线复合扫描产生器。盘壁上沿圆周开有多个正对圆心、交替分布的小孔和狭缝，圆盘的外面设有射线屏蔽盒，射线屏蔽盒设有射线出口。

本实用新型提出的点线复合扫描式背散射和立体透射成像装置，既可以用于通道式安检系统，也可用于车载式和便携式安检成像系统。以下结合附图及实施例详细说明如下：

如图2所示，本装置包括辐射源1、点线复合扫描产生器2、后置狭缝准直器3、背散射探测器4、被检物体5，线阵列透射探测器6、背散射通道同步开关7、背散射信号处理器8、透射通道同步开关9、透射信号处理器10、图像计算机11和立体图像观察器12；所述的点线复合扫描产生器套装在辐射源上，同心旋转；所述的后置狭缝准直器3将点线复合扫描产生器射出的射线准直在三个扇形平面内，并在各狭缝将有射线输出时给出同步开关的控制信号。点扫描时的笔形射束(粗黑箭头)扫描被检物体5所引起的背散射射线(虚线箭头)由和辐射源同一侧的背散射探测器接4收，由背散射通道同步开关7和背散射信号处理器8通过连接电缆将各扫描点的物体信息输入计算机11，形成一列背散射图像；线扫描时的两束透射射线(成一定夹角的黑色扇形射束)穿过物体5，由在物体另一侧的一对线阵列透射探测器6接收，由透射通道同步开关9和透射信号处理器10通过连接电缆将扫描线内的物体信息输入计算机11，对两个视角各形成一列透射图像；被检物体5通过射束，即可获得整幅的背散射图像和立体透射图像。计算机显示的立体透射图像可通过立体图像观测器观测。背散射图像可单独显示或融合到透射图像上。上述辐射源、线阵列透射探测器、背散射探测器、背散射信号处理器，可采用目前广用于安检的X射线成像产品的相同部件。

立体图像的显示可以用多种已有方法(我国专利200920107519.4)：在同一屏幕上交替显示左眼图像和右眼图像，用液晶开关眼镜观察；在同一屏幕上同时显示处理过的红青双通道图像，用红青立体眼镜观察；把左眼图像和右眼图像分别输入虚拟现实头盔进行观察；或输出到具有偏转光栅的显示器，不带眼镜就可观察。

点线复合扫描产生器的点扫描周期和线扫描周期分别示于图3。图3中，1为辐射源，2为点线复合扫描产生器，3为后置狭缝准直器，4为背散射探测器，5为被检物体，6为线阵列透射探测器。当扫描产生器旋转到孔径2-6将要透射出X射线时(图3-a)，后置狭缝准直器3给出同步信号接通背散射通道同步开关7，断开透射通道同步开关9，背散射探测器4的信号可通过同步开关7输出。当点线复合扫描产生器旋转到扇形狭缝2-5将要透射出X射线时(图3-b)，狭缝准直器3给出同步信号接通透射通道同步开关9，断开背散射通道同步开关8，线阵列透射探测器6的信号可通过同步开关9输出，获取透射图像。

本实用新型的成像装置中，点线复合扫描产生器的结构可以有四种不同的结构形式，其中：

第一种结构形式如图4所示，(a)为前右视图，(b)为侧视图。点线复合扫描产生器可以为左、中、右三层空心圆盘式结构，中层2-1(以黑色表示)沿径向开有多个小孔如2-6，左、右两层2-2和2-3的相向面为锥面，两个锥面的夹角θ为对被测物体进行立体成像的所需的左右两眼的视角差，两相向锥面上沿径向各开有多对狭缝如2-4和2-5，空心圆盘的外面设有射线屏蔽盒2-7，射线屏蔽盒设有射线出口。

射线屏蔽盒开口的张角α决定点扫描和线扫描的扫描张角。扫描产生器中层2-1壁上的每个孔径两侧都有圆周角大于或等于α的间隔，保证点扫描时只有一个孔径在进行扫描。扫描产生器左右两层(2-2和2-3)锥面上的开缝张角β≤180°-2α。当需要扫描张角α为60°时，β≤60°，当需要扫描张角α为70°时，β≤40°。线阵列探测器各单元在每次扫描中能接收到射线的时间和每次扫描时间的比值为β/α。

由于分布在锥面上的开缝2-4和2-5不是扇形而是“瓦形”。在原理上，阵列透射探测器就应是分布在锥面上的朝向射线焦点的一段圆弧，在被检物体上的扫描轨迹也是“弧扫描”而不是线扫描。虽然这都容易由计算机校正为线扫描图像，但在工程实施上，是将2-4和2-5的瓦形缝适当加宽，在其前方加一个后置狭缝准直器3(图5)，即可获得夹角为θ的两个扇形射束，探测器也就可以采用常规的直线阵列探测器。在图5的后置狭缝准直器3中，(a)为正视图，(b)为俯视图。3-4和3-5是将瓦形射束成形为扇形射束的两个狭缝，3-6是提供笔形射束出口的狭缝。3-3是射线传感器，点线复合扫描器上的孔径或狭缝旋转到传感器3-3时，传感器3-3输出同步开关信号，开通背散射通道或透射通道。所述的后置狭缝准直器3还具有扇束狭缝阻挡器3-1和3-2，可以在仅需背散射扫描时向两边移到扇束狭缝出口，关闭扇形束，只进行点扫描背散射成像。

上述成像装置中，第二种点线复合扫描产生器可以为空心筒式结构。减小图4所述的点线复合扫描产生器空心园盘的外径就可成为筒式结构。可以减轻重量、体积和转动功耗，但筒式结构射线准直路径短，影响图像的空间分辨率，适于低成本产品。

上述成像装置中，第三种点线复合扫描产生器是用于背散射和平面透射成像的单层空心盘式结构，如图6所示，(a)为正视图，(b)为侧视图。筒壁上沿圆周开有多个正对圆心的小孔如2-6和多个向心的狭缝如2-5，两者交替均匀排列。圆盘的外面设有射线屏蔽盒2-7，射线屏蔽盒设有射线出口。

上述背散射和平面透射成像装置中，另一种点线复合扫描产生器结构安装在辐射源外，面向辐射源旋转。如图7所示。(a)为正视图，(b)为侧视图。辐射源1的射线经过前置狭缝准直器13成为扇形束，射向斩波轮14的一侧。斩波轮上有交替排列的狭缝14-1和扇形窗口14-2，斩波轮旋转时交替输出笔形射束和扇形射束。这种结构可适用于不同型号和体积的辐射源，但射束准直质量不如上述第三种。

本实用新型的车载式装置如图8所示，A为正视图，B为俯视图。15是扫描车；1是辐射源，2是点线复合扫描产生器；3是后置狭缝准直器，4是大面积背散射探测器，5是被检查车辆或货物，6是线阵列透射探测器；16是线阵列探测器收藏舱，17是可升降转台；18是伸缩杆；由于本实用新型具有扇形射束(实线箭头)和笔形射束(粗虚线)的交替扫描，扫描车可以同时获取精细的立体透射图像和突显轻质物体的背散射图像。在需要收起线阵列探测器时，通过可升降转台17和伸缩杆18将线阵列探测器收藏于车后的收藏舱16中；线阵列探测器7的垂直方向部分可以折叠，以便收藏。

收起线阵列探测器6后，移动后置狭缝准直器3的扇形狭缝阻挡器，关闭两个线扫描扇形束，可以单纯进行背散射扫描，适于比较隐蔽地对被检货物或车辆进行检查。由于单纯背散射扫描辐射剂量低，有可能检测载人车辆。

Claims (5)

1.一种点线复合扫描式背散射和立体透射成像装置，其特征在于该成像装置包括辐射源、点线复合扫描产生器、后置或前置狭缝准直器、线阵列透射探测器、透射通道同步开关、透射信号处理器、背散射探测器、背散射通道同步开关、背散射信号处理器、图像计算机和立体图像观察器；所述的点线复合扫描产生器套装在辐射源上或置于辐射源前；所述的后置或前置狭缝准直器将点线复合扫描产生器出射的射线准直在扇形扫描面内；所述后置或前置狭缝准直器和背散射探测器置于被检测物体的辐射源一侧，所述的线阵列透射探测器置于被检测物体的另一侧；所述的背散射通道同步开关和背散射信号处理器通过电缆依次连接在背散射探测器与图像计算机之间，所述的透射通道同步开关和透射信号处理器通过电缆依次连接在线阵列透射探测器与图像计算机之间。

2.如权利要求1所述的成像装置，其特征在于其中所述的点线复合扫描产生器为左、中、右三层空心圆盘式结构，中层沿径向开有多个小孔，左、右两层的相向面为锥面，两个锥面的夹角为对被测物体进行立体成像的两眼视角差，锥面上沿径向各开有多个狭缝，空心圆盘的外面设有射线屏蔽盒，射线屏蔽盒设有射线出口。

3.如权利要求1所述的成像装置，其特征在于其中所述的点线复合扫描产生器为空心筒式结构，筒壁上沿圆周开有多个正对圆心的小孔，在小孔的两侧开有多个向心的斜缝，两条相向斜缝之间的夹角为对被测物体进行立体成像的两眼视角差，圆筒的外面设有射线屏蔽盒，射线屏蔽盒设有射线出口。

4.如权利要求1所述的成像装置，其特征在于其中所述的点线复合扫描产生器为单层空心盘式结构，盘壁上沿圆周开有多个正对圆心、交替分布的小孔和狭缝，圆盘的外面设有射线屏蔽盒，射线屏蔽盒设有射线出口。

5.如权利要求1所述的成像装置，其特征在于其中所述的点线复合扫描产生器为前置狭缝准直器和斩波轮的组合结构，斩波轮上开有径向狭缝和扇形窗口，径向狭缝和扇形窗口相互间隔，交替分布。

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