CN105403925A - 一种平板便携式双能量x射线检查装置及双能量材料分辨方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种平板便携式双能量X射线检查装置及双能量材料分辨方法，本发明的装置包括主设备箱和便携式X射线源携带箱，所述主设备箱中包括控制盒、键盘、电池、平板探测器、海绵盖板、显示器、支架、电源适配器和电缆延长线；本发明的方法是：采用面成像平板探测器，应用X射线透视成像方法，成像原理是通过对便携式X射线源和快门切换开关进行控制，然后对两幅不同能量的成像信号进行算法处理后得到被检物的等效原子序数；本发明的优点是采用了部件分离的结构，每个部件体积小，重量轻，具备材料分辨功能，能有效识别***物或毒品有机物，弥补了通道式X射线安检设备安装和运输不方便的缺点，由于其便携性，能广泛应用于安检和排爆领域。
Description
技术领域
本发明涉及一种平板便携式双能量X射线检查装置及双能量材料分辨方法，属于X射线透射成像安全检查技术领域。
背景技术
目前，经过多年发展，传统的便携式X射线安全检查设备的成像单元发展到目前为止有四种类型：1.一次成像胶片处理***；2.闪烁体-CCD摄像机***；3.闪烁体-线扫描***；4.面板式直接数字成像(DR，DigitalRadiography)***。一次成像胶片处理***包括一次成像胶片、暗盒和处理器。目前随着数字技术的快速发展，使用成像胶片的便携***已不多见。闪烁体-CCD摄像机***为使设备更易于便携，闪烁体的屏幕尺寸一般都比较小，并通过平面反射镜改变光路的方向来减小箱体的厚度。闪烁体-线扫描***利用线阵CCD或线阵光电管代替CCD摄像机的方式成像，设备成本较DR***低，具有穿透能力强、图像质量好的特点。线扫描***使用连续型X射线源，一次成像时间取决于扫描的速度，***成像需要较高的射线剂量。面板式直接数字成像***使用近几年来快速发展的一种面阵探测器，其直接输出数字信号，A/D转换效率能够达到12bit或更高，具有检测速度快、探测效率高、图像质量好的特点。DR成像***的关键部件是获取图像的平板探测器(FlatPanelDetector,FPD)。FPD规格尺寸多样，已在医疗诊断和工业探伤的领域获得了广泛的应用。
材料分辨能力作为X射线安全检查设备的一项重要功能，已广泛应用在通道式安检设备上。在平板便携式安检设备领域，以色列的Vidisco公司已发布了具有材料分辨功能的产品，在国内尚没有生产此类产品的厂家。Vidisco公司开发的以非晶硅X射线成像技术为基础的便携式安检设备,采用硬件集成、自主开发软件的形式，利用外购的便携X射线脉冲源，在射线源出口处增加快门切换装置，通过软件算法实现材料分辨能力。
X射线***物探测技术作为排爆技术的一种，又分为面成像探测技术和线扫描成像探测技术两种。线扫描成像探测技术包括普通X射线线扫描成像、能量分辨型线扫描成像、真实双能量线扫描***物自动探测技术。面成像探测技术通过不同能量下多次曝光的方式也可以实现物质分辨功能。便携式X射线安全检查设备能透过不能随意打开的包裹、行李、邮件物体，看清其中物品的形状,从而为***装置的识别,分辨其性质和结构，最终为实现危险物品处置提供参考依据。
平板便携式双能量X射线检查装置是一种利用X射线得到被检物体透视图像，并对图像进行分析处理的安全检查设备。常见的通道式安检设备采用线扫描方式，需用传送带将被检物品送入检查通道进行检查，而平板便携式双能量安全检查设备采用了面成像方式，它既不需要传送带，也不需要挪动被检物品，特别适用于对公共场所发现的可疑包裹进行应急检查，避免在情况不明时挪动包裹造成危险。另一方面，平板便携式双能量X射线安全检查设备采用了部件分离的结构，每个部件体积小，重量轻，便于车载、手提，可以在现场快速部署，弥补了通道式X射线安检设备安装和运输不方便的缺点。在某些特殊环境下,例如需要在野外对物体进行X射线透视成像时，传统的X射线安检设备由于体积的限制无法使用。平板便携式双能量X射线安全检查设备利用电池进行工作，通过便携式计算机可实现对整个***的自动控制，实时显示被检物体的X射线透视图像，在使用方式上更为灵活。
综上所述，传统的一次成像胶片处理***使用一次成像胶片作为成像介质，其缺点是设备成本高、辐射剂量大、无法进行实时成像；传统的闪烁体－CCD摄像机***的缺点是图像质量较差；传统的闪烁体-线扫描***的缺点是完成一次成像也需要较高的射线剂量。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够克服上述技术问题的平板便携式双能量X射线检查装置及双能量材料分辨方法。
本发明的双能量材料分辨方法的技术方案是：采用面成像平板探测器，应用X射线透视成像方法，成像原理是通过对便携式X射线源和快门切换开关进行控制，使得两种不同能量的X射线对同一被检物分别进行透视成像，然后对两幅不同能量的成像信号进行算法处理后得到被检物的等效原子序数，从而实现物质分辨并完成对包括行李、包裹或邮件物体的检查。
本发明的一种平板便携式双能量X射线检查装置包括主设备箱和便携式X射线源携带箱，所述主设备箱中包括控制盒、键盘、电池、平板探测器、海绵盖板、显示器、支架、电源适配器和电缆延长线。所述便携式X射线源携带箱中包括便携式X射线源、快门切换开关和无线通讯模块。在无线工作模式下，本发明使用便携式计算机与平板探测器和便携式X射线源进行无线数据通讯。所述主设备箱通过数据线分别与平板探测器和便携式X射线源相连接并进行控制信号双向传输。所述便携式X射线源带有无线通讯模块，所述平板探测器具备图像数据无线传输功能,所述平板探测器的图像数据和便携式X射线源的控制指令都能通过无线的方式传送至便携式计算机。本发明通过在主设备箱内部采用高密度海绵内衬对主设备箱内的部件进行强化保护以保证储存和运输的安全。为了便于运输和操作，所述主设备箱采用了组合式结构。
本发明的双能量材料分辨方法的步骤是：
步骤(1)首先进行材料校准，将材料分辨测试体放置于平板探测器与射线源之间，材料测试体使用铝板、钢板和有机玻璃板作为基材，射线源是一个高压能调节的带有快门切换开关和无线通讯模块的便携式X射线源；
步骤(2)控制便携式X射线源的快门切换开关置于关闭位置,同时设置便携式X射线源为高能曝光参数，便携式X射线源发出向前的圆锥形X射线束，同时平板探测器开始采集图像数据，数据采集完成后，在主设备箱处获得被检测物体的一幅透视图像；
步骤(3)将快门切换开关置于打开位置,同时设置便携式X射线源为低能曝光参数，数据采集完成后，在主设备箱处获得被检测物体的另一幅透视图像；
步骤(4)以步骤(2)、步骤(3)采集的两幅图像作为输入文件，通过对图像进行校准和分析，提取图像中有机玻璃、铝、钢不同厚度的材料数据，建立校准曲线后最终生成材料表文件；
步骤(5)将上述步骤(2)、步骤(3)中获得的两幅图像通过主设备箱中控制盒或便携式计算机带有的分析软件分析和处理后，对识别出的有机物、无机物和混合物赋予不同的显示颜色。
本发明的优点是采用一个高压能调节的便携式X射线源，通过两次曝光实现真双能检测，本发明采用具有高空间分辨力、大图像宽容度的平板探测器，通过平板探测器的高图像分辨率和图像动态范围以及真双能成像对物质的分辨能力实现对危险品的检测。本发明采用了部件分离的结构，每个部件体积小，重量轻，便于携带，能在现场快速部署并实时成像，图像数据便于存储，具备材料分辨功能，能有效识别***物或毒品有机物，弥补了通道式X射线安检设备安装和运输不方便的缺点，由于其便携性，能广泛应用于安检和排爆领域。
附图说明
图1是本发明所述一种平板便携式双能量X射线检查装置的结构示意图；
图2为本发明所述一种平板便携式双能量X射线检查装置的主设备箱的分解结构示意图；
图3为本发明所述一种平板便携式双能量X射线检查装置的材料分辨流程示意图；
图4为本发明所述一种平板便携式双能量X射线检查装置的材料分辨测试体示意图。
图1至图4中:1-主设备箱；2-便携式X射线源携带箱；3-平板探测器；4-便携式X射线源；5-快门切换开关；6-无线通讯模块；7-便携式计算机；8-控制盒；9-键盘；10-电池；11-平板探测器；12-海绵盖板；13-海绵盖板；14-海绵盖板；15-显示器；16-支架；17-电源适配器；18-电缆延长线；19-采集高能图像；20-采集低能图像；21-图像校准；22-提取材料区域图像；23-建立校准曲线；24-生成材料表；25-有机玻璃板；26-铝板；27-钢板。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施方式进行详细描述。
如图1、2所示，本发明的一种平板便携式双能量X射线检查装置由主设备箱1和便携式X射线源携带箱2组成。在本发明的实施例中，本发明由多个模块组成并通过模块的组合实现成像***屏幕由小尺寸到大尺寸、***地控制从有线传输到无线传输的功能，以满足用户不同的使用要求。
所述主设备箱1包括：控制盒8、键盘9、电池10、平板探测器11、海绵盖板12、海绵盖板13、海绵盖板14、显示器15、支架16、电源适配器17和电缆延长线18。所述便携式X射线源携带箱2中包括便携式X射线源4和快门切换开关5、无线通讯模块6。所述主设备箱1通过数据线分别与平板探测器3和便携式X射线源4相连接,进行控制信号双向传输。所述便携式X射线源4带有无线通讯模块6，所述平板探测器3带有数据无线通讯功能，图像数据和便携式X射线源控制指令能以无线的方式传送至便携式计算机7。通过主设备箱1内部使用的高密度海绵内衬核心部件进行强化保护，保证储存和运输的安全。为了便于运输和操作，主设备箱1采用了组合式结构。
本发明首先控制便携式X射线源4的快门切换开关5置于关闭位置,此时在主设备箱1处获得被检测物体的一幅透视图像，然后将快门切换开关5置于打开位置,并获得被检测物体的另一幅透视图像。上述两幅图像通过主设备箱1中控制盒8或便携式计算机7带有的分析软件分析和处理后，利用Χ射线对不同物质呈现出的不同衰减系数以及物体边缘的特殊轮廓特性来确定是否藏有危险品，并对识别出的有机物、无机物和混合物赋予不同的显示颜色。
本发明的一种平板便携式双能量X射线检查装置的工作流程如下：
首先,将被检物放置于平板探测器3与便携式X射线源4之间，检测人员操作控制盒8或便携式计算机7中的应用软件，控制盒8或便携式计算机7在有线或者无线工作模式下将控制指令传送至便携式X射线源4，便携式X射线源4驱动快门切换开关5置于关闭位置,同时便携式计算机7控制便携式X射线源4置于高能曝光参数，便携式X射线源4发出向前的圆锥形X射线束，同时平板探测器3开始采集图像数据。X射线穿过被检物，投影在平板探测器3上，平板探测器3将被检物的X射线转换成数字图像，发送给控制盒8或便携式计算机7显示。
然后,在控制盒8或便携式计算机7的控制下，驱动便携式X射线源4的快门切换开关5置于打开位置，同时控制便携式X射线源4置于低能曝光参数再次进行曝光，最终在控制盒8或便携式计算机7上得到被检测物体的另一幅透视图像。
双能量透射技术的物理原理是在不同的X射线入射能量下，相同原子序数物质的质量衰减系数的变化速度不同，即在双能量方式下，同一原子序数的物质对低能和高能X射线的吸收程度是不同的，这样通过低能、高能两个不同线吸收系数比较与运算，就能从两种不同物质组成的、不同厚度产生或相互重叠的图像中将不同种类的物体区分开。基于此原理，如图4所示，将铝板26、钢板27和有机玻璃板25作为基材，确定物质分类识别边界曲线。
本发明实现双能量材料分辨功能的思路是控制便携式X射线源发射不同能量的X射线，采集两幅不同能量下的X射线透视图像，融合后形成双能量透视图像，最终利用材料分辨算法生成双能量彩色图像。
如图3所示，本发明以采集的高、低能图像作为输入文件，通过对图像进行分析，提取图像中有机玻璃、铝和钢不同厚度的高低能数据，最终生成材料表文件。材料校准步骤分为采集高能图像19、采集低能图像20、图像校准21、提取材料区域图像22、建立校准曲线23、生成材料表24几个步骤。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明公开的范围内，能够轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明权利要求的保护范围内。
Claims (7)
1.一种平板便携式双能量X射线检查装置，其特征在于，包括：主设备箱和便携式X射线源携带箱，所述主设备箱中包括控制盒、键盘、电池、平板探测器、海绵盖板、显示器、支架、电源适配器和电缆延长线；所述便携式X射线源携带箱中包括便携式X射线源、快门切换开关和无线通讯模块，所述主设备箱通过数据线分别与平板探测器和便携式X射线源相连接。
2.根据权利要求1所述的一种平板便携式双能量X射线检查装置，其特征在于，使用便携式计算机与所述平板探测器和便携式X射线源进行无线数据通讯。
3.根据权利要求1所述的一种平板便携式双能量X射线检查装置，其特征在于，所述便携式X射线源带有无线通讯模块。
4.根据权利要求1所述的一种平板便携式双能量X射线检查装置，其特征在于，所述平板探测器的图像数据和便携式X射线源的控制指令都能通过无线的方式传送至便携式计算机。
5.根据权利要求1所述的一种平板便携式双能量X射线检查装置，其特征在于，所述主设备箱内部采用高密度海绵内衬。
6.根据权利要求1所述的一种平板便携式双能量X射线检查装置，其特征在于，所述主设备箱采用了组合式结构。
7.一种双能量材料分辨方法，其特征在于，采用面成像平板探测器，应用X射线透视成像方法，成像原理是通过对便携式X射线源和快门切换开关进行控制，使得两种不同能量的X射线对同一被检物分别进行透视成像，然后对两幅不同能量的成像信号进行算法处理后得到被检物的等效原子序数，从而实现物质分辨并完成对包括行李、包裹或邮件物体的检查；具体包括以下步骤：
步骤(1)首先进行材料校准，将材料分辨测试体放置于平板探测器与射线源之间，材料测试体使用铝板、钢板和有机玻璃板作为基材，射线源是一个高压能调节的带有快门切换开关和无线通讯模块的便携式X射线源；
步骤(2)控制便携式X射线源的快门切换开关置于关闭位置,同时设置便携式X射线源为高能曝光参数，便携式X射线源发出向前的圆锥形X射线束，同时平板探测器开始采集图像数据，数据采集完成后，在主设备箱处获得被检测物体的一幅透视图像；
步骤(3)将快门切换开关置于打开位置,同时设置便携式X射线源为低能曝光参数，数据采集完成后，在主设备箱处获得被检测物体的另一幅透视图像；
步骤(4)以步骤(2)和步骤(3)采集的两幅图像作为输入文件，通过对图像进行校准和分析，提取图像中有机玻璃、铝、钢不同厚度的材料数据，建立校准曲线后最终生成材料表文件；
步骤(5)将上述步骤(2)、步骤(3)中获得的两幅图像通过主设备箱中控制盒或便携式计算机带有的分析软件分析和处理后，对识别出的有机物、无机物和混合物赋予不同的显示颜色。
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