數位化網絡化多探頭閃光x射線成象方法及裝置的製作方法

2023-10-07 21:42:44

專利名稱：數位化網絡化多探頭閃光x射線成象方法及裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種數位化網絡化多探頭閃光X射線成象方法及裝置，屬輻射成象技術領域。
閃光X射線是持續時間非常短的脈衝X射線，採用閃光X機時脈衝持續時間可短到幾納秒，採用加速器時可短到幾微秒。閃光X射線成象可用於拍攝超高速運動物體的透視圖象，如槍彈在槍膛中的運動情況，彈道與彈頭的穩定性，穿甲射流過程，爆炸過程，爆炸碎片動量分布，噴射過程，爆炸成型過程，高速旋轉中的機械部件間隙和多腔鑄模中的液流等。已有技術是採用X光膠片拍攝，不能立即知道結果，需待照片衝洗出來分析，調整實驗參數十分費時間。而且底片的灰度分辨能力低、非線性大，衝洗液配置不當會丟失寶貴信息。X光膠片的日常消耗費用也大。以色列和我國已研製成功手提式數位化X射線成象儀，不用膠片可以實時獲取X射線圖象，立即顯示在筆記本計算機上。但只有一個很小的圖象探測探頭，是專為公安部門對靜止物體作現場檢測用的。沒有捕獲超高速運動物體的功能，不能防護高能X射線大劑量照射，不能構成多探頭系統，不能用多個時間間隔拍攝物體高速運動過程；更不能在空間上對高速運動物體進行立體拍攝。
本發明的目的是提出一種數位化網絡化多探頭閃光X射線成象方法及裝置，用中心伺服器(主計算機)通過網絡獲取多探測器陣列的閃光X射線圖象並進行數位化多瞬時正交拍攝。
本發明提出的數位化網絡化多探頭閃光X射線成象方法，包括以下各步驟1、設置多個數位化X射線圖象探測器，在正交方向兩兩排成一對，並在被測目標運動方向順次排列兩對或多對。每個探測器正前方，都設置一個發射X射線的閃光X光管；2、閃光X光管受定時電路控制，使其當被測目標出現在其視野中時發出閃光，該閃光透過被測目標後，被相對應的數位化X射線圖象探測器接收；3、各數位化X射線探測器的螢光屏，將接收到的X射線圖象轉換為螢光圖象，由攝象機拍攝後，將圖象數據輸出到前端客戶機的相應通道；4、前端客戶機各通道中的微處理器和兩個幀數據存儲區，交替將各幀圖象數據分別存在兩個存儲區中，在其中一個存儲區存儲一幀圖象數據的同時，微處理器對另一個存儲了前一幀圖象數據的存儲區進行識別，若圖象平均亮度小於預設閾值，讓其隨後刷新；若圖象平均亮度大於預設閾值(接收了X光閃光)，則予以保留，並通過網卡和網絡交換機傳送到網絡伺服器；5、伺服器接收到前端客戶機的圖象數據後，存入主存儲器並在顯示器上顯示出成對正交和順序延遲的各通道圖象；6、對所測圖象分割目標、勾畫目標邊界、進行目標編號首先通過中值濾波消除X射線圖象中出現的孤立白點和離散黑點，然後設立灰度閾值，將灰度圖象變換為「0」、「1」二值圖象，從第一行起檢測各象素，灰度為1的象素被編號，若其前一個象素灰度為1，則編號與前一個象素相同，若其前一個象素灰度為0，則檢測同列上一行象素，同列上一行象素灰度為1，則編號與同列上一行象素相同，否則編新號，如此逐行進行，即將圖象中的目標(子彈、爆炸碎片等)進行了分割、編號；7、對所說圖象進行定量計算同一編號的目標象素數即為目標面積。為了求出目標的質量，需先將象素灰度換算成對應的厚度(按輻射的指數衰減關係)，然後將同一編號的象素厚度相加得到目標的體積，乘以目標物質密度即為目標質量。為了計算目標的質心，先求出同一編號的象素厚度矩(象素厚度乘以象素空間坐標)，相加後再除以目標的體積，即得質心空間坐標。
本發明特別設計了數位化網絡化多探頭閃光X射線成象裝置，該裝置包括X射線閃爍屏、螢光圖象反射鏡和攝像機，X射線閃光屏置於探測器機箱一側，螢光圖象反射鏡相對X射線閃爍屏成45°角，斜向置於機箱內，攝像機固定在機箱內，攝像頭通過圖象反射鏡對準X射線閃光屏的全視野，並能聚焦。在攝像機外面設有多層防護套，防護套的組成依次分別為鋼層、鉛層和鋼層，對攝像機配置不間斷電源。機箱外壁上設有懸掛環。
本發明設計的數位化網絡化多探頭閃光X射線成象方法及裝置，具有多個數位化的大閃爍屏X射線成象探測器，能同時(或順序延遲)獲取多個不同瞬時、兩個正交方向的閃光x射線圖象。並計算出高速運動物體的三維空間位置和質量。


圖1是本發明成象方法的原理圖。
圖2是本發明的多通道前端客戶機和網絡結構的原理圖。
圖3是本發明成象裝置中使用的數位化閃光X射線圖象探測器示意圖，其中圖3b為圖3a的A-A剖視圖。
圖4是本發明的成象方法中圖象目標自動分割和編號流程圖。
下面結合附圖，詳細介紹本發明的內容。
圖1中，1是閃光X射線管Y1，2是飛行物入射傳感器，3是X射線探測器機箱X1，4是被測飛行物，5是X射線探測器機箱Y1，6是閃光X射線管X1，7是閃光X射線管Y2，8是X射線探測器機箱Y2，9是閃光X射線，10是X射線探測器機箱X2，11是閃光X射線機2，12是閃光觸發和延遲控制器，13是圖象獲取前端客戶機，14是主計算機(伺服器)，15是閃光X射線機1。
圖3中，21是X射線探測器機箱，22是懸掛環，23是X射線閃爍屏，24是固定式閃爍屏保護板，25是懸掛式閃爍屏保護板，26中螢光圖象反射鏡，27是鏡頭，28是閃光CCD攝象機，29是桶型輻射屏蔽套，30是圖象信號輸出電纜，31是不間斷電源，32是鋼層，33是鉛層，34是鋼層。
下面結合附圖詳細介紹本發明的內容。
圖1是說明本發明成象方法的原理圖，下面以檢測彈道的兩瞬時、正交成象(4通道)系統為例進行說明。閃光X射線管Y1、X1、Y2、X2(編號1、6、7、9)分別照射X射線探測器X1、Y1、X2、Y2(編號3、5、10、8)的閃爍屏。傳感器2在彈頭穿過時給出觸發信號，經過閃光觸發和延遲控制器12的預設延遲後觸發閃光X射線機15，使X射線管1和6恰在彈頭通過照射區時(t1)閃光，其透視圖象為X射線探測器3和5的閃爍屏接收，形成圖象信號傳輸到閃光X射線圖象獲取前端客戶機組13，進行數位化判選後存儲下來。在彈頭飛行到X光管5和6的視區時，閃光X射線機11被延遲控制器12觸發，X光管7和9在t2閃光，X射線探測器8和10拍下此時的彈頭透視圖象，傳輸到前端客戶機組13進行數位化判選後存儲下來。然後這四幅圖象通過網卡和網絡交換機傳輸到伺服器(主計算機)14。顯示出這四幅圖象。計算機對正交圖象進行處理，可計算出目標的大小、質量和在t1、t2的空間位置，從而計算出三維空間的彈道軌跡、行進速度、動量變化和彈頭中心軸變化等參數。
如果在t2時彈頭射入了一個靶標，則t2拍攝的是彈頭受阻於靶標的終點彈道瞬時X光透視圖象。如果不進行立體拍攝，把所有(本例4個)探測器排成一排，則可以連續在4個時刻拍下兩維彈頭圖象，獲得4個瞬時的彈頭在兩維空間中的運動數據。
本發明的每一個閃光X射線圖象探測器的圖象數據，由一個對應通道的前端客戶機獲取，如圖2所示，每個通道的前端客戶機(FC)都有一個微處理器(CPU)，兩個幀圖象存儲區(A和B)和一個網卡；控制各探測器的圖象獲取、識別和傳輸。如果圖象探測器用的是模擬攝象機，信號先由圖象卡進行數位化(虛線)。每個前端客戶機通過網絡交換機向伺服器傳輸所獲取的圖象數據。這種網絡式結構使系統的擴展非常方便並且標準化。可以擴展到任意多的通道數，可以組成各種不同的圖象獲取方式，可以使現場的測量結果通過網絡向有關站點傳輸。
圖3是本發明的x射線圖象探測器內部結構，本發明的x射線圖象探測器的特點在於防衝擊波、無電網幹擾、攝象機具有多層保護套。21是探測器箱，密封、防光、防塵、防潮，其金屬外殼可經受一定衝擊波或爆炸碎片。22是箱體懸掛環，使探測器箱可以懸掛和擺動，減弱衝擊波的衝擊強度。23是x射線閃爍屏，x射線照射時發出螢光，將X射線圖象轉換為螢光圖象。24是固定式閃爍屏的保護板。25是懸掛式保護板，懸掛於閃爍屏前方，以其可擺動性吸收碎片和氣浪衝擊。26是螢光圖象反射鏡。27是鏡頭。28是CCD攝象機。29是本發明特有的CCD攝象機防護套，防護套為桶型鋼、鉛多層結構。鋼質桶型外殼強度高，耐衝擊，即使箱體損壞仍能保護攝象機。鉛質內層能有效屏蔽各方向射線，在多通道系統的各種探測箱放置方向中，都可避免直射和散射x射線照射攝象機。從而避免產生大量圖象白點並保護攝象機不受輻照損傷。30是圖象信號輸出電纜。31為不間斷電源，在X射線源對電網有強電磁幹擾時，可以在獲取圖象時臨時切斷與電網的聯結。
本發明對圖象中的目標自動進行分割和編號。流程圖見圖4。首先通過中值濾波消除X射線圖象中可能出現的孤立白點和離散黑點。然後設立一定灰度閾值，將灰度圖象變換為「0」、「1」二值圖象。從第一行起檢測各象素，灰度為1的象素被編號。如其前一個象素灰度為1，則編號與前一個象素相同；如其前一個象素灰度為0，則檢測同列上一行象素。同列上一行象素灰度為1，則編號與同列上一行象素相同；否則編新號。如此逐行進行，即將圖象中的目標(子彈、爆炸碎片等)進行了分割、編號。
同一編號的目標象素數即為目標面積。為了求出目標的質量，需先將象素灰度換算成對應的厚度(按輻射的指數衰減關係)，然後將同一編號的象素厚度相加得到目標的體積，乘以目標物質密度即為目標質量。為了計算目標的質心，先求出同一編號的象素厚度矩(象素厚度乘以象素空間坐標)，相加後再除以目標的體積，即得質心空間坐標。
權利要求
1.一種數位化網絡化多探頭閃光X射線成象方法，其特徵在於該方法以下各步驟(1)設置多個數位化X射線圖象探測器，在正交方向兩兩排成一對，並在被測目標運動方向順次排列兩對或多對，每個探測器正前方，都設置一個發射X射線的閃光X光管；(2)閃光X光管受定時電路控制，使其當被測目標出現在其視野中時發出閃光，該閃光透過被測目標後，被相對應的數位化X射線圖象探測器接收；(3)各數位化X射線探測器的螢光屏，將接收到的X射線圖象轉換為螢光圖象，由攝象機拍攝後，將圖象數據輸出到前端客戶機的相應通道；(4)前端客戶機各通道中的微處理器和兩個幀數據存儲區，交替將各幀圖象數據分別存在兩個存儲區中，在其中一個存儲區存儲一幀圖象數據的同時，微處理器對另一個存儲了前一幀圖象數據的存儲區進行識別，若圖象平均亮度小於預設閾值，讓其隨後刷新；若圖象平均亮度大於預設閾值，則予以保留，並通過網卡和網絡交換機傳送到網絡伺服器；(5)伺服器接收到前端客戶機的圖象數據後，存入主存儲器並在顯示器上顯示出成對正交和順序延遲的各通道圖象；(6)對所測圖象分割目標、勾畫目標邊界、進行目標編號首先通過中值濾波消除X射線圖象中出現的孤立白點和離散黑點，然後設立灰度閾值，將灰度圖象變換為「0」、「1」二值圖象，從第一行起檢測各象素，灰度為1的象素被編號，若其前一個象素灰度為1，則編號與前一個象素相同，若其前一個象素灰度為0，則檢測同列上一行象素，同列上一行象素灰度為1，則編號與同列上一行象素相同，否則編新號，如此逐行進行，即將圖象中的目標進行了分割、編號；(7)對所測圖象進行定量計算先將象素灰度換算成對應的厚度，然後將同一編號的象素厚度相加得到目標的體積，乘以目標物質密度即為目標質量，為了計算目標的質心，先求出同一編號的象素厚度矩，即象素厚度乘以象素空間坐標，相加後再除以目標的體積，即得質心空間坐標。
2.一種數位化網絡化多探頭閃光X射線成象裝置，該裝置包括X射線閃爍屏、螢光圖象反射鏡和攝像機，X射線閃光屏置於探測器機箱一側，螢光圖象反射鏡相對X射線閃爍屏成45°角，斜向置於機箱內，攝像機固定在機箱內，攝像頭通過圖象反射鏡對準X射線閃光屏的全視野，並能聚焦，其特徵在於在攝像機外面設有多層防護套，防護套的組成依次分別為鋼層、鉛層和鋼層，對攝像機配置不間斷電源，所述的機箱外壁上設有懸掛環。
全文摘要
本發明涉及一種數位化網絡化多探頭閃光X射線成象方法,首先設置多個數位化X射線圖象探測器,探測器的螢光屏將接收到的X射線圖象轉換為螢光圖象,由前端客戶機進行處理,伺服器接收到前端客戶機的圖象數據後進行分割目標、定量計算等。本發明的裝置在攝像機外面設有多層防護套,配置不間斷電源。本發明的方法及裝置,能獲取多個不同瞬時、兩個正交方向的閃光X射線圖象。
文檔編號H05G1/00GK1275046SQ0010962
公開日2000年11月29日 申請日期2000年6月16日 優先權日2000年6月16日
發明者王經瑾, 苑傑, 劉亞強, 劉克音 申請人:清華大學