點線複合掃描背散射和立體透射成像裝置的製作方法

2023-08-06 05:41:21 1

專利名稱：點線複合掃描背散射和立體透射成像裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種點線複合掃描背散射和立體透射成像裝置，屬於輻射成像安全檢測設 備技術領域。
背景技術：
目前安檢部門普遍使用X射線透射成像技術檢査箱包和車輛，對銅鐵等高原子序數物 質吸收大，容易被發現；毒品、炸藥等低原子序數物質吸收很小，在圖像中不易發現，容 易漏檢。X射線或伽馬射線在物體中的康普頓背散射，對低原子序數的輕物質更敏感，可 藉以突顯毒品和爆炸物等輕質物體；近年也已用於安檢成像。但是物體的背散射很弱，被 檢物體某一點的背散射射線需採用大面積探測器來收集。所以實際的背散射成像裝置都採 用筆形射束一點一點地掃描物體，由大面積的探測器接收，如圖1所示。1是輻射源，13 是前置狹縫準直器，2是斬波輪飛點掃描產生器，所產生的上下擺動掃描的筆形射束射入 被檢物體5，物體的背散射射線由大面積探測器4收集。目前的背散射成像裝置還常採用 一個探測器6來收集正前方的透射射線，以便同時獲取透射圖像，與背散射圖像對比處理。
為了產生點掃描的射線束，美國專利(Re. 28， 544)設計了上述斬波輪飛點掃描裝置。 由前置準直器的狹縫和轉動的斬波輪狹縫產生上下掃描的筆形射束。美國專利US 7, 099， 434 B2設計了同心飛輪飛點掃描裝置，飛輪與X光管同心旋轉，飛輪上有可通過射 線的管狀準直器，隨著飛輪旋轉而產生點掃描射束。中國專利(ZL 2008 2 0079391. O)設 計了轉筒跳點掃描裝置。扇形射束對準一個轉筒的轉軸，轉筒上有離散分布但覆蓋各種角 度的成對孔徑，轉筒轉到不同角度只有一種仰角的孔徑可以射出射束，轉筒旋轉時產生跳 點掃描，由計算機根據轉筒孔徑的分布規律排列射束，可形成一列圖像。但是，所有這些 背散射成像裝置的空間解析度都不高。這是由於背散射弱，射線束不能太細，大面積探測 器又會同時接收多次散射的射線，所以點掃描的背散射圖像和透射圖像的空間解析度都不
高o
原理上，可以在點掃描背散射成像系統正前方採用細密的線陣列探測器來探測透射圖 像，提高空間解析度；〗旦由於背散射成像系統用的是點掃描，在線陣列探測器每個單元停 留的時間只有線掃描時的幾百分之一，探測單元因接收信號不足而顯著降低圖像的信噪比。
所以，在已有的技術條件下，實際使用時常常把背散射成像裝置作為傳統的線掃描透 射成像裝置的輔助設備。兩套設備流水作業。透射掃描成像裝置提供精細的透射圖像，背 散射成像設備則提供空間解析度不高但能突顯輕質物體(爆炸物，毒品等)的背散射圖像。 這種組合提高了檢測性能，但使檢測成本和所佔用的場地成倍增加。

發明內容
本發明的目的是提出一種點線複合掃描背散射和立體透射成像裝置，以克服已有技術
的不足，用一臺x光機， 一套掃描器和一套數據獲取設備，同時獲取背散射圖像和精細的
透射圖像。
本發明提出的點線複合掃描式背散射和立體透射成像裝置，包括輻射源、點線複合掃 描產生器、後置或前置狹縫準直器、線陣列透射探測器、透射通道同步開關、透射信號處 理器、背散射探測器、背散射通道同步開關、背散射信號處理器、圖像計算機和立體圖像
觀察器；所述的點線複合掃描產生器套裝在輻射源上或置於輻射源前；所述的後置或前置 狹縫準直器將點線複合掃描產生器出射的射線準直在扇形掃描面內；所述後置或前置狹縫 準直器和背散射探測器置於被檢測物體的輻射源一側，所述的線陣列透射探測器置於被檢 測物體的另一側；所述的背散射通道同步開關和背散射信號處理器通過電纜依次連接在背 散射探測器與圖像計算機之間，所述的透射通道同步開關和透射信號處理器通過電纜依次 連接在線陣列透射探測器與圖像計算機之間。
上述成像裝置中的點線複合掃描產生器，可以有四種不同的結構形式，其中
第一種結構形式為左、中、右三層的空心圓盤式結構，中層沿徑向開有多個小孔，左、 右兩層的相向面為錐面，兩個錐面的夾角為對被測物體進行立體成像的兩眼視角差，錐面 上沿徑向各開有多個狹縫，空心圓盤的外面設有射線屏蔽盒，射線屏蔽盒設有射線出口。
第二種結構形式為空心筒式結構，筒壁上沿圓周開有多個正對圓心的小孔和多個，在 小孔的兩側開有多個向心的斜縫，兩條相向斜縫之間的夾角為對被測物體進行立體成像的 兩眼視角差，圓筒的外面設有射線屏蔽盒，射線屏蔽盒設有射線出口。
第三種結構形式為單層空心盤式結構，盤壁上沿圓周開有多個正對圓心、交替分布的 小孔和狹縫，圓盤的外面設有射線屏蔽盒，射線屏蔽盒設有射線出口。
第四種結構形式為前置狹縫準直器和斬波輪的組合結構，斬波輪上開有徑向狹縫和扇 形窗口，徑向狹縫和扇形窗口相互間隔，交替分布。
本發明提出的點線複合掃描背散射和立體透射成像裝置，其優點是只用一臺輻射源， 一套掃描產生器，體積和目前單一的X射線透射成像裝置或背散射成像裝置相近， 一次檢 測就可獲得突顯輕質物體的背散射圖像和精細的透射圖像。透射圖像的質量和傳統的X射 線透射成像裝置的圖像同樣精細；透射圖像還可以是立體圖像。


圖1是已有的點掃描背散射成像系統結構示意圖。
圖2是本發明提出的點線複合掃描背散射和立體透射成像裝置的結構示意圖。 圖3是本發明裝置的點線複合掃描原理示意圖。
圖4是本發明成像裝置中的點線複合掃描產生器的第一種結構形式。
圖5是本發明成像裝置中點線複合掃描產生器的後置狹縫準直器結構示意圖。
4圖6是用於背散射和平面透射成像的點線複合掃描產生器結構形式。 圖7是點線複合掃描產生器的另外一種結構形式。 圖8是本發明成像裝置的一個實施例的結構示意圖。
圖1 —圖8中，l是輻射源，2是點線複合掃描產生器，3是後置狹縫準直器，4是一 對背散射探測器，5是被檢物體，6是線陣列透射探測器，7是背散射通道同步開關，8是 背散射信號處理器，9是透射通道同步開關，IO是透射信號處理器，ll是圖像計算機，12 是立體圖像觀察器，13是前置狹縫準直器，14是點線複合掃描斬波輪，15是掃描車，16 是透射探測器儲存艙，17是掃描臂轉臺，18是掃描臂伸縮杆。
具體實施例方式
本發明提出的點線複合掃描式背散射和立體透射成像裝置，其結構如圖2所示，包括 輻射源l、點線複合掃描產生器2、後置或前置狹縫準直器3和13、線陣列透射探測器6、 透射通道同步開關7、透射信號處理器IO、背散射探測器4、背散射通道同步開關9、背散 射信號處理器8、圖像計算機U和立體圖像觀察器12。點線複合掃描產生器2套裝在輻射 源1上或置於輻射源1的前面。後置或前置狹縫準直器將點線複合掃描產生器2出射的射 線準直在扇形掃描面內。後置或前置狹縫準直器和背散射探測器4置於被檢測物體5的輻 射源一側，線陣列透射探測器6置於被檢測物體15的另一側。背散射通道同步開關7和背 散射信號處理器8通過電纜依次連接在背散射探測器4與圖像計算機11之間。透射通道同 步開關9和透射信號處理器10通過電纜依次連接在線陣列透射探測器6與圖像計算機11 之間。
本發明的成像裝置中，點線複合掃描產生器套裝在輻射源上或置於輻射源前；點線復 合掃描產生器交替產生點掃描射束和一對線掃描射束，由後置狹縫準直器準直在三個扇形 平面內，掃描被檢物體。點掃描時背散射回來的射線由和輻射源同一側的背散射探測器接 收，由背散射通道同步開關和背散射信號處理器將各掃描點的物體信息輸入計算機，形成 一列背散射圖像；線掃描時的透射射線由在物體另一側的線陣列透射探測器接收，由透射 通道同步開關和透射信號處理器將掃描線內的物體信息輸入計算機，形成一列透射射圖像； 被檢物體通過射束，即可獲得整幅的背散射圖像和透射圖像。
上述成像裝置中，所述的點線複合掃描產生器可以為左、中、右三層空心圓盤式結構， 中層沿徑向開有多個小孔，輸出背散射成像的點掃描射束。左、右兩層的相向面為錐面，
兩個錐面的夾角e為對被測物體進行立體成像的兩眼視角差，錐面上沿徑向各開有多個狹
縫，輸出立體透射成像的一對線掃描射束。空心圓盤的外面設有射線屏蔽盒，射線屏蔽盒 設有射線出口，射線出口的張角決定射線的掃描張角。
為減輕重量、體積和功耗，在上述成像裝置中，可以將所述的點線複合掃描產生器的 空心園盤外徑減小到接近內徑，做成空心圓筒式點線複合掃描產生器。但射線準直路徑短，影響圖像的空間解析度，適於低成本產品。
上述成像裝置中，所述的三層點線複合掃描產生器在角e為零時，三層結構合併為一層， 即為背散射和平面透射成像的點線複合掃描產生器。盤壁上沿圓周開有多個正對圓心、交 替分布的小孔和狹縫，圓盤的外面設有射線屏蔽盒，射線屏蔽盒設有射線出口。
本發明提出的點線複合掃描式背散射和立體透射成像裝置，既可以用於通道式安檢系
統，也可用於車載式和可攜式安檢成像系統。以下結合附圖及實施例詳細說明如下
如圖2所示，本裝置包括輻射源l、點線複合掃描產生器2、後置狹縫準直器3、背散 射探測器4、被檢物體5，線陣列透射探測器6、背散射通道同步開關7、背散射信號處理 器8、透射通道同步開關9、透射信號處理器IO、圖像計算機11和立體圖像觀察器12;所 述的點線複合掃描產生器套裝在輻射源上，同心旋轉；所述的後置狹縫準直器3將點線復 合掃描產生器射出的射線準直在三個扇形平面內，並在各狹縫將有射線輸出時給出同步開 關的控制信號。點掃描時的筆形射束(粗黑箭頭)掃描被檢物體5所引起的背散射射線(虛 線箭頭)由和輻射源同一側的背散射探測器接4收，由背散射通道同步開關7和背散射信 號處理器8通過連接電纜將各掃描點的物體信息輸入計算機11，形成一列背散射圖像；線 掃描時的兩束透射射線(成一定夾角的黑色扇形射束)穿過物體5，由在物體另一側的一 對線陣列透射探測器6接收，由透射通道同步開關9和透射信號處理器10通過連接電纜將 掃描線內的物體信息輸入計算機ll，對兩個視角各形成一列透射圖像；被檢物體5通過射 束，即可獲得整幅的背散射圖像和立體透射圖像。計算機顯示的立體透射圖像可通過立體 圖像觀測器觀測。背散射圖像可單獨顯示或融合到透射圖像上。上述輻射源、線陣列透射 探測器、背散射探測器、背散射信號處理器，可採用目前廣用於安檢的X射線成像產品的 相同部件。
立體圖像的顯示可以用多種己有方法(我國專利200920107519.4):在同一屏幕上交 替顯示左眼圖像和右眼圖像，用液晶開關眼鏡觀察；在同一屏幕上同時顯示處理過的紅青 雙通道圖像，用紅青立體眼鏡觀察；把左眼圖像和右眼圖像分別輸入虛擬實境頭盔進行觀 察；或輸出到具有偏轉光柵的顯示器，不帶眼鏡就可觀察。
點線複合掃描產生器的點掃描周期和線掃描周期分別示於圖3。圖3中，l為輻射源， 2為點線複合掃描產生器，3為後置狹縫準直器，4為背散射探測器，5為被檢物體，6為 線陣列透射探測器。當掃描產生器旋轉到孔徑2-6將要透射出X射線時(圖3-a)，後置狹 縫準直器3給出同步信號接通背散射通道同步開關7，斷開透射通道同步開關9，背散射探 測器4的信號可通過同步開關7輸出。當點線複合掃描產生器旋轉到扇形狹縫2—5將要透 射出X射線時(圖3-b)，狹縫準直器3給出同步信號接通透射通道同步開關9，斷開背散射 通道同步開關8，線陣列透射探測器6的信號可通過同步開關9輸出，獲取透射圖像。
本發明的成像裝置中，點線複合掃描產生器的結構可以有四種不同的結構形式，其中
第一種結構形式如圖4所示，(a)為前右視圖，(b)為側視圖。點線複合掃描產生器 可以為左、中、右三層空心圓盤式結構，中層2—1 (以黑色表示)沿徑向開有多個小孔如
62—6，左、右兩層2—2和2 — 3的相向面為錐面，兩個錐面的夾角e為對被測物體進行立體 成像的所需的左右兩眼的視角差，兩相向錐面上沿徑向各開有多對狹縫如2—4和2—5， 空心圓盤的外面設有射線屏蔽盒2—7,射線屏蔽盒設有射線出口 。
射線屏蔽盒開口的張角cc決定點掃描和線掃描的掃描張角。掃描產生器中層2 — 1壁上 的每個孔徑兩側都有圓周角大於或等於a的間隔，保證點掃描時只有一個孔徑在進行掃描。 掃描產生器左右兩層(2—2和2—3)錐面上的開縫張角(3 S 180°—2a。當需要掃描張角 a為60。時，(5 S 60°,當需要掃描張角a為70°時，[3 S 40°。線陣列探測器各單元在每次掃 描中能接收到射線的時間和每次掃描時間的比值為(3/a。
由於分布在錐面上的開縫2—4和2—5不是扇形而是"瓦形"。在原理上，陣列透射探 測器就應是分布在錐面上的朝向射線焦點的一段圓弧，在被檢物體上的掃描軌跡也是"弧 掃描"而不是線掃描。雖然這都容易由計算機校正為線掃描圖像，但在工程實施上，是將 2—4和2 — 5的瓦形縫適當加寬，在其前方加一個後置狹縫準直器3 (圖5)，即可獲得夾 角為e的兩個扇形射束，探測器也就可以採用常規的直線陣列探測器。在圖5的後置狹縫準 直器3中，(a)為正視圖，(b)為俯視圖。3-4和3 — 5是將瓦形射束成形為扇形射束的兩 個狹縫，—3—6是提供筆形射束出口的狹縫。3—3是射線傳感器，點線複合掃描器上的孔徑 或狹縫旋轉到傳感器3—3時，傳感器3—3輸出同步開關信號，開通背散射通道或透射通 道。所述的後置狹縫準直器3還具有扇束狹縫阻擋器3 — 1和3—2，可以在僅需背散射掃 描時向兩邊移到扇束狹縫出口，關閉扇形束，只進行點掃描背散射成像。
上述成像裝置中，第二種點線複合掃描產生器可以為空心筒式結構。減小圖4所述的 點線複合掃描產生器空心園盤的外徑就可成為筒式結構。可以減輕重量、體積和轉動功耗， 但筒式結構射線準直路徑短，影響圖像的空間解析度，適於低成本產品。
上述成像裝置中，第三種點線複合掃描產生器是用於背散射和平面透射成像的單層空 心盤式結構，如圖6所示，(a)為正視圖，(b)為側視圖。筒壁上沿圓周開有多個正對圓 心的小孔如2—6和多個向心的狹縫如2—5，兩者交替均勻排列。圓盤的外面設有射線屏 蔽盒2—7，射線屏蔽盒設有射線出口。
上述背散射和平面透射成像裝置中，另一種點線複合掃描產生器結構安裝在輻射源外， 面向輻射源旋轉。如圖7所示。(a)為正視圖，(b)為側視圖。輻射源l的射線經過前置 狹縫準直器13成為扇形束，射向斬波輪14的一側。斬波輪上有交替排列的狹縫14一1和 扇形窗口 14一2，斬波輪旋轉時交替輸出筆形射束和扇形射束。這種結構可適用於不同型 號和體積的輻射源，但射束準直質量不如上述第三種。
本發明的車載式裝置如圖8所示，A為正視圖，B為俯視圖。15是掃描車；1是輻射源， 2是點線複合掃描產生器；3是後置狹縫準直器，4是大面積背散射探測器，5是被檢査車 輛或貨物，6是線陣列透射探測器；16是線陣列探測器收藏艙，17是可升降轉臺；18是伸 縮杆；由於本發明具有扇形射束(實線箭頭)和筆形射束(粗虛線)的交替掃描，掃描車 可以同時獲取精細的立體透射圖像和突顯輕質物體的背散射圖像。在需要收起線陣列探測器時，通過可升降轉臺17和伸縮杆18將線陣列探測器收藏於車後的收藏艙16中；線陣列
探測器7的垂直方向部分可以摺疊，以便收藏。
收起線陣列探測器6後，移動後置狹縫準直器3的扇形狹縫阻擋器，關閉兩個線掃描 扇形束，可以單純進行背散射掃描，適於比較隱蔽地對被檢貨物或車輛進行檢查。由於單 純背散射掃描輻射劑量低，有可能檢測載人車輛。
權利要求
1、一種點線複合掃描式背散射和立體透射成像裝置，其特徵在於該成像裝置包括輻射源、點線複合掃描產生器、後置或前置狹縫準直器、線陣列透射探測器、透射通道同步開關、透射信號處理器、背散射探測器、背散射通道同步開關、背散射信號處理器、圖像計算機和立體圖像觀察器；所述的點線複合掃描產生器套裝在輻射源上或置於輻射源前；所述的後置或前置狹縫準直器將點線複合掃描產生器出射的射線準直在扇形掃描面內；所述後置或前置狹縫準直器和背散射探測器置於被檢測物體的輻射源一側，所述的線陣列透射探測器置於被檢測物體的另一側；所述的背散射通道同步開關和背散射信號處理器通過電纜依次連接在背散射探測器與圖像計算機之間，所述的透射通道同步開關和透射信號處理器通過電纜依次連接在線陣列透射探測器與圖像計算機之間。
2、 如權利要求1所述的成像裝置，其特徵在於其中所述的點線複合掃描產生器為左、 中、右三層空心圓盤式結構，中層沿徑向開有多個小孔，左、右兩層的相向面為錐面，兩 個錐面的夾角為對被測物體進行立體成像的兩眼視角差，錐面上沿徑向各開有多個狹縫， 空心圓盤的外面設有射線屏蔽盒，射線屏蔽盒設有射線出口。
3、 如權利要求l所述的成像裝置，其特徵在於其中所述的點線複合掃描產生器為空心 筒式結構，筒壁上沿圓周開有多個正對圓心的小孔和多個，在小孔的兩側開有多個向心的 斜縫，兩條相向斜縫之間的夾角為對被測物體進行立體成像的兩眼視角差，圓筒的外面設 有射線屏蔽盒，射線屏蔽盒設有射線出口。
4、 如權利要求l所述的成像裝置，其特徵在於其中所述的點線複合掃描產生器為單層 空心盤式結構，盤壁上沿圓周開有多個正對圓心、交替分布的小孔和狹縫，圓盤的外面設 有射線屏蔽盒，射線屏蔽盒設有射線出口。
5、 如權利要求1所述的成像裝置，其特徵在於其中所述的點線複合掃描產生器為前置 狹縫準直器和斬波輪的組合結構，斬波輪上開有徑向狹縫和扇形窗口，徑向狹縫和扇形窗 口相互間隔，交替分布。
全文摘要
本發明涉及一種點線複合掃描背散射和立體透射成像裝置，屬於輻射成像安全檢測設備技術領域。本裝置中，點線複合掃描產生器套裝在輻射源上或置於輻射源前。後置或前置狹縫準直器將點線複合掃描產生器出射的射線準直在扇形掃描面內。後置或前置狹縫準直器和背散射探測器置於被檢測物體的輻射源一側，線陣列透射探測器置於另一側。背散射通道同步開關和背散射信號處理器連接在背散射探測器與圖像計算機之間。透射通道同步開關和透射信號處理器連接在線陣列透射探測器與圖像計算機之間。本成像裝置只用一臺輻射源，一套掃描產生器，一次檢測就可獲得突顯輕質物體的背散射圖像和精細的透射圖像。透射圖像的質量和圖像精細，而且還可以是立體圖像。
文檔編號G01N23/02GK101655465SQ20091009157
公開日2010年2月24日 申請日期2009年8月28日 優先權日2009年8月28日
發明者王經瑾 申請人:北京睿思厚德輻射信息科技開發有限公司