基于分布式辐射源的x射线背散射通道式车辆安检系统和方法
【专利摘要】本发明提供一种X射线背散射通道式安检系统，包括：X射线源，所述X射线源具有多个出射靶点，所述多个出射靶点配置成能够独立地出射X射线；准直部件，配置在靶点前使得每个靶点出射的束通过准直部件后能够同时出射至少两束笔状X射线，投射被检查对象的至少两个位置；多个探测器，配置分别同时接收来自被检查对象的相应的散射信号。本发明的安检系统在一次扫描过程中实现对车辆至少两次扫描，不但有效提高扫描速度，缩短单次扫描时间，而且增强了背散射图像信号。
【专利说明】基于分布式辐射源的X射线背散射通道式车辆安检系统和 方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及核技术成像应用领域，特别涉及基于分布式辐射源的X射线背散射通 道式车辆安检系统和方法。
【背景技术】
[0002] 通常的X射线车辆安全检查系统，射线源与探测器置于车辆两侧，以透射原理来 获取车辆内部物质的形态分布，该方法对中、高密度和高原子序数物质的识别能力较强， 但对低密度、低原子序数物质如爆炸物、毒品等违禁品，由于物体本身对X射线阻挡效率较 低，造成透射图像灰度差异较小，容易造成漏检。
[0003] 利用X射线与物质相互作用的康普顿散射原理，通过背散射成像检测，可以比较 有效的探测低原子序数物体的位置分布，对隐藏在车辆底盘、车门夹层等隐蔽位置的违禁 品有较高的探测灵敏度。
[0004] 通常的X射线背散射检测成像应用中，出射X射线经调制准直成为笔束状逐点扫 描物体，即飞点扫描方式；同时采用大面积探测器接收从物体背向散射回来的射线，转换成 电信号，经过后续处理形成背散射图像，可以显示被扫描物体的位置、密度差异等信息。
[0005] 通常的X射线背散射技术采用单辐射源检测，其缺点是为了使射线扫描范围尽可 能的覆盖物体表面，要求出射X射线的角度分布要足够大，或者将辐射源与被扫描物体之 间的距离拉远。因而对单辐射源背散射检测系统来说，或因张角过大，各出射束剂量分布差 异较大，或因距离过远，使得系统整体占用空间巨大，探测器所能接收到的信息变少，造成 空间分辨较差。基于背散射飞点扫描的特点，扫描过程中一般某一时刻只有单束笔状射线 作用于物体，这限制了背散射扫描成像的检测速度。
【发明内容】
[0006] 鉴于此，本发明的目的在于利用分布式X辐射源的特点，提供一种能够对车辆进 行快速完整扫描的X射线背散射通道式检测方法，同时使设备的占用空间缩小、各扫描点 的剂量更均匀、图像指标得到改进。同时本专利采用特殊的设计，采用纵向双束或多束同时 扫描，通道四周同时或分时多束扫描，使得背散射车辆检测的速度得到极大提高。
[0007] 本发明的第一方面，提供一种X射线背散射通道式安检系统，其特征在于，X射线 背散射通道式安检系统包括：
[0008] X射线源，所述X射线源具有多个出射靶点，所述多个出射靶点配置成能够独立地 出射X射线；
[0009] 准直部件，配置在靶点前使得每个靶点出射的束通过准直部件后能够同时出射至 少两束笔状X射线，投射被检查对象的至少两个位置；
[0010] N探测器，配置成分别同时接收N个笔状X射线投射被检查对象上得到的N个相应 的散射信号，其中N为大于等于2的正整数。 toon] 本发明的第二方面，提供一种X射线背散射通道式安检系统，其特征在于，X射线 背散射通道式安检系统包括多个收-发模块，所述多个收-发模块组成一个检测区域，所述 多个收-发模块的每一个收-发模块包括：
[0012] X射线源，所述X射线源具有多个可独立控制以发射X射线的靶点；
[0013] 准直部件，配置成使得每个靶点出射的X射线束通过准直部件准直后能够同时出 射N个笔状X射线，以分别投射到被检查对象的N个位置上；以及
[0014] N探测器，配置成分别同时接收N个笔状X射线投射被检查对象上得到的N个相应 的散射信号，其中N为大于等于2的正整数。
[0015] 本发明的第三方面，提供一种X射线背散射通道式安检方法，其使用上述的系统。
【专利附图】
【附图说明】
[0016] 图1示出本发明第一实施例的X射线成像的背散射通道式车辆安检系统的顶视 图；
[0017] 图2示出本发明第一实施例的X射线成像的背散射通道式车辆安检系统的透视示 意图；
[0018] 图3示出具有四个收-发模块的通道式X射线背散射通道式安检系统的示意图。
【具体实施方式】
[0019] 现在对本发明的实施例提供详细参考，其范例在附图中说明，图中相同的数字全 部代表相同的元件。为解释本发明下述实施例将参考附图被描述。
[0020] 根据本发明的第一实施例，一种X射线成像的背散射通道式车辆安检系统，它包 括：x射线源1、探测器3和4和准直部件2。附图1示出为该模块的顶视图。图2示出本 发明第一实施例的X射线成像的背散射通道式车辆安检系统的透视示意图。
[0021] 在根据本发明的系统中，X射线源1是分布式X射线源，特征是具有多个出射靶点 101。这些出射靶点的数量没有限制。
[0022] X射线源1的多个出射靶点可以呈线型排列。例如，优选地，X射线源1的多个出 射靶点沿垂直方向呈线型排列，每个靶点都具有独立地出射射线的能力。
[0023] 在根据本发明的系统中，X射线源1的每个靶点101均配置有X射线进行调制作 用的准直部件2，准直部件在靶点前使得每个靶点出射的束通过准直部件后能够同时出射 至少两束笔状X射线，投射被检查车辆6的至少两个位置。
[0024] 在根据本发明的系统中，包括多个探测器，所述多个探测器配置成分别同时接收 来自笔状X射线投射到被检查对象上得到的相应的散射信号。
[0025] 由此，根据本发明的系统通过多个出射靶点按时序出射X射线或同时出射X射线 实现对被检查对象的扫描和检查，以便在系统对被检查对象的一次完整扫描过程中实现对 被检查对象的至少两次扫描。
[0026] 在将笔状X射线投射到被检查对象上以便对被检查对象进行扫描和成像，显示屏 上显示的图像由这些探测的信号组成。图像是由一个一个探测的信号构成的，这些信号在 空间上是不连续的，但是基本上反映整个被检查对象的全部轮廓，尤其是包括在整个轮廓 中显示夹带物或其他不同材料的部分和不同性质的部分，从而实现对对象的检查，例如检 查毒品、爆炸物、刀具等。
[0027] 这种X射线检查并不要求如电视显示器那样显示极为细腻的图像，只要形成衬度 明显的轮廓像即可。检查被检查对象中可能夹带的异物的原理是利用康普顿散射原理，本 领域技术人员熟知，这里不作介绍。康普顿散射反映不同物质或材料对X射线的不同的散 射效应，从而达到检查被检查对象中可能藏匿例如刀具、毒品等异物的目的。
[0028] 由于在检查过程中，被检查对象向前移动，投射的X射线在被检查对象上进行例 如从上向下的扫描，由此，投射的X射线基本上布满整个被检查对象，完成对被检查对象的 扫描。备选地，在检查过程中，投射的X射线在被检查对象上进行从下向上的依次序扫描。 投射的X射线可以被操纵成从被检查对象的中间开始依次扫描。也可以是不依次序扫描。 具体扫描形式，本领域技术人员可以根据需要设置。
[0029] 本发明的系统还可以是每次同时由两个靶点出射X射线，从而每次出射更多个X 射线。也可以每次有两个以上靶点同时出射X射线，并且下一时刻有多个靶点出射X射线， 从而对被检查对象进行扫描。靶点的具体工作方式和发射X射线的次序可以根据需要进行 设置。
[0030] 更优选地，本发明的系统可以实现所有的靶点同时出射X射线束，从而实现每次 出射至少两列X射线透射到被检查对象上。
[0031] 由于本发明为每个出射靶点设置有同时出射至少两束笔状X射线的准直部件，因 而，每一次扫描实际上实现了对被检查对象的至少两次X射线投射，即至少两次扫描，因此 获得至少两次散射信号。
[0032] 通过对获得的多次散射信号处理，可以通过一次扫描即可获得被检查对象的更加 完整、衬度更高的像；或更高的扫描速度，这在实际操作中获得意想不到的效果，具有很大 的应用价值。
[0033] 例如，当被检查对象以较快速度移动时，现有的设备通过出射一个X射线对被检 查对象进行扫描，获得一组数据，由于扫描点少，得到不够清晰的图像，往往漏掉可疑对象。 因而，在此情况下要求例如车辆的被检查对象移动速度慢，这依次导致检查速度下降。本发 明的系统由于每次出射至少两个X射线，因此即使被检查对象移动速度较快，但是由于系 统出射的X射线增加至少一倍，获得检测信号增加至少一倍，因而在对获得的信号处理之 后，获得的图像清晰度提高，满足检查的要求。换句话说，即使在较高的速度条件下，本发明 的系统也能够完成对被检查对象的检查。例如针对同一较大的移动速度，现有的设备得到 的图像不清晰，而本发明的系统能够得到清洗的图像。
[0034] 以准直部件出射两束X射线为例，当被检查对象以较快速度行进时，第一行准直 部件在被检查对象上投射两个点，下一时刻第二行准直部件在被检查对象上投射两个点， 位置在第一次投射的点之下，并且在被检查对象移动方向的向后平移一个距离。依次类推， 系统在被检查对象上投射若干点布满整个被检查对象。可以将投射到这些点的被散射信号 综合起来，实现对被检查对象的成像。相对于现有的设备，检查到的点减少一半，成像的清 晰度下降一半。
[0035] 值得注意的是，本发明的准直部件的设置不仅对被检查对象的至少两次X射线投 射，即至少两次扫描，而且通过散射信号的处理获得系统检查效果的大幅改进或检查速度 的大幅提升。在实际操作中发现，由于本发明的系统的多次扫描操作和对散射信号的加强， 一些更小、或以往的系统未发现的异物在显示器上被显示，因而提高了实际应用中的检查 精确性。因而，本发明的系统实现更加快速的检查的同时结果更加准确。
[0036] 根据本发明的系统，被检查对象在水平方向匀速移动，X射线源的某一靶点同时出 射笔状X射线束7、8投射被检查对象，控制部件5依次控制靶点出束，形成坚直方向上的飞 点扫描，X射线源出束靶点的速度远高于被检查对象的水平移动速度，所形成的扫描图像的 轻微畸变可通过算法进行校正。
[0037] 根据本发明的系统，匀速通过检查区域的被检查对象，能受到同时出射的两束笔 状X射线7、8各一次的完整的X射线扫描，形成两幅独立的图像数据，结合控制部件所探测 的被检查对象的运动速度、关键位置等信息，对两幅图像数据进行位置融合，从而获得被检 查对象的增强的背散射图像或提高扫描速度。
[0038] 根据本发明的系统，还包括控制部件5,其控制每个靶点按照特定的时序单独出射 X射线束并且控制相应的探测器接收被检查对象的相应的散射信号。
[0039] 根据本发明的系统，控制部件配置成处理探测器接收的散射信号，并将对被检查 对象的两次扫描的散射信号结合以获得增强的背散射图像或提高扫描速度。
[0040] 当被检查对象匀速通过检查区域，控制部件5控制出射的两束笔状X射线7、8,使 得被检查对象受到同时出射的两束笔状X射线7、8各一次的完整的X射线扫描，形成两幅 独立的图像数据。根据本发明的控制部件5,将所探测的被检查对象的运动速度、关键位置 等信息，对两幅图像数据进行位置融合，从而获得被检查对象的增强的背散射图像或提高 扫描速度。
[0041] 在根据本发明的系统中，优选地，出射两束笔状X射线7、8布置在水平面内，投射 被检查车辆6的水平方向的两个位置。相应地，探测器可以是两个探测器3和4。
[0042] 在根据本发明的系统中，优选地，相邻射X线束7、8之间的夹角设置为某一合适的 角度，例如相邻射X线束7、8之间的夹角小于180度，或者小于160度，或者小于150度，或 者小于140度，或者小于130度，或者小于120度，或者小于110度，或者小于100度，或者小 于90度，或者小于80度，或者小于70度，或者小于60度。相邻射X线束7、8之间的夹角 可以设置为大于10度，或者大于20度，或者大于30度，或者大于40度，或者大于50度，或 者大于60度，或者大于70度等。例如，相邻射X线束7、8之间的夹角设置为60度，使得探 测器3、4可以同时分别接收相应的散射信号而不会造成互相串扰或串扰可以忽略。本领域 技术人员基于本发明的内容，可以根据实际情况可以选择相邻射X线束7、8之间的合适的 角度。在实际操作中，由于被检查对象的体积各异，因而被检查对象距离靶点的距离各异， 因而可以根据实际情况调整出射的相邻射X线束7、8之间的夹角。
[0043] 相邻X射线束7、8之间的夹角受到靶点101出束的张角以及系统与被检查对象的 距离限制，由于探测器与出束X射线位于同一侧，探测器接收到的散射X射线与出射X射线 之间的夹角大于90度，属于康普顿背向散射的X射线。
[0044] 当出射多于两个X射线时，也可以根据实际情况设置投射X射线之间的角度。例 如，在与两个在水平面中的X射线不同地朝向斜向上方向增加出射X射线，由此获得第三或 第四X射线。投射的该第三或第四X射线与水平方向成锐角，以便在上方获得康普顿背向 散射的X射线。
[0045] 通过控制部件，获得的散射信号可以进一步处理成能用于计算机显示的数字信 号。
[0046]由此，被检查车辆6可以受到至少两次的背散射扫描。也就是说，对被检查车辆6 在一次检查过程中被扫描两次以上，这有利于后期的图像增强处理，可以获得对比度更好 的背散射图像；或者可以提高被检查车辆的通过速度，从而缩短实现至少一次完整扫描所 需要的时间。
[0047] 根据本发明的第二实施例的X射线背散射通道式安检系统包括多个收-发模块。 在根据本发明的第二实施例的X射线背散射通道式安检系统中，根据本发明第一实施例的 X射线源1、探测器3和4、准直部件2和控制部件5组成一个收-发模块。若干个收-发模 块组合配置可组成一个检测区域，具体的收-发模块数量以及组合结构由实际应用要求来 决定。
[0048] 例如，根据本发明的X射线背散射通道式安检系统包括两个收-发模块。所述两 个收-发模块配置在被检查对象的两边。可使相对的两列模块同时依次出射X射线束，在 被检查对象的坚直横切面内沿被检查对象的四周按照总体以顺时或者逆时方向对被检查 对象的一半区域进行扫描和检查，以提高扫描速度。例如这种包括两个收-发模块可以将 扫描速度提高至仅设置一个收-发模块的系统的扫描速度的两倍。横切面与车辆通过方向 垂直。
[0049] 进一步的，如图3示例，检测系统由四个收-发模块组合成一种通道式结构，可快 速实现对被检测车辆6两侧、车顶以及底盘的完整背散射扫描。被检测车辆6准匀速地通 过检测区域，外部控制信号或者控制部件5按照一定的时序控制系统的每个靶点以总体顺 时针或逆时针方向依次出射X射线束，并启动探测器接收对应的散射X射线。
[0050] 这种系统可以使被检查车辆6的任意某个检测位置均可接受两次扫描，整个系统 扫描一圈后，可以显示被检测车辆背散射图像的两个"切片"。连续的扫描过程完成后，结合 车辆的行进速度参数，在显示图像上的同一位置上做图像融合，可有效改善整个扫描图像 的对比度，实现被检测车辆6两侧、车顶以及底盘的完整的背散射扫描检测。
[0051] 如图3示例，由左侧组成的模块阵列从最低位置的靶点开始依次向上出射X射线 束，与此同时右侧的模块阵列以同样的时序从最高的靶点开始依次向下出射X射线束，同 时对应的探测器分别接收各自相应的散射信号，并形成图像信息。顶部以及底部的模块阵 列扫描方式与两侧一致，这样通过四列模块协作扫描一圈所需的时间，即四个模块扫描的 部分综合起来完成被检查对象一圈的扫描，显然其所需时间是包括一个模块的系统总体依 次出射一束X射线束扫描一圈所需时间的四分之一，从而有效提高扫描速度。对以任意其 它数量的收-发模块组合成的通道式检测系统，只要保持被检查对象四周的每一列扫描所 需时间相同，即可以可按照上述方法实现多个模块协作扫描有效地缩短扫描时间。
[0052] 检测系统还可以设置两个"L"形收-发模块组合。两个"L"形收-发模块组合可 以形成完整的围绕被检查对象的四边形。两个"L"形收-发模块组合还可以形成围绕被检 查对象的"门"形。
[0053] 根据本发明第二实施例的X射线背散射通道式安检系统的工作流程实施例：
[0054] 被检测车辆6匀速进入检查区域，启动扫描触发装置。
[0055] 系统依次顺序出射X射线束，对被检测车辆四周进行线阵排列方向的扫描。
[0056] 控制部件5根据分布式X射线源阵列的出射X射线束时序，控制对应的探测器按 照相同的频率进行信号采集处理。
[0057] 当被检测车辆6通过被检测区域后，车辆两侧、车顶以及底盘共四个面的两次或 者多次完整扫描也完成，系统停止出射X射线束，显示背散射扫描融合后的图像。
[0058] 本发明的有益效果在于本发明采用分布式X射线源组合成背散射通道式检测系 统，有效减小了系统对安装场地的要求，可实现对车辆扫描范围的任意扩展，大大简化了调 制飞点X射线的机械结构，同时也提高了扫描图像的均匀性。
[0059] 本发明对分布式X射线源的每个靶点采用两个或者两个以上在水平方向上分布 的准直调制，可在一圈扫描中同时得到多个背散射图像"切片"，在一次检查中实现被检测 车辆的多次背散射扫描，有利于后期的图像增强处理，提高了扫描图像的均匀性和清晰度。
[0060] 本发明对由分布式X射线源组合成的通道式背散射检测系统，采用相对的两列模 块按照总体以顺时或者逆时方向依次同时出射X射线束，并采集对应的背散射图像信号， 可有效提高扫描速度，缩短单次扫描时间。
[0061] 尽管已经参考本发明的典型实施例，具体示出和描述了本发明，但本领域普通技 术人员应当理解，在不脱离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下，可以对 这些实施例进行形式和细节上的多种改变。
【权利要求】
1. 一种X射线背散射安检系统，包括： X射线源，所述X射线源具有多个可独立控制以发射X射线的靶点； 准直部件，配置成使得每个靶点出射的X射线束通过准直部件准直后能够同时出射N 束笔状X射线，以分别投射到被检查对象的N束位置上；以及 N探测器，配置成分别同时接收N束笔状X射线投射被检查对象上得到的N个相应的散 射信号，其中N为大于等于2的正整数。
2. 如权利要求1所述的X射线背散射通道式安检系统，其特征在于： X射线源被配置成通过多个出射靶点按时序出射X射线或同时出射X射线实现对被检 查对象的扫描，并且在系统对被检查对象的一次扫描过程中通过准直部件出射N束笔状X 射线实现对被检查对象的N次扫描，以便将N次扫描的结果结合得到增强的检测信号或提 高检测速度。
3. 如权利要求1所述的X射线背散射通道式安检系统，其特征在于： 所述系统还包括控制部件，其中控制部件控制每个靶点按照特定的时序单独出射辐射 束并且控制相应的探测器接收被检查对象的相应的散射信号。
4. 如权利要求3所述的X射线背散射通道式安检系统，其特征在于： 所述控制部件配置成处理探测器接收的散射信号，并将对被检查对象的N次扫描的散 射信号结合以获得增强的背散射图像或提高检测速度。
5. 如权利要求1所述的X射线背散射通道式安检系统，其特征在于： 至少两束笔状X射线束布置在水平面内，其之间的夹角设置为小于150度且大于10度 范围内的角度，使得探测器能够同时分别接收相应的散射信号而不会造成互相串扰或串扰 可以忽略。
6. 如权利要求5所述的X射线背散射通道式安检系统，其特征在于：夹角设置为60度。
7. 如权利要求1所述的X射线背散射通道式安检系统，其特征在于： X射线源的多个出射靶点呈线型排列。
8. -种X射线背散射通道式安检系统，包括： 通道，被检测对象沿被所述通道通过； 设置于所述通道的至少两侧的多个收-发模块，所述多个收-发模块组成一个检测区 域，所述多个收-发模块的每一个收-发模块包括： X射线源，所述X射线源具有多个可独立控制以发射X射线的靶点； 准直部件，配置成使得每个靶点出射的X射线束通过准直部件准直后能够同时出射N 束笔状X射线，以分别投射到被检查对象的N个位置上；以及 N探测器，配置成分别同时接收N个笔状X射线投射被检查对象上得到的N个位置对应 的散射信号，其中N为大于等于2的正整数。
9. 如权利要求8所述的X射线背散射通道式安检系统，其特征在于，其中所述至少一个 收-发模块配置成通过多个出射靶点按时序出射X射线或同时出射X射线实现对被检查对 象的扫描，并且在系统对被检查对象的一次扫描过程中通过出射N束笔状X射线实现对被 检查对象的N次扫描，以便将N次扫描的结果结合得到增强的检测信号或提高检测速度。
10. 如权利要求8所述的X射线背散射通道式安检系统，其特征在于： 所述控制部件配置成处理探测器接收的散射信号，并将对被检查对象的N扫描的散射 信号结合以获得增强的背散射图像或提高检测速度。
11. 如权利要求8所述的X射线背散射通道式安检系统，其特征在于，所述系统还包括 控制部件，其中控制部件控制每个靶点按照特定的时序单独出射射线束并且控制相应的探 测器接收被检查对象的相应的散射信号。
12. 如权利要求8所述的X射线背散射通道式安检系统，其特征在于，至少两束笔状X 射线束之间的夹角定为某一合适的角度，使得探测器能够同时分别接收相应的散射信号而 不会造成互相串扰或串扰可以忽略。
13. 如权利要求8所述的X射线背散射通道式安检系统，其特征在于，X射线源的多个 出射靶点呈线型排列。
14. 如权利要求8-12中任一项所述的X射线背散射通道式安检系统，其特征在于， 所述系统包括两个收-发模块，所述两个收-发模块配置成协作地同时在被检查对象 的坚直横切面内沿被检查对象的四周沿顺时针或逆时针方向对被检查对象的一半区域进 行扫描和检查，并且将收集的散射信号合成为被检查对象的整体的被散射图像。
15. 如权利要求8-13中任一项所述的X射线背散射通道式安检系统，其特征在于，所述 系统包括四个收-发模块，所述四个收-发模块配置成协作地同时从被检查对象的上侧、下 侦I左侧、右侧进行扫描和检查，并且将收集的背散射信号合成为被检查对象的整体的扫描 图像。
16. -种X射线背散射通道式安检方法，其特征在于，使用权利要求1-15中任一项所述 的安检系统进行检查。
【文档编号】G01V5/00GK104101910SQ201410320330
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2014年7月4日 优先权日:2014年7月4日
【发明者】陈志强, 赵自然, 吴万龙, 金颖康, 唐乐, 许承聪, 阮明, 丁光伟, 温艳杰 申请人:清华大学, 同方威视技术股份有限公司