X射线违禁物品关键技术研究

近年来，为了有效预防和打击恐怖犯罪活动，我国加大了对机场、车站等客流量较大地方的安检力度，基于X射线的安检技术与设备得到广泛应用。本文首先对这些安检技术的原理进行分析，再对几种技术的优缺点、使用范围进行对比说明。　　1HE安检之家

引言　　1HE安检之家

随着国际安全形势的日益严峻，为了有效预防和打击恐怖活动的发生，世界各国都加强了对边境、港口、机场等人口流动较大的交通枢纽点的安全检查力度，防止不法分子携带各类违禁物品对民众的生命和财产构成威胁。美国自从“911”事件发生之后，联邦法律就下令对所有商业机场托运的每一件行李都要通过爆炸物探测系统进行检查。虽然目前有许多成像技术可以应用在安检工作中，但综合考虑技术成熟度、图像清晰度以及成本等因素，基于X射线的成像技术显示出独特优势。　　1HE安检之家

一、基于X射线成像技术的研究　　1HE安检之家

1.单能X射线成像技术　　1HE安检之家

单能X射线成像技术是最早用于安检设备中的数字成像技术，它的原理是依据X射线穿过不同物质后的衰减程度不同。当X射线照射被检物时，X射线经过不同程度的衰减后进入到探测器的强度也不同，利用相关算法通过计算机对其分析，将进入探测器的射线强度以灰度级的形式呈现出来，最终形成被检物的图像。X射线照射在物质上时的衰减程度可按下面的公式给出：（1）1HE安检之家

1HE安检之家

其中：为X射线经过物质吸收以后的出射强度，为射线的初始强度，为线吸收系数，它代表X射线在物质中穿过单位距离时被吸收的程度，与物质的密度和性质有关。1HE安检之家

根据公式（1）可以得到，被检物对X射线的吸收程度与物质性质、密度和厚度t均有关系，在实际应用中，同一物质如果厚度不同，那么所成的图像灰度也会不同，或者不同物质的线吸收系数与厚度的乘积如果相同时，则会呈现相同的图像灰度，因此单纯依据图像难以区分不同性质的物质。另外，由于成像的效果取决于物质对X射线的衰减程度，因此，对于金属等一些对X射线衰减程度较大的物质所成的像比较清晰，如果将一些轻质的、线吸收系数较小的物质如炸药藏匿在金属物质后面，在所成的图像中，这些线吸收系数小的物质图像灰度等级较低，很难被发现，出现严重的漏检现象。因此单能X射线成像技术探测能力非常有限，无法很好地应用在对违禁物品的探测中，正逐渐被双能X射线成像技术所取代。　1HE安检之家

2.双能X射线成像技术　　1HE安检之家

在单能X射线成像技术的基础上，通过改变X射线源的个数以及X射线的能量，就可以给出更多被检物的信息。与单能X射线不同，双能X射线成像技术中采用两个射线束照射被检物，分别是能量为EH的高能X射线和能量为EL的低能X射线，由计算得到被检物对这两种X射线吸收的比值R[1]，就可获得被检物的有效原子序数。计算公式如下：（2）　1HE安检之家

1HE安检之家

其中和分别代表高能X射线的入射强度和经过衰减后的强度，和分别代表低能X射线的入射强度和经过衰减后的强度。双能X射线成像技术根据被检物中值的不同将各种物质用不同颜色标注出来，较为典型的物质值与色彩的对应关系如表1。使用这种计算方法必须消除物质厚度因素t的干扰，使R值在一定范围内波动[2]。1HE安检之家

表1  各种类型的物质在图像中的呈现1HE安检之家

1HE安检之家

同一被检物分别在单能X射线和双能X射线照射下所成的像　1HE安检之家

　1HE安检之家

对于同一被检物，单能X射线成像技术只能显示物体的大体轮廓，细节较模糊，而利用双能X射线成像技术就可以根据图像颜色对被检物进行分类，因此更具有优势。目前国内的地铁站、火车站中均使用基于双能X射线成像技术的X光机进行违禁物品的探测。1HE安检之家

3.背散射成像技术　　1HE安检之家

康普顿背散射成像的原理是入射X射线的光子和被检物相互作用时会与物质原子外层轨道电子或自由电子发生碰撞而产生散射光子[3]，利用与X射线源在同一侧的探测器将散射角接近180度的康普顿散射光子收集起来，最终形成被检物的图像。图2为X射线照射被检物时产生的现象示意图。