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安检设备在快递行业的应用调研报告（二）
2018-08-22 12:19:21 来源：
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[摘要] 安检设备在快递行业的应用调研报告（二） 四、X射线安检设备原理与应用X射线安检设备从最初的20世纪70年代应用于航空业的机场安检机，到90年代逐步延伸至其他领域，到现在广泛运
技术发展
安检领域常用的技术主要涉及X射线、中子、电磁波、拉曼、离子迁移谱等，而X射线安检技术是安检技术中最重要的组成部分。
X射线技术与其他安检技术不同，X射线技术通过X射线和被检体之间相互作用，使得被检体对X射线进行散射、透射、吸收，通过入射前后能量大小、分布等的差别，综合判断出有机物、无机物、重叠的多种物质，形成二维、三维物理信息，更加准确、快速地检测危险品的成分和隐藏位置。
一般对公共场所和交通枢纽的旅客行李进行安全检查的X射线安检设备使用能量较低的X射线源，且主要采用线扫描或者点扫描原理成像，所以设备的单次检查剂量和射线源泄露剂量都维持在一个较低的水平，适合各公共环境等没有特殊防护措施的应用领域，多应用于机场、海关、铁路公路等客运枢纽以及其他会议、公众场所。
用户货物和航空集装箱检测的X射线能量较高，一般维持在140KeV~300KeV；
针对更为大型的集装箱则将X射线能量提升至450KeV或者采用不同能量级的X射线加速器以增加X射线穿透能力，偶尔也会用γ射线源来完成货物的照射成像。
X射线技术发展已经形成了多个分支：
现在公共场所和交通枢纽使用的X射线成像产品基本是双能X射线成像技术、多视角X射线技术、CT断层扫描技术。
与单能X射线检查系统相比，采用双能X射线能获得被检物的有效原子序数信息，提高了系统的物质分辨能力。
CT 技术能形成物品的三维图像，测定物质的厚度，同时能够将爆炸物和其它低原子数的类似物质区分开。
1、单能X射线技术
单能X射线技术是最基本的、同时也是最广泛应用在安检领域的技术，直至目前，也还是众多X射线安检系统应用的常规技术。
单能X射线技术利用的是X射线穿透物质时能够被物质吸收的特性，其中会有一部分能量被吸收。针对材料的性质来说，原子序数低的吸收性能差，原子序数高的吸收性能强；针对材料结构来说，材料越厚吸收性能越强，材料越薄吸收性能越差。据此通过对透过的X射线进行探测，将接收的能量进行数据处理和计算，即可得到被检测体的二维图像。
2、双能/多能X射线技术
双能X射线技术是以多能量X射线识别材料、图像处理的理论基础上，将计算高能、低能下的衰减比值K推导出有效原子序数Zeff，利用有效原子序数Zeff作为识别材料的特征量，就能够清晰的将无机物、有机物区分开来并且成像。
双能X射线技术分为真双能X射线技术和伪双能X射线技术，前者通过设置高能、低能X射线源配合高能、低能探测器组成双能X射线安检系统；或是通过调整X射线源的电压使得输出高能、低能X射线的方式实现双能；后者通过在射线源处设置两个狭缝产生X射线，将探测器设置成双层夹心结构，在两组探测器之间设置滤波器以得到高能、低能数据。
为了更加精确地确定各种材料，可以通过多能X射线实现。多能X射线使用多个不同能量段的X射线作为射线源，对于不同性质、不同厚度的材料对于多能量段X射线的衰减值，综合计算得出材料的具体组成成分。
3、双视角/多视角X射线技术
双视角/多视角X射线技术是以单能/双能技术为基础，提供更加灵活的视角来获得多个被检体的二维投影图像，对投影图像进行处理分析得到被检体特征点，根据特征点进一步确定被检体的区域，从而确定三维重建时的截面特征。然后将多个截面图像通过三维重建算法模拟仿真出被检体，并且通过与已经建立好的材料-密度特征值数据库中进行比较，判断出是否为违禁品。由于多角度的设置能够探测隐藏在某些物体后面的其他物体，能够保证检测到重叠在一起的违禁品。
4、散射X射线技术
散射X射线技术通常分为前向散射（散射角度小于90°）和背向散射（散射角度大于90°）。不同物质X射线发生的散射也不同，散射概率和被检体的电子密度、质量密度密切相关，高原子序数的物质散射性弱，低原子序数的物质散射性强。根据X射线与物质之间的散射作用，测量多个特定散射角处的散射光子数，计算出对应的电子密度，然后经过数据处理得到被检体的密度分布图像。大多数爆炸物原子序数低并且密度高，这就对检测人体携带或是包裹中的爆炸物提供了更为准确的途径。
5、CT 技术
CT（Computed tomography，计算机断层扫描）技术，当X射线穿过一定厚度的被检体时，被检体对X射线具有吸收作用，导致X射线衰减，而X射线的衰减程度和被检体的厚度具有一定的数学关系。但一般被检体由不均匀的物质组成，这时将扫描的被检体分成多个体积相同的小长方体单元，因此，每个小单元对应着各自X射线的衰减率，将这些小单元组成矩阵，再将其转化成灰度不等的像素值，进而重建成CT图像。通过CT技术可以分辨重叠在一起的各个物体，确定物质的三维密度和厚度，精确地区别低原子序数的危险品和安全品。
4.4X射线安检设备简介
4.4.1系统组成
X射线安检系统分为硬件系统和软件系统，系统组成如下图：
硬件系统是整个安检机系统的基础，包括：
X射线源
X射线探测器
（图像）数据采集装置
机械结构
电气控制系统
工控机
系统硬件重点在数据采集装置设计和电气控制电路的设计。
软件系统是整台X射线安检系统的中枢，涉及到图像的获取、处理和显示以及系统外围设备的监控等内容。
软件的优劣决定着整台系统的成像质量和检测精度，研发一套高效率、高精度、界面人性化的软件系统，是安检系统研发的另一个重点。
4.4.2工作原理
检测工作原理见下图：
X射线安检设备是通过传送结构要被检查的包裹等物品输送到X射线检查通道内，包裹在进入X射线检查通道以后，将阻挡包裹检测传感器，检测信号被送往系统控制部分，产生X射线触发信号，触发X射线的射线源发射X射线束，X射线束穿过输送带上的被检物品，X射线被被检物品吸收，最后轰击安装在通道内的半导体探测器。
探测器把X射线转变为微弱的电信号，经过一系列放大和A/D（模/数）转换，由图像采集和传输单元传送到工控机，经过工控机内部的图像处理软件处理，最终将待检物体的图像显示到显示器上，检测人员可以依据图像包含的物质性质（一般以不同颜色区分），作以判断。
在此过程中，工控机一方面实现图像的处理和显示，一方面对系统的外围设备作以监控，将其状态信息实时反馈给系统软件，进行相应处理。
4.4.3系统部件及子部件
典型X射线安检机系统中包括的部件和子部件如下：
（1）X射线源
（2）X射线源控制和驱动
（3）X射线源探测器阵列盒
（4）电子控制器
（5）工控机
（6）显示器
（7）中间继电器
（8）钥匙开关
（9）散热风扇
（10）传送带
（11）光障
（12）电源板
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