專利名稱：單源低能x射線背散射與透射人體檢測設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及X射線安全檢測系統(tǒng)，尤其是單源低能X射線背散射與透射人體檢測設備。
背景技術：
X射線用于對人體的安全檢測有透射和背散射兩種方式。1、單純采用透射的方法，這種方法使受檢人體受到的輻射劑量較大，且效果欠佳。公安部三所與云南公安廳合作采用X射線透射的方法進行人體檢測，其設備已在國內(nèi)投入現(xiàn)場使用。經(jīng)過處理，探測器接收的能量大小以灰度級圖像顯示，這種方法難于檢測出背心炸彈、褲衩炸彈以及隱藏在人體內(nèi)、鞋內(nèi)的炸藥、毒品等違禁品，具有較大的局限性。國外使用X射線透射人體檢測設備時，對所有被檢測人員進行全方位照射，可清晰成像，被質(zhì)疑侵犯個人隱私，遭到社會公眾的廣泛反對。2、第二種方法是X射線背散射方法X射線與物質(zhì)相互作用會發(fā)生透射、吸收和散射三種情況，國內(nèi)外的X射線背散射(CBS)方法就是用斬波輪和飛點掃描技術，在與透射光子方向成3 90°方向用背散射探測器陣列測量由被測物品上射出的背散射光子。背散射信號與被測物品的有效原子序數(shù)Zeff有關，用背散射圖像灰度顯示可以將有機物、爆炸物、毒品等進行分辨。美國近來研制和生產(chǎn)出背散射人體檢查設備，僅2010年美國的78座機場就要安裝450臺，其結構復雜，檢測速度較慢，檢測一個人的時間達到10秒，且價格昂貴，不適合中國國情，難于在發(fā)展中國家推廣應用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種可進行二種檢測的單源低能X射線背散射與透射的人體檢測設備。這種設備的由一臺共用X射線源完成透射和背散射檢測。X射線源射出的透射光子束與透射探測器陣列構成透射測量及成像的幾何學結構；由扇形透射光子束經(jīng)過被測物而射出的背散射光子束與背散射探測器陣列構成背散射測量及成像的幾何學結構。在檢測時，首先顯示背散射快速檢測結果，未發(fā)現(xiàn)有違禁品可疑之處的人員，快速放行。經(jīng)背散射測量發(fā)現(xiàn)可疑點時，進一步提取快速透射檢測圖像與背散射測量結果比較，確認為違禁品攜帶者予以押審并保留圖像證據(jù)。達到最大限度簡化設備結構、減小被檢人員所受輻射劑量、提高檢測質(zhì)量的目的。本發(fā)明的目的是這樣達到的一種單源低能X射線背散射與透射人體檢測設備，包括傳動機架、設備底座、檢測通道前機柜、檢測通道后機柜、人體檢測通道、傳送帶、工控機。其特征在于共用一臺X射線源為非對稱寬扇形角的X光機，X射線源及其扇形前準直器安裝在檢測通道外、控制臺一側下方，線形透射探測器陣列及其后準直器安裝在檢測通道后機柜內(nèi)，線形透射探測器陣列與X射線源經(jīng)過前準直器的非對稱扇形射線束構成透射測量及成像的幾何學結構；背散射探測器陣列及其后準直器安裝在檢測通道前機柜內(nèi)，背散射探測器陣列與被測物品上射出的康普頓背散射光子束構成背散射測量及成像的幾何學結構。在透射探測器陣列外設置有透射探測器屏蔽盒，在背散射探測器陣列外設置有背散射探測器屏蔽盒。在背散射探測器陣列與透射X射線束之間設置有輻射屏蔽層。在射線出射口安裝有可控多葉光欄。全部測量與控制共用一臺工控機。在檢測通道后機柜內(nèi)的下方安裝有透射探測器陣列數(shù)據(jù)處理板及USB輸出接口，在檢測通道前機柜內(nèi)的下方安裝有背散射探測器陣列數(shù)據(jù)處理板及USB輸出接口。X射線源為100W低能X射線機。工控機安裝在設備底座上、位于控制臺與檢測通道前機柜之間。背散射探測器陣列是由象數(shù)尺寸為5. 8X5. Smm2的小型硅光電二極管和碘化銫閃爍晶體制成的，背散射探測器陣列與數(shù)據(jù)采傳系統(tǒng)是具有國際標準接口和尺寸的組件；透射探測器陣列是采用微型硅光電二極管和碘化銫閃爍晶體制成的，透射探測器陣列與數(shù)據(jù)采傳系統(tǒng)是具有國際標準接口和尺寸的組件。本發(fā)明的積極效果是1、單源低能X射線人體檢測設備充分、綜合利用了背散射(CBS - ComptonBackscatter Scanning)與透射(TR - Transmission Scanning)的特點。首先利用康普頓背散射快速掃描技術檢測出行人體體內(nèi)及身上各種物品的密度、有效原子系數(shù)信息，經(jīng)過背散射數(shù)據(jù)處理，形成被測物品的輪廓圖像，不暴露守法人員的個人隱私，由此未發(fā)現(xiàn)違禁品可疑之處的人員，快速放行并刪除背散射(CBS)與透射(TR)測量的全部數(shù)據(jù)；經(jīng)背散射測量發(fā)現(xiàn)可疑點時，進一步利用透射掃描測量TR圖像檢測出可疑人體體內(nèi)及身上隱藏違禁品的形狀大小、密度厚度信息，由此測出清晰的透射圖像，并將CBS測量數(shù)據(jù)與TR測量數(shù)據(jù)進行比對分析，確認有違禁品者扣押待審，并保存其測量的全部數(shù)據(jù)；如仍有疑點者，還可常速逆行重新進行背散射(CBS)與透射(TR)掃描測量，再次確認是否放行或扣押待審。2、該檢測設備先通過快速掃描測量，大大減少受檢人經(jīng)受的輻射劑量；背散射快速掃描測量及數(shù)據(jù)處理，只形成受檢人體及被測物品的輪廓圖像，不暴露守法人員的個人隱私，對守法人員不再顯示透射檢測；而對嫌疑人員進一步顯示清晰透射檢測圖像，可排除嫌疑或鎖定不法人員的犯罪事實。3、本設備在射線出射口安裝有可控多葉光欄，通過攝像及多葉光欄調(diào)整，可針對不同高度、不同性別、不同年齡分別使用不同的光欄大小，可將受檢人員所受輻射劑量減到最小。4、該設備的全部測量與控制共用一臺工控機；在背散射探測器與透射探測器之間設置輻射屏蔽層，屏蔽透射光子對背散射光子測量的干擾和影響，使其透射與背散射測量共用I臺X射線源；其結構簡單、體積更小、控制通訊系統(tǒng)簡化、檢測速度快、靈敏度高、操作便捷。5、該設備首先通過X射線背散射快速檢測獲得人體攜帶各種物品的密度、有效原子系數(shù)信息，能快速檢測出有無炸藥、毒品，特別是檢測薄片型的背心、褲衩炸彈具有很高的靈敏度，能盡快放行無嫌疑的人員；進一步提取X射線透射檢測恐怖嫌疑人身上及體內(nèi)攜帶各種物品的密度厚度信息，可顯示出清晰圖像，并與背散射測量數(shù)據(jù)進行比對分析，進一步確認有無違禁品，決定其放行還是扣押待審。該設備大幅度提高了安全檢測質(zhì)量和檢測速度，檢測速度可達到每人次0. 5秒，是現(xiàn)有透射檢測設備檢測速度的1/2、背散射檢測設備檢測速度的1/20，最適合用于機場、大型會場、涉外會議等高等級、重點防范的公共安全場所。6、該設備價格便宜、使用實惠，更適合中國國情和發(fā)展中國家需求。
五

圖1是本發(fā)明的結構示意圖。圖2是檢測過程透視圖，圖中安檢通道上站立有受檢人員，檢出受檢測人體所穿的背心炸彈、褲衩炸彈、胸前和下身里隱藏的毒品、鞋內(nèi)隱藏的炸藥等違禁品。圖3是圖1的俯視圖。圖4是背散射探測陣列與采傳系統(tǒng)組件圖。圖5是本設備檢測過程硬軟件程序流程圖。圖6是本設備檢測過程流程圖。圖中，I攝像機支架定位點，2步行梯，3支撐滑輪，4傳送帶，5設備底座，6傳動機架，7透射探測器數(shù)據(jù)處理板及USB輸出接口，8背散射探測器數(shù)據(jù)處理板及USB輸出接口，9鞋內(nèi)隱藏的炸藥，10工控機，11扇形X射線前準直器，12 X射線源，13透射X射線入口，14扇形透射光子束，15透射探測后準直器，16透射探測器陣列，17背散射光子束，18背散射探測后準直器，19 X射線出射口可控多葉光欄，20背散射探測器陣列，21褲衩炸彈及下身內(nèi)隱藏的毒品，22檢測通道后機柜，23檢測通道前機柜，24背散射探測器輻射屏蔽層，25背心炸彈及隱藏在胸前的毒品，26透射探測器陣列屏蔽盒，27背散射探測器陣列屏蔽盒，28檢測通道，29控制臺，30攝像機USB接口輸出線，31攝像機支架，32攝像機。
五具體實施例方式在本實施例中，單源低能X射線背散射與透射人體檢測設備的結構參見附圖1。全部測量與控制共用一臺工控機10，工控機安裝在設備底座5上、位于控制臺29與檢測通道前機柜23之間。選用一臺國產(chǎn)的體積較小、穩(wěn)定性高、非對稱寬扇形角的100WX射線機作為透射測量與康普頓背散射測量的共用X射線源12，X射線源12及其扇形前準直器11安裝在檢測通道外、控制臺一側下方。控制臺29安裝有顯示屏器，操作人員可根據(jù)顯示器的顯示調(diào)整控制設備。線形透射探測器陣列16及其后準直器15安裝在檢測通道后機柜22內(nèi)，透射探測器陣列I6與經(jīng)過X射線前準直器11的非對稱扇形透射光子束14構成透射測量及成像的幾何學結構。康普頓背散射探測器陣列20及其后準直器18安裝在檢測通道前機柜23內(nèi)，康普頓背散射探測器陣列20與站立在檢測通道28上的受檢測人體及所攜帶物品上射出的背散射光子束17構成背散射測量及成像的幾何學結構。參見圖2，本實施例中，普頓背散射探測器陣列20與站立在通道28上的受檢測人體和人體鞋內(nèi)所隱藏的炸藥9、褲衩炸彈及下身內(nèi)隱藏的毒品21、背心炸彈及隱藏在胸前的毒品25上射出的背散射光子束17構成背散射測量及成像的幾何學結構。
在背散射探測器20與透射光子束14之間設置輻射屏蔽層24，屏蔽透射光子對康普頓光子測量的干擾和影響，用以解決透射檢測與背散射檢測過程中共用一臺X射線源的問題。為了減少人體檢測設備周圍的環(huán)境輻射劑量，在透射探測器陣列16外設置有透射探測器陣列屏蔽盒26，在背散射探測器陣列外設置有背散射探測器屏蔽盒27。同時，在X射線出射口設置有可控多葉光欄19，根據(jù)受檢人員的不同身高調(diào)節(jié)光欄，保證其扇形透射光子束照射到不同人體的肩膀以下，使所有受檢人員的頭部不受射線的照射。本實施例中，單源低能X射線人體檢測設備的透射探測器陣列16采用國產(chǎn)試制與加工的象數(shù)尺寸為1. 6X2. Omm2微型硅光電二極管(S1-PIN)和碘化銫(CsI(Tl))閃爍晶體制成具有國際標準接口的探測器組件；康普頓背散射探測器陣列20是自行研制的象數(shù)尺寸為5. 8X5. 8mm2小型硅光電二極管(S1-PIN)和碘化銫(CsI(Tl))閃爍晶體制成具有國際標準接口的探測器組件。參見附圖4。透射測量數(shù)據(jù)采傳系統(tǒng)、背散射測量數(shù)據(jù)采傳系統(tǒng)分別由64路和16路低噪聲前置放大器、多路主放大器、多路模擬信號采集模塊、模數(shù)變換器、可編程數(shù)據(jù)處理電路、USB接口組成。采集到的背散射或透射測量數(shù)據(jù)信號經(jīng)64路或16路低噪聲前置放大器放大后，再經(jīng)多路放大器放大由多路模擬信號采集模塊采集后進行模數(shù)轉換，由可編程數(shù)據(jù)處理電路處理后經(jīng)USB接口輸出。本發(fā)明的檢測過程參見附圖2、5、6。圖5中，實線表示快速檢測流程，虛線表示重新逆向常速檢測流程，點劃線表示嫌疑人押審路線。檢測流程包括人體攝像、調(diào)光欄、選用合適的硬件控制、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理和結果輸出幾個步驟。人體攝像記錄人體特征及身高，將可控多葉光欄調(diào)節(jié)到人體肩部以下，避免頭部照射。按照圖5中實線對設備進行硬件控制，包括光機控制、電源控制、快速順向傳動控制，同時快速進行背散射CBS測量數(shù)據(jù)采集和透射TR測量數(shù)據(jù)采集。首先顯示CBS測量和處理結果，對未發(fā)現(xiàn)攜帶違禁品的非可疑人員立即放行并刪除CBS與TR測量全部數(shù)據(jù)；經(jīng)背散射測量發(fā)現(xiàn)可疑點時，進一步顯示透射掃描檢測的清晰透射TR圖像，并與CBS測量數(shù)據(jù)進行比對分析，排除嫌疑者刪除全部數(shù)據(jù)并放行；確認有違禁品者扣押待審，并保存其測量的全部數(shù)據(jù)；如仍有疑點者，按照圖5中虛線對嫌疑人進行常速逆行重新進行背散射(CBS)與透射(TR)掃描測量，再次確認是否放行或扣押待審。具體檢測過程是當受檢人員進入檢測通道前，經(jīng)調(diào)整刻度過，由攝像機記錄人體相貌特征、高度、性別、分辨其幼、少、青、中、老等年齡段，再調(diào)整可控的多葉光欄19，使其扇形透射光子束照射到不同人體的肩膀以下進行快速檢測；可根據(jù)實際情況對幼兒、少年只照射腿和腳，對孕婦只照射胸、腿和腳，甚至讓其進行人工檢查或免于檢測。攝像機的定位由支架定位點I和固定高度支架31確定，攝像機32帶有USB輸出接口線30，將檢測數(shù)據(jù)傳輸?shù)焦た貦C10、控制臺29顯示器。當受檢人員快速進入檢測通道28后，用背散射探測器陣列20和透射探測器陣列16同時進行快速的背散射和透射檢測。當人體在檢測通道28上站立后，由傳送帶4上傳送到檢測通道的透射測量區(qū)域時，由射線源12射出的X射線經(jīng)過扇形前準直器11準直成非對稱扇形透射光子束14，穿過透射X射線入口 13，再透射過受檢測人體及隱藏的違禁品，穿過后準直器15，由透射探測器陣列16進行透射快速掃描測量，所測數(shù)據(jù)暫存，不予顯示圖像；當人體同時傳到背散射測量區(qū)域，透射光子束14射到受檢人體及隱藏的違禁品上并射出背散射光子束17，穿過背散射探測后準直器18的背散射光子由背散射探測器陣列20進行背散射快速掃描測量；由背散射測量結果確認，未發(fā)現(xiàn)可疑之處的受檢測人員，予以放行，并刪除CBS與TR測量全部數(shù)據(jù)，以免侵犯守法人員的隱私；由背散射測量結果獲得受檢人體所所穿的背心炸彈、褲衩炸彈、胸前和下身里隱藏的毒品、鞋內(nèi)隱藏的炸藥等違禁品的密度、有效原子系數(shù)信息，通過背散射數(shù)據(jù)處理對比，并形成輪廓圖像，由背散射測量發(fā)現(xiàn)可疑點，立即提取透射測量數(shù)據(jù)，并顯示TR圖像，應用自主研發(fā)的背散射與透射測量相結合的圖像軟件進行數(shù)據(jù)處理，并與CBS測量數(shù)據(jù)進行比對分析，確認有違禁品者扣押待審；對不能確認有無隱藏違禁品者，將劃定可疑部位，調(diào)整多葉光欄對準可疑部位，盡量減小再次受檢部位所受輻射劑量，常速逆向運行傳送帶，重新進行CBS與TR掃描測量，重新確認無違禁品者予以放行，并刪除CBS與TR測量全部數(shù)據(jù)；確認有違禁品者扣押待審。參見附圖2，經(jīng)檢測，受檢人員被檢測出隱藏在鞋內(nèi)的炸藥、褲衩炸彈及下身內(nèi)隱藏的毒品、背心炸彈及隱藏在胸前的毒品。經(jīng)過國內(nèi)外現(xiàn)場應用表明X射線透射人體檢查系統(tǒng)難于有效分辨織物、塑料、炸藥、毒品等有效原子系數(shù)低的物質(zhì)；X射線背散射斬波輪和飛點掃描技術獲得的背散射圖像灰度顯示可以將有機物、爆炸物、毒品等進行分辨，但這類人體檢查設備結構復雜，檢測速度較慢，價格昂貴，不適合中國國情，難于在發(fā)展中國家推廣應用。測試結果表明本發(fā)明的單源低能X射線背散射與透射人體檢測設備充分利用背散射與透射相結合的快速掃描技術特點，并具有結構簡單、價格便宜、檢測速度很快、靈敏度很高、人所受劑量很小、不暴露個人隱私等特點，利用自主研發(fā)的背散射與透射測量相結合的圖像軟件，進行數(shù)據(jù)處理和成像，其流程圖參見附圖6，能檢測出隱藏于人體的背心炸彈、褲衩炸彈以及人體內(nèi)的炸藥、毒品等，可以大幅度提高人體檢測速度和檢測質(zhì)量。
權利要求
1.一種單源低能X射線背散射與透射人體檢測設備，包括傳動機架(6)、設備底座(5)、檢測通道前機柜(23)、檢測通道后機柜(22)、人體檢測通道(28)、傳送帶(4)、工控機(10)，其特征在于共用一臺X射線源，X射線源(12)為非對稱寬扇形角的X射線機，X射線源(12)及其扇形前準直器(11)安裝在檢測通道外、控制臺(29) —側下方，線形透射探測器陣列(16)及其后準直器(15)安裝在檢測通道后機柜(22)內(nèi)，線形透射探測器陣列(16)與X射線源(12)經(jīng)過前準直器(11)的非對稱扇形射線束(14)構成透射測量及成像的幾何學結構；背散射探測器陣列(20)及其后準直器(18)安裝在檢測通道前機柜(23)內(nèi)，背散射探測器陣列(20)與被測物品上射出的康普頓背散射光子束(17)構成背散射測量及成像的幾何學結構； 在背散射探測器陣列與透射X射線束之間設置有輻射屏蔽層(24)； 在射線出射口安裝有可控多葉光欄(19)； 全部測量與控制共用一臺工控機(10)； 在檢測通道后機柜(22)內(nèi)的下方安裝有透射探測器陣列數(shù)據(jù)處理板及USB輸出接口(7)，在檢測通道前機柜(23)內(nèi)的下方安裝有背散射探測器陣列數(shù)據(jù)處理板及USB輸出接口(8)。
2.如權利要求1所述的人體檢測設備，其特征在于所述透射探測器陣列(16)外設置有透射探測器陣列屏蔽盒(26)，在背散射探測器陣列外設置有背散射探測器屏蔽盒(27)。
3.如權利要求1所述的人體檢測設備，其特征在于所述X射線源(12)為100W低能X射線機。
4.如權利要求1所述的人體檢測設備，其特征在于所述工控機(10)安裝在設備底座(5)上、位于控制臺(29)與檢測通道前機柜(23)之間。
5.如權利要求1所述的人體檢測設備，其特征在于所述背散射探測器陣列是由小型硅光電二極管和碘化銫閃爍晶體制成，背散射探測器陣列與數(shù)據(jù)采傳系統(tǒng)是具有國際標準接口和標準尺寸的組件；所述透射探測器陣列是由微型硅光電二極管和碘化銫閃爍晶體制成國產(chǎn)產(chǎn)品，透射探測器陣列與數(shù)據(jù)采傳系統(tǒng)是具有國際標準接口和標準尺寸的組件。
6.如權利要求5所述的人體檢測設備，其特征在于所述背散射探測器陣列是由象數(shù)尺寸為5. 8X5. Smm2的小型硅光電二極管和碘化銫閃爍晶體制成的，所述透射探測器陣列是象數(shù)尺寸為1. 6X2. Omm2微型娃光電二極管和碘化銫閃爍晶體產(chǎn)品。
全文摘要
單源低能X射線背散射與透射人體檢測設備。非對稱寬扇形角X射線源及其扇形前準直器安裝在檢測通道外、控制臺一側下方。由共用X射線源射出的透射光子束與透射探測器陣列構成透射測量及成像的幾何學結構；由扇形透射光子束經(jīng)過被測物而射出的背散射光子束與背散射探測器陣列構成背散射測量及成像的幾何學結構。在背散射探測器與透射X射線束之間設置有輻射屏蔽層，在射線出射口安裝有可控多葉光欄，全部測量與控制共用一臺工控機。本發(fā)明利用背散射與透射相結合的掃描技術，結構簡單、價格便宜、檢測速度很快、靈敏度很高、人所受劑量很小、不暴露個人隱私，能檢測出隱藏于人體的背心褲衩炸彈、炸藥、毒品等，適合大型公共安全場所。
文檔編號G01N23/203GK103018782SQ201210525258
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月10日 優(yōu)先權日2012年12月10日
發(fā)明者黃寧, 鐘睿, 周永, 丁厚本, 安竹, 吳慶星, 陳旭, 周正寧, 吳章文, 郝萌, 劉根, 王鵬, 范軼翔, 張珍, 李彩袖 申請人:四川大學