专利名称：单源低能x射线背散射与透射人体检测设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及X射线安全检测系统，尤其是单源低能X射线背散射与透射人体检测设备。
背景技术：
X射线用于对人体的安全检测有透射和背散射两种方式。1、单纯采用透射的方法，这种方法使受检人体受到的辐射剂量较大，且效果欠佳。公安部三所与云南公安厅合作采用X射线透射的方法进行人体检测，其设备已在国内投入现场使用。经过处理，探测器接收的能量大小以灰度级图像显示，这种方法难于检测出背心炸弹、裤衩炸弹以及隐藏在人体内、鞋内的炸药、毒品等违禁品，具有较大的局限性。国外使用X射线透射人体检测设备时，对所有被检测人员进行全方位照射，可清晰成像，被质疑侵犯个人隐私，遭到社会公众的广泛反对。2、第二种方法是X射线背散射方法X射线与物质相互作用会发生透射、吸收和散射三种情况，国内外的X射线背散射(CBS)方法就是用斩波轮和飞点扫描技术，在与透射光子方向成3 90°方向用背散射探测器阵列测量由被测物品上射出的背散射光子。背散射信号与被测物品的有效原子序数Zeff有关，用背散射图像灰度显示可以将有机物、爆炸物、毒品等进行分辨。美国近来研制和生产出背散射人体检查设备，仅2010年美国的78座机场就要安装450台，其结构复杂，检测速度较慢，检测一个人的时间达到10秒，且价格昂贵，不适合中国国情，难于在发展中国家推广应用。
发明内容
本发明的目的是提供一种可进行二种检测的单源低能X射线背散射与透射的人体检测设备。这种设备的由一台共用X射线源完成透射和背散射检测。X射线源射出的透射光子束与透射探测器阵列构成透射测量及成像的几何学结构；由扇形透射光子束经过被测物而射出的背散射光子束与背散射探测器阵列构成背散射测量及成像的几何学结构。在检测时，首先显示背散射快速检测结果，未发现有违禁品可疑之处的人员，快速放行。经背散射测量发现可疑点时，进一步提取快速透射检测图像与背散射测量结果比较，确认为违禁品携带者予以押审并保留图像证据。达到最大限度简化设备结构、减小被检人员所受辐射剂量、提高检测质量的目的。本发明的目的是这样达到的一种单源低能X射线背散射与透射人体检测设备，包括传动机架、设备底座、检测通道前机柜、检测通道后机柜、人体检测通道、传送带、工控机。其特征在于共用一台X射线源为非对称宽扇形角的X光机，X射线源及其扇形前准直器安装在检测通道外、控制台一侧下方，线形透射探测器阵列及其后准直器安装在检测通道后机柜内，线形透射探测器阵列与X射线源经过前准直器的非对称扇形射线束构成透射测量及成像的几何学结构；背散射探测器阵列及其后准直器安装在检测通道前机柜内，背散射探测器阵列与被测物品上射出的康普顿背散射光子束构成背散射测量及成像的几何学结构。在透射探测器阵列外设置有透射探测器屏蔽盒，在背散射探测器阵列外设置有背散射探测器屏蔽盒。在背散射探测器阵列与透射X射线束之间设置有辐射屏蔽层。在射线出射口安装有可控多叶光栏。全部测量与控制共用一台工控机。在检测通道后机柜内的下方安装有透射探测器阵列数据处理板及USB输出接口，在检测通道前机柜内的下方安装有背散射探测器阵列数据处理板及USB输出接口。X射线源为100W低能X射线机。工控机安装在设备底座上、位于控制台与检测通道前机柜之间。背散射探测器阵列是由象数尺寸为5. 8X5. Smm2的小型硅光电二极管和碘化铯闪烁晶体制成的，背散射探测器阵列与数据采传系统是具有国际标准接口和尺寸的组件；透射探测器阵列是采用微型硅光电二极管和碘化铯闪烁晶体制成的，透射探测器阵列与数据采传系统是具有国际标准接口和尺寸的组件。本发明的积极效果是1、单源低能X射线人体检测设备充分、综合利用了背散射(CBS - ComptonBackscatter Scanning)与透射(TR - Transmission Scanning)的特点。首先利用康普顿背散射快速扫描技术检测出行人体体内及身上各种物品的密度、有效原子系数信息，经过背散射数据处理，形成被测物品的轮廓图像，不暴露守法人员的个人隐私，由此未发现违禁品可疑之处的人员，快速放行并删除背散射(CBS)与透射(TR)测量的全部数据；经背散射测量发现可疑点时，进一步利用透射扫描测量TR图像检测出可疑人体体内及身上隐藏违禁品的形状大小、密度厚度信息，由此测出清晰的透射图像，并将CBS测量数据与TR测量数据进行比对分析，确认有违禁品者扣押待审，并保存其测量的全部数据；如仍有疑点者，还可常速逆行重新进行背散射(CBS)与透射(TR)扫描测量，再次确认是否放行或扣押待审。2、该检测设备先通过快速扫描测量，大大减少受检人经受的辐射剂量；背散射快速扫描测量及数据处理，只形成受检人体及被测物品的轮廓图像，不暴露守法人员的个人隐私，对守法人员不再显示透射检测；而对嫌疑人员进一步显示清晰透射检测图像，可排除嫌疑或锁定不法人员的犯罪事实。3、本设备在射线出射口安装有可控多叶光栏，通过摄像及多叶光栏调整，可针对不同高度、不同性别、不同年龄分别使用不同的光栏大�。山芗烊嗽彼芊浼亮考醯阶钚�。4、该设备的全部测量与控制共用一台工控机；在背散射探测器与透射探测器之间设置辐射屏蔽层，屏蔽透射光子对背散射光子测量的干扰和影响，使其透射与背散射测量共用I台X射线源；其结构简单、体积更小、控制通讯系统简化、检测速度快、灵敏度高、操作便捷。5、该设备首先通过X射线背散射快速检测获得人体携带各种物品的密度、有效原子系数信息，能快速检测出有无炸药、毒品，特别是检测薄片型的背心、裤衩炸弹具有很高的灵敏度，能尽快放行无嫌疑的人员；进一步提取X射线透射检测恐怖嫌疑人身上及体内携带各种物品的密度厚度信息，可显示出清晰图像，并与背散射测量数据进行比对分析，进一步确认有无违禁品，决定其放行还是扣押待审。该设备大幅度提高了安全检测质量和检测速度，检测速度可达到每人次0. 5秒，是现有透射检测设备检测速度的1/2、背散射检测设备检测速度的1/20，最适合用于机场、大型会场、涉外会议等高等级、重点防范的公共安全场所。6、该设备价格便宜、使用实惠，更适合中国国情和发展中国家需求。
五
图1是本发明的结构示意图。图2是检测过程透视图，图中安检通道上站立有受检人员，检出受检测人体所穿的背心炸弹、裤衩炸弹、胸前和下身里隐藏的毒品、鞋内隐藏的炸药等违禁品。图3是图1的俯视图。图4是背散射探测阵列与采传系统组件图。图5是本设备检测过程硬软件程序流程图。图6是本设备检测过程流程图。图中，I摄像机支架定位点，2步行梯，3支撑滑轮，4传送带，5设备底座，6传动机架，7透射探测器数据处理板及USB输出接口，8背散射探测器数据处理板及USB输出接口，9鞋内隐藏的炸药，10工控机，11扇形X射线前准直器，12 X射线源，13透射X射线入口，14扇形透射光子束，15透射探测后准直器，16透射探测器阵列，17背散射光子束，18背散射探测后准直器，19 X射线出射口可控多叶光栏，20背散射探测器阵列，21裤衩炸弹及下身内隐藏的毒品，22检测通道后机柜，23检测通道前机柜，24背散射探测器辐射屏蔽层，25背心炸弹及隐藏在胸前的毒品，26透射探测器阵列屏蔽盒，27背散射探测器阵列屏蔽盒，28检测通道，29控制台，30摄像机USB接口输出线，31摄像机支架，32摄像机。
五具体实施例方式在本实施例中，单源低能X射线背散射与透射人体检测设备的结构参见附图1。全部测量与控制共用一台工控机10，工控机安装在设备底座5上、位于控制台29与检测通道前机柜23之间。选用一台国产的体积较小、稳定性高、非对称宽扇形角的100WX射线机作为透射测量与康普顿背散射测量的共用X射线源12，X射线源12及其扇形前准直器11安装在检测通道外、控制台一侧下方。控制台29安装有显示屏器，操作人员可根据显示器的显示调整控制设备。线形透射探测器阵列16及其后准直器15安装在检测通道后机柜22内，透射探测器阵列I6与经过X射线前准直器11的非对称扇形透射光子束14构成透射测量及成像的几何学结构。康普顿背散射探测器阵列20及其后准直器18安装在检测通道前机柜23内，康普顿背散射探测器阵列20与站立在检测通道28上的受检测人体及所携带物品上射出的背散射光子束17构成背散射测量及成像的几何学结构。参见图2，本实施例中，普顿背散射探测器阵列20与站立在通道28上的受检测人体和人体鞋内所隐藏的炸药9、裤衩炸弹及下身内隐藏的毒品21、背心炸弹及隐藏在胸前的毒品25上射出的背散射光子束17构成背散射测量及成像的几何学结构。
在背散射探测器20与透射光子束14之间设置辐射屏蔽层24，屏蔽透射光子对康普顿光子测量的干扰和影响，用以解决透射检测与背散射检测过程中共用一台X射线源的问题。为了减少人体检测设备周围的环境辐射剂量，在透射探测器阵列16外设置有透射探测器阵列屏蔽盒26，在背散射探测器阵列外设置有背散射探测器屏蔽盒27。同时，在X射线出射口设置有可控多叶光栏19，根据受检人员的不同身高调节光栏，保证其扇形透射光子束照射到不同人体的肩膀以下，使所有受检人员的头部不受射线的照射。本实施例中，单源低能X射线人体检测设备的透射探测器阵列16采用国产试制与加工的象数尺寸为1. 6X2. Omm2微型硅光电二极管(S1-PIN)和碘化铯(CsI(Tl))闪烁晶体制成具有国际标准接口的探测器组件；康普顿背散射探测器阵列20是自行研制的象数尺寸为5. 8X5. 8mm2小型硅光电二极管(S1-PIN)和碘化铯(CsI(Tl))闪烁晶体制成具有国际标准接口的探测器组件。参见附图4。透射测量数据采传系统、背散射测量数据采传系统分别由64路和16路低噪声前置放大器、多路主放大器、多路模拟信号采集�？�、模数变换器、可编程数据处理电路、USB接口组成。采集到的背散射或透射测量数据信号经64路或16路低噪声前置放大器放大后，再经多路放大器放大由多路模拟信号采集模块采集后进行模数转换，由可编程数据处理电路处理后经USB接口输出。本发明的检测过程参见附图2、5、6。图5中，实线表示快速检测流程，虚线表示重新逆向常速检测流程，点划线表示嫌疑人押审路线。检测流程包括人体摄像、调光栏、选用合适的硬件控制、数据采集、数据处理和结果输出几个步骤。人体摄像记录人体特征及身高，将可控多叶光栏调节到人体肩部以下，避免头部照射。按照图5中实线对设备进行硬件控制，包括光机控制、电源控制、快速顺向传动控制，同时快速进行背散射CBS测量数据采集和透射TR测量数据采集。首先显示CBS测量和处理结果，对未发现携带违禁品的非可疑人员立即放行并删除CBS与TR测量全部数据；经背散射测量发现可疑点时，进一步显示透射扫描检测的清晰透射TR图像，并与CBS测量数据进行比对分析，排除嫌疑者删除全部数据并放行；确认有违禁品者扣押待审，并保存其测量的全部数据；如仍有疑点者，按照图5中虚线对嫌疑人进行常速逆行重新进行背散射(CBS)与透射(TR)扫描测量，再次确认是否放行或扣押待审。具体检测过程是当受检人员进入检测通道前，经调整刻度过，由摄像机记录人体相貌特征、高度、性别、分辨其幼、少、青、中、老等年龄段，再调整可控的多叶光栏19，使其扇形透射光子束照射到不同人体的肩膀以下进行快速检测；可根据实际情况对幼儿、少年只照射腿和脚，对孕妇只照射胸、腿和脚，甚至让其进行人工检查或免于检测。摄像机的定位由支架定位点I和固定高度支架31确定，摄像机32带有USB输出接口线30，将检测数据传输到工控机10、控制台29显示器。当受检人员快速进入检测通道28后，用背散射探测器阵列20和透射探测器阵列16同时进行快速的背散射和透射检测。当人体在检测通道28上站立后，由传送带4上传送到检测通道的透射测量区域时，由射线源12射出的X射线经过扇形前准直器11准直成非对称扇形透射光子束14，穿过透射X射线入口 13，再透射过受检测人体及隐藏的违禁品，穿过后准直器15，由透射探测器阵列16进行透射快速扫描测量，所测数据暂存，不予显示图像；当人体同时传到背散射测量区域，透射光子束14射到受检人体及隐藏的违禁品上并射出背散射光子束17，穿过背散射探测后准直器18的背散射光子由背散射探测器阵列20进行背散射快速扫描测量；由背散射测量结果确认，未发现可疑之处的受检测人员，予以放行，并删除CBS与TR测量全部数据，以免侵犯守法人员的隐私；由背散射测量结果获得受检人体所所穿的背心炸弹、裤衩炸弹、胸前和下身里隐藏的毒品、鞋内隐藏的炸药等违禁品的密度、有效原子系数信息，通过背散射数据处理对比，并形成轮廓图像，由背散射测量发现可疑点，立即提取透射测量数据，并显示TR图像，应用自主研发的背散射与透射测量相结合的图像软件进行数据处理，并与CBS测量数据进行比对分析，确认有违禁品者扣押待审；对不能确认有无隐藏违禁品者，将划定可疑部位，调整多叶光栏对准可疑部位，尽量减小再次受检部位所受辐射剂量，常速逆向运行传送带，重新进行CBS与TR扫描测量，重新确认无违禁品者予以放行，并删除CBS与TR测量全部数据；确认有违禁品者扣押待审。参见附图2，经检测，受检人员被检测出隐藏在鞋内的炸药、裤衩炸弹及下身内隐藏的毒品、背心炸弹及隐藏在胸前的毒品。经过国内外现场应用表明X射线透射人体检查系统难于有效分辨织物、塑料、炸药、毒品等有效原子系数低的物质；X射线背散射斩波轮和飞点扫描技术获得的背散射图像灰度显示可以将有机物、爆炸物、毒品等进行分辨，但这类人体检查设备结构复杂，检测速度较慢，价格昂贵，不适合中国国情，难于在发展中国家推广应用。测试结果表明本发明的单源低能X射线背散射与透射人体检测设备充分利用背散射与透射相结合的快速扫描技术特点，并具有结构简单、价格便宜、检测速度很快、灵敏度很高、人所受剂量很小、不暴露个人隐私等特点，利用自主研发的背散射与透射测量相结合的图像软件，进行数据处理和成像，其流程图参见附图6，能检测出隐藏于人体的背心炸弹、裤衩炸弹以及人体内的炸药、毒品等，可以大幅度提高人体检测速度和检测质量。
权利要求
1.一种单源低能X射线背散射与透射人体检测设备，包括传动机架(6)、设备底座(5)、检测通道前机柜(23)、检测通道后机柜(22)、人体检测通道(28)、传送带(4)、工控机(10)，其特征在于共用一台X射线源，X射线源(12)为非对称宽扇形角的X射线机，X射线源(12)及其扇形前准直器(11)安装在检测通道外、控制台(29) —侧下方，线形透射探测器阵列(16)及其后准直器(15)安装在检测通道后机柜(22)内，线形透射探测器阵列(16)与X射线源(12)经过前准直器(11)的非对称扇形射线束(14)构成透射测量及成像的几何学结构；背散射探测器阵列(20)及其后准直器(18)安装在检测通道前机柜(23)内，背散射探测器阵列(20)与被测物品上射出的康普顿背散射光子束(17)构成背散射测量及成像的几何学结构； 在背散射探测器阵列与透射X射线束之间设置有辐射屏蔽层(24)； 在射线出射口安装有可控多叶光栏(19)； 全部测量与控制共用一台工控机(10)； 在检测通道后机柜(22)内的下方安装有透射探测器阵列数据处理板及USB输出接口(7)，在检测通道前机柜(23)内的下方安装有背散射探测器阵列数据处理板及USB输出接口(8)。
2.如权利要求1所述的人体检测设备，其特征在于所述透射探测器阵列(16)外设置有透射探测器阵列屏蔽盒(26)，在背散射探测器阵列外设置有背散射探测器屏蔽盒(27)。
3.如权利要求1所述的人体检测设备，其特征在于所述X射线源(12)为100W低能X射线机。
4.如权利要求1所述的人体检测设备，其特征在于所述工控机(10)安装在设备底座(5)上、位于控制台(29)与检测通道前机柜(23)之间。
5.如权利要求1所述的人体检测设备，其特征在于所述背散射探测器阵列是由小型硅光电二极管和碘化铯闪烁晶体制成，背散射探测器阵列与数据采传系统是具有国际标准接口和标准尺寸的组件；所述透射探测器阵列是由微型硅光电二极管和碘化铯闪烁晶体制成国产产品，透射探测器阵列与数据采传系统是具有国际标准接口和标准尺寸的组件。
6.如权利要求5所述的人体检测设备，其特征在于所述背散射探测器阵列是由象数尺寸为5. 8X5. Smm2的小型硅光电二极管和碘化铯闪烁晶体制成的，所述透射探测器阵列是象数尺寸为1. 6X2. Omm2微型娃光电二极管和碘化铯闪烁晶体产品。
全文摘要
单源低能X射线背散射与透射人体检测设备。非对称宽扇形角X射线源及其扇形前准直器安装在检测通道外、控制台一侧下方。由共用X射线源射出的透射光子束与透射探测器阵列构成透射测量及成像的几何学结构；由扇形透射光子束经过被测物而射出的背散射光子束与背散射探测器阵列构成背散射测量及成像的几何学结构。在背散射探测器与透射X射线束之间设置有辐射屏蔽层，在射线出射口安装有可控多叶光栏，全部测量与控制共用一台工控机。本发明利用背散射与透射相结合的扫描技术，结构简单、价格便宜、检测速度很快、灵敏度很高、人所受剂量很小、不暴露个人隐私，能检测出隐藏于人体的背心裤衩炸弹、炸药、毒品等，适合大型公共安全场所。
文档编号G01N23/203GK103018782SQ201210525258
公开日2013年4月3日 申请日期2012年12月10日 优先权日2012年12月10日
发明者黄宁, 钟睿, 周永, 丁厚本, 安竹, 吴庆星, 陈旭, 周正宁, 吴章文, 郝萌, 刘根, 王鹏, 范轶翔, 张珍, 李彩袖 申请人:四川大学
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