РЕНТГЕНОВСКИЙ СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЕЩЕСТВА ВЛОЖЕНИЯ В ИНСПЕКТИРУЕМОМ ОБЪЕКТЕ ПО ЗНАЧЕНИЯМ ПЛОТНОСТИ И ЭФФЕКТИВНОСТИ АТОМНОГО НОМЕРА
X-RAY METHOD OF DETERMINING INCLUSION SUBSTANCE IN INSPECTED OBJECT FROM DENSITY AND EFFECTIVE ATOMIC NUMBER VALUES

Изобретение относится к области рентгенографической техники и может быть использовано при проверке багажа, ручной клади и других объектов контроля во время таможенного и специального досмотра.
Основной задачей досмотра является надежное выявление и обнаружение в багаже материалов и предметов, запрещенных к перевозке воздушным транспортом и при пересечении границы.
Для решения этой задачи используются рентгеновский способ контроля, включающий просвечивание движущегося на транспортерной ленте багажа поперечным веерным пучком излучения, регистрацию прошедшего через багаж излучения с помощью детекторной линейки, усиление сигналов детекторов, их оцифровку и преобразование оцифрованных сигналов в системе обработки данных в черно-белое теневое рентгенографическое изображение контролируемого багажа.
В данном случае распознавание вложения в багаже происходит по их теневому рентгеновскому изображению. При этом тип вещества, из которого состоят вложения, не определяется и поэтому невозможно отличить опасные вещества от обычных веществ.
Наиболее близким к предлагаемому является рентгеновский способ определения вещества вложения по значению эффективного атомного номера, включающий просвечивание инспектируемого объекта рентгеновским излучением и регистрацию прошедшего через объект излучения в спектральных областях с различной эффективной энергией. При этом выделяют отдельно сигналы, соответствующие излучению, прошедшему через фоновое вещество, и сигналы, обусловленные поглощением излучения в перекрывающихся слоях фонового вещества и вещества вложения (Патент RU 2095795 С1 "Рентгеновский способ обнаружения вещества по значению его эффективного атомного номера").
Разделение исходного спектра излучения на два спектра с разной эффективной энергией осуществляется, в основном, двумя способами фильтрации. Первый - регистрация излучения, прошедшего через контролируемый объект, осуществляется двумя детекторами, расположенными друг за другом вдоль рентгеновского луча и разделенными фильтром (Рекламный проспект фирмы HEIMANN "System HI-SCAN 10050 EDS"). Второй способ состоит в использовании пластинчатых фильтров, которые размещены перед каждым вторым элементарным детектором (Патент RU 2115914 С1 "Рентгено-телевизионное устройство").
Недостатком способа определения вещества вложения по эффективному атомному номеру является невозможность обнаружения опасных веществ по эффективному атомному номеру среди множества других веществ того же класса с близкими значениями эффективного атомного номера. Например, такие бытовые органические вещества, как вода, сахар, кожа и опасные вещества, например взрывчатые, имеют чрезвычайно близкие значения эффективного атомного номера.
Кроме того, значение эффективного атомного номера рассчитывается в целом для суперпозиции всех веществ вдоль пути прохождения рентгеновских лучей через объект от фокуса рентгеновского источника до соответствующего детектора. При процедуре выделения сигналов, соответствующих излучению, прошедшему через фоновое вещество и через совокупность фонового и идентифицируемого веществ и при расчете эффективного атомного номера вещества вложения возрастает погрешность его определения, что вносит дополнительные затруднения при идентификации вещества вложения.
При проведении инспекции багажа с помощью одноракурсных рентгенографических установок процедура обнаружения опасных веществ способом определения вещества вложения по эффективному атомному номеру оказалась малоэффективной и приводящей к большому количеству ложных тревог.
Цель изобретения заключается в устранении данных недостатков.
Для повышения вероятности обнаружения опасных вложений и существенного снижения вероятности ложных тревог было необходимо найти возможность получения дополнительной информации о свойствах веществ, из которых изготовлены вложения в багаже. Такой дополнительной информацией является данные о величине плотности вещества вложения.
Метод вычисления плотности вещества вложения основан на процедуре рентгеновского просвечивания в двух взаимно-перпендикулярных проекциях. На фиг.1 изображена схема двухпроекционной установки с двумя источниками рентгеновского излучения 1 и ортогональными детекторными линейками 3. Вложение в инспектируемом объекте 2. При реализации метода определения плотности вещества вложения независимыми способами определяются массовая толщина вложения Х и линейная толщина вложения L (геометрический размер) вдоль одного и того же направления, задаваемого геометрией системы рентгеновский источник-детектор. На основе рентгенографических данных, полученных в вертикальной проекции ("вид сбоку"), находится массовая толщина X. По данным в горизонтальной проекции ("вид сверху") определяется линейный размер L. Плотность вещества вложения вычисляется по формуле ρ=X/L.
Сущность изобретения заключается в том, что определение вещества вложения осуществляется по совокупности двух физических параметров: эффективному атомному номеру и плотности вещества вложения. Для конкретного вложения процедура идентификации состоит в следующем: пара измеренных физических параметров (эффективный атомный номер и плотность) автоматически сопоставляется с базой данных этих физических параметров для целого ряда бытовых и опасных веществ и, в случае соответствия, происходит вывод на экран монитора названия вещества, значения его эффективного атомного номера и величины плотности.
3
3
При таком способе определения вещества вложения в инспектируемом багаже достаточно надежно выделяются вложения из наиболее распространенных взрывчатых веществ, что является следствием более высокого значения плотности взрывчатых веществ по сравнению со значениями плотностей большинства бытовых органических веществ. Так, например, если эффективные атомные номера бытовых органических веществ и взрывчатых веществ весьма близки (~7), то значения плотности таких бытовых органических веществ, как пластмассы, кожа, мыло, вещи из шерстяных, хлопковых, синтетических тканей, составляют не более 1.2 г/см, когда как у большинства распространенных взрывчатых веществ значение плотности превышает 1.4 г/см.
Таким образом, способ обнаружения опасных веществ в багаже, основанный на определении эффективного атомного номера и плотности вещества вложения, значительно более эффективен по сравнению с известным способом обнаружения веществ по значению эффективного атомного номера [1].
Заявляемый способ не имеет аналогов в рентгеновской интроскопии и, следовательно, удовлетворяет требованию "изобретательский уровень".
Принцип действия двухспектральной двухпроекционной рентгенографической установки для реализации заявляемого способа основан на следующей схеме.
С помощью двух источников рентгеновского излучения совместно с системой коллиматоров в вертикальной плоскости формируются два узких веерообразных пучка рентгеновского излучения. На некотором расстоянии от излучателя, которое зависит от выбранной геометрии просвечивания и размеров апертуры просмотрового тоннеля, в зоне действия двух веерообразных пучков установлено многоканальное устройство регистрации рентгеновского излучения. Оно состоит из двух детекторных линеек (вертикальной и горизонтальной проекций), предназначенных для регистрации излучения внутри инспекционной камеры, усиления и формирования аналоговых сигналов. Каждая линейка состоит из детекторных блоков, каждый из которых включает в себя детекторные модули. Детекторный модуль представляет собой набор элементарных детекторов рентгеновского излучения, каждый из которых представляет собой оптоэлектронную пару сцинтиллятор + фотодиод. Между излучателем и детекторной линейкой размещается транспортная система для перемещения контролируемых объектов. После включения транспортной системы и пересечения переднего края контролируемого объекта линии фотобарьеров измеряются и запоминаются темновые токи всех детекторов, а после включения экспозиции рентгеновских генераторов измеряются и запоминаются токи всех детекторов в отсутствии контролируемого объекта, которые используются для нормировки сигналов детекторов.
При прохождении контролируемого объекта через плоскость просвечивания происходит усиление аналоговых сигналов детекторов, их оцифровка и преобразование оцифрованных сигналов в системе обработки данных в теневые и цветные матричные изображения контролируемого багажа с представлением их на экранах видеомониторов в режиме «on-line». Черно-белое теневое изображение выводится на экран левого монитора. На экран правого монитора выводится цветное изображение. Вертикальная проекция (вид сбоку) инспектируемого объекта помещается в верхней части рабочего экрана. Горизонтальная проекция (вид сверху) инспектируемого объекта помещается в нижней части рабочего экрана.
Цветное изображение выводится на экран с использованием палитры из 3 цветов, каждый цвет присваивается определенному диапазону значений эффективного атомного номера и соответственно своей группе веществ:
оранжевый цвет соответствует группе органических веществ,
зеленый цвет соответствует группе легких металлов (типа алюминия),
синий цвет соответствует группе металлов типа железа и меди.
Разработанная функция идентификации предназначена для анализа объектов, которые в ходе визуального анализа черно-белого и цветного изображений были признаны оператором потенциально опасными.
Процедура использования функции идентификации: с помощью курсора на теневом изображении вертикальной проекции объекта выбирается область фона рядом с подозрительным вложением; перемещая курсор с верхней границы вложения к нижней, выбирается область прямоугольной формы на изображении вертикальной проекции вложения; на экране появляются две вертикальные линии, пересекающие обе проекции инспектируемого объекта; с помощью курсора на теневом изображении горизонтальной проекции выбирается область фона рядом с подозрительным вложением; перемещая курсор с верхней границы изображения вложения в горизонтальной проекции к нижней, выбирается область прямоугольной формы; после этих манипуляций функция автоматически рассчитывает средние значения плотности и эффективного атомного номера выбранного вложения, а также погрешности вычислений.
В результате применения функции идентификации измеренные эффективный атомный номер и плотность вещества вложения автоматически сопоставляется с базой данных этих физических параметров для целого ряда бытовых и опасных веществ и, в случае соответствия, происходит вывод на экран монитора табло с названием вещества, величин его эффективного атомного номера и плотности, а также значений погрешности вычислений.
Использование предлагаемого способа позволит обнаруживать запрещенные и опасные вещества в багаже при рентгеновской инспекции во время таможенного или специального досмотра, что существенно повысит безопасность авиационных перевозок.