X射线背散射成像技术在安检中的应用.doc

 X射线背散射成像技术 在安检中的应用 文/王勇 公安部第一研究所 摘 要：对爆炸物和违禁物准确、高效的检测，是有效防范恐怖犯罪和刑事犯罪的重要 手段。针对目前普遍采用的探测技术存在的一些不足，以及不同检测条件的限制。本文介绍 X射线背散射成像技术，利用该技术可实现不同探测技术的优势互补，在不同的检测领域有 不同的应用。 关键词：X射线背散射成像 爆炸物探测 技术融合 机动检查 人体检查 一、当前最普遍的安检技术 对进入重要场所的大流量人员、 行李及货柜，实施非接触、非入侵的 安全检查，已成为目前广泛采用的安 检措施。各类金属或非金属武器、毒 品、爆炸物（炸药和起爆装置）是 探测的重点。目前，使用最多的是X 射线成像技术，它包括：双能X射线 透射成像、多视角X射线双能透射成 像、双能X射线CT成像、高能（几兆 电子伏特）X射线成像及X射线背散 射成像技术。 从理论上讲，已知物质的有效原 子序数和密度就可以准确地确定物质 的类型。目前双能X射线成像技术能 有效检测出被检物的有效原子序数信 息，并对被检物自动进行分类。如原 子序数低于10的物质定义为有机物， 赋予不同饱和度的橙色；如原子序数 介于10到18之间的物质定义为混合 物，赋予不同饱和度的绿色；如原子 序数大于18的物质定义为无机物，赋 予不同饱和度的蓝色。但单视角或双 视角的双能量检测技术仍不能获取物 质足够的密度信息，无法分辨物质的 密度。 伪双能X射线透射成像设备能准 确、实时地显示被检物的二维图像， 并有效获取物质的有效原子序数信 息。目前广泛应用于对重要场所人员 的手提行李和交运行李的安检。 双能X射线断层扫描的CT成像 设备能获取物质大量的密度和有效原 子序数信息，探测率较高。但售价昂 贵、检测速度慢、体积较大等不利因 素，限制了其广泛应用。 多视角双能X射线透射成像技术 能组建 “直角”交叉视角的二维图 像，进而重建被扫描物体的三维图 像，视角获取的物质信息越多，越能 达到准确判定物质有效原子系数和密 度的目的。公安部第一研究所采用双 源双探真实双能和伪双能透射的多视 角成像组合技术，研制出国内首款 能够实现对一定量的毒品和炸药进行 Transmissiom Image Backscatter Image Explosive Simulant(23Kg sacks 图1 左图为单能透射X射线成像 右图为背散射技术成像 自动探测的设备，探测速度提高一倍 多，高达500mm/s，违禁物在三视图 上被用线框自动标识，非常适合大流 量包裹的违禁物与炸药的自动探测。 这种自动、高速、高效的炸药探测模 式必将取代现行的人工判读模式。 理后成像显示。 飞点扫描技术是背散射扫描技术 的核心，它可瞬时对X射线光束方位 进行处理，使背散射信号能对被检物 品的危险区域做出及时反应，完成准 实时成像，并能凸显低原子序数物质 的具体形状及位置。背散射成像技术 与双能透射相比的优缺点如下： 背散射成像优点： （1）图像能凸显低原子序数的 有机物，特别是液体炸药、塑性炸 药、毒品等。 （2）射线源与背散射探测器在 被测物的同一侧，便于实施探测。 （3）X射线飞点扫描照射剂量 小、辐射量小。 背散射成像缺点： （1）射线穿透能力差。 （2）图像分辨率低。 （3）不能自动对被测物进行有 效原子序数分类，无法实现自动探 测。 三、背散射成像与双能透射 成像技术的融合应用 有机物大都属于低原子序数、 低密度物质，各类炸药和普通有机物 一样，都含有低原子序数的碳、氧、 氢、氮元素。使用双能量X射线透射 成像能自动对被测物进行有效原子序 数分类，但不能将少量轻薄的毒品和 炸药从复杂的有机物背景中区分凸 显，影响探测率。而大多数炸药，特 别是塑性炸药具有较低的原子序数和 相对较高的密度，采用X射线背散射 成像技术有利于将普通有机物和炸药 区分显现。 图1为对同一货运箱的扫描图， 两袋模拟爆炸物被藏于箱内，背散射 图像（右图）能突出货箱内危险有机 物，非常清晰地呈现出模拟爆炸物的 所在。 图2为统一箱包的单能透射和背 散射扫描图，背散射技术可生成清晰 的X射线扫描图，将爆炸物、塑料武 二、背散射探测原理 当X射线遇到物体时可能出现三 种情况：X射线穿过物体、X射线被 物体吸收、X射线遇物体发生散射。 背散射探测原理就是利用康普顿散射 理论，X射线遇到不同物质会发生不 同的散射，X射线遇到低原子序数物 质时，散射较强；遇到高原子序数物 质时，散射相对较弱。而且，散射概 率与被检物的电子密度成正比，电子 密度又与质量密度有关，散射信号随 质量密度增大而增强，但高原子序数 物质的散射被光电效应抑制。所以， 如果被检物质的原子序数越低，密度 越大，X射线照射发生散射就越强， 反之亦然。