Установка рентгеновская для досмотра грузов и ручной клади

Заявляемый объект относится к разделу рентгеновской техники, точнее к устройствам неразрушающего контроля багажа и грузов, и может быть использован при антитеррористическом досмотре на транспорте и на контрольно-пропускных пунктах различного назначения.

Технический результат заявляемого устройства выражается в возможности получения трехмерного рентгеновского изображения досматриваемого багажа. Он достигается тем, что в установку рентгеновскую для досмотра грузов и ручной клади введен дополнительный коллиматор с двумя щелевыми диафрагмами, формирующими дополнительный веерный рентгеновский пучок, проходящий под углом =arctgs/L14° к плоскости основного веерного рентгеновского пучка, где s - расстояние между линейно-матричными детекторами, L - расстояние по нормали от фокуса рентгеновской трубки до основного линейно-матричного детектора, и дополнительный линейно-матричный детектор, соединенный с цифровой электронной системой преобразования, регистрации и формирования изображения, подключенной к ЭВМ, дополненной блоком фотограмметриической обработки цифровых изображений и блоком воспроизведения трехмерного рентгеновского изображения досматриваемых грузов.

Возможность стереоскопического наблюдения исследуемого груза и точной фотограмметрической оценки его внутренней структуры значительно повышают надежность выявления в багаже недозволенных к провозу предметов.

Заявляемый объект относится к разделу рентгеновской техники, точнее к устройствам неразрушающего контроля багажа и грузов, и может быть использован при антитеррористическом досмотре на транспорте и на контрольно-пропускных пунктах различного назначения.

Известна рентгеновская установка XIS-6545DV для досмотра грузов фирмы Astrophysics, USA (http://x-rayscan.ru/xis-6545dv.html [1]). Она содержит контейнер, закрытый кожухом с элементами защиты от излучения, в котором закреплены два рентгеновских излучателя, подключенные к высокочастотному рентгеновскому генератору малой мощности и программируемому блоку управления, снабженному ЭВМ, пультом управления и видеомонитором, и оптически сопряженные с двумя многоэлементными линейными детекторами, соединенными с цифровой системой преобразования, регистрации и формирования изображения, подключенной к программируемому блоку управления. Контейнер имеет входное и выходное окна, через которые проложен туннель с рентгенопрозрачными стенками, в основании которого проходит лента конвейера для досмотровых грузов.

Наиболее близким по конструкции к заявляемому объекту является рентгеновская установка, содержащая контейнер коробчатой формы, закрытый кожухом с элементами защиты от излучения, с входным и выходным окнами, через которые проложен туннель с рентгенопрозрачными стенками, в основании которого проходит лента конвейера из рентгенопрозрачного материала для досмотровых грузов; на верхней стенке контейнера закреплен рентгеновский излучатель, подключенный к высокочастотному рентгеновскому генератору малой мощности и программируемому блоку управления, снабженному ЭВМ, пультом управления и дисплеем, и оптически сопряженный посредством коллиматора с двумя щелевыми диафрагмами, формирующими основной веерный рентгеновский пучок, плоскость которого проходит перпендикулярно к направлению движения ленты конвейера, с линейным матричным детектором, соединенным с цифровой электронной системой преобразования, регистрации и формирования изображения, подключенной к ЭВМ, установленным под лентой конвейера (Артемьев Б.В., Буклей А.А. Радиационный контроль под редакцией академика РАН ВВ.Клюева М.: Издательский дом Спектр, 2011. - С.132 [2]). Аналог [2] был выбран нами в качестве прототипа.

Недостатком прототипа, как и всех известных аналогов, является невозможность получения пространственного (трехмерного) изображения досматриваемых предметов, которое позволяет более точно детализировать взаимное расположение и содержание досматриваемых грузов.

Технический результат заявляемого устройства выражается в возможности получения трехмерного рентгеновского изображения досматриваемого багажа. Он достигается тем, что в установку рентгеновскую для досмотра грузов и ручной клади введен дополнительный коллиматор с двумя щелевыми диафрагмами, формирующими дополнительный веерный рентгеновский пучок, проходящий под углом =arctgs/L14° к плоскости основного веерного рентгеновского пучка, где s - расстояние между линейно-матричными детекторами, L - расстояние по нормали от фокуса рентгеновской трубки до основного линейно-матричного детектора, и дополнительный линейно-матричный детектор, соединенный с цифровой электронной системой преобразования, регистрации и формирования изображения, подключенной к ЭВМ, дополненной блоком фотограмметриической обработки цифровых изображений и блоком воспроизведения трехмерного рентгеновского изображения досматриваемых грузов.

Далее наше предложение сопровождается чертежами и описанием их. На фиг.1 показана блок-схема предлагаемой рентгеновской установки, а на фиг.2, 3, 4 - геометрия стереофотограмметрической съемки.

Установка рентгеновская для досмотра грузов и ручной клади содержит контейнер 1 коробчатой формы, закрытый рентгенозащитным кожухом 2, изготовленным, например из нетоксичного просвинцованного пластика ППС 73. Контейнер имеет входное 3 и выходное 4 окна, через которые проложен туннель 5 с рентгенопрозрачными стенками, в основании которого проходит рентгенопрозрачного лента 6 конвейера, приводимого в движение электродвигателем 7 реверсивного типа при транспортировки досмотровых грузов 8. На верхней стенке 9 контейнера 1 закреплен рентгеновский излучатель 10 с рентгеновской трубкой 11 с действительным фокусом F, подключенный к высокочастотному рентгеновскому генератору 12 малой мощности и программируемому блоку управления 13, снабженному ЭВМ 14, пультом управления 15 (клавиатурой) и дисплеем 16. Рентгеновская трубка 11 оптически сопряжена посредством коллиматора с двумя щелевыми диафрагмами 17 и 18, формирующими основной веерный рентгеновский пучок ( а), плоскость которого проходит перпендикулярно к направлению движения ленты 6 конвейера, с линейным матричным детектором 19, который установленным под лентой 6. В качестве детектора 19 целесообразно использовать полупроводниковый матричный преобразователь. Линейный детектор 19 соединенным с цифровой электронной системой преобразования электрического сигнала 20, включающей буферный операционный усилитель и аналого-цифровой преобразователь (АЦП). С выхода 20 сигнал поступает в ячейку 21, где формируется цифровая матрица изображения. Установка содержит дополнительный коллиматор, образованный двумя щелевыми диафрагмами 22 и 23, формирующими дополнительный веерный рентгеновский пучок (6), проходящий под углом =arctgs/L14° к плоскости основного веерного рентгеновского пучка (а), где s - расстояние между линейно-матричными детекторами, L - расстояние по нормали от фокуса рентгеновской трубки до основного линейно-матричного детектора 19. Наклонный веерный пучок (6) попадает на дополнительный линейно-матричный детектор 24, установленный под лентой 6 конвейера на одном уровне с детектором 19. Детектор 24 соединенный с цифровой электронной системой преобразования 25 электрического сигнала, включающей буферный операционный усилитель и АЦП. С выхода 25 сигнал поступает в ячейку 26, где формируется цифровая матрица изображения от наклонного веерного пучка (b). С выходов ячеек 21 и 26 сигнал поступает в блок 27 фотограмметрической обработки цифровых изображений, теория которого будет изложена далее. С выхода 27 сигнал поступает на ЭВМ 14, с которой связан блок воспроизведения трехмерного рентгеновского изображения досматриваемых грузов.

В нашем варианте блок воспроизведения трехмерного рентгеновского изображения содержит коммутатор 28 обеспечивающий поочередную передачу на дисплей 16 изображений от основного 19 и дополнительного 24 детекторов, и жидкокристаллические стереоскопические очки 29, управляемые коммутатором 28.

Принципиально для получения стереопары снимков необходимо экспонирование объекта исследования при различном угловом положении проектирующих веерных пучков. Для практических целей наиболее оптимальным является вариант, показанный на фиг.2, 3, 4, в котором первый снимок стереопары получают при отвесном положении пучка проектирующих лучей, а второй снимок получают при наклоне веерного пучка на угол а относительно отвесного положения, так как при этом варианте получаются наиболее простые формулы связи координат точек объекта и координат их изображений на снимках стереопары.

Конструкция предлагаемой установки полностью отвечает требованиям оптимального варианта стереорентгенографии, так как в ней один из пучков ( а) проходит отвесно, а второй (b) проходит под углом относительно отвесного пучка (фиг.1).

=arctgs/L14°,

где s - расстояние между линейно-матричными детекторами y₁, а L - расстояние по нормали от фокуса рентгеновской трубки до основного линейно-матричного детектора 19. Угол 14° является оптимальным для получения стереоскопического эффекта хорошего качества.

На фиг.2 показана эквивалентная геометрическая схема стереорентгенографической съемки, проводимой на предложенной нами установке. При получении первого рентгеновского изображения стереопары точка М объекта исследования проектируется на снимок в точке m₁ при положении действительного фокуса рентгеновской трубки в точке F₁. При получении второго рентгеновского изображения стереопары веерный пучок проектирующих лучей ориентирован под углом а относительно отвесного положения, при этом точка М объекта проектируется на снимок в точке F ₂. Таким образом, на каждом из снимков стереопары точки объекта исследования проектируются из разных точек пространства, т.е. созданы условия для получения стереопары снимков.

Для получения объемного изображения необходимо определить пространственные координаты X, Y, Z его структурных точек. Эта операция выполняется по формулам фотограмметрического преобразования блоком 27 (фиг.1) в автоматическом режиме.

Формулы фотограмметрического преобразования легко получить из чертежей, представленных на фиг.1, 2, 3.

X=x₁=x₂+p,

.

В формулах (1):

X, Y, Z - пространственные координаты точек объекта в системе координат OXYZ;

x₁, x₂, y₁ и p - координаты изображений точек объекта на снимках стереопары и горизонтальный параллакс;

L - расстояние по нормали от фокуса рентгеновской трубки до основного линейно-матричного детектора 19;

- угол между веерными пучками проектирующих лучей а и b.

Пространственные координаты исследуемого объекта после обработки на ЭВМ 14 могут выводиться на экран дисплея в виде трехмерного рельефного изображения в режиме 3Д или восприниматься стереоскопически с экрана дисплея через коммутатор 28 и очки 29.

Эти возможности предложенной нами установки значительно повышают надежность выявления в багаже недозволенных к провозу предметов.

1. Установка рентгеновская для досмотра грузов и ручной клади, содержащая контейнер коробчатой формы, закрытый кожухом с элементами защиты от излучения, с входным и выходным окнами, через которые проложен туннель с рентгенопрозрачными стенками, в основании которого проходит лента конвейера из рентгенопрозрачного материала для досмотровых грузов; на верхней стенке контейнера закреплен рентгеновский излучатель, подключенный к высокочастотному рентгеновскому генератору малой мощности и программируемому блоку управления, снабженному ЭВМ, пультом управления и дисплеем, и оптически сопряженный посредством коллиматора с двумя щелевыми диафрагмами, формирующими основной веерный рентгеновский пучок, плоскость которого проходит перпендикулярно направлению движения ленты конвейера, с линейным матричным детектором, соединенным с цифровой электронной системой преобразования, регистрации и формирования изображения, подключенной к ЭВМ, установленным под лентой конвейера, отличающаяся тем, что в нее введен дополнительный коллиматор с двумя щелевыми диафрагмами, формирующими дополнительный веерный рентгеновский пучок, проходящий под углом =arctgs/L14° к плоскости основного веерного рентгеновского пучка, где s - расстояние между линейно-матричными детекторами, L - расстояние по нормали от фокуса рентгеновской трубки до основного линейно-матричного детектора, и дополнительный линейно-матричный детектор, соединенный с цифровой электронной системой преобразования, регистрации и формирования изображения, подключенной к ЭВМ, дополненной блоком фотограмметриической обработки цифровых изображений и блоком воспроизведения трехмерного рентгеновского изображения досматриваемых грузов.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что блок воспроизведения трехмерного рентгеновского изображения содержит коммутатор, обеспечивающий поочередную передачу на дисплей изображений от основного и дополнительного детекторов, и жидкокристаллические стереоскопические очки, управляемые коммутатором.