Модификации и классификация рентгенотелевизионных аппаратов сканирующего типа

Световые  вспышки принимаются фотоприемником (фотодиодом, фототранзистором), которые преобразуют их в электрические импульсы, которые поступают на электронные усилители. После усиления сигналы поступают в процессор детекторной линейки, причем амплитуда сигнала тем выше, чем выше интенсивность регистрируемого детектором рентгеновского излучения. Детекторные сигналы путём опроса каждого детектора всей линейки считываются, последовательно измеряются и интегрируются с помощью мультиплексоров.

Сцинтилляторами являются кристаллы комплексных химических соединений натрия, цинка, цезия (например, сернистый цинк ZnS). Длительность световой вспышки (время высвечивания) для этих веществ примерно от 10 нc до 0,7 мкс. Длина волны оптического излучения в пределах 4100 -5600 Å (голубой - зеленый цвет).

В разных аппаратах установлено  различное количество детекторов. Все  зависит от размера досмотрового тоннеля и заданной разрешающей  способности аппарата (возможности  различать мелкие детали предметов). Например, в самом распространенном РТА HI-SCAN 5170А насчитывается 576 отдельных детекторов(576 photodiodes with direct coupled scintillators). Каждый детектор обеспечивает одну горизонтальную линию изображения на экране монитора. Развертка в горизонтальном направлении обеспечивается за счет перемещения объекта по тоннелю и одновременного последовательного сканирования всех детекторов. Одно сканирование всех детекторов дает вертикальную линию на экране, т.е. обеспечивает вертикальную развертку изображения на мониторе. Число «горизонтальных» точек изображения связано с протяженностью объекта.

Двумерное изображение просвечиваемого рентгеновским лучом объекта формируется следующим образом.

Сигналы датчиков детекторной линии последовательно записываются в память. За один цикл записи формируется вертикальный разрез объекта. К моменту начала следующего цикла объект перемещается в горизонтальной плоскости, и в память записывается следующий разрез. За время перемещения объекта через плоскость веерного рентгеновского луча в памяти накапливается число вертикальных разрезов, пропорциональное горизонтальному размеру объекта и обратно пропорциональное скорости движения ленты транспортера. Обработанные сигналы из памяти выводятся на экран монитора.

Возможны  два варианта построения изображения: последовательный, по мере прохождения объекта через рентгеновский луч, и выдача полного изображения после выхода объекта из зоны просвечивания.

Изображение может воспроизводиться на экране монитора неограниченно долго.

Получение более качественного  и чёткого изображения контролируемых объектов достигается с помощью  функции (специального) шумоподавления в системе обработки изображения  РТА.  При отсутствии рентгеновского излучения процессор детекторной  линейки измеряет шум всех каналов  линейки и фоновые помехи, преобразует  их величины в цифровую форму и  записывает в память. При включении  рентгеновского излучения эти сигналы  фона и шума вычитаются из общего сигнала  изображения. Плюс электронная схема  обеспечивает преобразование сигнала  от любого просматриваемого участка  объекта с оптимальной яркостью. Это позволяет обеспечить глазам оператора более комфортные условия  работы.

На экране телемонитора имеется  информационная строка, на которой  отображаются дата и время проведения досмотра, а также число объектов, прошедших досмотр. В графе “режим”  отображается выбранный тип представления  изображения (черно-белое, цветное, осветление и т.д. в соответствии с командой, выбранной на клавиатуре пульта управления).

Преимущество электронной обработки  изображения состоит в возможности  использования цветных изображений  на экране контрольного дисплея. Известно, что человек обычно способен отличать на экране черно-белого монитора не более 22 градаций серого (от ярко белого до черного), а цветов может различать несколько тысяч. Поэтому применение цветных изображений повышает его информативность, что способствует увеличению производительности анализа изображения объектов и качества контроля (рис. 9).

Ч/Б  изображение     Цветное  изображение

Рис. 9. Черно-белое и цветное изображения досматриваемого объекта

Поступающая от приемников рентгеновского излучения информация записывается в блок памяти, например, жесткий диск системного блока. Это позволяет неограниченно долго рассматривать изображение контролируемого объекта на экране телемонитора даже после выключения рентгеновского излучения, а в случае необходимости вызывать уже прошедшее изображение для повторного рассмотрения.

Рентгеновское изображение находится  в памяти процессора сканирующего аппарата в цифровом виде, то есть в виде отдельных  точек, задаваемых своими координатами и интенсивностями. В цветных  аппаратах (таких, как HI-SCAN 5170А) и двухракурсных аппаратах (типа «Контроль-2») в памяти хранится сразу два изображения, получаемых за одно сканирование, для каждого инспектируемого объекта. Причем, в первом случае дополнительное изображение получается за счет применения сдвоенных линеек детекторов, когда вторая линейка, расположенная непосредственно под первой, фиксирует сигнал, прошедший дополнительно через фильтр из медной фольги. Это позволяет с помощью специальной электронной обработки выделить в объекте металлические предметы (оружие, металлы и т.д.), так как они более прозрачны именно для этого типа излучения. Во втором случае дополнительное изображение относится к тому же типу излучения и к тому же объекту, но рассматриваемому под другим «углом зрения». Это обеспечивается применением двухпучкового генератора рентгеновского излучения, с двумя разнесенными в пространстве рентгеновскими трубками. Возможность быстрого переключения при просмотре двухракурсных изображений позволяет надежнее выявлять предметы, расположенные в объекте в трудно распознаваемой проекции.

4.1. Принципы построения изображения и распознавания материалов по методу HI-MAT(MB8) и усовершенствованной системе HiTraX (метод HI-MAT Plus) в РТА HI-SCAN фирмы HEIMANN, Германия

В современных  аппаратах этой фирмы используются принципы построения изображения и  распознавания материалов по методу HI-MAT и усовершенствованной системе HiTraX, метод HI-MAT Plus. Причем, система HiTraX, метод HI-MAT Plus является не только усовершенствованием предыдущей системы МВ 8, но в неё добавлены другие функции. На основе сравнения этих систем и рассмотрения новых функций аппаратов Hi-Scan возможно определение основных тенденций совершенствования досмотровой рентгеновской техники.

4.2. Основные характеристики технологии HiTraX

• Современная технология программной обработки и аппаратных средств;
• Высокоскоростная передача сигналов;
• Усовершенствованный метод HI-MAT Plus;
• Высочайшая степень разрешения изображения  1280X1024;
• Новый эргономичный пользовательский интерфейс;
• Программируемые клавиши пульта. Расширенные опции;
• X-ACT: автоматическое обнаружение взрывчатых и наркотических веществ;
• HI-SPOT: on-line осветление темного участка изображения;
• HI-TIP: - вставка изображений опасных предметов в изображение багажа;
• Image Store (IMS): запись изображений на жесткий диск (4000 шт.);
• SUPERENHANCEMENT (SEN) – суперусиление изображения;
• XPLORE: анализ изображения по эффективному атомному номеру;
• Возможность диагностики с удаленного пульта.

4.3. Метод распознавания типов материалов HI-MAT Plus

Данный метод позволяет получить на мониторе цветное изображение, отличающееся от псевдоцветного тем, что цвет соответствует типу материала проверяемого предмета: органические материалы, неорганические и металлы. Метод HI-MAT Plus обеспечивает лучшие характеристики по обнаружению предметов внутри багажа.

Преимущество цветовой шкалы с  широким диапазоном насыщенности цвета  становится очевидным при просвечивании  перекрывающихся предметов. В системах с дискретным переключением цвета  между органическими и неорганическими  материалами даже тонкий слой экранирующего  материала, такого, как сталь, медь и  др., приведет к тому, что органический материал будет окрашиваться, как  неорганический, что является ошибкой.

На рис. 10 видны наглядные отличия двух методов построения изображения досматриваемого объекта.

Рис. 10. Рентгеновское изображение радиоприемника, полученное на системе МВ 8 и на системе  HiTraX

Метод HI-MAT Plus окрашивает смешанные материалы, в зависимости от доли того или иного материала, в промежуточные тона, между основными тонами смешиваемых материалов (рис. 4). Распознавание типа материала ограничено возможностью проникания низкоэнергетической доли спектра излучения. Этот предел составляет 10-15 мм стальной пластины. Доля излучения с высокой энергией квантов способна проникнуть через пластину большей толщины, но распознавание типа материала при этом уже невозможно, изображение будет окрашено в оттенки серого цвета.

 

Оранжевый – органика Зеленый - перекрытие материалов Голубой – неорганические материалы

 

Рис. 11. Окрашивание материалов по методу HI-MAT Plus

Функции улучшения контраста, хорошо известные при обработке черно-белых  изображений, также доступны в режиме HI-MAT Plus. Эти функции влияют только на яркость изображения, в то время как цвет (а значит и тип материала) остается неизменным.

Функция VARI-MAT заключается в переводе тонов серого цвета в цветное изображение HI-MAT с помощью шкалы, имеющей переменное положение и ширину. Положение шкалы задает коррекцию изображения в сторону улучшения просмотра органических или металлических предметов; ширина шкалы задает диапазон воспроизводимых при этом тонов. Функция VARI-MAT устраняет помехи от равномерно распределенного фона  и удобна для просмотра изображения со слабыми различиями в контрасте, а также слабо просвечиваемыми деталями изображения.

Изображение плотно упакованного чемодана имеет сплошной органический фон в режиме HI – MAT PLUS . Функция VARI-MAT позволяет так настроить изображение, что фон становится практически невидимым. Отдельные органические предметы будут хорошо различимы на таком фоне. Функция VARI-MAT работает в реальном масштабе времени, и все сделанные настройки шкалы сохраняются в памяти системы (рис. 12).

Рис. 12. Просмотр изображения с применением функции VARI-MAT

Применение технологии HiTraX в новых рентгеновских аппаратах фирмы HEIMANN позволяет не только выявлять скрытые вложения или запрещенные к перемещению через таможенную границу предметы багажа, но и с достаточной степенью вероятности определять наличие в перемещаемом грузе наркотических, взрывчатых веществ, оружия и боеприпасов.

Функция X-ACT  позволяет в автоматическом режиме распознавать предметы, содержащие взрывчатые вещества, наркотики и материалы высокой плотности. Участки изображения, соответствующие положению подозрительного предмета, обводятся рамкой определенного цвета, соответствующего типу обнаруженного вещества.

Функция X-ACT облегчает трудоемкую и ответственную работу оператора путем ускорения процедуры проверки и выявления подозрительных предметов. Это положительно действует на пассажиров и их правильное понимание мер по обеспечению безопасности при прохождении спецконтроля.

Принцип работы X-ACT основывается на мультиэнергетическом методе распознавания типов материалов  HI-MAT PLUS. Эта система была усовершенствована путем создания генератора рентгеновского излучения с высочайшей стабильностью параметров и высококачественных детекторов рентгеновского излучения.

Главной задачей функции X-ACT является выявление материалов, представляющих интерес при поиске, во всем объеме багажа. Даже если подозрительный предмет перекрывается другими предметами, он будет обнаружен и выделен рамкой. Кроме выделения рамкой, сигнал тревоги может проявляться путем подачи звукового сигнала или остановкой ленты.

Подозрительные предметы, которые  ранее сложно было обнаружить, работая  на обычных системах, теперь автоматически  маркируются рамкой без участия  оператора. Цвет рамки соответствует  типу обнаруженного материала:

Красный цвет: Взрывчатые вещества (рис. 13).

Зеленый цвет: Наркотики (рис. 14)

Голубой цвет: материалы с высокой  плотностью (рис.14)

Рис. 13. Красной рамкой обводится взрывчатка

Рис. 14. Зеленая рамка – обнаружен наркотик (слева); голубая рамка – обнаружен плотный материал (справа)

Голубая рамка вставляется в  том месте изображения, где проверяемый  материал очень сильно поглощает  излучение и детали изображения  на темном фоне неразличимы. X-ACT не прерывает работы всей системы и раскрашивает материалы соответственно стандартной палитре, принятой в системах HI-SCAN. Таким образом, оператору, работавшему с системами HI-SCAN, не нужно привыкать к другой цветовой палитре и , кроме того он получает дополнительную помощь в обнаружении подозрительных предметов

Функция HI-SPOT автоматически выделяет участки непросвеченного изображения предметов с высокой плотностью и осветляет его, позволяя определить детали изображения. Вся обработка изображения происходит с помощью специального программного обеспечения.