Чем нас досматривают?

в 12:29, , рубрики: досмотр, Железо, Научно-популярное, рентген, рентгеновское сканирование, РТУ, метки:

Привет Гиктаймс !

Чем нас досматривают? - 1

В связи с повсеместным введением досмотровых систем, многие задаются таким вопросом. В этом посте автор хочет начать цикл статей о разнообразных системах досмотра, о применяемых принципах обнаружения опасных объектов и конструкции аппаратуры досмотра вплоть до «железа».

Для начала рассмотрим рентгеновские инспекционные системы

Чаще всего в рентгеновских инспекционных системах, или по памяти о телевизионных системах, типа «Поиск», — РТУ (рентгенотелевизионная установка) применяется рентгеновская трубка. Да, та самая которую придумал Кондрад Рентген и чаще всего без охлаждаемого вращением анода.

Чем нас досматривают? - 2

Чем нас досматривают? - 3

Схема получения изображения, изначально была проста – путем проекции на люминесцирующую под рентгеновскими лучами пластину.

Как находят взрывчатку с помощью рентгено-инспекционных комплексов?

История развития досмотровых систем для просвечивания багажа.

Расскажем историю развития рентгеновских досмотровых систем.
Для начала несколько поясняющих рисунков.

Базовая геометрия рентген излучения при флюорографии

Чем нас досматривают? - 4

На этом изображении видно как поток рентгеновских лучей проецируется на флуоресцентный экран. Изначально ренгено-инспекционные системы не во многом отличались от техники для флюорографии. Принцип действия был прост.

Рентгеновское излучение от источника проходит через контролируемый (просвечиваемый), предмет, преобразуется на специальном флуоресцентном экране в световой рельеф, соответствующий рентгеновскому изображению объекта (т.н. "теневое изображение") и через защитное стекло визуально воспринимается оператором.

Флюороскопия с прямым отображением:

image

Позже, для защиты от излучения додумались закрывать пучок излучения в освинцованном ящике, наблюдая полученное изображение, через зеркала и оптические системы с возможностью увеличения.

Усиление изображения с ТВ камерой

Чем нас досматривают? - 6

Дальнейшее развитие шло по пути усиления получаемого изображения, при помощи фотоэлектронных усилителей и преобразования в телевизионный сигнал, просматриваемый на мониторе.

Но вскоре пришла "цифровая революция", коренным образом изменившая принципы сканирования.

Современные рентгеновские инспекционные установки, чаще используют другие принципы, уменьшившие побочное изучение и сильно улучшившие:

  1. Качество изображения
  2. Различаемость материалов

Качество изображения улучшилось благодаря применению высокочувствительных полупроводниковых детекторов (фотодиодов), с нанесенным на них слоем люминесцентного вещества (обычно йодид цезия) а, также цифровой обработке на компьютере.

Рентгеновский луч проецируется в виде полосы, точно на линейку детекторов, мимо которых перемещается сканируемый объект (багаж), по транспортерной ленте. Окна тоннеля, в котором происходит сканирование, закрыто на входе и выходе освинцованными шторками. Это делается для защиты от рассеянного излучения.

Далее полученный сигнал считывается и преобразуется аналого-цифровым преобразователем — АЦП, выравнивается и передается в компьютер для обработки и сложения " последовательных срезов" объекта в единое изображение.

Схема щелевой коллимации

Чем нас досматривают? - 7

Микродозовое цифровое рентгеновское сканирование

Чем нас досматривают? - 8

Вскоре, для уменьшения размеров рентгеновской инспекционной установки придумали Г -образное размещение детекторов, как видно на рисунке.

Преимущества Г-образной матрицы детекторов.

Чем нас досматривают? - 9

Современные рентгено-инспекционные комплексы различают материалы используя эффект Комптона и определяют две энергии рентгеновских лучей – высокую и низкую.

Эффе́кт Ко́мптона (Ко́мптон-эффе́кт, ко́мптоновское рассе́яние)

В 1923г. А. Комптон, исследуя рассеяние рентгеновских лучей (фотонов большой энергии) различными веществами (в основном легкими: графитом, парафином и др.), содержащими свободные или слабо связанные электроны, обнаружил, что в рассеянных лучах, наряду с излучением первоначальной длины волны l содержатся также лучи с длиной волны l¢ большей l (l¢>l). Причем разность Dl=l¢-l оказалась независящей от l и от природы рассеивающего вещества, а целиком определялась углом рассеяния. Экспериментально была установлена следующая закономерность:

Чем нас досматривают? - 10
где q — угол, образуемый направлением рассеянного излучения с направлением первичного пучка; l0 – постоянная для всех веществ величина, равная l0=0,0242 =2,42×10-12м.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ: рассеяние электромагнитного излучения на свободных или слабо связанных электрона, при котором отдельный фотон в результате упругого соударения с электроном передает ему часть своего импульса (часть энергии), называется эффектом или явлением Комптона.

Простым языком, происходит следующее:

При соударении кванта рентгеновского излучения, происходит передача энергии электрону. Возбужденный электрон сбрасывает полученную от кванта энергию в виде фотона рентгеновского излучения, более низкой энергии.

Важно понимать:

При рассеянии излучения веществами с малыми атомными номерами практически все рассеянное излучение имеет смещенную длину волны. Таким образом, в спектре рентгеновского излучения появляются две энергии: низкая и исходная – высокая.

Первоначальный спектр рентгеновского излучения — высокой энергии.

Чем нас досматривают? - 11

 

Спектр рентгеновского излучения, после происхождения через органическое вещество.

Чем нас досматривают? - 12

 

Рентгеновские досмотровые комплексы выпускаются разными фирмами. В России в основном присутствует техника фирм Nuctech, Smits Detection, Rapiscan, L3 Communication, Astrophysics, Медрентех, Berg и многих других. Эти компании из разных стран: Россия, Китай, Америка, Великобритания, Германия.

Рассмотрим обычную конструкцию рентгено-инспекционной системы для досмотра ручного багажа.

Схема рентгено-инспекционной системы.

Чем нас досматривают? - 13
На рис отчетливо виден генератор рентгеновского излучения (X-ray Sourсe), Г-образная матрица детекторов Folded Detector Array и компьютер.

Принципы работы рентгено-инспекционной системы:

Когда инспектируемый объект входит в туннель и перекрывает фотоэлектрический датчик, сигнал с датчика поступает на блок управления, который запускает генератор рентгеновского излучения.
Рентгеновское излучение выходит из коллиматора, проникает через досматриваемый объект и попадает на детектор.

В системе используются детекторы двух энергий. Число модулей детекторов в два раза больше, чем в одно энергетической системе. Два блока детекторов с чувствительностью соответственно, к рентгеновским лучам низкой и высокой энергии размещены вместе для приема рентгеновского излучения.

В зависимости от сигналов, принятых с обоих детекторов, система обработки изображения может распознать типы материалов (в основном органику, неорганику и смеси) инспектируемого объекта.
Модули детекторов системы собраны в защищенных панелях расположенных в форме Г и установлены по диагонали от генератора рентгеновского излучения, для сканирования рентгеновскими лучами всего сечения туннеля.

В этой компоновке исключены "слепые" зоны и допускается досмотр любой части объектов проходящих по туннелю.

Дополнительное изображение рентгено-инспекционной системы

Чем нас досматривают? - 14
Высокоэффективный детектор преобразует рентгеновское излучение в слабые токовые сигналы, которые усиливаются и поступают на АЦП преобразователь.

Эти аналоговые сигналы преобразуются в 16-битовые цифровые сигналы, которые передаются в компьютер.

Компьютер сначала корректирует несоответствие и смещение цифрового сигнала от каждого пикселя, затем по сигналам скорректированной высокой и низкой энергии классифицирует органические и неорганические материалы и выполняет базовые функции обработки изображения, например, улучшение краев изображений, коррекцию 16-битовых сигналов высокой и низкой энергии.

Сигнал каждого рентгено-графического среза объекта превращается в "линию" изображения на экране дисплея.

Уровень серого изображения указывает степень поглощения рентгеновского излучения в инспектируемом объекте.

Так как объект транспортируется по туннелю конвейером с постоянной скоростью, система сканирует его последовательными " ренгено-графическими срезами". Обработанные рентгеновские изображения объекта последовательно выводятся на дисплей для просмотра.

Все рентгено-графические срезы изображений досматриваемого объекта объединяются и образуют полное рентгеновское изображение.

Чтобы инспекторы могли лучше понять детали изображения и принять правильное решение, система предоставляет им ряд функций для анализа и оценки изображения.

Применение этих функций не меняет самих данных изображения. Отключение таких функций восстанавливает исходное изображение.

Отсканированный рентгено-инспекционной установкой тестовый багаж выглядит следующим образом:

Чем нас досматривают? - 15

В этом кейсе есть весь джентльменский набор террориста – револьвер, граната, бомба с таймером, набор ключей от самолета Boeing, сотовый телефон и Samsung Galaxy Note 7.
Полученное изображение окрашено в различные цвета.

Различным материалам соответствуют разные цвета окраски объектов в соответствии с таблицей:

Категория

Эффективное атомное число Z эфф

Цвет

Типичный материал

Органические вещества

Ниже 10

Чем нас досматривают? - 16

Соединения легких элементов, например, водород, углерод, азот и кислород, включая большинство взрывчаток (например, нитроглицерин), пластмасс (например, полипропилен), бумагу, ткань, пищу, дерево и воду

Смешанный материал

Между 10 и 18

Чем нас досматривают? - 17

 

Металлические элементы средней массы (например, алюминий) и соли.

Неорганические вещества

Более 18

Чем нас досматривают? - 18

Тяжелые  металлические элементы (например, титан, хром, серебро, никель, железо, медь, цинк и свинец).

Zэфф – это атомный вес материалов которые просвечены в заданной области изображения. Этот параметр определяется благодаря эффекту Комптона и детекторам рентгеновского излучения низкой и высокой энергии.

Есть разные функции обработки изображения досматриваемого объекта. Любимый инспекторами черно-белый режим используется для обнаружения тонких, металлических объектов.

Например: проводов, ножей в вертикальной проекции или взрывчатки с проводами и взрывателем.

Черно-белое (Ч/Б) изображение

Чем нас досматривают? - 19

Для обнаружения металлических объектов используется режим устранения органических материалов. В результате, на изображении синим цветом, отмечены металлические объекты. Немного забегая вперед, могу рассказать, что зеленым цветом окрашены легкие металлы – например, алюминий или соли металлов.

Устранение органики

Чем нас досматривают? - 20

Для определения тротила или другой пластиковой взрывчатки а, так-же наркотиков используется режим исключения неорганических материалов – металлов и солей. В результате видны органические материалы, например фрукты и овощи, пластики, в том числе пластиковая взрывчатка и наркотические вещества.

Отображение только органических веществ при исключении неорганических материалов

Чем нас досматривают? - 21

Также при досмотре применяется возможность определения материалов по атомным номерам – Z эфф.

Эффективные атомные числа (Zeff) взрывчатки и наркотиков лежат в диапазоне [7,9], как показано в Таблице.

Таблица Эффективных атомных чисел взрывчатки и наркотиков

Zeff

Материал

7

Вода и пластиковая взрывчатка

8

Наркотики с примесью или взрывчатые вещества

9

Чистые наркотические вещества

Функция Z7/Z8/Z9 применяется для выделения на изображении материалов с Zeff равным 7, 8 или 9. С помощью этой функции можно просматривать органические материалы с параметром Zeff равным 7, 8 или 9 соответственно. Участки изображения с органическими материалами с указанным Zeff показаны красным цветом, а остальные участки показаны серыми. Таким образом, можно легко выделить взрывчатку или наркотики.

Применение функции Z9

Чем нас досматривают? - 22

На рисунке хорошо видны зерна амфетамина в пакете, показанные с помощью функции Z9.

Также используется режим «авто» — автоматического обнаружения. В этом режиме опасные вещества обводятся цветными, прямоугольными контурами.

Реальное изображение багажа на мониторе рентгеновской инспекционно-досмотровой установки.

Чем нас досматривают? - 23

Желтыми рамками обведены предметы похожие на взрывчатку. Розовые рамки – окружают объекты подобные наркотикам. Красные рамки — это предупреждение об объектах, не просвечиваемых рентгеновским излучением.

Следовательно, за этим предметом может располагаться что-либо не видимое инспектору. И если скрыта значительная часть багажа, то инспектор обязан его досмотреть.

Важно понимать что, эти рамки предупреждение для инспектора. Не так часто рамки указывают на реальную угрозу.

В следующей статье будут рассмотрены методы тренировки операторов, возможности и функции программного обеспечения и конструкция рентгеновских инспекционных комплексов.

Автор: roverseti

Источник

Поделиться

* - обязательные к заполнению поля