Womit inspizieren sie uns?

Hallo Giktayms!

Im Zusammenhang mit der weit verbreiteten Einführung von Inspektionssystemen stellen viele diese Frage. In diesem Beitrag möchte der Autor eine Reihe von Artikeln über verschiedene Suchsysteme, über die angewandten Prinzipien zur Erkennung gefährlicher Objekte und über das Design von Suchgeräten bis hin zur Hardware starten.

Betrachten wir zunächst Röntgeninspektionssysteme.

Am häufigsten wird in Röntgeninspektionssystemen oder aus dem Speicher von Fernsehsystemen wie "Search", - RTU (Röntgenfernsehinstallation) eine Röntgenröhre verwendet. Ja, das gleiche, das Kondrad Roentgen erfunden hat, und meistens ohne rotationsgekühlte Anode.

Das Bildaufnahmeschema war anfangs einfach - durch Projizieren auf eine unter Röntgenstrahlen leuchtende Platte.

Wie finde ich Sprengstoffe mit Röntgeninspektionssystemen?

Die Geschichte der Entwicklung von Gepäckkontrollsystemen.

Lassen Sie uns die Geschichte der Entwicklung von Röntgeninspektionssystemen erzählen.
Zunächst einige erläuternde Zeichnungen.

Die Grundgeometrie von Röntgenstrahlen in der Fluorographie

In diesem Bild wird ein Röntgenstrom auf einen fluoreszierenden Bildschirm projiziert. Anfänglich unterschieden sich Röntgeninspektionssysteme nicht wesentlich von Fluorographietechniken. Das Funktionsprinzip war einfach.

Röntgenstrahlung von der Quelle tritt durch ein gesteuertes (beleuchtetes) Objekt, das auf einem speziellen fluoreszierenden Bildschirm in ein Lichtrelief umgewandelt wird, das dem Röntgenbild des Objekts entspricht (das sogenannte "Schattenbild") und vom Bediener durch ein Schutzglas visuell wahrgenommen wird.

Direkte bildgebende Fluoroskopie:

Zum Schutz vor Strahlung dachten sie später daran, die Strahlung in einer Bleikiste zu schließen und das erhaltene Bild durch Spiegel und optische Systeme mit der Möglichkeit der Vergrößerung zu beobachten.

Bildverbesserung mit einer TV-Kamera

Die weitere Entwicklung erfolgte auf dem Weg, das resultierende Bild mit photoelektronischen Verstärkern zu verstärken und in ein Fernsehsignal umzuwandeln, das auf einem Monitor angezeigt wird.

Aber bald kam die digitale Revolution, die die Prinzipien des Scannens grundlegend veränderte.

Moderne Röntgeninspektionssysteme verwenden häufig andere Prinzipien, die das Nebenstudium reduzieren und erheblich verbessern:

1. Bildqualität
2. Unterscheidbarkeit von Materialien

Die Bildqualität hat sich dank der Verwendung hochempfindlicher Halbleiterdetektoren (Fotodioden) verbessert, die mit einer Schicht lumineszierender Substanz (normalerweise Cäsiumiodid) beschichtet und auch auf einem Computer digital verarbeitet wurden.

Der Röntgenstrahl wird in Form eines Streifens genau auf die Detektorlinie projiziert, an der sich das gescannte Objekt (Gepäck) entlang des Förderbandes vorbei bewegt. Die Fenster des Tunnels, in dem der Scan stattfindet, werden am Ein- und Ausgang mit bleihaltigen Fensterläden geschlossen. Dies dient zum Schutz vor Streustrahlung.

Als nächstes wird das empfangene Signal von einem Analog-Digital-Wandler - ADC - gelesen und umgewandelt, ausgerichtet und an einen Computer übertragen, um "aufeinanderfolgende Schichten" des Objekts zu einem einzelnen Bild zu verarbeiten und hinzuzufügen.

Schlitzkollimationsschema

Digitales Röntgen-Scannen mit Mikrodosis

Um die Größe der Röntgeninspektionseinheit zu verringern, entwickelten sie bald eine L-förmige Anordnung von Detektoren, wie in der Abbildung zu sehen ist.

Vorteile der L-förmigen Anordnung von Detektoren.

Moderne Röntgeninspektionskomplexe unterscheiden Materialien mithilfe des Compton-Effekts und bestimmen zwei Röntgenenergien - hoch und niedrig.

→ Compton-Effekt (Compton-Effekt, Compton-Streuung)

Im Jahr 1923 A. Compton, der die Streuung von Röntgenstrahlen (hochenergetische Photonen) durch verschiedene Substanzen (hauptsächlich Licht: Graphit, Paraffin usw.) untersuchte, die freie oder schwach gebundene Elektronen enthielten, stellte fest, dass in gestreuten Strahlen zusammen mit Strahlung der ursprünglichen Wellenlänge 1 enthalten sind auch Strahlen mit einer Wellenlänge l ¢ größer als l (l ¢> l). Darüber hinaus erwies sich die Differenz Dl = l ¢ -l als unabhängig von l und der Art der Streusubstanz und wurde vollständig durch den Streuwinkel bestimmt. Die folgende Regelmäßigkeit wurde experimentell festgestellt:

wobei q der Winkel ist, der durch die Richtung der gestreuten Strahlung mit der Richtung des Primärstrahls gebildet wird; 10 ist eine Konstante für alle Substanzen, gleich 10 = 0,0242 = 2,42 × 10-12 m.

DEFINITION: Die Streuung elektromagnetischer Strahlung durch ein freies oder schwach gekoppeltes Elektron, bei der ein einzelnes Photon infolge einer elastischen Kollision mit einem Elektron einen Teil seines Impulses (einen Teil der Energie) auf dieses überträgt, wird als Compton-Effekt oder -Phänomen bezeichnet.

In einfachen Worten passiert Folgendes:

Wenn ein Röntgenquanten kollidiert, wird Energie auf das Elektron übertragen. Ein angeregtes Elektron entlädt die vom Quanten empfangene Energie in Form eines Röntgenphotons niedrigerer Energie.

Es ist wichtig zu verstehen:

Wenn Strahlung von Substanzen mit kleinen Ordnungszahlen gestreut wird, hat fast die gesamte gestreute Strahlung eine verschobene Wellenlänge. Somit erscheinen im Röntgenspektrum zwei Energien: niedrig und anfänglich - hoch.

Das anfängliche Röntgenspektrum ist hochenergetisch.

Röntgenspektrum nach Ursprung durch organische Substanz.

Röntgeninspektionssysteme werden von verschiedenen Unternehmen hergestellt. In Russland gibt es hauptsächlich Geräte von Nuctech, Smits Detection, Rapiscan, L3 Communication, Astrophysics, Medrentech, Berg und vielen anderen. Diese Unternehmen kommen aus verschiedenen Ländern: Russland, China, Amerika, Großbritannien, Deutschland.

Betrachten Sie das übliche Design eines Röntgeninspektionssystems zur Untersuchung von Handgepäck.

Schema des Röntgeninspektionssystems.

Der Röntgengenerator (X-ray Sourse), das L-förmige Array von Folded Detector Array-Detektoren und ein Computer sind im Reis deutlich sichtbar.

Die Prinzipien des Röntgeninspektionssystems:

Wenn das inspizierte Objekt in den Tunnel eintritt und den fotoelektrischen Sensor überlappt, tritt das Signal vom Sensor in die Steuereinheit ein, die den Röntgengenerator startet.
Röntgenstrahlung tritt aus dem Kollimator aus, dringt durch das inspizierte Objekt und tritt in den Detektor ein.

Das System verwendet zwei Energiedetektoren. Die Anzahl der Detektormodule ist doppelt so hoch wie in einem Energiesystem. Zwei Detektoreinheiten mit einer Empfindlichkeit gegenüber Röntgenstrahlen mit niedriger bzw. hoher Energie werden zusammengelegt, um Röntgenstrahlen zu empfangen.

Abhängig von den von beiden Detektoren empfangenen Signalen kann das Bildverarbeitungssystem die Arten von Materialien (hauptsächlich organische Stoffe, anorganische Stoffe und Gemische) des inspizierten Objekts erkennen.
Die Detektormodule des Systems sind in abgeschirmten Feldern in Form von D zusammengebaut und diagonal vom Röntgengenerator installiert, um den gesamten Abschnitt des Tunnels mit Röntgenstrahlen abzutasten.

Bei dieser Anordnung werden tote Winkel ausgeschlossen und jeder Teil der Objekte, die durch den Tunnel laufen, kann inspiziert werden.

Zusätzliches Bild des Röntgeninspektionssystems

Ein hocheffizienter Detektor wandelt Röntgenstrahlen in schwache Stromsignale um, die verstärkt und dem ADC zugeführt werden.

Diese analogen Signale werden in digitale 16-Bit-Signale umgewandelt, die an einen Computer übertragen werden.

Der Computer korrigiert zuerst die Nichtübereinstimmung und den Versatz des digitalen Signals von jedem Pixel, klassifiziert dann organische und anorganische Materialien anhand der korrigierten Signale mit hoher und niedriger Energie und führt grundlegende Bildverarbeitungsfunktionen aus, z. B. die Bildkanten verbessern und 16-Bit-Signale mit hoher und niedriger Energie korrigieren.

Das Signal jeder Röntgenscheibe des Objekts wird zu einer "Linie" des Bildes auf dem Bildschirm.

Die Graustufe des Bildes gibt den Absorptionsgrad der Röntgenstrahlen im untersuchten Objekt an.

Da das Objekt von einem Förderer mit konstanter Geschwindigkeit durch den Tunnel transportiert wird, scannt das System es mit aufeinanderfolgenden "Röntgenschnitten". Die verarbeiteten Röntgenbilder des Objekts werden nacheinander zur Ansicht angezeigt.

Alle Röntgenschnitte der Bilder des inspizierten Objekts werden kombiniert und bilden ein vollständiges Röntgenbild.

Damit Inspektoren die Details des Bildes besser verstehen und die richtige Entscheidung treffen können, bietet das System ihnen eine Reihe von Funktionen zur Analyse und Bewertung des Bildes.

Durch Anwenden dieser Funktionen werden die Bilddaten selbst nicht geändert. Durch Deaktivieren solcher Funktionen wird das Originalbild wiederhergestellt.

Das von der Röntgeninspektionseinheit gescannte Testgepäck ist wie folgt:

In diesem Fall handelt es sich um den gesamten Gentleman-Satz eines Terroristen - einen Revolver, eine Granate, eine Bombe mit Timer, einen Schlüsselbund für ein Boeing-Flugzeug, ein Mobiltelefon und das Samsung Galaxy Note 7.
Das resultierende Bild wird in verschiedenen Farben gemalt.

Unterschiedliche Materialien entsprechen unterschiedlichen Farben zum Färben von Objekten gemäß Tabelle:

Zeff ist das Atomgewicht von Materialien, die in einem bestimmten Bereich des Bildes beleuchtet werden. Dieser Parameter wird durch den Compton-Effekt und Röntgendetektoren mit niedriger und hoher Energie bestimmt.

Es gibt verschiedene Funktionen zum Verarbeiten des Bildes des gesuchten Objekts. Der bevorzugte Schwarzweißmodus der Inspektoren wird verwendet, um dünne metallische Objekte zu erkennen.

Zum Beispiel: Drähte, Messer in vertikaler Projektion oder Sprengstoff mit Drähten und einer Sicherung.

Schwarzweißbild (s / w)

Zur Erkennung von Metallgegenständen wird die Art der Eliminierung organischer Materialien verwendet. Infolgedessen werden Metallobjekte im Bild blau markiert. Wenn ich ein wenig voraus laufe, kann ich feststellen, dass Leichtmetalle grün lackiert sind - zum Beispiel Aluminium oder Metallsalze.

Organische Elimination

Zur Bestimmung von TNT oder anderen Kunststoffsprengstoffen wird ein Medikament auch verwendet, um anorganische Materialien - Metalle und Salze - auszuschließen. Dadurch sind organische Materialien wie Obst und Gemüse, Kunststoffe, einschließlich Kunststoffsprengstoffe und Betäubungsmittel, sichtbar.

Zeigen Sie nur organische Substanzen unter Ausschluss anorganischer Materialien an

Auch während der Inspektion besteht die Möglichkeit, Materialien durch Ordnungszahlen zu bestimmen - Z eff.

Die effektiven Ordnungszahlen (Zeff) von Sprengstoffen und Arzneimitteln liegen im Bereich [7.9], wie in der Tabelle gezeigt.

Tabelle der effektiven Ordnungszahlen von Explosivstoffen und Drogen

Mit der Funktion Z7 / Z8 / Z9 werden Materialien mit Zeff gleich 7, 8 oder 9 im Bild ausgewählt. Mit dieser Funktion können Sie organische Materialien mit Zeff gleich 7, 8 oder 9 anzeigen. Bildausschnitte mit organischen Materialien mit dem angegebenen Zeff sind rot und die übrigen grau dargestellt. Somit können Sprengstoffe oder Drogen leicht isoliert werden.

Anwendung der Funktion Z9

Die Abbildung zeigt deutlich die Amphetaminkörner im Beutel, die mit der Z9-Funktion dargestellt wurden.

Ebenfalls verwendet wird der "Auto" - automatische Erkennungsmodus. In diesem Modus sind gefährliche Substanzen von farbigen, rechteckigen Konturen umgeben.

Reales Bild des Gepäcks auf dem Monitor einer Röntgeninspektions- und Inspektionseinheit.

Explosive Objekte sind in gelben Rahmen eingekreist. Rosa Rahmen - umgeben Objekte wie Drogen. Die roten Rahmen sind eine Warnung vor Objekten, die keinen Röntgenstrahlen ausgesetzt sind.

Daher kann sich hinter diesem Element etwas befinden, das für den Inspektor nicht sichtbar ist. Und wenn ein wesentlicher Teil des Gepäcks versteckt ist, muss der Inspektor es inspizieren.

Es ist wichtig zu verstehen, dass dieser Rahmen eine Warnung für den Inspektor ist. Nicht so oft weisen Frames auf eine echte Bedrohung hin.

Im nächsten Artikel werden Methoden zur Bedienerschulung, Software-Merkmale und -Funktionen sowie das Design von Röntgeninspektionskomplexen erörtert.