Salut Giktayms!
Dans le cadre de l'introduction généralisée des systèmes d'inspection, beaucoup posent cette question. Dans cet article, l'auteur souhaite entamer une série d'articles sur une variété de systèmes de recherche, sur les principes appliqués pour la détection des objets dangereux et la conception des équipements de recherche jusqu'au matériel.
Voyons d'abord les systèmes d'inspection par rayons X.
Le plus souvent, dans les systèmes d'inspection à rayons X, ou à partir de la mémoire des systèmes de télévision, tels que "Recherche", - RTU (installation de télévision à rayons X), un tube à rayons X est utilisé. Oui, le même que Kondrad Roentgen a inventé et le plus souvent sans anode refroidie par rotation.
Le schéma d'acquisition d'images était initialement simple - en projetant sur une plaque luminescente sous rayons X.
Comment trouver des explosifs à l'aide de systèmes d'inspection par rayons X?
L'histoire du développement des systèmes de contrôle des bagages.
Racontons l'histoire du développement des systèmes d'inspection par rayons X.
Tout d'abord, quelques dessins explicatifs.
La géométrie de base des rayons X en fluorographie
Dans cette image, un flux de rayons X est projeté sur un écran fluorescent. Initialement, les systèmes d'inspection aux rayons X ne différaient pas beaucoup des techniques de fluorographie. Le principe de fonctionnement était simple.
Le rayonnement X de la source passe à travers un objet contrôlé (illuminé), qui est converti sur un écran fluorescent spécial en un relief lumineux correspondant à l'image radiographique de l'objet (ce que l'on appelle "l'image d'ombre") et est visuellement perçu par l'opérateur à travers un verre de protection.
Fluoroscopie par imagerie directe:
Plus tard, pour se protéger du rayonnement, ils ont pensé à fermer le rayonnement dans une boîte en plomb, en observant l'image obtenue, à travers des miroirs et des systèmes optiques avec possibilité de grossissement.
Amélioration de l'image avec une caméra TV
Le développement s'est poursuivi sur le chemin de l'amplification de l'image résultante à l'aide d'amplificateurs photoélectroniques et de sa conversion en un signal de télévision visualisé sur un moniteur.
Mais bientôt la révolution numérique est arrivée, changeant fondamentalement les principes de la numérisation.
Les systèmes modernes d'inspection par rayons X utilisent souvent d'autres principes qui réduisent les études secondaires et améliorent considérablement:
- Qualité d'image
- Distinguisibilité des matériaux
La qualité d'image s'est améliorée grâce à l'utilisation de détecteurs à semi-conducteurs très sensibles (photodiodes), recouverts d'une couche de substance luminescente (généralement de l'iodure de césium) et également traités numériquement sur un ordinateur.
Le faisceau de rayons X est projeté sous la forme d'une bande, exactement sur la ligne de détecteurs, devant laquelle se déplace l'objet scanné (bagages), le long du tapis roulant. Les fenêtres du tunnel dans lequel le scan a lieu sont fermées à l'entrée et à la sortie avec des volets en plomb. C'est pour se protéger contre le rayonnement diffusé.
Ensuite, le signal reçu est lu et converti par un convertisseur analogique-numérique - ADC, aligné et transmis à un ordinateur pour le traitement et l'ajout de "tranches consécutives" de l'objet en une seule image.
Schéma de collimation des fentes
Numérisation numérique à rayons X à microdose
Bientôt, pour réduire la taille de l'unité d'inspection aux rayons X, ils ont proposé un agencement de détecteurs en forme de L, comme on peut le voir sur la figure.
Avantages du réseau de détecteurs en forme de L.
Les complexes modernes d'inspection par rayons X distinguent les matériaux à l' aide de l'effet Compton et déterminent deux énergies de rayons X - haute et basse.
→ Effet Compton (effet Compton, diffusion Compton)
En 1923 A. Compton, étudiant la diffusion des rayons X (photons à haute énergie) par diverses substances (principalement la lumière: graphite, paraffine, etc.) contenant des électrons libres ou faiblement liés, a constaté que les rayons diffusés, ainsi que le rayonnement de la longueur d'onde d'origine l, sont contenus aussi des rayons avec une longueur d'onde l ¢ supérieure à l (l ¢> l). De plus, la différence Dl = l ¢ -l s'est révélée indépendante de l et de la nature de la substance diffusante et a été entièrement déterminée par l'angle de diffusion. La régularité suivante a été établie expérimentalement:
où q est l'angle formé par la direction du rayonnement diffusé avec la direction du faisceau primaire; l0 est une constante pour toutes les substances, égale à l0 = 0,0242 = 2,42 × 10-12 m.
DÉFINITION: la diffusion du rayonnement électromagnétique par un électron libre ou faiblement couplé, dans lequel un photon individuel, à la suite d'une collision élastique avec un électron, lui transfère une partie de son élan (une partie de l'énergie), est appelée effet ou phénomène Compton.
En termes simples, les événements suivants se produisent:
Quand un quantum de rayons X entre en collision, l'énergie est transférée à l'électron. Un électron excité décharge l'énergie reçue du quantum sous la forme d'un photon à rayons X de plus basse énergie.
Il est important de comprendre:
Lorsque le rayonnement est diffusé par des substances de petit nombre atomique, presque tout le rayonnement diffusé a une longueur d'onde décalée. Ainsi, deux énergies apparaissent dans le spectre des rayons X: faible et initiale - élevée.
Le spectre de rayons X initial est de haute énergie.
Spectre de rayons X, après origine à travers la matière organique.
Les systèmes d'inspection aux rayons X sont produits par différentes sociétés. En Russie, il existe principalement des équipements de Nuctech, Smits Detection, Rapiscan, L3 Communication, Astrophysics, Medrentech, Berg et bien d'autres. Ces sociétés proviennent de différents pays: Russie, Chine, Amérique, Grande-Bretagne, Allemagne.
Considérez la conception habituelle d'un système d'inspection par rayons X pour l'examen des bagages à main.
Schéma du système d'inspection aux rayons X.
Le générateur de rayons X (X-ray Sourse), le réseau en forme de L de détecteurs à matrice de détecteurs pliés et un ordinateur sont clairement visibles dans le riz.
Les principes du système d'inspection par rayons X:
Lorsque l'objet inspecté entre dans le tunnel et chevauche le capteur photoélectrique, le signal du capteur entre dans l'unité de commande, qui démarre le générateur de rayons X.
Le rayonnement X sort du collimateur, pénètre à travers l'objet inspecté et pénètre dans le détecteur.
Le système utilise deux détecteurs d'énergie. Le nombre de modules détecteurs est le double de celui d'un système énergétique. Deux unités de détection, respectivement sensibles aux rayons X à basse et à haute énergie, sont placées ensemble pour recevoir les rayons X.
En fonction des signaux reçus des deux détecteurs, le système de traitement d'image peut reconnaître les types de matériaux (principalement organiques, inorganiques et mélanges) de l'objet inspecté.
Les modules détecteurs du système sont assemblés dans des panneaux blindés situés en forme de D et installés en diagonale du générateur de rayons X, pour balayer par rayons X toute la section du tunnel.
Dans cet agencement, les angles morts sont exclus et toute partie des objets traversant le tunnel peut être inspectée.
Image supplémentaire du système d'inspection par rayons X
Un détecteur très efficace convertit les rayons X en signaux de faible courant qui sont amplifiés et envoyés à l'ADC.
Ces signaux analogiques sont convertis en signaux numériques 16 bits qui sont transmis à un ordinateur.
L'ordinateur corrige d'abord la non-concordance et le décalage du signal numérique de chaque pixel, puis il classe les matériaux organiques et inorganiques par les signaux corrigés à haute et basse énergie et exécute des fonctions de traitement d'image de base, par exemple, l'amélioration des bords des images, la correction des signaux à haute et basse énergie 16 bits.
Le signal de chaque tranche de rayons X de l'objet se transforme en une "ligne" de l'image sur l'écran d'affichage.
Le niveau de gris de l'image indique le degré d'absorption des rayons X dans l'objet inspecté.
Puisque l'objet est transporté à travers le tunnel par un convoyeur à vitesse constante, le système le scanne avec des "sections de rayons X" séquentielles. Les images radiographiques traitées de l'objet sont affichées séquentiellement pour être visualisées.
Toutes les sections radiographiques des images de l'objet inspecté sont combinées et forment une image radiographique complète.
Afin que les inspecteurs puissent mieux comprendre les détails de l'image et prendre la bonne décision, le système leur fournit un certain nombre de fonctions pour analyser et évaluer l'image.
L'application de ces fonctions ne modifie pas les données d'image elles-mêmes. La désactivation de ces fonctions restaure l'image d'origine.
Les bagages d'essai scannés par l'unité d'inspection aux rayons X sont les suivants:
Cette affaire contient l'ensemble gentleman d'un terroriste - un revolver, une grenade, une bombe avec une minuterie, un jeu de clés pour un avion Boeing, un téléphone portable et un Samsung Galaxy Note 7.
L'image résultante est peinte en différentes couleurs.
Différents matériaux correspondent à différentes couleurs pour la coloration des objets conformément au tableau:
Catégorie
| Nombre atomique effectif Z eff
| La couleur
| Matériel typique
|
Matière organique
| Moins de 10
| 
| Composés d'éléments légers, tels que l'hydrogène, le carbone, l'azote et l'oxygène, y compris la plupart des explosifs (par exemple la nitroglycérine), les plastiques (par exemple le polypropylène), le papier, le tissu, les aliments, le bois et l'eau
|
Matière mixte
| Entre 10 et 18
| 
| Éléments métalliques de poids moyen (par exemple aluminium) et sels.
|
Substances inorganiques
| Plus de 18
| 
| Éléments métalliques lourds (par exemple titane, chrome, argent, nickel, fer, cuivre, zinc et plomb).
|
Zeff est le poids atomique des matériaux qui sont illuminés dans une zone donnée de l'image. Ce paramètre est déterminé par l'effet Compton et les détecteurs de rayons X à basse et haute énergie.
Il existe différentes fonctions de traitement de l'image de l'objet recherché. Le mode noir et blanc préféré des inspecteurs est utilisé pour détecter les objets métalliques minces.
Par exemple: fils, couteaux en projection verticale ou explosifs avec fils et fusible.
Image noir et blanc (N / B)
Pour détecter les objets métalliques, le mode d'élimination des matières organiques est utilisé. Par conséquent, les objets métalliques sont marqués en bleu sur l'image. En courant un peu plus loin, je peux dire que les métaux légers sont peints en vert - par exemple, l'aluminium ou les sels métalliques.
Élimination organique
Pour déterminer le TNT ou d'autres explosifs plastiques, un médicament est également utilisé pour exclure les matières inorganiques - métaux et sels. En conséquence, les matières organiques, telles que les fruits et légumes, les plastiques, y compris les explosifs plastiques et les substances narcotiques, sont visibles.
N'afficher que les substances organiques à l'exclusion des matières inorganiques
Aussi, lors de l'inspection, la possibilité de déterminer les matériaux par numéros atomiques - Z eff.
Le nombre atomique effectif (Zeff) des explosifs et des drogues se situe dans la plage [7,9], comme indiqué dans le tableau.
Tableau des nombres atomiques efficaces d'explosifs et de drogues
Zeff
| Matière
|
7
| Eau et explosifs plastiques
|
8
| Additifs ou explosifs
|
9
| Substances stupéfiantes pures
|
La fonction Z7 / Z8 / Z9 est utilisée pour sélectionner des matériaux avec Zeff égal à 7, 8 ou 9. En utilisant cette fonction, vous pouvez afficher des matériaux organiques avec Zeff égal à 7, 8 ou 9, respectivement. Les sections de l'image avec des matériaux organiques avec le Zeff indiqué sont affichées en rouge et les sections restantes sont affichées en gris. Ainsi, les explosifs ou les drogues peuvent être facilement isolés.
Application de la fonction Z9
La figure montre clairement les grains d'amphétamine dans le sac, représentés à l'aide de la fonction Z9.
Le mode de détection "auto" - automatique est également utilisé. Dans ce mode, les substances dangereuses sont entourées de contours rectangulaires colorés.
Image réelle des bagages sur le moniteur d'une unité d'inspection et d'inspection aux rayons X.
Les objets de type explosif sont entourés de cadres jaunes. Cadres roses - entourez des objets comme des drogues. Les cadres rouges sont un avertissement concernant les objets qui ne sont pas exposés aux rayons X.
Par conséquent, derrière cet élément peut se trouver quelque chose qui n'est pas visible pour l'inspecteur. Et si une partie importante des bagages est cachée, l'inspecteur doit l'inspecter.
Il est important de comprendre que ce cadre est un avertissement à l'inspecteur. Pas si souvent, les images indiquent une menace réelle.
Dans le prochain article, les méthodes de formation des opérateurs, les caractéristiques et fonctions du logiciel et la conception des complexes d'inspection aux rayons X seront discutées.