雙視角60Co集裝箱檢測系統的研制

吳志芳，苗積臣

（清華大學核能與新能源技術研究院核檢測技術北京市重點實驗室，北京 100084）

雙視角60Co集裝箱檢測系統的研制

吳志芳，苗積臣

（清華大學核能與新能源技術研究院核檢測技術北京市重點實驗室，北京 100084）

介紹了60Co集裝箱檢測單源-雙視角成像技術的基本原理與特點、系統構成與性能指標以及推廣應用。雙視角集裝箱檢測技術通過增加1組探測器陣列，獲得兩個不同視角的集裝箱輻射透射圖像，實現對集裝箱的雙視圖對比檢測并可生成集裝箱的虛擬3D圖像，從而實現立體檢測，有效改善掃描圖像中前后重疊物體和桿狀物體的圖像分辨效果，顯著提高夾藏槍支武器的檢出效率。雙視角集裝箱輻射成像檢測技術是常規的單投影集裝箱檢測技術的重要發展，已在中國海關多個口岸裝備運行，并取得巨大的經濟社會效益。

60Co集裝箱檢測；雙視角成像；立體成像

近十幾年來，大型客體（如集裝箱、卡車、火車等）的輻射成像檢測技術已廣泛應用在海關進出口口岸、輪渡碼頭、高速公路綠色通道、隧道安檢等領域，在打私、反恐、保障交通運輸安全等方面發揮著重要作用。我國目前在該技術領域已走在世界前列［1］，占國際市場份額約80%左右。但從技術角度講，目前主要應用的仍是單投影技術（水平投影或垂直投影），不能有效區分前后重疊的物體圖像，也不能對圖像中各物體進行定位，具有較大的局限性。即使在單投影透視成像的基礎上再結合背散射技術，也只能獲得一幅透視圖像和一幅物體單側的淺表層圖像［2］，仍不能解決單投影技術的固有局限性。CT成像技術雖可大幅提高檢測靈敏度，并可有效解決物體前后重疊與定位問題，但系統結構復雜，往往因旋轉、多投影重建等原因造成檢測時間長、通過率低，適合重點檢測，難于適應貨運量大、需快速通過的場所。清華大學核能與新能源技術研究院已成功研制出針對航空集裝箱和小型汽車的CT檢測系統［3］，但對于大型海運集裝箱、大型貨車和火車車廂進行CT檢測的系統尚未見相關報道。

雙視角60Co集裝箱檢測技術通過增加1組探測器陣列，同時獲取被檢客體兩個不同視角的透視圖像，實現對被檢客體的雙視角圖像的對比檢測和立體檢測，而檢測速度與傳統的單投影集裝箱檢測系統一樣。本文介紹該項技術的基本原理、系統構成、性能指標和推廣應用狀況。

1 系統成像原理與構成

1.1 成像原理

60Co集裝箱檢測雙視角成像基本原理與單投影成像類似，均是利用點源-線性探測器陣列組合，對被檢客體進行掃描而獲取物體的輻射透視圖像；不同點是單投影成像只需1組探測器陣列，僅獲得1幅輻射透視圖像，而雙視角成像則使用兩組探測器陣列，且同時獲得兩幅輻射透視圖像。

雙視角成像原理如圖1所示。由射線源S通過雙狹縫準直器產生具有一定夾角θ的兩個扇形射線束，分別對應兩排探測器陣列。當被檢物體在射線源與探測器陣列之間沿掃描方向通過時，便可獲得被檢物體在兩個不同視角下的輻射投射圖像，實現對比檢測。以線段AB為例來說明雙視角成像的優越性，在由探測器陣列1所生成的掃描圖像中，線段AB在圖像中僅表現為1個點，兩個端點完全重疊，根本無法識別；而在由探測器陣列2所生成的掃描圖像中，線段AB兩個端點被有效區分，整體線段在圖像中也是一條線段。因此，相比單投影成像技術，雙視角成像技術可有效解決物體前后重疊的問題，提高對桿狀物體的成像效果，特別有利于對夾藏槍支武器的檢測。

圖160Co集裝箱檢測雙視角成像技術原理示意圖Fig.1 Schematic diagram of dual-perspective radiography technology for60Co container inspection

另一方面，雙視角成像技術所獲取的兩幅輻射透射圖像，存在一定的視角差，當視角差取值在一定范圍時，利用視差原理和3D立體顯示技術，即可由上述所得的兩幅透射圖像生成被檢客體的虛擬三維立體視圖，從而實現對客體內部物體擺放位置與結構的立體顯示和檢測，達到3D立體電影的展示效果。

1.2 系統構成

雙視角60Co集裝箱檢測系統如圖2所示，主要包括輻射測量子系統、圖像處理與信息管理子系統、檢測門架及控制子系統等部分。其中輻射測量子系統安裝在系統檢測門架上，射線源通過雙縫前準直器產生具有一定夾角的兩束扇形射線，分別照射在兩排探測器陣列上，在控制子系統的統一協調下，通過掃描生成兩幅不同視角的視圖，經過圖像處理與信息管理子系統的處理，生成系統的左右視圖或虛擬3D視圖，進一步實現對被檢客體的對比檢測與立體檢測。

圖2 系統組成框圖Fig.2 Block diagram of system configuration

1）輻射測量子系統

輻射測量子系統包括射線源裝置和探測器裝置及數據采集子系統，射線源裝置包括60Co輻射源、源存儲器、源室、前準直器、快門機構和支撐機構。工作時射線源位于源室中，通過前準直器和快門產生兩束扇形射線。系統長時間停機時射線源可收回至源存儲器。支撐機構實現對射線束與探測器陣列的對準調節功能。

2）檢測門架及控制子系統

檢測門架是輻射測量子系統及其他附屬設施的安裝支撐平臺。與單投影集裝箱檢測系統類似［4－7］，雙視角集裝箱檢測系統分為門架移動式（包括組合移動式、車載移動式等探測器門架移動的系統）和客體移動式（如固定式、鐵路式、通過式等門架固定的系統）兩種。檢測過程中，通過被檢客體和探測器門架的相對移動，產生兩幅被檢客體的掃描圖像。圖像檢查員通過對兩幅圖像的對比分析，可有效地對前后重疊物體進行識別檢驗，并可生成被檢客體的虛擬3D立體圖像，更準確地對被檢客體內可疑物體進行定位與分析。

檢測門架主要提供射線源子系統和探測器陣列的安裝、定位與支撐，并保證相對位置的穩定。門架整體又可通過車載移動，或通過一對同步電機驅動在專門導向軌道上移動，從而實現對被檢客體的掃描成像。

控制子系統是協調整個系統運行的樞紐，主要包括射線源子系統的控制、掃描移動系統的控制、圖像掃描流程控制等，并具有完善的輻射安全連鎖保護系統，完全滿足國家相關標準和法律法規的要求。

3）圖像處理與信息管理子系統

圖像處理與信息管理子系統完成圖像的獲取、校正、分析與處理以及實現圖像檢查流程與信息管理［8－10］。與單投影系統相比，雙視角系統增加了左右視圖和立體視圖的生成及其顯示分析處理功能。圖像檢查流程是配合各種實際應用的通關檢查要求而設計的，主要包括客體圖像的采集、圖像分析、圖像與客體信息的管理等，整個流程可根據具體的應用要求而定制。

整個子系統包括報關信息檢入站、圖像采集站、圖像分配站、圖像檢查站、檢出站、復檢站、人員和信息管理子系統等。針對不同的應用要求和使用場所，配置會略有不同。

2 系統檢測圖像和技術指標

2.1 圖像檢查方式

系統檢查時，通過掃描生成兩幅圖像，經處理，可生成左右模擬視圖。在進行圖像檢查時，可分為兩步：1）采用左右視圖對比檢查，這樣可把左視圖中前后重疊遮擋的物體在右視圖中進行檢查，同樣也可在左視圖中檢查右視圖中前后重疊遮擋的物體；2）通過3D顯示技術，利用左右視圖生成3D立體圖像，對圖像中各物體的相對位置有一定的判斷，為開箱檢查時建立檢查通道提供參考（檢查通道是指在開箱檢查時進行掏箱工作的取樣范圍）。

2.2 實際檢測圖像

圖3～5分別為來自二連浩特公路口岸的門架移動式檢測系統、綏芬河鐵路口岸的貨運列車檢測系統和福州馬尾港口岸的拖動式檢測系統的檢測圖像，可看出，在左右視圖中，前后重疊物體的圖像是不同的。圖6為二連浩特公路口岸轎車圖像生成的3D立體圖像。

圖3 二連浩特公路口岸轎車圖像的左視圖（a）和右視圖（b）Fig.3 Left view（a）and right view（b）of car in Erlian port

圖6 二連浩特口岸轎車的色彩調制立體圖像Fig.6 Color-modulated stereo image of car in Erlian port

2.3 系統檢測指標

雙視角60Co集裝箱檢測系統主要采用3.7× 1012～1.11×1013Bq60Co工業探傷機作為射線源，自主研制像素尺寸為10 mm×10 mm的氣體探測器陣列，其技術指標與單投影的60Co集裝箱檢測系統相當［1］，使用3.7×1012～1.11× 1013Bq的60Co工業探傷機時，其主要檢測指標為：像質計（IQI）≤2.5%，即厚為100 mm的鐵板后可分辨出直徑為2.5 mm的鐵絲；反差靈敏度（CI）≤0.5%，即厚為100 mm的鐵板后可分辨出0.5 mm厚度的鐵片；穿透本領（SP）≥230 mm厚的鐵，即透過厚為230 mm的鐵板后可檢測到鉛磚；最大檢測劑量≤5μGy；檢測速度為6～24 m／min，每小時可檢測30輛重載貨車或標準集裝箱，對于貨運列車則可連續檢測。

3 結論

相比傳統的單投影集裝箱檢測技術，雙視角60Co集裝箱檢測技術僅通過增加1組探測器陣列，即可實現在掃描圖像中對前后遮擋物體進行有效區分和識別，還可實現對被檢客體的立體成像，適合于對集裝箱、卡車、貨運列車等大型客體的快速輻射成像檢驗，具有廣闊的應用前景。

目前雙視角60Co集裝箱檢測系統已在二連浩特公路口岸、綏芬河鐵路口岸、馬尾港口岸、京唐港口岸等裝備運行，其中在二連浩特公路口岸投入運行僅1個月，就查獲5起案件。另有多個海關口岸將升級換代或新裝備雙視角60Co集裝箱檢測系統。該項技術在國家打私反恐領域發揮著重要的作用，將會產生巨大的經濟與社會效益。

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Development of Dual-perspective60Co Container Inspection System

WU Zhi-fang，MIAO Ji-chen
（Beijing Key Laboratory on Nuclear Detection and Measurement Technology，
Institute of Nuclear and New Energy Technology，Tsinghua University，Beijing 100084，China）

The research introduced the basic principles and characteristics，system structure，performance index and application of dual-perspective radiography technology using one radioactive source.The technology can obtain two different perspective transmission radiography images of container solely by adding a set of detector array，so as to realize the three-dimensional inspection，effectively improve the image inspection resolution of overlapping objects and rod-shaped object，and significantly improve the detection efficiency of concealed weapons.The dual-perspective container radiography inspection technology is an important development of the conventional single-projection container inspection technology，and has been widely equipped in China customs ports.It has achieved great economic and social benefit.

60Co container inspection；dual-perspective radiography；stereo radiography

TL99；TL364

A

1000-6931（2015）09-1695-05

10.7538／yzk.2015.49.09.1695

2014-05-12；

2014-07-09

吳志芳（1968—），男，河北任縣人，研究員，博士，核技術及應用專業