双视角60Co集装箱检测系统的研制

吴志芳，苗积臣

（清华大学核能与新能源技术研究院核检测技术北京市重点实验室，北京 100084）

双视角60Co集装箱检测系统的研制

吴志芳，苗积臣

（清华大学核能与新能源技术研究院核检测技术北京市重点实验室，北京 100084）

介绍了60Co集装箱检测单源-双视角成像技术的基本原理与特点、系统构成与性能指标以及推广应用。双视角集装箱检测技术通过增加1组探测器阵列，获得两个不同视角的集装箱辐射透射图像，实现对集装箱的双视图对比检测并可生成集装箱的虚拟3D图像，从而实现立体检测，有效改善扫描图像中前后重叠物体和杆状物体的图像分辨效果，显著提高夹藏枪支武器的检出效率。双视角集装箱辐射成像检测技术是常规的单投影集装箱检测技术的重要发展，已在中国海关多个口岸装备运行，并取得巨大的经济社会效益。

60Co集装箱检测；双视角成像；立体成像

近十几年来，大型客体（如集装箱、卡车、火车等）的辐射成像检测技术已广泛应用在海关进出口口岸、轮渡码头、高速公路绿色通道、隧道安检等领域，在打私、反恐、保障交通运输安全等方面发挥着重要作用。我国目前在该技术领域已走在世界前列［1］，占国际市场份额约80%左右。但从技术角度讲，目前主要应用的仍是单投影技术（水平投影或垂直投影），不能有效区分前后重叠的物体图像，也不能对图像中各物体进行定位，具有较大的局限性。即使在单投影透视成像的基础上再结合背散射技术，也只能获得一幅透视图像和一幅物体单侧的浅表层图像［2］，仍不能解决单投影技术的固有局限性。CT成像技术虽可大幅提高检测灵敏度，并可有效解决物体前后重叠与定位问题，但系统结构复杂，往往因旋转、多投影重建等原因造成检测时间长、通过率低，适合重点检测，难于适应货运量大、需快速通过的场所。清华大学核能与新能源技术研究院已成功研制出针对航空集装箱和小型汽车的CT检测系统［3］，但对于大型海运集装箱、大型货车和火车车厢进行CT检测的系统尚未见相关报道。

双视角60Co集装箱检测技术通过增加1组探测器阵列，同时获取被检客体两个不同视角的透视图像，实现对被检客体的双视角图像的对比检测和立体检测，而检测速度与传统的单投影集装箱检测系统一样。本文介绍该项技术的基本原理、系统构成、性能指标和推广应用状况。

1 系统成像原理与构成

1.1 成像原理

60Co集装箱检测双视角成像基本原理与单投影成像类似，均是利用点源-线性探测器阵列组合，对被检客体进行扫描而获取物体的辐射透视图像；不同点是单投影成像只需1组探测器阵列，仅获得1幅辐射透视图像，而双视角成像则使用两组探测器阵列，且同时获得两幅辐射透视图像。

双视角成像原理如图1所示。由射线源S通过双狭缝准直器产生具有一定夹角θ的两个扇形射线束，分别对应两排探测器阵列。当被检物体在射线源与探测器阵列之间沿扫描方向通过时，便可获得被检物体在两个不同视角下的辐射投射图像，实现对比检测。以线段AB为例来说明双视角成像的优越性，在由探测器阵列1所生成的扫描图像中，线段AB在图像中仅表现为1个点，两个端点完全重叠，根本无法识别；而在由探测器阵列2所生成的扫描图像中，线段AB两个端点被有效区分，整体线段在图像中也是一条线段。因此，相比单投影成像技术，双视角成像技术可有效解决物体前后重叠的问题，提高对杆状物体的成像效果，特别有利于对夹藏枪支武器的检测。

图160Co集装箱检测双视角成像技术原理示意图Fig.1 Schematic diagram of dual-perspective radiography technology for60Co container inspection

另一方面，双视角成像技术所获取的两幅辐射透射图像，存在一定的视角差，当视角差取值在一定范围时，利用视差原理和3D立体显示技术，即可由上述所得的两幅透射图像生成被检客体的虚拟三维立体视图，从而实现对客体内部物体摆放位置与结构的立体显示和检测，达到3D立体电影的展示效果。

1.2 系统构成

双视角60Co集装箱检测系统如图2所示，主要包括辐射测量子系统、图像处理与信息管理子系统、检测门架及控制子系统等部分。其中辐射测量子系统安装在系统检测门架上，射线源通过双缝前准直器产生具有一定夹角的两束扇形射线，分别照射在两排探测器阵列上，在控制子系统的统一协调下，通过扫描生成两幅不同视角的视图，经过图像处理与信息管理子系统的处理，生成系统的左右视图或虚拟3D视图，进一步实现对被检客体的对比检测与立体检测。

图2 系统组成框图Fig.2 Block diagram of system configuration

1）辐射测量子系统

辐射测量子系统包括射线源装置和探测器装置及数据采集子系统，射线源装置包括60Co辐射源、源存储器、源室、前准直器、快门机构和支撑机构。工作时射线源位于源室中，通过前准直器和快门产生两束扇形射线。系统长时间停机时射线源可收回至源存储器。支撑机构实现对射线束与探测器阵列的对准调节功能。

2）检测门架及控制子系统

检测门架是辐射测量子系统及其他附属设施的安装支撑平台。与单投影集装箱检测系统类似［4－7］，双视角集装箱检测系统分为门架移动式（包括组合移动式、车载移动式等探测器门架移动的系统）和客体移动式（如固定式、铁路式、通过式等门架固定的系统）两种。检测过程中，通过被检客体和探测器门架的相对移动，产生两幅被检客体的扫描图像。图像检查员通过对两幅图像的对比分析，可有效地对前后重叠物体进行识别检验，并可生成被检客体的虚拟3D立体图像，更准确地对被检客体内可疑物体进行定位与分析。

检测门架主要提供射线源子系统和探测器阵列的安装、定位与支撑，并保证相对位置的稳定。门架整体又可通过车载移动，或通过一对同步电机驱动在专门导向轨道上移动，从而实现对被检客体的扫描成像。

控制子系统是协调整个系统运行的枢纽，主要包括射线源子系统的控制、扫描移动系统的控制、图像扫描流程控制等，并具有完善的辐射安全连锁保护系统，完全满足国家相关标准和法律法规的要求。

3）图像处理与信息管理子系统

图像处理与信息管理子系统完成图像的获取、校正、分析与处理以及实现图像检查流程与信息管理［8－10］。与单投影系统相比，双视角系统增加了左右视图和立体视图的生成及其显示分析处理功能。图像检查流程是配合各种实际应用的通关检查要求而设计的，主要包括客体图像的采集、图像分析、图像与客体信息的管理等，整个流程可根据具体的应用要求而定制。

整个子系统包括报关信息检入站、图像采集站、图像分配站、图像检查站、检出站、复检站、人员和信息管理子系统等。针对不同的应用要求和使用场所，配置会略有不同。

2 系统检测图像和技术指标

2.1 图像检查方式

系统检查时，通过扫描生成两幅图像，经处理，可生成左右模拟视图。在进行图像检查时，可分为两步：1）采用左右视图对比检查，这样可把左视图中前后重叠遮挡的物体在右视图中进行检查，同样也可在左视图中检查右视图中前后重叠遮挡的物体；2）通过3D显示技术，利用左右视图生成3D立体图像，对图像中各物体的相对位置有一定的判断，为开箱检查时建立检查通道提供参考（检查通道是指在开箱检查时进行掏箱工作的取样范围）。

2.2 实际检测图像

图3～5分别为来自二连浩特公路口岸的门架移动式检测系统、绥芬河铁路口岸的货运列车检测系统和福州马尾港口岸的拖动式检测系统的检测图像，可看出，在左右视图中，前后重叠物体的图像是不同的。图6为二连浩特公路口岸轿车图像生成的3D立体图像。

图3 二连浩特公路口岸轿车图像的左视图（a）和右视图（b）Fig.3 Left view（a）and right view（b）of car in Erlian port

图6 二连浩特口岸轿车的色彩调制立体图像Fig.6 Color-modulated stereo image of car in Erlian port

2.3 系统检测指标

双视角60Co集装箱检测系统主要采用3.7× 1012～1.11×1013Bq60Co工业探伤机作为射线源，自主研制像素尺寸为10 mm×10 mm的气体探测器阵列，其技术指标与单投影的60Co集装箱检测系统相当［1］，使用3.7×1012～1.11× 1013Bq的60Co工业探伤机时，其主要检测指标为：像质计（IQI）≤2.5%，即厚为100 mm的铁板后可分辨出直径为2.5 mm的铁丝；反差灵敏度（CI）≤0.5%，即厚为100 mm的铁板后可分辨出0.5 mm厚度的铁片；穿透本领（SP）≥230 mm厚的铁，即透过厚为230 mm的铁板后可检测到铅砖；最大检测剂量≤5μGy；检测速度为6～24 m／min，每小时可检测30辆重载货车或标准集装箱，对于货运列车则可连续检测。

3 结论

相比传统的单投影集装箱检测技术，双视角60Co集装箱检测技术仅通过增加1组探测器阵列，即可实现在扫描图像中对前后遮挡物体进行有效区分和识别，还可实现对被检客体的立体成像，适合于对集装箱、卡车、货运列车等大型客体的快速辐射成像检验，具有广阔的应用前景。

目前双视角60Co集装箱检测系统已在二连浩特公路口岸、绥芬河铁路口岸、马尾港口岸、京唐港口岸等装备运行，其中在二连浩特公路口岸投入运行仅1个月，就查获5起案件。另有多个海关口岸将升级换代或新装备双视角60Co集装箱检测系统。该项技术在国家打私反恐领域发挥着重要的作用，将会产生巨大的经济与社会效益。

［1］ 安继刚，周立业，刘以思，等.钴-60数字辐射照相集装箱检测系统的研究与开发［J］.核科学与工程，2000，20（3）：220-231.

［2］ 孔祥金，王立强，王杰林，等.阵列康普顿背散射成像研究［J］.核电子学与探测技术，2004，24（6）：714-716.

KONG Xiangjin，WANG Liqiang，WANG Jielin，et al.Research in radiography imaging based on Compton back-scattering with detector array［J］.Nuclear Electronics ＆Detection Technology，2004，24（6）：714-716（in Chinese）.

［3］ 安继刚，邬海峰，刘金汇，等.60Co集装箱CT检测系统［J］.核电子学与探测技术，2005，25（2）：111-113，133.

AN Jigang，WU Haifeng，LIU Jinhui，et al.60Co container CT inspection system［J］.Nuclear Electronics ＆Detection Technology，2005，25（2）：111-113，133（in Chinese）.

［4］ 吴志芳，安继刚.钴-60铁路货车在线检测系统研制［J］.原子能科学技术，2002，36（6）：490-493.

WU Zhifang，AN Jigang.Development of60Co cargo train inspection system［J］.Atomic Energy Science and Technology，2002，36（6）：490-493（in Chinese）.

［5］ 张颜民，安继刚，周立业，等.双车车载移动式60Co集装箱检测系统［J］.核技术，2004，27（1）：70-72.

ZHANG Yanmin，AN Jigang，ZHOU Liye，et al.Vehicle mobile60Co container inspection system［J］.Nuclear Techniques，2004，27（1）：70-72（in Chinese）.

［6］ 张颜民，周立业，安继刚，等.单车车载式钴-60集装箱检测系统研制［J］.原子能科学技术，2003，37（3）：503-507.

ZHANG Yanmin，ZHOU Liye，AN Jigang，et al.Development of single vehicle mobile60Co container inspection system［J］.Atomic Energy Science and Technology，2003，37（3）：503-507（in Chinese）.

［7］ 向新程，周立业，张颜民，等.组合移动式60Co集装箱检测系统［J］.核电子学与探测技术，2001，21（1）：28-30.

XIANG Xincheng，ZHOU Liye，ZHANG Yanmin，et al.Research and development of relocatable60Co container inspection system［J］.Nuclear Electronics ＆Detection Technology，2001，21（1）：28-30（in Chinese）.

［8］ 刘锡明，吴志芳，袁亚玎，等.60Co货运列车检测系统中图像与信息处理系统的设计［J］.电子技术应用，2002，28（3）：39-40.

［9］ 苗积臣，刘锡明，吴志芳，等.TC-SCAN滚装船货运安全检查站车辆检测信息系统的设计［J］.核电子学与探测技术，2006，26（6）：749-750，772.

MIAO Jichen，LIU Ximing，WU Zhifang，et al.The design of vehicle information system in TCSCAN ferried cargo safety inspection system［J］.Nuclear Electronics ＆Detection Technology，2006，26（6）：749-750，772（in Chinese）.

［10］袁亚玎，吴志芳，刘锡明，等.60Co铁路货车检测系统中的信息处理技术［J］.计算机工程，2001，27（11）：9-10，49.

YUAN Yading，WU Zhifang，LIU Ximing，et al.Information processing technologies in60Co train inspecion system［J］.Computer Engineering，2001，27（11）：9-10，49（in Chinese）.

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

吴志芳（1968—），男，河北任县人，研究员，博士，核技术及应用专业