数字化网络化多探头闪光X射线成象方法及装置

摘要

本发明涉及一种数字化网络化多探头闪光X射线成象方法,首先设置多个数字化X射线图象探测器,探测器的荧光屏将接收到的X射线图象转换为荧光图象,由前端客户机进行处理,服务器接收到前端客户机的图象数据后进行分割目标、定量计算等。本发明的装置在摄像机外面设有多层防护套,配置不间断电源。本发明的方法及装置,能获取多个不同瞬时、两个正交方向的闪光X射线图象。

说明书

本发明涉及一种数字化网络化多探头闪光X射线成象方法及装置，属辐射成象技术领域。

闪光X射线是持续时间非常短的脉冲X射线，采用闪光X机时脉冲持续时间可短到几纳秒，采用加速器时可短到几微秒。闪光X射线成象可用于拍摄超高速运动物体的透视图象，如枪弹在枪膛中的运动情况，弹道与弹头的稳定性，穿甲射流过程，爆炸过程，爆炸碎片动量分布，喷射过程，爆炸成型过程，高速旋转中的机械部件间隙和多腔铸模中的液流等。已有技术是采用X光胶片拍摄，不能立即知道结果，需待照片冲洗出来分析，调整实验参数十分费时间。而且底片的灰度分辨能力低、非线性大，冲洗液配置不当会丢失宝贵信息。X光胶片的日常消耗费用也大。以色列和我国已研制成功手提式数字化X射线成象仪，不用胶片可以实时获取X射线图象，立即显示在笔记本计算机上。但只有一个很小的图象探测探头，是专为公安部门对静止物体作现场检测用的。没有捕获超高速运动物体的功能，不能防护高能X射线大剂量照射，不能构成多探头系统，不能用多个时间间隔拍摄物体高速运动过程；更不能在空间上对高速运动物体进行立体拍摄。

本发明的目的是提出一种数字化网络化多探头闪光X射线成象方法及装置，用中心服务器(主计算机)通过网络获取多探测器阵列的闪光X射线图象并进行数字化多瞬时正交拍摄。

本发明提出的数字化网络化多探头闪光X射线成象方法，包括以下各步骤：

1、设置多个数字化X射线图象探测器，在正交方向两两排成一对，并在被测目标运动方向顺次排列两对或多对。每个探测器正前方，都设置一个发射X射线的闪光X光管；

2、闪光X光管受定时电路控制，使其当被测目标出现在其视野中时发出闪光，该闪光透过被测目标后，被相对应的数字化X射线图象探测器接收；

3、各数字化X射线探测器的荧光屏，将接收到的X射线图象转换为荧光图象，由摄象机拍摄后，将图象数据输出到前端客户机的相应通道；

4、前端客户机各通道中的微处理器和两个帧数据存储区，交替将各帧图象数据分别存在两个存储区中，在其中一个存储区存储一帧图象数据的同时，微处理器对另一个存储了前一帧图象数据的存储区进行识别，若图象平均亮度小于预设阈值，让其随后刷新；若图象平均亮度大于预设阈值(接收了X光闪光)，则予以保留，并通过网卡和网络交换机传送到网络服务器；

5、服务器接收到前端客户机的图象数据后，存入主存储器并在显示器上显示出成对正交和顺序延迟的各通道图象；

6、对所测图象分割目标、勾画目标边界、进行目标编号：首先通过中值滤波消除X射线图象中出现的孤立白点和离散黑点，然后设立灰度阈值，将灰度图象变换为“0”、“1”二值图象，从第一行起检测各象素，灰度为1的象素被编号，若其前一个象素灰度为1，则编号与前一个象素相同，若其前一个象素灰度为0，则检测同列上一行象素，同列上一行象素灰度为1，则编号与同列上一行象素相同，否则编新号，如此逐行进行，即将图象中的目标(子弹、爆炸碎片等)进行了分割、编号；

7、对所说图象进行定量计算：同一编号的目标象素数即为目标面积。为了求出目标的质量，需先将象素灰度换算成对应的厚度(按辐射的指数衰减关系)，然后将同一编号的象素厚度相加得到目标的体积，乘以目标物质密度即为目标质量。为了计算目标的质心，先求出同一编号的象素厚度矩(象素厚度乘以象素空间坐标)，相加后再除以目标的体积，即得质心空间坐标。

本发明特别设计了数字化网络化多探头闪光X射线成象装置，该装置包括X射线闪烁屏、荧光图象反射镜和摄像机，X射线闪光屏置于探测器机箱一侧，荧光图象反射镜相对X射线闪烁屏成45°角，斜向置于机箱内，摄像机固定在机箱内，摄像头通过图象反射镜对准X射线闪光屏的全视野，并能聚焦。在摄像机外面设有多层防护套，防护套的组成依次分别为：钢层、铅层和钢层，对摄像机配置不间断电源。机箱外壁上设有悬挂环。

本发明设计的数字化网络化多探头闪光X射线成象方法及装置，具有多个数字化的大闪烁屏X射线成象探测器，能同时(或顺序延迟)获取多个不同瞬时、两个正交方向的闪光x射线图象。并计算出高速运动物体的三维空间位置和质量。

附图说明：

图1是本发明成象方法的原理图。

图2是本发明的多通道前端客户机和网络结构的原理图。

图3是本发明成象装置中使用的数字化闪光X射线图象探测器示意图，其中图3b为图3a的A-A剖视图。

图4是本发明的成象方法中图象目标自动分割和编号流程图。

下面结合附图，详细介绍本发明的内容。

图1中，1是闪光X射线管Y1，2是飞行物入射传感器，3是X射线探测器机箱X1，4是被测飞行物，5是X射线探测器机箱Y1，6是闪光X射线管X1，7是闪光X射线管Y2，8是X射线探测器机箱Y2，9是闪光X射线，10是X射线探测器机箱X2，11是闪光X射线机2，12是闪光触发和延迟控制器，13是图象获取前端客户机，14是主计算机(服务器)，15是闪光X射线机1。

图3中，21是X射线探测器机箱，22是悬挂环，23是X射线闪烁屏，24是固定式闪烁屏保护板，25是悬挂式闪烁屏保护板，26中荧光图象反射镜，27是镜头，28是闪光CCD摄象机，29是桶型辐射屏蔽套，30是图象信号输出电缆，31是不间断电源，32是钢层，33是铅层，34是钢层。

下面结合附图详细介绍本发明的内容。

图1是说明本发明成象方法的原理图，下面以检测弹道的两瞬时、正交成象(4通道)系统为例进行说明。闪光X射线管Y1、X1、Y2、X2(编号1、6、7、9)分别照射X射线探测器X1、Y1、X2、Y2(编号3、5、10、8)的闪烁屏。传感器2在弹头穿过时给出触发信号，经过闪光触发和延迟控制器12的预设延迟后触发闪光X射线机15，使X射线管1和6恰在弹头通过照射区时(t₁)闪光，其透视图象为X射线探测器3和5的闪烁屏接收，形成图象信号传输到闪光X射线图象获取前端客户机组13，进行数字化判选后存储下来。在弹头飞行到X光管5和6的视区时，闪光X射线机11被延迟控制器12触发，X光管7和9在t₂闪光，X射线探测器8和10拍下此时的弹头透视图象，传输到前端客户机组13进行数字化判选后存储下来。然后这四幅图象通过网卡和网络交换机传输到服务器(主计算机)14。显示出这四幅图象。计算机对正交图象进行处理，可计算出目标的大小、质量和在t₁、t₂的空间位置，从而计算出三维空间的弹道轨迹、行进速度、动量变化和弹头中心轴变化等参数。

如果在t₂时弹头射入了一个靶标，则t₂拍摄的是弹头受阻于靶标的终点弹道瞬时X光透视图象。如果不进行立体拍摄，把所有(本例4个)探测器排成一排，则可以连续在4个时刻拍下两维弹头图象，获得4个瞬时的弹头在两维空间中的运动数据。

本发明的每一个闪光X射线图象探测器的图象数据，由一个对应通道的前端客户机获取，如图2所示，每个通道的前端客户机(FC)都有一个微处理器(CPU)，两个帧图象存储区(A和B)和一个网卡；控制各探测器的图象获取、识别和传输。如果图象探测器用的是模拟摄象机，信号先由图象卡进行数字化(虚线)。每个前端客户机通过网络交换机向服务器传输所获取的图象数据。这种网络式结构使系统的扩展非常方便并且标准化。可以扩展到任意多的通道数，可以组成各种不同的图象获取方式，可以使现场的测量结果通过网络向有关站点传输。

图3是本发明的x射线图象探测器内部结构，本发明的x射线图象探测器的特点在于：防冲击波、无电网干扰、摄象机具有多层保护套。21是探测器箱，密封、防光、防尘、防潮，其金属外壳可经受一定冲击波或爆炸碎片。22是箱体悬挂环，使探测器箱可以悬挂和摆动，减弱冲击波的冲击强度。23是x射线闪烁屏，x射线照射时发出荧光，将X射线图象转换为荧光图象。24是固定式闪烁屏的保护板。25是悬挂式保护板，悬挂于闪烁屏前方，以其可摆动性吸收碎片和气浪冲击。26是荧光图象反射镜。27是镜头。28是CCD摄象机。29是本发明特有的CCD摄象机防护套，防护套为桶型钢、铅多层结构。钢质桶型外壳强度高，耐冲击，即使箱体损坏仍能保护摄象机。铅质内层能有效屏蔽各方向射线，在多通道系统的各种探测箱放置方向中，都可避免直射和散射x射线照射摄象机。从而避免产生大量图象白点并保护摄象机不受辐照损伤。30是图象信号输出电缆。31为不间断电源，在X射线源对电网有强电磁干扰时，可以在获取图象时临时切断与电网的联结。

本发明对图象中的目标自动进行分割和编号。流程图见图4。首先通过中值滤波消除X射线图象中可能出现的孤立白点和离散黑点。然后设立一定灰度阈值，将灰度图象变换为“0”、“1”二值图象。从第一行起检测各象素，灰度为1的象素被编号。如其前一个象素灰度为1，则编号与前一个象素相同；如其前一个象素灰度为0，则检测同列上一行象素。同列上一行象素灰度为1，则编号与同列上一行象素相同；否则编新号。如此逐行进行，即将图象中的目标(子弹、爆炸碎片等)进行了分割、编号。

同一编号的目标象素数即为目标面积。为了求出目标的质量，需先将象素灰度换算成对应的厚度(按辐射的指数衰减关系)，然后将同一编号的象素厚度相加得到目标的体积，乘以目标物质密度即为目标质量。为了计算目标的质心，先求出同一编号的象素厚度矩(象素厚度乘以象素空间坐标)，相加后再除以目标的体积，即得质心空间坐标。