Рентген-телевизионное оборудование было и остается одним из наиболее востребованных технических средств досмотра посылок, ручной клади, багажа, грузов, а также транспортных средств. Рентгеновские установки (или сокращенно РТУ) выполняют задачи по обнаружению оружия, взрывчатки и детонирующих устройств, а также выявлению и предотвращению контрабанды наркотиков и других нелегально провозимых товаров.
Данный тип досмотрового оборудования также называют «интроскопами» (от. латинского intro — “внутри”), что означает визуальное наблюдение непрозрачных тел в непрозрачной среде. Таким образом, происходит поиск аномалий посредством анализа теневого изображения сканируемого объекта, воспроизведенного на экране оператора.
В основе технологии неинтрузивного (бесконтактного) досмотра лежат физические свойства рентгеновских (Х) лучей, позволяющие генерировать изображение сканируемого объекта без его непосредственного вскрытия:
1. Невидимое для человека Х-излучение способно проникать сквозь непрозрачные предметы и вещества;
2. Х-излучение поглощается другими веществами, чей атомный номер выше в периодической таблице Менделеева
3. Х-излучение вызывает свечение некоторых химических веществ и соединений
4. Х-лучи имеют линейный характер распространения
Разберемся, как это работает!
В этом нам поможет схема строения рентгеновской трубки, той самой, что изобрел немецкий физик В. Рентген, и которая лежит в основе любого современного интроскопа. В 1895 году технология досмотра выглядела так, как представлено на Рис. 1., с тех пор она значительно шагнула вперед, но принцип действия в целом остался прежним.
На Рис.1. показаны основные составные части рентгеновской трубки: катод, анод, нить накаливания, источник высокого напряжения и, собственно, стеклянная или керамическая колба. Рентгеновские лучи получаются путем целенаправленной бомбардировки анода потоком ускоренных электронов. Ускорение частиц происходит посредством нагрева нити накаливания до 2500⁰С. Поток ускоренных электронов, попадая на металлическую площадку под высоким напряжением (анод), отражаются уже в виде Х-излучения.
Первые интроскопы не сильно отличались от флюорографических аппаратов.
Рентгеновские лучи, проходя через объект досмотра, проецировались на флуоресцентный экран (Рис. 2). Оператор в свою очередь получал через защитное стекло “негативное изображение” (световой рельеф) обследуемого объекта. Принцип действия был достаточно прост, но не совсем безопасен.
Интроскопы на основе флюороскопии
Современный досмотровый туннель - освинцованный ящик, а рентгеновские лучи проходят на экран оператора не напрямую, а предварительно преломляясь через несколько зеркал (Рис.3).
Добившись преломления х-лучей, дальнейшая модернизация рентген-оборудования была направлена на повышение качества изображения посредством фотоэлектронных усилителей (детекторов) и преобразования проекции в телевизионный сигнал, транслирующийся на экране монитора оператора.
Но с наступлением эры информационных технологий, принцип сканирования кардинально изменился.
Современное рентген-телевизионное оборудование стало более безопасным с точки зрения работы с источником ионизирующего излучения, значительно эволюционировало в направлении оптического разрешения и функциональных возможностей.
Сегодня совершенствование технологии рентген-сканирования не останавливается. С момента появления первых моделей РТУ качество изображения шагнуло далеко вперед, во многом благодаря использованию высокочувствительных детекторов (фотодиодов) и компьютерной обработке данных.
Рентгеновское излучение проходит через сканируемый объект, проецируясь точно на линейку детекторов на противоположной стороне досмотрового туннеля (Рис.4).
Полученный сигнал обрабатывается аналого-цифровым преобразователем (АЦП) и отправляется на компьютер для дальнейшего преобразования “срезов” объекта в единое изображение. Чуть позже для уменьшения размеров рентген-телевизионного оборудования стали использовать Г-образное расположение детекторов, как показано на Рис. 5,6.
Современные модели интроскопов разделяют материалы с применением эффекта Комптона, определяя две энергии рентген-лучей - высокую и низкую. Что это означает?
При столкновении кванта Х-излучения энергия передается электрону, которую он сбрасывает в виде свободного фотона, более низкой энергии. Т.е. при рассеянии рентгеновского излучения веществами с меньшим периодическим номером (органическими веществами) почти все Х-лучи имеют смещенную длину волны. Сегодня на рынке рентген-телевизионного оборудование преимущественно представлены именно двухэнергетические аппараты.
Выходя из коллиматора (рассеивателя) Х-лучи проникают через сканируемый объект и попадают на Г-образную матрицу детекторов. В двухэнергетических аппаратах используется в два раза больше детекторов, соответственно, с восприимчивостью к высокой и низкой энергии рентгеновских лучей. Полученный и обработанный от них сигнал сообщает системе обработки изображения информацию об органических, неорганических материалах и смесях.
Строение стандартных рентгеновских аппаратов, на примере популярного и наиболее востребованного оборудования, на Рис 7. представлена схема расположения основных компонентов РТУ.
Попадая на ленту конвейера, багаж движется в направлении досмотрового тоннеля. Как только он попадает под прицел фотоэлектрического датчика, в блок управления поступает сигнал, и оператор останавливает сумку для детального осмотра, как правило эта процедура занимает несколько секунд. Современные технологии сканирования направлены на повышение скорости и качества построения изображения до возможности проведения досмотра в режиме нон-стоп.
На рисунке отчетливо виден генератор рентгеновского излучения.
Для повышения эффективности проведения досмотра современное рентген-телевизионное оборудование обладает рядом аппаратных функций обработки изображения, такими, как выделение контуров подозрительных предметов или областей, цветовое маркирование, масштабирование и т.д. Но, пожалуй, важнейшей из них остается функция автоматического обнаружения угрозы, значительно повышающая скорость досмотра, снижая роль человеческого фактора и число ложных срабатываний.
При диагональном расположении генератора и Г-образного модуля с фотодиодами рентгеновские лучи проходят сквозь всё сечение тоннеля. Подобная схема сканирования не оставляет “слепых” зон, позволяя обследовать каждый участок багажа.
Детекторы обрабатывают Х-излучения в слабые токовые импульсы, которые усиливаются и преобразуются аналого-цифровым преобразователем в 16-битовые сигналы, которые затем передаются на компьютер.
Компьютер обрабатывает полученную информацию об изображении, предварительно корректируя погрешности. Сигнал каждого рентгенографического среза преобразуется в линию пикселей на экране монитора оператора, а преобразованные импульсы высокой и низкой энергии формируют изображение органических и неорганических предметов, выделяемых, соответственно, сине-зеленой или желто-оранжево-красной цветовой гаммой.
Для повышения эффективности проведения досмотра современное рентген-телевизионное оборудование обладает рядом аппаратных функций обработки изображения, такими, как выделение контуров подозрительных предметов или областей, цветовое маркирование, масштабирование и т.д. Но, пожалуй, важнейшей из них остается функция автоматического обнаружения угрозы, значительно повышающая скорость досмотра, снижая роль человеческого фактора и число ложных срабатываний.
Стоит понимать, каким бы совершенным ни было техническое решение, задачи обеспечения безопасности невыполнимы без компетентных операторов досмотра, владеющими профессиональными навыками обнаружения и знакомыми со спецификой работы и системой управления оборудования конкретного производителя.