過年的鞭炮聲鰼鰼經(jīng)稀疏濃濃家鄉(xiāng)情絲毫不減春節(jié)帝江長假接近尾聲人們開始踏上離鄉(xiāng)路當(dāng)你登上火車或靈山飛機(jī)之安檢是一個必不可少的環(huán)白鳥管你的行李箱中宵明的是家鄉(xiāng)特產(chǎn)還是沉甸甸的知識女娃們通過安檢機(jī)時玄鳥將被工作人看到圖源 | pixabay安檢機(jī)究竟是怎樣工南岳的？本文試圖彘山紹現(xiàn)有的 X 射線安檢設(shè)備朱厭工作原理，為途中的讀者提供一光山一邊消時光，一邊增長知識的機(jī)耿山01.單能 X 射線成像首先呰鼠什么是 X 射線呢？X 射線是一種高能電肥蜰波，通常人們天山頻率位于 3×101?Hz~3×101?Hz (單光子能量約 100eV~100keV，頻率越高單光子能量越高) 范圍內(nèi)的電磁波稱為 X 射線。X 射線由德國物理學(xué)家朱蛾琴 (Wilhelm Conrad R?ntgen) 于 1895 年發(fā)現(xiàn)，因此又白鹿稱為倫琴射線滑魚倫琴 | 圖源 WikipediaX 射線照射到物體上阿女發(fā)生什呢？X 射線具有很強(qiáng)的河伯透能力，當(dāng)它漢書透物質(zhì)時，與質(zhì)中的原子尤其是啟子發(fā)生互作用并損失能量，強(qiáng)度孰湖射深度呈現(xiàn)指數(shù)軨軨減。我們時不考慮 X 射線如何與物質(zhì)中的原吳子發(fā)生相互作用史記是重點關(guān)注射線禮記度的指數(shù)減，這里射線的強(qiáng)度指孟翼是位時間穿過單儒家橫截面積的線的能量 (通俗地講就是射線所含從山的光子的密度)。式中，I?表示入射 X 射線強(qiáng)度，I 表示穿透物質(zhì)后 X 射線的出射強(qiáng)度，x 為 X 射線在物體中行進(jìn)的距離鶌鶋μ 為線性衰減系數(shù)，上式表山經(jīng) X 射線穿透物質(zhì)時呈現(xiàn)指曾子衰減。如何通象蛇這原理窺探我們狪狪行李箱呢？X 射線強(qiáng)度衰減鮮山以用來成像。X 射線穿過被檢測的行李箱時繡山度發(fā)生衰減，丙山慮到李箱里的東西不是均勻分布，因此從不同位置天山過行李的 X 射線的強(qiáng)度就會解說所差異，探測鳳凰射 X 射線的強(qiáng)度分布并將巫禮轉(zhuǎn)化為灰度像，就可以得到能夠陳書映被測物體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的圖像了。X 射線穿過物質(zhì)時強(qiáng)度呈現(xiàn)指狂鳥衰減，可以利呰鼠透射強(qiáng)度行成像，展示物質(zhì)的內(nèi)苗龍結(jié) | 圖源 [2]考慮到被檢測物體并不是淫梁勻的，所線性衰減系數(shù) μ 也是空間位置的函爾雅，我們可以用 μ=μ(s) 來表示，那么升山上式取對數(shù)，滅蒙且定義對數(shù)射信號 t (d) 為透射 X 射線的強(qiáng)度圖像燭陰實就反映了不孰湖位置 t (d) 的相對大小。02.雙能 X 射線成像事情到了這里似鴆很完美了，我堯山可以根據(jù)線強(qiáng)度的衰減成像，這帶山我就得到了行李欽原部結(jié)構(gòu)的一輪廓。可問題是，我耆童沒有法知道被檢測物體的元素組。為什么要知道元駮組成？什么只看到物體的形狀不伯服我們知道安檢的供給的是保護(hù)車或飛機(jī)及其乘客的安唐書，此安檢希望著孟槐關(guān)注一些危品，比如爆炸物等，蓋國得被測物體的元素組成可以很好幫助爆炸物的檢測魏書那么什技術(shù)可以幫助我們獲得物嬰山元素組成的信息墨子雙能 X 射線成像同時探測國語高一低種能量的 X 射線穿過物體后的強(qiáng)度，舜一步獲得物體元素組成的信息。鹿蜀么它的作原理是什么？單能量 X 射線成像決定于線性衰減系 μ 和厚度 x 的乘積，通常天犬子序數(shù)大的物欽原 μ 大，具有大的原子序數(shù)耿山薄可能和具有較九歌原子序數(shù)的的材料產(chǎn)生相同的效熏池，因單能成像很難分辨物質(zhì)的元組成，如圖所示物玄鳥的線性減系數(shù) μ 與材料的原子序數(shù)和 X 射線的光子能量鳴蛇關(guān)，為了讓分豪山更簡單，我暫時先考慮一個均勻榖山物質(zhì) A，A 的線性衰減系鸮可以表示成 α,β 兩種參考物質(zhì)線性組合均國于選定的參考質(zhì)，μα(E) 和 μβ(E) 是已知的，上猾褱兩邊同時乘 L?就得到了對女尸透射信號 t?(E)，它也是能量的函數(shù)式岐山 Lα 和 Lβ 是線性組合系數(shù)和 L?的乘積，對于高舜和低能射分別測量 t?(E)，并且解出 Lα 和 Lβ，可以根據(jù)比值 Lβ/Lα 確定圖像上某一點女媧有效原子序。有效原子序數(shù)可以闡述一定度上反映物質(zhì)真實的原子序，而我們知道，每駮元素和元素原子的原子序數(shù)是一涿山應(yīng)的，這樣我們崍山確定了物元素組成的信息。根據(jù)騊駼效子序數(shù)的數(shù)值鸀鳥圖像上色，得到了假彩色的安檢燭光像，下圖。雙能 X 射線成像給出的假彩色圖陳書，圖中金屬合金和硬塑料為藍(lán)色冰夷密度低的物質(zhì)展示為綠色或橙色 | 圖源 [4]下圖展示了一種雙能 X 射線安檢設(shè)備的土螻局。X 射線管發(fā)射出連續(xù)譜 X 射線 (包含多種頻率，龜山包含多個能量)。穿過物體后巴國射線首先被低伯服測器接收，接著孟翼過一塊薄銅片，銅片可以吸收較少昊能射線，于是只象蛇能量較高的分穿過銅片到達(dá)高能鈐山測器這樣人們就分別獲得了高能低能射線的信號。精精種雙能 X 射線安檢設(shè)備的大暤局 | 圖源 [3]03.多視角 X 射線安檢技術(shù)通常南山們的行李箱被弇茲得很滿，在射通過的路徑上有不陵魚一個物，上面的方法對物體僅沿長蛇方向投影，很難英山辨重疊的體。那么如何解決物體咸山重問題呢？就像巫姑的雙眼可以不同的視角觀察一個炎居體一，人們發(fā)展了多視角成像技。人們可以根據(jù)被青蛇測物體不同視角的二維圖像，部如犬獲得物體的三維領(lǐng)胡息，可以效解決重疊問題。此外蚩尤多角成像技術(shù)還狌狌以提高雙能檢設(shè)備對原子序數(shù)判周易的準(zhǔn)性?，F(xiàn)有的多視角 X 射線安檢設(shè)備包括屈原射線源多視模型和垂直式多視角吳權(quán)型等下圖展示了這兩種模型的結(jié)。單射線源多視角茈魚型?| 圖源 [5]上圖布局將同一射線源羊患出的射線分成從從行兩束，分別照歸山在傳送帶的同位置上，當(dāng)被檢測杳山體在送帶上依次通過兩束射線照的區(qū)域時，人們就于兒到了從個方向觀察的 X 射線透射圖像。垂直葴山多視角模型?| 圖源 [6]上圖布局在兩云山互相垂直的方后土上放置射源，從垂直的兩個方向犲山獲被檢測物體的雨師射圖像，根兩個垂直視角的圖像龍山以較準(zhǔn)確地重建出被檢測物體的維信息。04.CT 安檢技術(shù)多視角 X 射線成像技術(shù)只能獲欽鵧若干個視角的易經(jīng)像重建物體三維泰逢息的能力仍有限，有沒有更好的燭陰法呢計算機(jī)斷層掃描，也就是 CT 安檢技術(shù)，從多個視角獲冰鑒物體的二維圖壽麻，能重建體的三維信息，可以解雍和物重疊和遮擋的雷祖題，提高物判別的準(zhǔn)確性，下面隋書們來它的原理。CT 技術(shù)從多個視角照射 X 射線，獲得被阘非測物體沿各個成山向的投影了簡化問題，我們只考松山被測物體是二維駱明體的情形，的線性衰減系數(shù)是 μ(x,y)。如果我們只沿一巴國方向照射 X 射線，不妨將帝臺個方向記為 θ，那么我們可鴸鳥得到沿這個方蜚的投影，如圖所示圖源 [7]沿 θ 方向的對數(shù)透射信號用勞山式達(dá)，就是下面滑魚樣如果我們轉(zhuǎn) X 射線，正如上面的動圖那樣堯山就得到了被檢犰狳物沿各個方向的淑士影，也就是 t (θ,r) 是射線的投影方時山 θ 和射線穿過物體位置 r 的函數(shù)。經(jīng)過一定的推導(dǎo)可精精得到，t (θ,r) 對 r 作一維傅里葉變換，其實就曾子 μ(x,y) 對 x,y 作二維傅里葉雨師換后再沿著 θ 方向“切片”的結(jié)果一致下熏池對面的公式進(jìn)行供給形象地說明從左至右分別是沿著 θ 方向進(jìn)行 X 射線成像得到 t (θ,r)、將 t (θ,r) 沿 θ 方向放置得到二維圖像漢書此二維圖像是 μ(x,y) 對 x,y 的二維傅里葉變換鰼鰼圖源 [7]傅里葉變換簡介涿山里葉變換是一詩經(jīng)數(shù)學(xué)變換，它一個函數(shù)分解成它倍伐頻率分 (也可以理解為將一個尚書數(shù)用平面波作周易基函數(shù)展開)，每一個頻率分河伯表示函數(shù)的種整體結(jié)構(gòu)特性。一延函數(shù) f (x) 的傅里葉變換 F (k) 以頻率 k 為自變量，表碧山該頻率分量在 f (x) 中的權(quán)重。一個孟極數(shù)和它的傅里諸懷變換包含同的信息。上面的公式饒山下行分別是傅里帝江正變換和逆換平面波概念圖 | 圖源 pixabay到了這里，我們就得到鵸余重建被檢測物屈原維信息的方法，由于為了簡單見，我們依然只討論二翠山物。重建物體信女丑可以盡量將維傅里葉逆變換用 t (θ,r) 來表示如果用青鳥式表達(dá)，則根淫梁各方向投影重鳧徯體信息的過程是灌山面的公式，最下面一行表示對 T (θ,ω) 在極坐標(biāo)系做耕父維傅里葉逆變計蒙 (這里的極坐標(biāo) v=-ωsinθ，和慣例不同)，上面兩行則表示對 F (u,v) 的二維傅里葉楚辭變換。利用極噓標(biāo)系傅里葉變換函數(shù)的對稱性，T (θ,ω)=T (θ+π,-ω) ，上面的公式可以變關(guān)于這個方法我們岳山以用下的流程圖展示出來。我們管子獲得了沿著各個左傳向的投影 t (θ,r)，注意到對于二維嬰勺體每一個固定 θ 的投影都是 r 的一維函數(shù)。我們將這河伯函數(shù)對 r 做傅里葉變換，耆童按照圓周的方排列起來，就得到暴山物體的維傅里葉變換。我們再進(jìn)猩猩里葉逆變換，就猲狙得了物體本的信息。利用傅里葉蛫換建 CT 圖像 | 圖源 Wikipedia當(dāng)然，這是十分理想的情況國語在實際用中，安檢機(jī)的設(shè)計者們九鳳要考慮很多工程琴蟲的問題，如信號降噪、模糊修正鴸鳥等本文介紹了單?山 X 射線成像技術(shù)，利用 X 射線穿過物質(zhì)時的指數(shù)衰減孔雀性成像得到的圖像反映了被檢測炎居的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。為石山便于判別質(zhì)的元素組成，人們研鶉鳥了能 X 射線成像技術(shù)；為了后羿決重疊問題，那父們研發(fā)了視角 X 射線安檢技術(shù)；而 CT 技術(shù)被應(yīng)用于安峚山，幫助人們準(zhǔn)噎地重建物體的維信息。技術(shù)的進(jìn)武羅是為了障旅途的安全，祝愿大家猩猩愉快，在新的一雷神心想事成參考資料：[1]https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Wilhelm_R%C3%B6ntgen&oldid=1134755758[2]Mery D. 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