中國安檢機(jī)有多厲害？

　 過了正月十五，一年一度的春節(jié)便接近了尾聲，全球最大規(guī)模的人口遷徙——“春運(yùn)”也即將落幕。

　“為了您和他人的乘車安全和便捷，請(qǐng)遵守相關(guān)規(guī)定，自覺接受安檢！”

　 這句話已經(jīng)成為了火車站、機(jī)場(chǎng)、地鐵進(jìn)站的標(biāo)準(zhǔn)BGM。對(duì)于這個(gè)安裝傳送帶的方盒子機(jī)器，來去匆匆的我們大都見怪不怪。但是，在世界普遍不太平，很多國家面臨恐怖主義威脅的今天，安檢設(shè)備成為了很多公共場(chǎng)所的“剛需”。

安檢機(jī)利用物質(zhì)與X射線的相互作用的不同來識(shí)別違禁品，現(xiàn)在的安檢設(shè)備采用多個(gè)X射線發(fā)射源進(jìn)行多視角立體成像，處理后的圖像還能彩色顯示。安檢機(jī)的X射線輻射對(duì)人體雖然有傷害，但輻射劑量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于醫(yī)用X光設(shè)備。

 　那么，這些“透視眼”是怎么工作的？面對(duì)世界日益增長(zhǎng)的安檢機(jī)市場(chǎng)，中國制造表現(xiàn)如何？

在大型港口集裝箱的檢測(cè)中，X射線安檢設(shè)備就是檢測(cè)偷渡的利器?，F(xiàn)在常見的安檢設(shè)備主要的原理都是利用物理化學(xué)方法，對(duì)于一些物質(zhì)進(jìn)行特定的信號(hào)捕捉，從而進(jìn)行形態(tài)、成分的檢測(cè)。

　 比如，常見的安檢門、手持金屬探測(cè)器，是利用金屬導(dǎo)電體受交變電磁場(chǎng)激勵(lì)時(shí)在金屬導(dǎo)電體中產(chǎn)生的渦電流，對(duì)渦電流進(jìn)行檢測(cè)從而發(fā)現(xiàn)金屬物體；機(jī)場(chǎng)入口檢測(cè)爆炸物痕量的“擦試紙”，是利用不同成分的分子在外加電場(chǎng)中漂移速度（用“遷移率”表示）的不同進(jìn)行成分檢測(cè)，特別擅長(zhǎng)區(qū)分毒品、爆炸物等有機(jī)大分子；而在可疑液體檢測(cè)中，則是利用了介質(zhì)在外電場(chǎng)作用下極化程度（用“介電常數(shù)”表示）不同，來區(qū)分低介電常數(shù)的易燃液體。當(dāng)然，大家絕大多數(shù)的時(shí)候選擇的是更簡(jiǎn)便的方法“試喝一口”。

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　 X射線安檢設(shè)備是如何“透視”的？

　 透視，是人類一直追求的一種“超能力”，X射線的發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用讓“透視”成為了現(xiàn)代檢測(cè)手段之一。

　 射線與不同物質(zhì)發(fā)生相互作用，主要有4種：光電效應(yīng)，瑞利散射，康普頓效應(yīng)和電子對(duì)效應(yīng)。簡(jiǎn)單來說就是，射線遇到物體后，有如下幾種情況：或透過、或被吸收、或被散射。通過檢測(cè)這些不同的信號(hào)就能判斷物體的形態(tài)和成分。

　 這其中最有價(jià)值的信息是，從理論上來講，已知物體的密度和有效原子序數(shù)，就可以準(zhǔn)確地確定物質(zhì)的類型。

   早期的安檢設(shè)備是采用單個(gè)X射線發(fā)射源，圖像處理也比較單一，還是黑白影像。（其實(shí)相當(dāng)多醫(yī)用、科研用X射線儀器都是黑白像）。這還不算什么，早期安檢設(shè)備的最大缺點(diǎn)，是由于Ｘ射線的衰減與被測(cè)物質(zhì)的密度、厚度和平均原子序數(shù)都有關(guān)系，當(dāng)多重因素疊加影響時(shí)就很難判斷了。

　 比如，在安檢過包時(shí)，透射后得到的數(shù)據(jù)圖像是不能很好地對(duì)一個(gè)高原子序數(shù)、低厚度的物品與一個(gè)低原子序數(shù)但是高厚的物品進(jìn)行有效區(qū)分的。

　 而現(xiàn)在的安檢設(shè)備已經(jīng)采用多個(gè)發(fā)射源進(jìn)行多視角的立體成像，而且圖像處理也能彩色顯示。這主要是由于雙能系統(tǒng)的不斷開發(fā)升級(jí)。

　 雙能系統(tǒng)一般由一個(gè)連續(xù)能譜的Ｘ射線源及一套能夠分別接收高低能數(shù)據(jù)的探測(cè)器系統(tǒng)組成。對(duì)于高能和低能，不同平均原子序數(shù)的物質(zhì)的衰減程度是不一樣的——低原子序數(shù)的物質(zhì)衰減劇烈，高原子序數(shù)的物質(zhì)衰減平緩。

　 因此在雙能系統(tǒng)中，高能和低能在同一種物質(zhì)中的衰減程度是不一樣的，通過對(duì)高能和低能不同衰減系數(shù)的運(yùn)算和比較，就可將不同種類、不同厚度的物質(zhì)有效地區(qū)分開來。再配合上后期圖像信號(hào)處理，就能很明顯反映出物體的成分和結(jié)構(gòu)。

   簡(jiǎn)單來說，橙色代表有機(jī)物，例如食品、水、塑料等；書本、陶瓷等顯示為綠色；金屬則顯示為藍(lán)色。這時(shí)，安檢員快速查看X射線掃描的透視圖像，就能憑借豐富的經(jīng)驗(yàn)判斷是否有違禁品。

　 因此，在整個(gè)檢測(cè)過程中，處理控制、電源、傳送之外，安檢最核心的部件便是由3個(gè)系統(tǒng)組成——X射線發(fā)射系統(tǒng)、信號(hào)探測(cè)系統(tǒng)、圖像處理系統(tǒng)。

　 安檢設(shè)備的“光源”就是一組工業(yè)用X射線管。它包含有陽極和陰極兩個(gè)電極，分別用于接受電子轟擊的靶材和發(fā)射電子的燈絲。兩級(jí)均被密封在高真空的玻璃或陶瓷外殼內(nèi)。當(dāng)高速電子到達(dá)靶面，運(yùn)動(dòng)突然受到阻止，其動(dòng)能的一小部分便轉(zhuǎn)化為輻射能，以 X 射線的形式放出。

　 目前，國產(chǎn)的安檢儀中使用的X射線管額定電壓為80-160KV不等，最大達(dá)到800W。一個(gè)工作電壓150KV的發(fā)射器可以發(fā)出頂角為60°的圓錐形X射線束，經(jīng)過準(zhǔn)直器后變成角度為60°的扇形平面射線束。

   探測(cè)系統(tǒng)主要用途是接收射線并將其轉(zhuǎn)化為電信號(hào)供計(jì)算機(jī)后續(xù)處理，是安檢設(shè)備中的傳感樞紐。

　 過去的探測(cè)方式屬于計(jì)數(shù)探測(cè)器，通過電脈沖信號(hào)來檢測(cè)，當(dāng)帶電粒子進(jìn)入探測(cè)器后，與物質(zhì)發(fā)生相互作用，不論是激發(fā)還是電離，最終以電脈沖的方式來表達(dá)入射粒子的信息。如今的安檢設(shè)備中主要使用的是閃爍晶體－光電管探測(cè)器。Ｘ射線被探測(cè)器吸收穿過探測(cè)器表面的不透明物質(zhì)到達(dá)內(nèi)部的閃爍體，使閃爍體放光，光線經(jīng)由反射面的反射最終透過透明薄膜層到達(dá)光電二極管，光電二極管將光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)傳輸至ＰＣ機(jī)進(jìn)行處理。

   雙能系統(tǒng)中的高能和低能兩部分信號(hào)也是通過兩種探測(cè)器進(jìn)行識(shí)別的。它們?cè)诮Y(jié)構(gòu)上是類似的，不同之處在于閃爍體的厚度，高能探測(cè)器閃爍體的厚度比較厚，一般在5ｍｍ左右，低能探測(cè)器閃爍體的厚度比較薄，一般在1ｍｍ左右。

　 在高能探測(cè)器的表面一般會(huì)覆蓋一塊銅片，它的主要用途是濾波，濾除X射線的低能部分，留下高能部分用來給高能探測(cè)器接收。

   在安檢設(shè)備中，通常會(huì)將這些探測(cè)器布置成一定的陣列。Ｘ射線安檢設(shè)備一般使用的是Ｌ型探測(cè)器陣列，由多組高低能閃爍探測(cè)器組成。Ｘ射線源正對(duì)Ｌ型探測(cè)器陣列最末端的一個(gè)探測(cè)器，以扇形的方式照射整個(gè)過包通道并被Ｌ型探測(cè)器陣列接收。根據(jù)安檢設(shè)備的型號(hào)不一樣，每一個(gè)Ｌ型探測(cè)器陣列由多塊探測(cè)器組成，每一個(gè)探測(cè)器又由多個(gè)探測(cè)點(diǎn)組成，每一個(gè)探測(cè)點(diǎn)代表安檢圖像的一個(gè)像素點(diǎn)。探測(cè)器上像素的尺寸僅為1.5mm×1.5mm。

　 探測(cè)器中的閃爍體將Ｘ射線轉(zhuǎn)換為可見光，然后光電倍增管會(huì)將可見光轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。而將電信號(hào)最終成像就是圖像處理模塊的功能了。來自探測(cè)器的電信號(hào)先被放大，并經(jīng)過A/D芯片量化后傳輸至PC端的上位機(jī)軟件。圖像處理軟件是各大制造商的“看家本領(lǐng)”。

   簡(jiǎn)單來說，就是將得到的高能和低能的灰度圖，根據(jù)其成分和厚度的不同進(jìn)行融合和著色。其實(shí)，安檢機(jī)的彩色圖像是一種“偽彩色圖像”，它不像數(shù)碼相機(jī)等的拍攝畫面，而是只有灰度信息，然后根據(jù)一定的算法給予灰度圖色彩。

　 根據(jù)前文所說，X射線安檢設(shè)備檢測(cè)的重要參數(shù)就是等效原子序數(shù)。國家安檢標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，等效原子序數(shù)小于10的物質(zhì)是有機(jī)物，根據(jù)厚度的不同賦予不同飽和度的澄色；等效原子序數(shù)高于18的物質(zhì)是無機(jī)化合物，根據(jù)厚度的不同賦予不同飽和度的藍(lán)色；等效原子序數(shù)介于10到18的物質(zhì)是混合物，根據(jù)厚度的不同賦予不同飽和度的綠色?！。ǔＲ娢ｋU(xiǎn)品圖像）

　 所以，在安檢機(jī)的屏幕上看，人和食物、塑料包都是橙紅色，炒鍋、雨傘是藍(lán)色，槍支、彈藥、刀具都是藍(lán)色，而大分子有機(jī)物的混合成分的炸藥是綠色。

　 當(dāng)安檢機(jī)遇到人工智能，會(huì)發(fā)生什么？

　 火車站安檢中，總能看到安檢人員的身影，這同時(shí)也帶來了人工成本高、誤判漏判、經(jīng)驗(yàn)性依賴等問題，特別是在海關(guān)、機(jī)場(chǎng)等關(guān)鍵場(chǎng)所，誤判、漏判等為走私犯罪、運(yùn)輸安全帶來隱患。隨著人工智能的發(fā)展，在未來，能夠自動(dòng)識(shí)別危險(xiǎn)物品、違禁品的智能系統(tǒng)將成為安檢機(jī)發(fā)展的趨勢(shì)。

 　目前，中國的安檢設(shè)備制造已經(jīng)提出了智能云查驗(yàn)整體解決方案。

　 該方案采用先進(jìn)的云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、圖像智能識(shí)別技術(shù)，結(jié)合海關(guān)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，建立國家級(jí)海關(guān)查驗(yàn)云平臺(tái)，統(tǒng)一存儲(chǔ)海量多維數(shù)據(jù)，支持用戶間的審圖經(jīng)驗(yàn)共享，構(gòu)造基于全量數(shù)據(jù)的多模態(tài)分析模型，實(shí)現(xiàn)高并發(fā)，實(shí)時(shí)處理海量查驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)掃描圖像智能分析，有效支持國家級(jí)海關(guān)100%快速查驗(yàn)業(yè)務(wù)，有效避免查驗(yàn)率低、誤判率高的風(fēng)險(xiǎn)。

　 與此同時(shí)，中國也在開發(fā)基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的機(jī)器學(xué)習(xí)的智能安檢設(shè)備。目前，該設(shè)備已經(jīng)具備200-1000億次/秒的圖形運(yùn)算能力，可以自動(dòng)識(shí)別肉眼難以辨認(rèn)的復(fù)雜背景后的槍支，可識(shí)別常見的一百種以上刀具、數(shù)十種30種以上槍支、常見的上百種瓶裝液體、一百種以上的鋰電池。而且，經(jīng)過大數(shù)據(jù)分析，甚至能查驗(yàn)出分批寄運(yùn)的槍支零件。

　　更為智能的檢測(cè)設(shè)備，也將使世界更加安全。

　雖然現(xiàn)如今出現(xiàn)在公共場(chǎng)所的安檢設(shè)備已經(jīng)漸漸走向低成本、小型化，但是從整個(gè)安檢設(shè)備行業(yè)來說，這其實(shí)是一個(gè)高技術(shù)門檻的行業(yè)。

　　5年前，世界安檢設(shè)備的市場(chǎng)份額中，中國只占有一席，而如今，隨著眾多發(fā)展中國家紛紛舉辦世界級(jí)賽事、“一帶一路”的戰(zhàn)略背景、世界公共安全面臨恐怖主義威脅加劇等因素，中國在世界安檢設(shè)備市場(chǎng)上開始扮演日益重要的角色