Математическое моделирование радиационных прозрачностей в счетной реализации метода дуальных энергий на основе аналогового амплитудного анализа исходных сигналов

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Приведена математическая модель радиационных прозрачностей в счетной реализации метода дуальных энергий на основе аналоговой дискриминации исходных сигналов. Обобщенная математическая модель радиационных прозрачностей в анализируемой реализации метода дуальных энергий базируется на аналоговом разделении исходных электрических сигналов с детектора рентгеновского излучения по амплитуде на низкоэнергетические и высокоэнергетические сигналы с последующим счетом этих сигналов. Аналоговое разделение выходных сигналов детектора рентгеновского излучения по амплитуде осуществляется с помощью двухканального амплитудного анализатора. Предложенная модель учитывает максимальную энергию рентгеновских фотонов, порог энергии для разделения сигналов на низкоэнергетические и высокоэнергетические сигналы, материалы и размеры чувствительных к радиации элементов детекторов, параметры объектов контроля. Модель может быть использована для проведения исследований по влиянию шумов, обусловленных квантовой природой рентгеновского излучения, на качество идентификации ослабляющего материала, например, по эффективному атомному номеру, применительно к рассматриваемой реализации метода дуальных энергий, а также для обоснованного выбора параметров соответствующих двухэнергетических систем цифровой радиографии и рентгеновской компьютерной томографии.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

В. А. Удод

Национальный исследовательский Томский государственный университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: pr.udod@mail.ru
Россия, 634050 Томск, пр-т Ленина, 36

С. Э. Воробейчиков

Национальный исследовательский Томский государственный университет

Email: sev@mail.tsu.ru
Россия, 634050 Томск, пр-т Ленина, 36

С. П. Осипов

Национальный исследовательский Томский политехнический университет

Email: osip1809@rambler.ru
Россия, 634050 Томск, пр-т Ленина, 30

Список литературы

  1. Khan S.U., Khan I.U., Ullah I., Saif N., Ullah I. A review of airport dual energy X-ray baggage inspection techniques: image enhancement and noise reduction // Journal of X-ray Science and Technology. 2020. V. 28. No. 3. P. 481—505. https://doi.org/10.3233/XST-200663
  2. Yalçın O., Reyhancan I.A. Detection of explosive materials in dual-energy X-Ray security systems // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment. 2022. V. 1040. Article ID 167265. https://doi.org/10.1016/j.nima.2022.167265
  3. Chang C.H., Ni Y.C., Tseng S.P. Calculation of effective atomic numbers using a rational polynomial approximation method with a dual-energy X-ray // Journal of X-Ray Science and Technology. 2021. V. 29. No. 2. P. 317―330. https://doi.org/10.3233/xst-200790
  4. Yim C.W., Hong S.G. A MCNP simulation for a new dual-energy dual-beam X-ray inspection method using multi-angle Compton scattering to determine the effective atomic number of explosives // Radiation Physics and Chemistry. 2022. V. 195. Article ID 110084. https://doi.org/10.1016/j.radphyschem.2022.110084
  5. Duvillier J., Dierick M., Dhaene J., Van Loo D., Masschaele B., Geurts R., Hoorebeke L.V., Boone M.N. Inline multi-material identification via dual energy radiographic measurements // NDT & E International. 2018. V. 94. P. 120―125. https://doi.org/10.1016/j.ndteint.2018.01.002
  6. Cordova A. Technologies for primary screening in aviation security // Journal of Transportation Security. 2022. V. 15. No. 3-4. P. 141―159. https://doi.org/10.1007/s12198-022-00248-8
  7. Linardatos D., Koukou V., Martini N., Konstantinidis A., Bakas A., Fountos G., Valais I., Michail C. On the response of a micro non-destructive testing X-ray detector // Materials. 2021. V. 14. P. 888. https://doi.org/10.3390/ma14040888
  8. Vukadinovic D., Anderson D. X-ray baggage screening and AI, EUR 31123 EN, Publications Office of the European Union, Luxembourg, 2022. http://dx.doi.org/10.2760/46363
  9. Osipov S.P., Udod V.A., Wang Y. Identification of materials in X-Ray inspections of objects by the dual-energy method // Russian Journal of Nondestructive Testing. 2017. V. 53. No. 8. P. 568―587. https://doi.org/10.1134/S1061830917080058 [Осипов С.П., Удод В.А., Ван Я. Распознавание материалов методом дуальных энергий при радиационном контроле объектов // Дефектоскопия. 2017. № 8. С. 33―56.]
  10. Kayalvizhi R., Malarvizhi S., Topkar A., Vijayakumar P. Raw data processing techniques for material classification of objects in dual energy X-ray baggage inspection systems // Radiation Physics and Chemistry. 2022. V. 193. Article ID 109512. https://doi.org/10.1016/j.radphyschem.2021.109512
  11. Mamchur D., Peksa J., Le Clainche S., Vinuesa R. Application and advances in radiographic and novel technologies used for non-intrusive object inspection // Sensors. 2022. V. 22. No. 6. Article ID 2121. https://doi.org/10.3390/s22062121
  12. Alvarez R.E. Invertibility of the dual energy x-ray data transform // Medical Physics. 2019. V. 46. No. 1. P. 93―103. https://doi.org/10.1002/mp.13255
  13. Osipov S., Chakhlov S., Udod V., Usachev E., Schetinkin S., Kamysheva E. Estimation of the effective mass thickness and effective atomic number of the test object material by the dual energy method // Radiation Physics and Chemistry. 2020. V. 168. Article ID 108543. https://doi.org/10.1016/j.radphyschem.2019.108543
  14. Zhang Y., Kong W., Li D., Liu X. On using XMC R-CNN model for contraband detection within X-ray baggage security images // Mathematical Problems in Engineering. 2020. V. 2020. Article ID 1823034. https://doi.org/10.1155/2020/1823034
  15. Огородников С.А. Распознавание материалов при радиационном таможенном контроле на базе линейного ускорителя электронов / Дис. ... канд. техн. наук. Санкт-Петербург. 2002. 121 с.
  16. Свистунов Ю.А., Ворогушин М.Ф., Петрунин В.И., Сидоров А.В., Гавриш Ю.Н., Фиалковс- кий А.М. Развитие работ по созданию рентгеновских и ядерно-физических инспекционных комплексов в НИИЭФА им. Д.В. Ефремова // Рroblems of atomic science and technology. 2006. No 3. Р. 171―173.
  17. Заявка 2458408. Европейское патентное ведомство, МПК G01V 5/00. Dual-energy X-ray body scanning device and image processing method. Chen Xue Liang, Chen Li, Huo Mei Chun, Yang Li Rui, Dong Ming Wen, Kong Wei Wu, Yang XiaoYue, Xue Kai, Li Yong Qing, Li Guang Qing, Zhao Lei; BEIJING ZHONGDUN ANMIN ANALYSIS TECHNOLOGY CO LTD, FIRST RES INST OF MINISTRY OF PUBLIC SECURITY OF P R C. № 11167491. Заявл. 25.05.2011. Опубл. 30.05.2012.
  18. Fredenberg E. Spectral and dual-energy X-ray imaging for medical applications // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment. 2018. V. 878. Р. 74―87. https://doi.org/10.1016/j.nima.2017.07.044
  19. Udod V.A., Osipov S.P., Nazarenko S.Yu. Algorithm for Evaluating Errors in Recognition of Materials in X-Ray Testing System Containing X-Ray Sandwich Detectors // Russian Journal of Nondestructive Testing. 2022. V. 58. No. 1. P. 46―56. https://doi.org/10.1134/S1061830922010065 [Удод В.А., Осипов С.П., Назаренко С.Ю. Алгоритм оценки погрешностей при распознавании материалов в системе рентгеновского контроля, содержащей сэндвич-детекторы излучения // Дефектоскопия. 2022. № 1. С. 40―51.]
  20. Udod V.A., Vorobeichikov S.E., Nazarenko S.Y. Mathematical models of radiation transparency of test objects when using sandwich X-ray radiation detectors // Russian Journal of Nondestructive Testing. 2020. V. 56. No. 2. P. 161―170. https://doi.org/10.1134/S1061830920020096 [Удод В.А., Воробейчи- ков С.Э., Назаренко С.Ю. Математические модели радиационных прозрачностей объекта контроля при использовании сэндвич-детекторов рентгеновского излучения // Дефектоскопия. 2020. № 2. С. 31―41.]
  21. Udod V.A., Osipov S.P., Wang Y. Estimating the influence of quantum noises on the quality of material identification by the dual-energy method // Russian Journal of Nondestructive Testing. 2018. V. 54. No. 8. P. 585―600. https://doi.org/10.1134/S1061830918080077 [Удод В.А., Осипов С.П., Ван Я. Оценка влияния квантовых шумов на качество распознавания материалов методом дуальных энергий // Дефектоскопия. 2018. № 8. С. 50―65.]
  22. Марчук Г.И., Орлов В.В. К теории сопряженных функций / В кн.: Нейтронная физика. Сб. статей. Под ред. П.А. Крупчинского. М.: Атомиздат, 1961. С. 30―45.
  23. Гавриш Ю.Н., Бердников Я.А., Спирин Д.О., Передерий А.Н., Сафонов М.В., Романов И.В. Программный комплекс для восстановления интроскопических изображений с использованием метода дуальной энергии // Рroblems of atomic science and technology. 2010. № 3. Series: Nuclear Physics Investigations (54). P. 123―125.
  24. Rogers T.W., Jaccard N., Griffin L.D. A deep learning framework for the automated inspection of complex dual-energy x-ray cargo imagery. — Anomaly Detection and Imaging with X-Rays (ADIX) II // International Society for Optics and Photonics. 2017. V. 10187. No. Article 101870L.
  25. Горбунов В.И., Покровский А.В. Радиометрические системы радиационного контроля. М.: Атомиздат, 1979. 224 с.
  26. Тарасов Г.П. Статистические методы обработки информации в системах измерения ионизирующего излучения. М.: Атомиздат, 1980. 208 с.
  27. Solodushkin V.I., Udod V.A., Klimenov V.A., Temnik A.K. Optimal evaluation of radiometric signal intensity for the count-time radiation recording mode // Russian Journal of Nondestructive Testing. 2012. V. 48. No. 9. P. 505―510. [Солодушкин В.И., Удод В.А., Клименов В.А., Темник А.К. Оптимальная оценка интенсивности радиометрического сигнала для счетно-временного режима регистрации излучения // Дефектоскопия. 2012. № 9. С. 3―9.]
  28. Вентцель Е.С., Овчаров Л.А. Теория вероятностей. Издание второе. М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1973. 368 с.
  29. Вентцель Е.С., Овчаров Л.А. Теория вероятностей и ее инженерные приложения. М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1988. 480 с.
  30. Цициашвили Г.Ш. Пуассоновские потоки в системе с повторным обслуживанием // Вестник Томского государственного университета. Управление, вычислительная техника и информатика. 2016. № 4 (37). С. 83―88.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Схема формирования цифровых сигналов для отдельного детектора из линейки, сопряженного с двухканальным аналоговым амплитудным анализатором: 1 ― поток квантов рентгеновского излучения, падающих на детектор; 2 ― детектор излучения; 3 ― поток электрических импульсов на выходе детектора; 4 ― аналоговый амплитудный анализатор; 5 ― поток низкоэнергетических электрических импульсов; 6 ― поток высокоэнергетических электрических импульсов; 7, 8 ― устройство регистрации (счетчик импульсов); 9 ― низкоэнергетический цифровой сигнал; 10 ― высокоэнергетический цифровой сигнал.

Скачать (62KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024