آشنایی با فناوری ایکس ری

این مستند به منظور آشنایی مقدماتی با کارکردهای اصلی و تکنولوژی‌های پایه به کاررفته در عموم دستگاه‌های بازرسی ایکس‌ری به رشته تالیف درآمده است. منظور ما از دستگاه

در این مستند، تجهیزاتی است که برای شناسایی محتویات مخاطب این مستند، مشتریان این دستگاه‌ها و همچنین کارشناسان فروش و بازریابی هستند.

دسته‌بندی دستگاه‌های بازرسی بر اساس نوع ورودی دیر زمانی نیست که از تکنولوژی اشعه X-RAY برای بازرسی در جهان استفاده می‌شود. جذابیت X-RAY به دلیل امکان عبور از حصارهای فیزیکی و نمایش تمامی محتویات، بدون باز کردن آنها است و بعضا این موضوع را افرادی خلاف حقوق بشر قلمداد کرده‌اند، خصوصا وقتی قرار باشد بدن انسان با X-RAY به منظور امور بازرسی اسکن شود. انواع دستگاه ایکس ری از نظر نوع ورودی به دسته‌های زیر تقسیم می‌شوند:

۱.دستگاه بازرسی ایکس ری کیف و بسته
۲.دستگاه بازرسی ایکس ری خودرویی
۱-۲. دستگاه‌های بازرسی ایکس ری خودروهای بزرگ ازجمله کانتینر و اتوبوس
۲-۲. دستگاه‌های بازرسی ایکس ری خودروهای شخصی و وانت بار
۳.دستگاه‌های بازرسی ایکس ری بدن انسان

 

 

اجزای سخت‌افزاری دستگاه ایکس ری
دستگاه‌های ایکس ری، از قسمت‌های سخت‌افزاری، تونل تصویربرداری، نوار نقاله، شتاب‌دهنده یا ژنراتور و پنل کاربری تشکیل می شوند. همچنین معمولاً کامپیوتری در کنار این تجهیزات ارایه می شود که نرم افزار ویژه مدیریت تصاویر دستگاه در آن نصب شده است. در این بخش به بررسی اجزای سخت‌افزاری یک دستگاه ایکس ری می پردازیم. مطالعه موردی این بخش بر روی دستگاه اسکن کالا صورت گرفته است.

 

اجزای اصلی در ساختمان یک دستگاه ایکس ری کالا

 

1. تونل تصویربرداری :
سطح مقطعی است که کالا و یا وسیله نقلیه از داخل آن عبور کرده و تصویربرداری انجام می‌شود. در دستگاه‌های ثابت، این سطح کاملاً توسط پرده‌های سربی و همچنین پانل‌های سرب، جهت جلوگیری از تابش اشعه ایکس ری به بیرون از دستگاه محافظت می‌شود.سایز تونل تصویربرداری و یا بازرسی بر اساس ابعاد و اندازه وسایل و بارهایی که تصویربرداری از آنها انجام می‌شود، طبقه‌بندی می شوند. در دستگاه‌های اسکن کیف و بسته (کالا)، این ابعاد از ۵۵cm × ۳۵cm شروع شده و تا حداکثر ۱۸۰cm ×۱۸۰cm در دستگاه‌های ثابت افزایش پیدا می‌کند که نوع ورودی دستگاه، بر اساس طول و عرض دهانه مشخص می‌شود.
جهت تصویربرداری از سایزهای بزرگتر همچون تصویربرداری از کامیون و یا تریلرها از دستگاه‌های ویژه استفاده می‌شود که براساس نیاز خریدار طراحی و ساخته می‌شوند. طراحی ایکس‌ری های کانتینری در سازندگان مختلف بعضا متفاوت است.

۲. نوار نقاله :
سطحی است که کالا و یا بار بر روی آن قرار گرفته و جهت تصویربرداری از داخل ایکس ری عبور داده می‌شود. در دستگاه‌های بزرگ که جهت تصویربرداری از بارهای بزرگ و پالت بکار گرفته می‌شود، به‌جای نوار نقاله از غلتک‌های مخصوص استفاده می‌شود.

۳. شتاب دهنده ایکس ری:
به‌صورت معمول و استاندارد، شتاب دهنده‌های ایکس ری، اشعه تابشی را به سمت بالا و با زاویه ۹۰ درجه (مطابق شکل) در داخل تونل بازرسی می‌تابانند. اکثر شتاب دهنده‌هایی که در دستگاه‌های ایکس ری مورد استفاده قرار می‌گیرند، از لامپ‌های ایکس ری با قدرت تابشی ۱۴۰، ۱۶۰ و یا ۱۸۰ کیلوولت استفاده می‌کنند. البته در سیستم‌های بزرگتر این لامپ ها تا ۲۰۰ ویا حتی ۳۲۰ کیلوولت نیز می‌رسد.

جایگاه شتاب‌دهنده (ژنراتور) ایکس ری در دستگاه اسکن کالا

۱-۳. سنسورهای آشکارساز :
مجموعه سنسورهای آشکارساز از تعدادی دیود سنسور جهت اندازه‌گیری سطوح بالا و پائین انرژی تشکیل می‌شوند. این مجموعه دیودها که به‌صورت L شکل مطابق شکل زیر می‌باشند. جهت محاسبه انرژی عبوری از کالا و یا شی داخل تونل مورد استفاده قرار می‌گیرند.

ساختار شتاب دهنده و جایگاه سنسورها در آن

 

۴. واسط کاربری :
توسط این پانل، اپراتور (کاربر دستگاه) می‌تواند تنظیمات را اعمال و عملیات مربوط به دستگاه ایکس ری را هدایت کند. در حقیقت توسط این پانل استفاده‌کننده می‌تواند شروع و یا خاتمه بازرسی، همچنین کلیه امکاناتی را که نرم‌افزار در اختیار او قرار می‌دهد و جهت شناسایی بهتر کالا موجود می‌باشد را مورد استفاده قرار دهد.

 

مشخصات سخت‌افزاری تعیین کننده در کارکرد دستگاه های اسکن ایکس ری

۱. ولتاژ شتاب دهنده :
میزان ولتاژ لامپ ایکس ری تابعی از میزان چگالی جسم و دهانه تونل دستگاه است، به‌عبارت دیگر، هر چه ابعاد تونل ایکس ری بزرگتر باشد، برای بازبینی دقیقتر، نیاز به شتاب‌دهنده‌ی قوی‌تری داریم. البته این رابطه خطی نیست و ملاحظاتی در این خصوص وجود دارد. به بیان دیگر، اگر توان شتاب دهنده خیلی بالا باشد به دلیل نفوذ بسیار بالا، امکان تشخیص کامل تصویر از بین می‌رود.
به طور کلی جهت دستگاه‌های ایکس ری از شتاب‌دهنده‌هایی با ولتاژ ۱۴۰ کیلو ولت در دستگاه‌های کوچک و ۱۶۰تا ۱۸۰ کیلو ولت در دستگاه‌های متوسط و بزرگ و ۳۲۰ تا ۴۵۰ کیلو ولت برای دستگاه‌هایی که چگالی بسیار بالایی مورد انتظار است، استفاده می‌کنند.

۲.موقعیت قرار گرفتن شتاب‌دهنده
طراحی محل قرار گرفتن شتاب‌دهنده ایکس ری به‌صورت عام در بخش پایینی و رو به بالا می‌باشد. ولو در برخی از دستگاه‌ها بنا به مصالحی، شتاب‌دهنده در بالای دستگاه قرار گرفته و یا در پاره‌ای موارد در سمت راست و یا چپ دستگاه می‌باشد. البته در دستگاه‌هایی که از «دو دستگاه شتاب دهنده» استفاده شده است، موقعیت قرار گرفتن ژنراتورها یکی در پایین و دیگری در سمت چپ و یا راست و یا تلفیقی از این موارد می باشد.

۱-۲. تصویربرداری رو به بالا( Up-Shooting)
در این دستگاه‌ها، ژنراتور ایکس ری در بخش پایینی تونل و به سمت بالا قرار گرفته که شامل اکثر دستگاه‌های ایکس ری می شود.

۲-۲. تصویربرداری از پهلو ( Side-Shooting )
در دستگاه‌هائی که تصویربرداری به‌صورت جانبی انجام می‌شود، شتاب‌دهنده‌ی ایکس ری در قسمت راست و یا چپ تسمه نقاله قرار گرفته است. در مواردی که تصویربرداری از اجسام سنگین انجام می‌شود، معمولاً تصویربرداری به‌صورت افقی انجام می‌شود.

۳-۲. تصویربرداری از بالا به پایین (Down-Shooting)
در مقابل سیستم‌های تصویربرداری افقی، در دستگاه‌های تصویربردار از بالا، شتاب‌دهنده در بخش بالایی دستگاه سوار‌شده و به‌صورت عمودی و رو به پایین تصویربرداری انجام‌می‌شود.
به دلیل ساختار فیزیکی این دستگاه‌ها جهت دریافت تصویر مناسب لازم است تا سرعت حرکت جسم بسیار کمتر از موارد دیگر باشد و عمدتا جهت تصویربرداری از بارهای بزرگ و پالت‌ها؛ از این روش استفاده می‌شود. بیشترین استفاده این روش، بازرسی بار Cargo است.

۴-۲. تصویربرداری دوجهته (Dual View)
در این دستگاه‌ها، دو شتاب‌دهنده نصب شده است که همزمان از دو جهت مختلف از بار تصویربرداری نموده و دو تصویر همزمان را در دو مانیتور در اختیار اپراتور قرار می‌دهند. این دستگاه‌ها در مکان‌های بسیار حساس و برای تصویربرداری بسیار دقیق مورد استفاده قرار می‌گیرند.

۳. ضریب نفوذ در فولاد و تشخیص سیم
در دستگاه ایکس ری، میزان نفوذ در فولاد و یا به عبارتی تشخیص نوع موادی که با پوشش فلزی پنهان شده‌اند، بسیار مهم است. همچنین آشکارکردن و یا تشخیص سیم‌های بسیار نازک که می‌تواند در ساخت هرگونه بمب به‌کار گرفته شود، از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. در حقیقت این دو پارامتر می‌توانند در شناسائی هر چه بیشتر کالاهای تصویربرداری شده، مخصوصا با کارکردهای حفاظتی، موثر باشند.

۱-۳. نفوذ در فولاد
قابلیت تشخیص مواد و نوع آن، در حالتیکه توسط یک حفاظ فلزی به‌صورت کامل پوشیده شده است (اصطلاحا شیلد شده است)، را با عبارت ضریب نفوذ در فولاد معرفی می‌کنند .
این میزان معمولا بر حسب میلی متر اندازه‌گیری می‌شود و ضریب نفوذ آنها در استیل می‌تواند از ۲۹ میلی متر تا ۳۹ و برخی تا بیش از ۴۰ میلیمتر باشد.

۲-۳. تشخیص سیم
قدرت تشخیص سیم‌های فوق‌العاده نازک در شناسایی موارد تهدید بسیار مهم است. در مواردی جهت سیستم‌های تایمر بمب، از سیم‌های بسیار نازک استفاده می‌شود که شناسایی آن توسط دستگاه بسیار مهم می‌باشد.

 

قابلیت های نرم افزار مدیریت تصاویر اسکن ایکس ری
مهم ترین پارامتر مهم در کارکرد سامانه ایکس ری، نوع نرم افزار آن می باشد که به اپراتور توانایی تشخیص هر چه بهتر نوع کالا و محتویات آنرا می دهد. به‌همین دلیل در شرکت های شاخص تولید کننده، نرم افزار جزو پارامترهای بسیار منحصربه فرد دستگاه به حساب می آید. اکثر تکنولوژی دستگاه اسکن ایکس ری در همین حوزه متبلور می‌شود و با شناخت نرم‌افزار و بررسی این موضوع که نرم افزار توسط خود شرکت تولید شده یا از جای دیگری خریداری شده، می توانید به اصالت و توانایی ارایه کننده دستگاه ایکس ری پی ببرید. شرکت های قدرتمند نرم افزارهای خود را دارند و کپی کاران این حوزه از نرم افزارهای عمومی استفاده می کنند.
نرم افزار دستگاه های ایکس ری به دو بخش نرم افزار محلی و نرم افزار مرکزی تقسیم می شود. نرم افزار محلی نرم افزاری است که بر روی کامپیوتر متصل و مجاور هر دستگاه ایکس ری نصب می گردد و کارکرد آن آرشیو و آنالیز تصاویر اسکن دریافتی است.
نرم افزار مرکزی ایکس ری، نرم افزاری است که برای سازمان‌های متوسط و بزرگ که بیش از یک دستگاه ایکس ری در اختیار دارند کاربرد دارد و دارای قابلیت های بسیار بیشتری است.

نرم افزار محلی ایکس ری
ذخیره سازی تصاویر اسکن شده و آنالیز تصویرها از جمله تعداد رنگهای قابل تفکیک و قابلیت اندازه گیری عدد اتمی که می تواند دقیقا نوع کالا را مشخص نماید، در نرم افزار محلی بسیار مهم می باشد.

رنگ ها در اسکن ایکس ری
رنگ تصویر نمایش داده شده در تصاویر رنگی اسکن ایکس ری، بستگی به چگالی مواد و نوع ماده دارد. مواد آلی مانند کاغذ، لباس و بسیاری از مواد منفجره به رنگ نارنجی نمایش داده می شوند. مواد مخلوط شده مانند آلومینیوم به رنگ سبز نمایش داده می شوند. مواد معدنی مانند مس به رنگ آبی و مواد غیر قابل نفوذ به رنگ سیاه و سفید نمایش داده می شوند (در برخی از دستگاه ها، این موارد به رنگ سبز مایل به زرد یا قرمز نمایش داده شوند. شدت رنگ بستگی به چگالی و ضخامت ماده دارد.تعیین چگالی موارد به وسیله آشکارساز دوسطحی صورت می پذیرد. لایه های پیکسل آشکارساز با یک نوار فلزی جدا شده است. فلز اشعه نرم را جذب نموده به طول موج کوتاه تر اجازه نفوذ بیشتر به لایه های پایین تر آشکارساز می دهد،که باعث ایجاد آشکارسازی طیف سنج دو باند می شود.

در دستگاه‌هایی که قابلیت تصویر برداری ۶ رنگ را دارند، علاوه بر رنگ های نارنجی – سبز – آبی، از رنگ های قهو ه ای – زرد و بنفش نیز استفاده شده است. این تفکیک رنگی اپراتور را قادر می سازد تا در تشخیص بسیاری از مواد و کالاها توانمند گردد.
به طور مثال در دستگاههای ایکس ری با قدرت تفکیک ۳ رنگ، مواد منفجره از نوع Semtex , TNT , C-4 و همچنین هرویین و کوکایین به رنگ نارنجی نشان داده می شوند، ولی در دستگاههای با تفکیک ۶ رنگ، مواد منفجره  Semtex , TNT , C-4 با رنگ قهوه ای و مواد مخدر همانند هرویین و کوکایین و الکل با رنگ نارنجی نشان داده‌می‌شود. همچنین مواد شیمیایی جامد و باروت به رنگ سبز نمایش‌داده‌می‌شود. که در دستگاه‌های ۶ رنگ اپراتور را قادر می سازد تا مواد شیمیایی جامد را به رنگ زرد و مواد منفجره چون باروت را به رنگ سبز، مانیتور نماید.
در خصوص فلزات نیز در دستگاه های ۳ رنگ، آنها را به رنگ آبی نشان می دهد ولی در دستگاههای ۶ رنگ به اپراتور قابلیت شناسایی فلزاتی چون طلا و نقره و سایر فلزات را از سایر فلزات کم ارزش تر می دهد. به طوری‌که طلا و نقره را به رنگ بنفش و آهن و فولاد را به رنگ آبی نشان می‌دهد.

اندازه گیری عدد اتمی
برای شناسایی نوع شی و یا کالای مورد نظر، می‌توان پس از مشخص کردن محل مورد نظر، عدد اتمی آن را نیز مشخص نمود که این عدد همراه با رنگ شی می تواند در تشخیص کامل نوع کالا بسیار موثر باشد.
در صفحه بعد جدول مربوط به رنگ همراه با موارد تشخیصی ارایه شده است. در این جدول به راحتی میتوان با استفاده از رنگ و Z-Number نوع مواد به کار رفته شده در کالا را تشخیص داد.
فرض کنید یک اسلحه را به قطعات آن تقسیم کرده اند و در باری گذاشته اند و داخل هواپیما منتقل می کنند. آیا نمی توانند در داخل هواپیما این قطعات را به هم متصل کرده و یک اسلحه کامل داشته باشند؟ آنالیزهای پیشرفته به شما امکان می دهد تا قطعات خطرناکی که از هم جداشده اند را به‌صورت یک شی واحد تشخیص دهید.

تشخیص شیی جدا شده از هم بوسیله آنالیز تصویر

نرم افزار مدیریت جامع ایکس ری
وقتی بیش از یک دستگاه ایکس ری در اختیار سازمانی قرار‌گیرد، نظارت دقیق بر عملکرد این تجهیزات در مرکز، هر چه بیشتر اهمیت خود را نشان می دهد. کارکردهای اصلی سامانه جامع مدیریت ایکس ری به شرح زیر است:

۱.جمع آوری (انتقال) امن تصاویر ایکس ری به همراه داده های مربوطه (Metadata) در مرکز
۲.ایجاد مرکز داده پشتیبان از تصاویر ایکس ری به همراه داده های هویتی مربوطه
۳.ارایه داده‌های مورد نیاز به سایر سامانه های کنترلی با کارکردهای:
۱-۳.افزایش سرعت ورود اطلاعات به سامانه
۲-۳.جلوگیری از خطای انسانی در ورود اطلاعات
۳-۳.امکان کنترل متقاطع بر صحت داده های وارد شده به سامانه
۴.نظارت بر نتایج عملکرد دستگاه‌های ایکس ری
۵.مدیریت کاربران: تعیین سطوح دسترسی کاربران در چندین رده سازمانی
۶.امکان جستجوی به هنگام با کمترین زمان تاخیر
۷.امکان مقایسه اتوماتیک بسته یا بار ورودی با خروجی (جهت تشخیص تغییرات و غیره)
۸.تولید گزارشات متنوع و قابل شخصی سازی، با سرعت و کیفیت قابل قبول
۹.نظارت اتوماتیک بر صحت عملکرد دستگاه‌های ایکس‌ری (سامانه نظارت بر سلامت سامانه ایکس‌ری) بازرسی و نظارت بر روند ایکس‌ری و جلوگیری از سو استفاده‌های احتمالی
۱۰.ورود اطلاعات ایکس ری (Metadata) بدون دخالت عامل انسانی به وسیله‌ی:
۱-۱۰.تشخیص چهره صاحبان کیف دستی یا بار برای درج در سامانه با امکان مقایسه بعدی

۲-۱۰.ورود اتوماتیک شماره پلاک خودرو یا تریلر (ANPR)
۳-۱۰.ورود اتوماتیک شماره کانتینر (ACCR)
۴-۱۰.ورود اتوماتیک داده های قبوض مرتبط از جمله قبض باسکول از طریق بارکدخوان

 

About The Author