一

、基于X射线安检技术发展历程

从1988年的洛克比空难，到2006年跨大西洋恐怖袭击，再到2015年巴黎市区恐怖袭击和2016年布鲁塞尔爆炸案等，都让我们意识到恐怖主义真实存在。随着科技水平的不断进步，恐怖分子的袭击手段也是层出不穷。手中拿着一杯咖啡，但是杯里装的可能是液体炸药；看似平常用于治疗和预防冠心病心绞痛的处方药硝酸甘油，也可能成为杀人利器；生活中随处可见的口香糖其实可以是精心伪装的“塑料炸弹”。

为了能够在不开包的情况下快速检查乘客行李中的每一件物品，第一代基于X射线技术的行李物品扫描系统于上世纪70年代开始得到应用。技术上革命性的创新也带来了各行各业安检政策的颁布。直到2001年9月11日，历史又给我们敲响了一次警钟，恐怖分子利用现有安检设备的局限性和安检流程的漏洞，不停策划各种袭击事件。尽管在X光安检机图像中，行李中的大多数物品清晰可见，但是从单个角度对被检物品进行照射，射线的强度实际上是其传输路径上所有物质吸收信息重叠在一起的结果，会因为重叠而对很多类型的违禁物品难以检查识别。即使是形状特征明显的刀具，在某些特定的角度摆放时，X光安检机图像中也难以被检查发现。其次，X光安检机图像提供的只是某一方向的形状信息，并没有材料信息，所以在X光安检机图像中，块状或粉末状爆炸物与日常用品非常相似，难以识别。

为了解决这个问题，以X射线技术为基础的CT型爆炸物检测研究和应用得到蓬勃发展。上世纪90年代，第一台CT型爆炸物探测系统产品问世。初代安检CT滑环每转一圈，只能得到一幅断层切片图像。要获取一个普通大小行李的全部信息，要长达10分钟。另外，断层切片图像不同于传统的X射线透视图像，生涩难懂，安检员需要接受大量的培训和实际操作才能掌握切片识图技能，因此难以满足当时的应用需求。

随着技术进步，新一代CT诞生了。它主要的技术改进包括：螺旋扫描技术、高速滑环技术、高性能计算技术、实时渲染技术。它成功的实现了在很短时间内生成连续的切片，而且作为整个安检行业的巨大突破，有史以来第一次提供了黑白的三维图像，也称为单能CT。从此，CT被广泛应用，尤其在全球各大机场。但单能CT只能获得衰减系数的信息，在物质分辨能力上较弱，也就被后续出现的双能CT逐步替代。

二

、双能螺旋CT技术特点及应用

1. 双能螺旋CT技术特点

双能CT最常用的实现方式为螺旋CT，即X射线源和探测器阵安装在可旋转机架上，一次扫描即可完成对被检物品的全方位检查。检测过程中，滑环围绕检测通道高速旋转，X射线束将从不同角度对通道内物品的每个断层进行扫描，探测器可获取不同角度的X射线信号。对断层内所有角度X射线信号进行重建计算，可获得该断层每一处位置的材料属性信息，从而确定其切片结构。随着被检物品在检测通道内的不断前进，系统将获得该物品每一个断层的切片结构信息。所有断层CT切片信息组合起来，最终可获得被检物品的三维立体图像信息。

CT设备通过360度的全景扫描，获得被检物品的高清三维图像。三维CT图像可从任意方向查看被检物品内部结构，消除了由于特殊角度、重叠遮挡等因素带来的影响。如图1所示通过三维图像旋转可以清晰看到腰带中藏匿的刀具。

CT设备可获取任意位置的切片图像，在不打开箱包的情况下，通过一次扫描可清晰地显示被检物品内部的夹层，从多方面弥补二维图像的不足。设备通过扫描还获得了行李内部任意位置材料的物理特征信息，如密度和原子序数。并可通过对密度和原子序数的比对，实现对易燃易爆物品的自动报警。当设备发现被检物品存在密度和原子序数与易燃易爆物品接近时，CT设备就会对该物品进行自动报警，从而协助安检人员识别出人眼难以分辨的违禁物品。

图2 爆炸物模拟物自动报警

众所周知，笔记本电脑是非常复杂的物品，借助它可以藏匿、伪装很多危险品。所以此前在机场随身行李安检的时候要把笔记本单独拿出来过检。目前CT技术还可以实现笔记本剥离的功能。如图3所示通过笔记本剥离功能发现藏匿枪支。

图3 三维剥离图像

2. 双能螺旋CT应用

借助CT这样新的技术，不同领域的安检有了一些新的改变。在民航托运行李检查中，CT安检设备可以取代原有的双视角X光机，改造为CT高速在线安检模式和开包间复检使用模式。在高速在线应用模式下，所有的托运行李100%通过CT排爆检查，提高机场的安全阈度和包裹通过率，降低无效开包率，使安检流程更为便捷，减少了旅客的等待时间。

在民航手提行李解决方案中，可以利用CT设备改善和优化现有安检流程。在欧美等国家的机场安检中，采用CT设备的安检站，笔记本电脑和液体已不再需要单独取出进行查验，更为便捷的流程提高了旅客的通过率，提升了旅客体验。目前全球大型机场都在逐步进行手提行李CT设备的安检升级。中国民航也已发布针对手提行李CT检查的行业标准。同方威视推出的Kylin Ti系列手提行李CT成为国内第一个获得民航手提行李CT许可的产品。

中国海关利用CT设备破解走私藏匿手法，结合机检图像和申报信息进行综合研判，对其中伪报、夹藏等风险进行精准标注，进一步明确重点检查目标，最大程度节约海关监管人力物力的同时，有效提升正面监管能力，实现快速通关。

在一些重点安防场所CT技术已经落地在应用，并且做到和公安联网，更好更快的查爆，保障重点人群。

3. 螺旋CT局限性

在螺旋CT的设计中，由于受限于滑环的环形结构，通道的利用效率没有完全得以发挥。如图所示，蓝线为X射线源的轨迹，而红框则代表着通道大小：（a）为螺旋CT的扫描轨迹与通道大小，可以看到为了覆盖通道，螺旋CT需要更大的宽度与高度空间，造成了设备体积过大的问题；（b）则是扫描轨迹的理想情况，能够紧贴扫描通道，如果按照这样的设计，在相同扫描通道的情况下无疑会极大降低设备体积，增加实际中部署的便利性。

图4

随着螺旋CT的普及，我们对安检的效率要求也随之增加，目前的安检CT通道尺寸最大在1m*1m左右，皮带速度不超过0.5m/s，无法满足更大、更多货物过检需求。但螺旋CT受向心力与环上设备的应力限制，通道的大小与检测速度几乎也达到极限。并且，图像的分辨率与设备占地面积也制约了其应用前景。为了解决以上问题，催生了无旋转结构的静态CT成像技术。

三

、静态CT技术特点及应用

1. 静态CT技术特点

在静态CT领域，美国Rapiscan、SureScan等公司先后研发了相关静态CT产品。在国内，同方威视和清华大学凭借其深厚的技术优势不仅研发了更大通道尺寸的WooKong系列产品，弥补了这一领域的空白，同时首创了全球第一台航空货物运输集装器CT设备CTitan，开启了航空货物安检新模式。

其中WooKong系列产品采用了世界领先的分布式碳纳米管光源，由“场致发射”X射线源代替了传统的“热致发射”射线源。场致发射效应是指对阴极材料施加一电场时，会降低阴极表面势垒高度和宽度，在量子隧穿的效应下，一部分高能电子会穿过势垒从而形成电流，这种方式不需要对阴极进行加热，故被称为冷阴极。场致发射阴极可以在常温下工作，功耗小，所以其结构紧凑，体积小，同时易于在单个真空腔内集成多个阴极。而且场致电子发射不存在时间延迟性，易于实现高时间分辨率、程序可控的X射线发射。

在结构设计上，CT设备通过在物体周围排布一系列X射线源并进行序列化曝光获取完整的投影数据，通过靶点的高速切换可以达到几十倍于滑环的等效转速，实现远远高于螺旋CT的时间分辨率。由于在系统设计上避免了滑环的使用，静态CT不但减少了噪音和振动，也降低了X射线源、高压模块、探测器等传统环上部件的机械设计难度，使整机系统更为安全、可靠。

图5 螺旋CT和静态CT的扫描方式对比

在没有滑环部件的限制下，设备的运行速度可以成倍增大，皮带速度可达到1m/s以上甚至更高。利用碳纳米管射线源能够紧贴通道的设计，相比螺旋CT设备，在相同通道大小时设备具有更小的体积。随着光源被快速切换，同等带速下静态CT设备获取的信息更多，重建结果越准确，3D图像更清晰。

2. 静态CT应用

目前，WooKong系列静态CT已在多个民航项目中得以落地应用，更大的通道尺寸、更快的速度以及更灵活的使用方式受到各类用户的欢迎。

此外，同方威视的CTitan航空货物运输集装器CT还能做到检查高达3米、宽达4.73米的航空货物运输集装器，实现航空货物的整箱检查。不同尺寸、不同速度的各类静态CT产品已经在各个场合得到应用，实现安检装备的全面升级。

四

、AI为CT设备赋能

深度神经网络学习与安检CT技术的充分融合，推动了安检的智能化进程。在深度神经网络学习系统中，限制性因素往往是数据的质量和数量。安检CT设备具备了完善的信息采集功能，可获得全体积高清三维图像，其采集的数据量是同等X光机设备的近100倍。所以基于CT智能检查设备，可对产生的海量查验数据进行有效利用，充分挖掘CT设备的智能化潜力，提升安检效率。

在民航机场安检应用中，安检CT可扩展实现充电宝/锂电池、打火机、点烟器和枪支部件等禁限带品的智能识别，提升安检通行效率；在海关查验应用中，安检CT搭载的智能审图系统能有效对机检图像进行快速分析并给出相应结论和建议，有利于更加快速、准确、有效地识别各类拦截商品和申报商品，发现夹藏瞒报等违法犯罪行为。

五

、结语

自X射线发现以来，X射线成像技术得到迅猛发展，并成为安检防爆领域的核心技术之一。螺旋CT凭借其高清的三维图像、爆炸物自动报警功能、切片检查能力等被广泛应用在机场、海关、公安禁毒等领域。随着静态CT技术的成熟，其为安检场地、通行效率、流程简化等有更高要求的行业客户提供了创新性解决方案。CT技术在AI的加持下，各类违禁品可实现更准确、更快速的自动识别，在未来安检防爆领域将具有更广阔的前景。