Nghiên cứu công nghệ soi bằng tia x quang và cải thiện ứng dụng trong công tác phát hiện thuốc nổ

VƢƠNG VĂN HOÀNG

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI

CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

LUẬN VĂN THẠC SỸ
CHUYÊN NGÀNH CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ SOI BẰNG TIA X-QUANG VÀ
CẢI THIỆN ỨNG DỤNG TRONG CÔNG TÁC PHÁT HIỆN
THUỐC NỔ

VƢƠNG VĂN HOÀNG

2016 - 2018

HÀ NỘI - 2018

i


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SỸ

NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ SOI BẰNG TIA X-QUANG VÀ
CẢI THIỆN ỨNG DỤNG TRONG CÔNG TÁC PHÁT HIỆN
THUỐC NỔ

VƢƠNG VĂN HOÀNG

CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ THÔNG TIN
MÃ SỐ: 848.02.018

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. LÊ VĂN PHÙNG

HÀ NỘI - 2018
ii


LỜI CAM ĐOAN
Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc
ai công bố trong bất cứ công trình nào.

TÁC GIẢ LUẬN VĂN

VƢƠNG VĂN HOÀNG

iii


LỜI CẢM ƠN
Qua luận văn này, tôi xin chân thành cảm ơn TS. Lê Văn Phùng – Viện
Đại học Mở Hà Nội đã tận tình giúp đỡ, động viên, định hƣớng, hƣớng dẫn
tôi nghiên cứu và hoàn thành luận văn này. Tôi xin cảm ơn các giảng viên
trong Viện Đại học Mở Hà Nội đã giảng dạy và giúp đỡ tôi trong hai năm học
qua, cảm ơn sự giúp đỡ nhiệt tình của các bạn đồng nghiệp.
Trong quá trình nghiên cứu của mình, mặc dù đƣợc sự hƣớng dẫn rất

nhiệt tình và đầy trách nhiệm của TS. Lê Văn Phùng và các thầy cô giáo trong
Viện Đại học Mở Hà Nội cùng với sự nỗ lực của cá nhân nhƣng cũng không
thể tránh đƣợc những thiếu sót. Tác giả chân thành mong nhận đƣợc những ý
kiến đóng góp từ Quý Thầy, Cô và các bạn bè đồng nghiệp.
Trân trọng cảm ơn.

Vƣơng Văn Hoàng

iv


MỤC LỤC
Trang
LỜI CAM ĐOAN......................................................................................................i
LỜI CẢM ƠN............................................................................................................ii
MỤC LỤC.................................................................................................................iii
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT..................................................................................v
DANH MỤC BẢNG BIỂU.......................................................................................vi
DANH MỤC HÌNH VẼ...........................................................................................vii
MỞ ĐẦU....................................................................................................................1

CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ SOI CHIẾU .....2
1.1. Lịch sử phát triển công nghệ soi chiếu.............................................................2
1.2. Các công nghệ soi chiếu phổ biến ....................................................................5
1.2.1. Các phƣơng pháp soi chiếu phổ biến ........................................................5
1.2.2. Các phƣơng pháp kiểm tra không phá hủy - NDT ....................................5
1.2.3. Kỹ thuật soi chiếu bằng chụp ảnh phóng xạ RT (Radio Graphic Test) ....6
1.2.4. Hệ thống kiểm tra bằng tia X, ứng dụng kỹ thuật chụp ảnh cắt lớp có sự
trợ giúp của máy tính (CT) ..................................................................................7
1.2.5. Nguyên lý của kỹ thuật chụp ảnh cắt lớp CT ............................................8

1.2.6. Phân loại các phƣơng pháp quét ảnh theo thế hệ máy CT Scanner ..........8
1.2.7. Quá trình tái tạo và xử lý ảnh CT ............................................................12
1.3. Khả năng tƣơng tác của bức xạ ion hóa đối với vật chất ...............................14
1.3.1. Hiệu ứng quang điện ...............................................................................14
1.3.2. Hiệu ứng Compton ..................................................................................15
1.3.3. Hiệu ứng tạo cặp photon .........................................................................17

KẾT LUẬN CHƢƠNG I ...............................................................18
CHƢƠNG 2: CÔNG NGHỆ SOI CHIẾU BẰNG TIA X QUANG19
2.1. Những nét chung nhất về công nghệ soi chiếu bằng tia X quang ..................19
2.1.1. Tia X quang .............................................................................................19
2.1.2. Các đặc trƣng của công nghệ soi chiếu bằng tia X quang ......................19
2.1.3. Ƣu thế của công nghệ soi chiếu bằng tia X so với các phƣơng tiện khác ...21
2.1.4. Một số ứng dụng của tia X ......................................................................26

v


2.2. Công nghệ soi chiếu tán xạ ngƣợc (Backscatter) ...........................................27
2.2.1. Khái niệm tán xạ ngƣợc ..........................................................................27
2.2.2. Các kỹ thuật sử dụng trong công nghệ soi chiếu tán xạ ngƣợc...............28
2.3. Máy soi chiếu công nghệ tán xạ ngƣợc ..........................................................31
2.3.1. Cấu tạo của máy soi chiếu tán xạ ngƣợc .................................................32
2.3.2. Sơ đồ nguyên lý của máy soi chiếu tán xạ ngƣợc ...................................36
2.3.3. Các chức năng phần mềm cài đặt trong máy soi chiếu tán xạ ngƣợc .....37
2.3.4. Mô tả các xử lý thông tin trong máy soi chiếu tán xạ ngƣợc ..................52

KẾT LUẬN CHƢƠNG II ..............................................................55
CHƢƠNG 3: CẢI THIỆN ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ TÁN
XẠ NGƢỢC ĐỂ PHÁT HIỆN THUỐC NỔ TRONG CÔNG

TÁC AN NINH................................................................................56
3.1. Công tác kiểm tra an ninh hành lý, ngƣời, địa điểm và phƣơng tiện giao thông ............56
3.1.1. Mục đích, yêu cầu ...................................................................................56
3.1.2. Công tác kiểm tra an ninh địa điểm ........................................................56
3.1.3. Công tác kiểm tra an ninh hành lý và ngƣời ...........................................58
3.1.4. Công tác kiểm tra an ninh phƣơng tiện giao thông .................................59
3.2. Mục tiêu ứng dụng công nghệ tán xạ ngƣợc để phát hiện thuốc nổ trong công
tác an ninh .............................................................................................................60
3.3. Các khả năng xử lý thông tin thông minh của phần mềm trong các máy soi
chiếu sử dụng công nghệ tán xạ ngƣợc .................................................................61
3.4. Thuận lợi và khó khăn trong việc sử dụng công nghệ tia X quang trong công
tác kiểm tra an ninh ...............................................................................................61
3.5. Một số giải pháp nâng cao tính năng phát hiện chất nổ qua phần mềm soi
chiếu bằng tia x quang...........................................................................................62

KẾT LUẬN CHƢƠNG III ............................................................92
TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................93
PHỤ LỤC ........................................................................................94
Phụ lục I - Lịch sử của công nghệ soi chiếu ......................................................94
Phụ lục II - Một số ứng dụng của tia X .............................................................98

vi


DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
Hệ thống quản lý kiểm tra cơ sở hạ tầng

CIIMS

Ứng dụng kỹ thuật chụp ảnh cắt lớp có

CT

Computed Tomography

DT

Destructive Testing

Phƣơng pháp kiểm tra phá hủy

ET

Eddy Current Testing

Phƣơng pháp dòng xoáy

FAST
FIR
IATA
MT

sự trợ giúp của máy tính

Future Attribute Screening

Công nghệ kiểm tra thuộc tính tƣơng lai

Technology

Bộ lọc thông thấp

Finite Impulse Response
International Air Transport

Hiệp hội Vận tải Hàng không Quốc tế

Association

Phƣơng pháp hạt từ

Magnetic particle test

Magnetic
MRI

Ảnh cộng hƣởng từ

Resonance Imaging
Non Destructive Testing

Phƣơng pháp kiểm tra không phá hủy

PT

Penetrant test

Phƣơng pháp thẩm thấu

RT

Radiographic test

Phƣơng pháp chụp ảnh phóng xạ

NDT

Công nghệ sinh trắc học

SEEK
UT

Ultrasonic test

Phƣơng pháp siêu âm

VT

Visual testing

Phƣơng pháp kiểm tra bằng mắt

vii


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1. Bảng các chế độ của màn hình quét ............................................................39
Bảng 2. Bảng các chế độ của màn hình bộ sƣu tập ...................................................41
Bảng 3. Bảng các chế độ xem hình ảnh của màn hình review ..................................42
Bảng 4. Bảng chế độ tìm kiếm hình ảnh của màn hình review ................................43

Bảng 5. Bảng biểu thị Màn hình khôi phục ..............................................................45
Bảng 6. Bảng biểu thị Màn hình sao lƣu ...................................................................46
Bảng 7. Bảng biểu thị Màn hình cài đặt chung .........................................................46
Bảng 8. Bảng biểu thị Màn hình cài đặt ngƣời dùng ................................................47
Bảng 9. Bảng biểu thị Màn hình cài đặt chính sách ..................................................48
Bảng 10. Bảng biểu thị Màn hình trạng thái tổng quan ............................................50
Bảng 11. Bảng biểu thị Màn hình trạng thái chi tiết .................................................51

viii


DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1. 1. Hành khách gần nhƣ "trần trụi" khi đi vào máy quét .................................2
Hình 1. 2. Ảnh chụp X-quang tay ngƣời đeo nhẫn .....................................................4
Hình 1. 3. Sơ đồ khối của hệ thống máy quét CT .......................................................8
Hình 1. 4. Máy CT thế hệ thứ nhất .............................................................................8
Hình 1. 5. Máy CT thế hệ thứ hai ...............................................................................9
Hình 1. 6. Máy CT thế hệ thứ ba...............................................................................10
Hình 1. 7. Máy CT thế hệ thứ tƣ ...............................................................................10
Hình 1. 8. Sơ đồ quét của Spiral CT (thế hệ máy CT thứ năm) ................................11
Hình 1. 9. Sự thay đổi của dạng chùm tia X .............................................................12
Hình 1. 10. Mô hình hiệu ứng quang điện ................................................................15
Hình 1. 11. Mô hình tán xạ compton ........................................................................16
Hình 1. 12. Sự phân tách photon ...............................................................................17
Hình 1. 13. Mô hình hiệu ứng tạo cặp.......................................................................17
Hình 1. 14. Xác suất tƣơng đối xảy ra các hiệu ứng .................................................17
Hình 2. 1. Các loại sóng điện từ ................................................................................19
Hình 2. 2. Chụp ảnh X-quang hai bàn tay con ngƣời ...............................................21
Hình 2. 3. Một số hình ảnh đồ vật soi chiếu đồ vật thực tế ......................................23
Hình 2. 4. Một số hình ảnh đồ vật của công nghệ soi chiếu bằng tia X ...................26

Hình 2. 5. Sơ đồ tổng quan công nghệ tán xạ ngƣợc ................................................28
Hình 2. 6. Hình ảnh tán xạ ngƣợc trong kiểm tra an ninh .........................................28
Hình 2. 7. Hình ảnh công nghệ FAST .......................................................................29
Hình 2. 8. Hình ảnh công nghệ sinh trắc học ............................................................30
Hình 2. 9. Hình ảnh hệ thống quản lý cơ sở hạ tầng .................................................30
Hình 2. 10. Hình ảnh minh họa mô hình đào tạo quân sự mô phỏng .......................31
Hình 2. 11. Mức độ hiển thị hình ảnh của công nghệ tán xạ ngƣợc .........................31
Hình 2. 12. Thiết bị soi chiếu tán xạ ngƣợc cố định .................................................32

ix


Hình 2. 13. Thiết bị soi chiếu tán xạ ngƣợc xách tay................................................32
Hình 2. 14. Thiết bị soi chiếu tán xạ ngƣợc di động .................................................32
Hình 2. 15. Nguồn phát tia X ....................................................................................33
Hình 2. 16. Hình ảnh mặt soi quét ............................................................................33
Hình 2. 17. Máy quét.................................................................................................34
Hình 2. 18. Máy tính bảng ........................................................................................34
Hình 2. 19. Nguồn máy quét .....................................................................................35
Hình 2. 20. Nguồn máy tính bảng .............................................................................35
Hình 2. 21. Một số biểu tƣợng cảnh báo trên thiết bị ...............................................36
Hình 2. 22. Cảnh báo trạng thái thiết bị ....................................................................36
Hình 2. 23. Sơ đồ nguyên lý của máy soi chiếu tán xạ ngƣợc ..................................37
Hình 2. 24. Màn hình hiển thị của phần mềm ...........................................................38
Hình 2. 25. Phím chức năng change password .........................................................38
Hình 2. 26. Phím chức năng logout...........................................................................38
Hình 2. 27. Phím chức năng exit ...............................................................................39
Hình 2. 28. Phím chức năng scan screen ..................................................................39
Hình 2. 29. Màn hình chức năng scan .......................................................................39
Hình 2. 30. Màn hình chức năng gallery ...................................................................41

Hình 2. 31. Phím chức năng review screen ...............................................................41
Hình 2. 32. Màn hình chức năng review ...................................................................42
Hình 2. 33. Màn hình chức năng tìm kiếm ...............................................................43
Hình 2. 34. Phím chức năng delete screen ................................................................43
Hình 2. 35. Màn hình chức năng delete ....................................................................44
Hình 2. 36. Phím chức năng restore screen ...............................................................44
Hình 2. 37. Màn hình chức năng restore ...................................................................44
Hình 2. 38. Phím chức năng backup screen ..............................................................45
Hình 2. 39. Màn hình chức năng backup ..................................................................45
Hình 2. 40. Phím chức năng settings screen .............................................................46
Hình 2. 41. Màn hình chức năng setting general ......................................................46
Hình 2. 42. Màn hình chức năng setting users ..........................................................47
x


Hình 2. 43. Màn hình chức năng setting policies ......................................................48
Hình 2. 44. Phím chức năng help applications .........................................................49
Hình 2. 45. Phím chức năng wifi connection ............................................................49
Hình 2. 46. Phím chức năng status screen ................................................................49
Hình 2. 47. Màn hình chức năng status overview .....................................................50
Hình 2. 48. Màn hình chức năng status details .........................................................51
Hình 2. 49. Biểu tƣợng kết nối ethernet ....................................................................52
Hình 2. 50. Biểu tƣợng kết nối wifi ..........................................................................53
Hình 2. 51. Sơ đồ kết nối cable Ethernet ..................................................................53
Hình 2. 52. Cable ethernet góc vuông .......................................................................53
Hình 2. 53. Màn hình kết nối wifi .............................................................................54
Hình 3. 1. Các toán tử gờ sai phân ............................................................................67
Hình 3. 2. Quá trình phát hiện và lƣu trữ ảnh ...........................................................69
Hình 3. 3. Kỹ thuật lọc ..............................................................................................70
Hình 3. 4. Mô hình nơron nhân tạo ...........................................................................72

Hình 3. 5. Ảnh máy sấy tóc ở chế độ soi chiếu thông thƣờng .................................73
Hình 3. 6. Ảnh âm bản của máy sấy tóc ...................................................................74
Hình 3. 7. Ảnh của cùng một máy sấy tóc đƣợc gán màu giả ..................................74
Hình 3. 8. Ảnh đa năng lƣợng ...................................................................................74
Hình 3. 9. Ảnh X-quang của hợp chất và hỗn hợp có trong vali ..............................75
Hình 3. 10. Chức năng đảo ảnh âm bản ....................................................................76
Hình 3. 11. Chức năng tăng cƣờng độ tƣơng phản ...................................................76
Hình 3. 12. Chức năng độ đâm xuyên cao ................................................................76
Hình 3. 13. Chức năng biến đổi góc ảnh ...................................................................77
Hình 3. 14. Chức năng biến đổi màu sắc ..................................................................77
Hình 3. 15. Chức năng biến đổi độ đậm đặc .............................................................78
Hình 3. 16. Chức năng phân biệt vô cơ .....................................................................78
Hình 3. 17. Ảnh chụp từ máy ảnh và ảnh chụp x quang ...........................................79
Hình 3. 18. Ảnh chụp từ máy ảnh ở các vị trí khác nhau ..........................................79
Hình 3. 19. Ảnh chụp từ máy ảnh ở các góc khác nhau ...........................................80
xi


Hình 3. 20. Ảnh chụp x quang của máy ảnh ở các góc đặt khác nhau .....................80
Hình 3. 21. Ảnh chụp x quang của máy nghe đĩa CD ở các góc đặt khác nhau .......80
Hình 3. 22. Ảnh chụp x quang của thú nhồi bông ....................................................81
Hình 3. 23. Ảnh chụp x quang một số loại dao .........................................................81
Hình 3. 24. Ảnh chụp x quang súng côn ...................................................................81
Hình 3. 25. Ảnh chụp x quang các loại súng ............................................................82
Hình 3. 26. Ảnh chụp X-quang súng côn ở các góc chụp khác nhau .......................82
Hình 3. 27. Ảnh chụp X-quang súng P64 ở các góc chụp khác nhau .......................82
Hình 3. 28. Ảnh chụp X-quang súng dài ở các góc chụp khác nhau ........................83
Hình 3. 29. Ảnh chụp X-quang súng bút ở các góc chụp khác nhau ........................83
Hình 3. 30. Ảnh chụp X-quang súng AK ở các góc chụp khác nhau .......................83
Hình 3. 31. Ảnh chụp X-quang súng dài ở các góc chụp khác nhau ........................83

Hình 3. 32. Ảnh chụp X-quang các bẫy nổ ...............................................................84
Hình 3. 33. Ảnh chụp X-quang hành lý có bom ......................................................84
Hình 3. 34. Ảnh chụp X-quang máy quay video ......................................................85
Hình 3. 35. Hình ảnh mẫu 1 ......................................................................................86
Hình 3. 36. Hình ảnh mẫu 2 ......................................................................................86
Hình 3. 37. Hình ảnh mẫu 3 ......................................................................................87
Hình 3. 38. Hình ảnh mẫu 4 ......................................................................................87
Hình 3. 39. Hình ảnh mẫu 5 ......................................................................................88
Hình 3. 40. Hình ảnh mẫu 6 ......................................................................................88
Hình 3. 41. Hình ảnh mẫu 7 ......................................................................................89
Hình 3. 42. Hình ảnh mẫu 8 ......................................................................................89
Hình 3. 43. Hình ảnh mẫu 9 ......................................................................................90
Hình 3. 44. Hình ảnh mẫu 10 ....................................................................................90
Hình 3. 45. Hình ảnh mẫu 11 ....................................................................................91
Hình 3. 46. Hình ảnh mẫu 12 ....................................................................................91

xii


xiii


MỞ ĐẦU
Trong bối cảnh tình hình an ninh trên thế giới và khu vực diễn biến rất phức
tạp. Các hoạt động khủng bố đã diễn ra tại nhiều nƣớc trong khu vực: Inđônexia,
Philippin, Thái Lan,... và đang trở thành mối quan tâm hàng đầu của nhiều quốc gia,
nhất là sau sự kiện 11/09/2001 xảy ra tại Mỹ.
Ở Việt nam, an ninh chính trị cơ bản đƣợc giữ vững, ổn định. Song lợi dụng
bối cảnh quốc tế và khu vực xuất hiện nhiều yếu tố bất ổn, có những tác động nhất
định đến tình hình trong nƣớc, các thế lực thù địch, bọn phản động, các phần tử bất

mãn đƣợc sự hậu thuẫn và kích động từ bên ngoài luôn có âm mƣu và hoạt động
chống phá Nhà nƣớc ta, tổ quốc ta,.... nhằm gây mất ổn định chính trị, phá hoại môi
trƣờng phát triển kinh tế, phá hoại chính sách đối ngoại rộng mở của đất nƣớc và là
một thách thức nói chung của lực lƣợng An ninh.
Mặt khác, quá trình ứng dụng mạnh mẽ các thành tựu khoa học kỹ thuật và
công nghệ vào lĩnh vực bảo vệ an ninh đã tăng thêm rất nhiều khả năng phòng
ngừa, ngăn chặn các hoạt động phá hoại, khủng bố tại nhiều khu vực khác nhau.
Việc nghiên cứu, khai thác các thiết bị có công nghệ mới là yêu cầu đặt ra, đòi hỏi
mang tính cấp thiết đối với lực lƣợng An ninh.

Đề tài "Nghiên cứu công nghệ soi bằng tia X quang và cải thiện ứng
dụng trong công tác phát hiện thuốc nổ" đƣợc xây dựng trong bối cảnh với
mục tiêu trên nhằm giữ vững an ninh và sự phát triển ổn định cho đất nƣớc.

1


CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ SOI CHIẾU
1.1. Lịch sử phát triển công nghệ soi chiếu
Xã hội ngày càng phát triển, đời sống con ngƣời dần tiến bộ và hiện đại, kéo
theo đó là sự phát triển nhƣ vũ bão của khoa học kĩ thuật. Các công trình nghiên
cứu khoa học mới lần lƣợt ra đời nhằm phục vụ tốt cho nhu cầu của con ngƣời. Thời
đại ngày nay - thời đại của tầm cao trí tuệ, mọi sản phẩm sinh hoạt của con ngƣời
đều là những ứng dụng tinh tế của các phát minh khoa học. Mỗi ngành khoa học
đều có những ứng dụng cụ thể trong một số lĩnh vực nhất định. Vật lý học là ngành
đã cống hiến cho nhân loại những phát minh mà tác dụng của nó đối với đời sống
quả là không nhỏ.
Đối với các chuyên gia an ninh bảo mật thì công nghệ an ninh tại các nơi
công cộng (đặc biệt nhƣ ở sân bay, quảng trƣờng…) ngày càng phải phát triển và
việc soi chiếu chi tiết là điều cần thiết và đƣợc áp dụng một cách hợp lý. Một số tổ

chức nhân quyền nhƣ Privacy International của nƣớc Anh cho rằng với hành động
soi chiếu cơ thể con ngƣời đang bị đối xử thậm tệ tại các sân bay. Công nghệ bảo
mật và soi chiếu sàng lọc phải tiếp tục phát triển và thích ứng với nhiều rủi ro tiềm
tàng và nhất là các mối đe dọa ngày càng tinh vi.

Hình 1. 1. Hành khách gần nhƣ "trần trụi" khi đi vào máy quét

Theo một cuộc khảo sát đƣợc tiến hành bởi Hiệp hội Vận tải Hàng không Quốc
tế (IATA), đối với các hành khách thì an ninh hàng không là một trong những điều
đƣợc quan tâm hàng đầu trong hầu hết mọi chuyến đi. Không chỉ các sân bay nhận ra
điều này, nhiều công ty công nghệ đang nỗ lực mang đến những thay đổi mới trong
việc hạn chế tiếp xúc với con ngƣời, khả năng soi chiếu hành lý chi tiết hơn trong khi
vẫn duy trì đƣợc mức độ giám sát nhƣ trƣớc đây.
2


Máy quét toàn thân đƣợc đƣa vào sử dụng nhằm giảm thời gian xếp hàng và
cải thiện hệ thống an ninh. Những thiết bị này đƣợc đƣa vào sử dụng lần đầu tiên
hồi năm 2007 nhằm thay thế hoặc bổ sung cho máy dò kim loại. Hiện tại có 2 loại
máy quét đang đƣợc triển khai là loại “Sóng milimet” dùng công nghệ vô tuyến
điện với bức xạ không ion hóa nhằm tạo ra các hình ảnh 3 chiều và máy quét tán xạ
ngƣợc sử dụng công nghệ X-quang.
Hầu hết các nƣớc trên thế giới đang thay thế công nghệ cũ bằng máy “Sóng
milimet” sử dụng phần mềm bảo mật đƣợc gọi là tự động bắt mục tiêu. Thiết bị này
tạo ra một hình ảnh cơ thể với các đƣờng vẽ hoạt hình để xác định vị trí của những
nhân tố đáng ngờ để nhân viên an ninh có thể thực hiện các thao tác rà soát bằng
tay. Hiệp hội Vận tải Hàng không Quốc tế - IATA cũng kì vọng thiết bị này mang
đến biện pháp mới này sẽ làm giảm bớt những lo ngại của hành khách trên các
chuyến bay. Thêm nữa, các sân bay hiện nay đang đƣa ra những biện pháp, thủ tục
làm tối ƣu hóa quy trình kiểm tra dựa trên các hệ thống an ninh thông minh đƣợc

phát triển bởi IATA đó là các hoạt động tiền kiểm tra nhƣ hƣớng dẫn khách chuẩn
bị các thủ tục cần thiết trƣớc khi di chuyển hành lý hay bƣớc vào máy quét Xquang, băng truyền các khay nhựa chứa đồ cá nhân tại khu vực xếp hàng và hệ
thông quét tự động hiện thị những đánh giá ban đầu... Các hoạt động tiền kiểm tra
khiến việc chuẩn bị hành lý có hiệu quả hơn và hệ thống kiểm tra an ninh lúc này có
thể đảm bảo đƣợc sự chính xác, hạn chế đƣợc công đoạn can thiệp vào sự riêng tƣ
của hành khách.
Đƣợc biết đến là một trong những phát hiện quan trọng trong lịch sử, việc
phát minh ra tia X và phƣơng pháp chụp X-quang đã mang lại những ứng dụng
tuyệt vời giúp phát hiện và hỗ trợ chẩn đoán, điều trị bệnh đạt hiệu quả và độ chính
xác cao. Không chỉ mang lại giá trị ứng dụng lớn trong y học, tia X còn đƣợc sử
dụng trong việc kiểm tra an ninh tại các sân bay, các địa điểm quan trọng, các sự
kiện chính trị lớn của mỗi quốc gia. Tia X có thể cho kết quả phát hiện các đồ vật
bằng kim loại chính xác, kiểm tra cấu trúc nguyên tử của các loại vật liệu, kể cả
chất liệu nhân tạo và vật liệu tự nhiên.

3


Lịch sử của công nghệ soi chiếu đƣợc bắt đầu và phát triển từ Wilhelm
Conrad Roentgen (Rơnghen) (27 tháng 3 năm 1845 - 10 tháng 2 năm 1923) sinh ra
tại Lennep, Cộng Hòa Liên Bang Đức, là một nhà vật lý học, giám đốc Viện Vật lý
trƣờng Đại học Tổng hợp Wurtzbourg.
Ngày 22/12/1895, tấm hình chụp hình xƣơng ngƣời đầu tiên dƣới đây đã trở
thành dấu ấn trong lịch sử y học.

Hình 1. 2. Ảnh chụp X-quang tay ngƣời đeo nhẫn

Thông tin về khám phá của Rơnghen đƣợc truyền đi nhƣ vũ bão và nhanh
với tốc độ chẳng kém gì thời đại Internet, dù rằng đây là chuyện của hơn một thế kỷ
trƣớc. Tháng 3/1896, những ứng dụng của tia X trong lĩnh vực y khoa đầu tiên đã

đƣợc công bố nhƣ một tấm ảnh tia X cho thấy một viên đạn còn nằm trong một bàn
tay bị thƣơng, một tấm ảnh khác của tia X về vết thƣơng chƣa lành ở chân…
Tháng 6/1896, Thomas Edison (Mỹ) quảng bá một “máy chụp huỳnh quang”
với những tia X cực mạnh. Ngƣời ta chụp đủ thứ bằng máy chụp tia X (cả ngành hải
quan cũng vào cuộc rất sớm) và công bố rộng rãi kết quả trên báo chí: chỉ riêng
trong năm 1896 có hơn 1.000 bài báo xung quanh chủ đề này. Riêng Hàn lâm viện
khoa học Pháp có 108 thông báo, trong đó phải kể tới thông báo của Antoine Henri
Becquerel về những tia vô hình từ những vật thể lân quang, mô tả khám phá hiện
tƣợng phóng xạ của ông và đƣợc đọc vào ngày 2/3/1896 (theo một bài viết của J.J.
Samueli trên trang web BibNum).

4


1.2. Các công nghệ soi chiếu phổ biến
1.2.1. Các phƣơng pháp soi chiếu phổ biến
Các phƣơng pháp kiểm tra đƣợc chia thành hai nhóm là: nhóm các phương
pháp kiểm tra không phá hủy - NDT (Non Destructive Testing) và nhóm các phương
pháp kiểm tra phá hủy - DT (Destructive Testing).
Trong hai nhóm này thì nhóm các phƣơng pháp kiểm tra không phá hủy NDT có các ƣu điểm nhƣ:
- NDT không làm ảnh hƣởng tới khả năng sử dụng của vật kiểm tra sau này.
- NDT có thể kiểm tra 100% sản phẩm trong khi DT chỉ có thể kiểm tra xác suất.
- NDT có thể kiểm tra ngay khi vật kiểm tra nằm trên dây chuyền sản xuất
mà không phải dừng dây chuyền kiểm soát an ninh.
Do nhóm phƣơng pháp NDT có một số ƣu điểm nhƣ trên so với nhóm
phƣơng pháp DT nên hiện nay phần lớn các dây chuyền sản xuất đều áp dụng
phƣơng pháp kiểm tra NDT.

1.2.2. Các phƣơng pháp kiểm tra không phá hủy - NDT
Kiểm tra không phá hủy là việc sử dụng các phƣơng pháp khác nhau để kiểm

tra phát hiện các khuyết tật bên trong hoặc ở bề mặt vật kiểm tra mà không làm tổn
hại đến khả năng sử dụng của chúng.
Kiểm tra không phá hủy dùng để phát hiện các khuyết tật nhƣ là nứt, rỗ, xỉ,
tách lớp, hàn không ngấu, không thấu trong các mối hàn..., kiểm tra độ cứng của vật
liệu, kiểm tra độ ẩm của bê tông (trong cọc khoan nhồi), đo bề dày vật liệu trong
trƣờng hợp không tiếp xúc đƣợc hai mặt (thƣờng ứng dụng trong tàu thủy), đo cốt
thép (trong các công trình xây dựng...), v.v...
Kiểm tra không phá hủy gồm nhiều phƣơng pháp khác nhau (từ phƣơng pháp
đơn giản nhất là phƣơng pháp kiểm tra bằng mắt đến các phƣơng pháp phức tạp nhƣ
chụp cắt lớp bằng phƣơng pháp cộng hƣởng từ hạt nhân) tuy nhiên có thể tạm chia
thành hai nhóm phƣơng pháp đó là:
- Nhóm phƣơng pháp kiểm tra NDT thông thƣờng: bao gồm các phƣơng
pháp kiểm tra không phá hủy thông dụng:
+ Phƣơng pháp kiểm tra bằng mắt (VT).
5


+ Phƣơng pháp chụp ảnh phóng xạ (RT).
+ Phƣơng pháp siêu âm (UT).
+ Phƣơng pháp hạt từ (MT).
+ Phƣơng pháp thẩm thấu (PT).
+ Phƣơng pháp dòng xoáy (ET).
- Nhóm phƣơng pháp kiểm tra NDT đặc biệt:
+ Phƣơng pháp chụp ảnh nơtron.
+ Chụp cắt lớp bằng phƣơng pháp cộng hƣởng từ hạt nhân.
+ Kỹ thuật vi sóng, bức xạ âm.
Mỗi phƣơng pháp đều có ƣu điểm riêng, không phƣơng pháp nào có thể thay
thế đƣợc phƣơng pháp nào và tùy theo với mỗi trƣờng hợp cụ thể mà ta lựa chọn
những phƣơng pháp kiểm tra phù hợp.

1.2.3. Kỹ thuật soi chiếu bằng chụp ảnh phóng xạ RT (Radio Graphic Test)
Đối với các hệ thống kiểm tra trong các dây chuyền sản xuất trong công
nghiệp (vật kiểm tra là các chi tiết máy, sản phẩm đúc hoặc các mối hàn) thì phƣơng
pháp thƣờng đƣợc áp dụng là phƣơng pháp chụp ảnh phóng xạ RT.
Phƣơng pháp chụp ảnh phóng xạ RT dựa trên nguyên lý cơ bản là chụp ảnh
bức xạ của vật kiểm tra đối với tia X hoặc tia ɤ, vì là ảnh bức xạ do đó nó không chỉ
phản ánh tính chất bề mặt mà sẽ cho thấy rõ tính chất của vật liệu và đặc tính bên
trong của vật kiểm tra.
Phƣơng pháp RT có khá nhiều ƣu điểm nhƣ: nhanh, không tiêu hao vật tƣ,
không ô nhiễm môi trƣờng, có thể số hóa kết quả, v.v... Các thiết bị kiểm tra khuyết
tật các sản phẩm trong công nghiệp bằng tia X đã đƣợc một số các hãng nổi tiếng
trên thế giới tập trung vào nghiên cứu và chế tạo nhƣ: North Star Imaging (Mỹ),
Tomo Adour (Pháp), YXLON International X-ray (CHLB Đức), Hamamatsu (Nhật
bản), GE Inspection Technologies, NDT System, Viscom AG, X-ItSystem, v.v…
Sản phẩm của các hãng cũng rất đa dạng từ những máy trạm lớn cố định tới những
hệ máy nhỏ xách tay, từ các máy chuyên dùng đƣợc thiết kế riêng cho việc kiểm tra
các đối tƣợng đặc biệt đến những loại phổ thông áp dụng đƣợc cho nhiều đối tƣợng
kiểm tra.
6


Các thiết bị RT cũng đƣợc tập trung nghiên cứu, phát triển theo hƣớng số hóa,
điều này giúp cho tiện lợi hơn về mặt kỹ thuật, trao đổi thông tin, kết quả và công tác
lƣu trữ cũng nhƣ quản lý.
Công nghệ chụp ảnh X-quang kỹ thuật số ra đời đã loại bỏ đƣợc nhiều nhƣợc
điểm của chụp X-quang dùng phim nhƣ: tốn thời gian chụp, chiếu, rửa phim, cũng
nhƣ vật tƣ tiêu hao trong quá trình sử dụng đồng thời lại phát huy đƣợc thế mạnh
của kỹ thuật điện tử số và công nghệ phần mềm xử lý ảnh do đó trong phƣơng pháp
RT thì việc dùng X-quang kỹ thuật số đang dần thay thế việc dùng phim cổ điển.

1.2.4. Hệ thống kiểm tra bằng tia X, ứng dụng kỹ thuật chụp ảnh cắt lớp có
sự trợ giúp của máy tính (CT)
Ngày nay, sự phát triển vƣợt bậc của máy tính đặc biệt ở khả năng, tốc độ
tính toán đã tạo cơ sở cho việc xây dựng các hệ thống kiểm tra theo phương pháp
chụp ảnh phóng xạ RT, ứng dụng kỹ thuật chụp ảnh cắt lớp có sự trợ giúp của máy
tính (computer aided tomography hay Computed Tomography - gọi tắt là CT). Các
hệ thống với cấu hình này cho phép đƣa ra nhiều bức ảnh phóng xạ của vật kiểm tra
theo nhiều lớp với các góc chiếu khác nhau thay vì chỉ là một bức ảnh phóng xạ của
vật kiểm tra, do vậy nâng cao độ chính xác của hệ thống kiểm tra.
Các hệ thống kiểm tra theo phƣơng pháp RT mà có ứng dụng kỹ thuật chụp
ảnh cắt lớp CT thì hệ thống xử lý CT Scanner đóng vai trò chính trong việc quyết
định tính chính xác của hệ thống. Đây là hệ thống phức tạp bao gồm từ các thiết bị
phần cứng: bộ phát tia, các detectors, bộ truyền động, hệ thống thu nhận ảnh, phần
mềm phân tích và xử lý ảnh, phần mềm nhận đánh dấu - nhận dạng hình ảnh,…
Chụp ảnh cắt lớp CT là một kỹ thuật tạo ảnh lớp cắt cùng với sự hỗ trợ của
máy tính tạo ra các hình ảnh chụp cắt lớp sắc nét, rõ ràng. Công việc này đƣợc thực
hiện thông qua việc thực hiện một thủ tục hay một chuỗi hoạt động đƣợc gọi là sự tái
tạo hình ảnh từ các hình chiếu, một kỹ thuật hoàn toàn dựa trên các cơ sở toán học.

7


1.2.5. Nguyên lý của kỹ thuật chụp ảnh cắt lớp CT

Hình 1. 3. Sơ đồ khối của hệ thống máy quét CT

Về nguyên tắc, ngƣời ta chiếu một tia X mảnh vào vật cần kiểm tra theo một
hƣớng nhất định rồi bố trí detector để đo sẽ biết đƣợc tia X chiếu theo hƣớng đó bị
hấp thụ mạnh/yếu nhƣ thế nào (tức là biết đƣợc mật độ vật chất tổng cộng của các
thể tích phần tử nằm dọc theo một hƣớng). Ngƣời ta lần lƣợt thay đổi hƣớng chiếu

(hƣớng quét tia X) để lần lƣợt thu đƣợc mật độ vật chất tổng cộng của các thể tích
phần tử nằm dọc theo những hƣớng đó. Từ đó, ngƣời ta tính toán ra mật độ vật chất
của từng thể tích phần tử. Muốn vậy thì phải xây dựng những thuật toán phức tạp và
thực hiện một khối lƣợng tính toán rất lớn nên phải dùng máy tính tốc độ cao mới
thực hiện nhanh đƣợc. Đó chính là nguyên nhân dẫn đến kỹ thuật CT ra đời.

1.2.6. Phân loại các phƣơng pháp quét ảnh theo thế hệ máy CT Scanner
Kể từ khi đƣợc đƣa vào sử dụng, ngƣời ta đã cố gắng cải thiện, nâng cao hiệu
quả của hệ thống thiết bị CT đặc biệt trong việc giảm thời gian tạo ảnh bằng cách
cải tiến hệ thống quét. Những hệ thống quét này khác nhau chủ yếu về số lƣợng và
cách bố trí các cảm biến, mỗi hệ thống quét đều có những ƣu và nhƣợc điểm riêng.
a, Máy CT thế hệ thứ nhất
Bộ thu chỉ gồm một đầu dò, chùm tia phát ra hẹp và song song dạng một cái
bút chì.

Hình 1. 4. Máy CT thế hệ thứ nhất

8


Phƣơng thức quét: bóng X quang và đầu dò dịch chuyển song song theo
hƣớng vuông góc với chùm tia và bao trùm toàn bộ mặt phẳng lớp cắt, sau đó cả hệ
thống quay một góc rồi tiếp tục dịch chuyển song song, tại những khoảng cách đều
đặn tia đƣợc phát và thu. Quá trình tiếp diễn cho tới khi số lƣợng tín hiệu thu đƣợc
đủ lớn để tái tạo ảnh.
Hệ thống này hiện tại hầu nhƣ không đƣợc ứng dụng vì chỉ sử dụng một
phần năng lƣợng rất nhỏ, không đáng kể của nguồn bức xạ từ bóng X quang trong
khi năng lƣợng bức xạ từ Anode của bóng có thể bao trùm một góc nên công suất
của bóng X quang bị hạn chế và do nhu cầu cần thiết phải tạo đƣợc liều bức xạ tại
cảm biến đủ để đo nên máy không thể chuyển động với vận tốc cao. Với hệ thống

này để tạo ảnh một lớp cắt cần một thời gian dài cỡ vài phút. Tuy nhiên, trong thực
tế việc giảm thời gian tạo ảnh chỉ có thể đạt đƣợc nhờ tăng số lƣợng kênh đo cho
một lớp cắt, các máy CT đã đƣợc phát triển theo hƣớng này.
b, Máy CT thế hệ thứ hai
Cấu trúc: Thay vì dùng một đầu dò, đã dùng một chùm đầu dò khoảng 20-30
chiếc bố trí cận kề nhau trong hƣớng quét. Chùm tia quét có dạng hình quạt.

Hình 1. 5. Máy CT thế hệ thứ hai

Phƣơng pháp quét: tƣơng tự nhƣ thế hệ thứ nhất, hệ thống đo thực hiện hai
loại dịch chuyển là dịch chuyển song song và dịch chuyển tịnh tiến.
Với cách bố trí hệ thống đo này, nguồn bức xạ tia X từ bóng X quang đƣợc
sử dụng hiệu quả hơn nhiều, có thể thực hiện đƣợc nhiều phép chiếu tƣơng ứng với
số lƣợng cảm biến và thu đƣợc nhiều dữ liệu đo đồng thời. Vì vậy góc quay và
khoảng giửa hai lần chiếu theo mặt sẽ tăng, kết quả giảm tổng số bƣớc quét phẳng
và số lần quay của hệ thống đo.

9


Với hệ thống này, tuỳ thuộc vào số cảm biến thời gian tạo ảnh một lớp cắt
trong khoảng từ 10-60 giây. Tuy nhiên do quá trình cơ học khi chuyển động ngang
hay quay nên việc giảm thời gian tạo ảnh xuống thấp hơn nữa đối với hệ thống đo
này không thể thực hiện đƣợc.
c, Máy CT thế hệ thứ ba

Hình 1. 6. Máy CT thế hệ thứ ba

Cấu trúc: Số lƣợng đầu dò tăng đến vài trăm cái và đƣợc bố trí trên một vòng
cung đối diện và gắn cố định với bóng X quang. Chùm tia X phát ra theo hình rẻ quạt

với góc từ 30-60o tuỳ theo số lƣợng đầu dò và bao trùm toàn bộ tiết diện lớp cắt.
Phƣơng pháp quét: Hệ thống đo quay quanh đối tƣợng một góc 3600 để thực
hiện một lớp cắt. Khi quay tia X có thể hoặc đƣợc phát thành xung tại những góc cố
định hoặc đƣợc phát liên tục.
Với cấu trúc này, nguồn bức xạ tia X đƣợc sử dụng tối ƣu, hơn nữa hệ thống
đo chỉ thực hiện một kiểu chuyển động quay và quay liên tục chứ không phải từng
bƣớc. Thời gian chụp ngắn nhất giảm xuống chỉ còn cỡ một vài giây.
d, Máy CT thế hệ thứ tư

Hình 1. 7. Máy CT thế hệ thứ tƣ

10


Cấu trúc: khác với những máy thuộc thế hệ trƣớc, bóng X quang và đầu dò
gắn chặt với nhau, cùng dịch chuyển hoặc quay. Máy CT thế hệ thứ tƣ có hệ thống
đầu dò tách biệt với bóng X quang, đó là một tập hợp nhiều đầu dò đƣợc bố trí trên
một vòng tròn bao quanh khoang chiếu.
Phƣơng pháp quét: Bóng X quang quay tròn quanh vật thể chiếu, chùm tia
phát thành hình rẻ quạt bao phủ vùng cần kiểm tra, các phần tử cảm biến sẽ đƣợc
đóng/ngắt theo quy luật nhất định phù hợp với chuyển động quay của bóng. Bóng
quay tròn, các bộ cảm biến tạo thành vòng tròn đứng yên.
Ƣu điểm của loại máy thuộc thế hệ thứ tƣ: Thời gian chụp ngắn nhất tƣơng
tự nhƣ thế hệ thứ ba, cỡ một đến vài giây và không bị nhiễu hình ảnh tròn (ring
artifact) nhƣ thƣờng xảy ra đối với máy thuộc thế hệ thứ ba. Tuy nhiên máy có cấu
trúc phức tạp vì số lƣợng đầu dò lớn hơn rất nhiều.
e, Máy CT thế hệ thứ năm
Thế hệ máy CT thứ năm đang đƣợc sử dụng phần lớn ngày nay là Helical CT
(Spiral CT) với dạng quét hình xoắn ốc. Kỹ thuật Slip-ring (chổi quét - cổ góp)
đƣợc áp dụng vào máy CT giúp quá trình quét đƣợc thực hiện nhiều vòng liên tục

mà các thế hệ trƣớc không làm đƣợc. Do đó, tốc độ quét và không gian quét đƣợc
cải thiện rất nhiều.

Hình 1. 8. Sơ đồ quét của Spiral CT (thế hệ máy CT thứ năm)

Kỹ thuật Slip-ring là một cải tiến về mặt cơ điện dùng cổ góp và chổi quét.
Tất cả năng lƣợng và tín hiệu điều khiển của phần tĩnh đƣợc truyền đến phần động
thông qua hệ thống Slip-ring có các slip-ring riêng lẻ song song dành cho detector,
tube, truyền dữ liệu.
Không chỉ phát triển về cấu hình quét, công nghệ CT còn có nhiều cải tiến
quan trọng khác. Chùm tia X ban đầu chỉ là chùm hẹp dạng mỏng (Fan Beam), càng

11


về sau càng lớn hơn thành chùm dạng nón (Cone Beam), tăng thể tích chiếu và giảm
thời gian thực hiện phép chụp. Thể tích chiếu tăng lên đồng nghĩa với lƣợng dữ liệu
lớn hơn nhiều, cần đƣờng truyền và bộ nhớ lớn hơn, đem lại độ chính xác cao hơn.

Hình 1. 9. Sự thay đổi của dạng chùm tia X

1.2.7. Quá trình tái tạo và xử lý ảnh CT
Trong hệ thống chụp ảnh cắt lớp CT thì phần mềm thu nhận và tái tạo ảnh
CT rất quan trọng. Quá trình tái tạo ảnh CT đóng vai trò nhƣ là quá trình xây dựng
dữ liệu đầu vào cho tính toán, xử lý của phần mềm (đầu vào dữ liệu cho cả hệ thống
chụp ảnh cắt lớp CT). Do vậy việc chọn lựa, xây dựng thuật toán tái tạo ảnh CT là
khâu quan trọng và quyết định tới sự hoạt động của cả hệ thống.
Ảnh CT khác với ảnh X quang ở vài chi tiết cụ thể nhƣ khác nhau ở cách tạo
ảnh, định dạng của ảnh CT phải trải qua nhiều bƣớc.
- Ảnh CT đƣợc bắt đầu với việc quét pha. Trong pha đó, một chùm tia X

mỏng có hƣớng chiếu khi xuyên qua những cạnh (edges) của vật thể chiếu để tạo
hình viền của ảnh. Để có thể tạo nên một ảnh đầy đủ, chùm tia X quay vòng hoặc
quét xung quanh vật thể chiếu để tạo nên đƣờng viền từ những góc độ khác nhau.
Hàng trăm vùng tạo đƣợc và dữ liệu đƣờng viền của mỗi vùng đƣợc lƣu trữ trong
bộ nhớ máy tính. Tổng thời gian quét cho một lớp cắt khoảng từ 0.35s tới 15s phụ
thuộc vào việc thiết kế máy quét và ngƣời điều khiển chọn kiểu quét thay đổi. Chất
lƣợng của ảnh có thể cải tiến bằng cách tăng thời gian quét.
- Pha thứ 2 của việc tạo ảnh là dựng ảnh đƣợc thực hiện bằng máy tính số, nó
là một phần của hệ thống CT. Dựng ảnh là thực hiện bằng một quá trình toán học
tức là chuyển đổi dữ liệu quét của các vùng (views) riêng lẻ về dạng số hóa hoặc số

12