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给动植物做CT:守住检验检疫安全防线

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  2017年8月31日上午,河南邮政口岸使用同方威视检验检疫专用CT对国际邮件进行检疫查验时从一个来自马来西亚的挂号邮件内查获4只大型甲虫和20只蚂蚁。

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  过境邮包一字码开,通过传送带送进设备一端,很快便从设备另一端出来了。

  其中的物品,通过扫描图像比对,一目了然,无所遁形。

  这是海关的过境货物查验。而整个过程,仅仅花了几十秒钟的时间。

  由清华大学和同方威视技术股份有限公司共同研发的“双能CT动植物检疫智能查验系统关键技术开发及应用”项目, 在“双能X射线CT无损检测技术”上,成功实现技术突破和成果转化,获得2018年度北京市科学技术奖一等奖。项目在国内外首次提出使用CT方法进行动植物查验这一重要技术路线,目前,已查获多起非法夹带的活体蚂蚁、甲虫、毒蛇、植物盆景等动植物违禁品,在生态环境保护、严防外来物种入侵领域创造了显著的经济效益和社会效益。

  更高效的“双能CT”,改变动植物检疫方式

  “改革开放以来,随着国民经济的高速发展、国际交流的日益频繁,进出境旅客数量和国际邮件数量出现了快速的增长,随之而来的外来动植物、疫病疫情的入侵形势也日益严峻。”该项目负责人、同方威视董事长兼总裁陈志强讲道,这给我们的安检行业提出了越来越高的要求。

  农业部和国家质检总局发布的1712号公告中明确了禁止携带和邮寄入境的检疫物,涉及动植物及其产品等16大类的近百万种商品,动植物检疫不仅在种类和数量上远远多于医疗诊断和爆炸物检测,而且其形状多样,密度、原子序数等物理属性和大部分食品、日用品非常接近,仅凭单一数值特征很难进行有效检出。

  更好的安检体验离不开对于图像的真实还原。此前,动植物检疫查验的先进技术装备仅为X射线透视安检机。由于透视影像存在物体重叠,很大程度上干扰了判图,难以有效识别,给快速、准确查验带来困难。双能X射线CT无损检测技术通过双能材料分解和物质分类算法获得待检测物品内部的三维结构和成分信息,实现了从平面图像到立体图像的转变。

  在解决了物体重叠的问题之后,如何更加明晰地显像?那就需要颜色的区分。“以往医院里面都是黑白片子,而我们是通过加入了双素,使得有机物和无机物能够分别显现出不同的颜色,肉眼一下子就能区分。因而具有很强的辨识度。”陈志强说。

  在此基础之上,“出入境检疫”的应用场景更需要尽可能地“快”。“以上海虹桥邮件中心为例,其日均入境包裹数量达6万多件,每小时查验数量超过7500件。要在短时间内快速完成大量包件的快速扫描,避免包件的滞留,这是工业、医疗等CT应用中所无法想象的。”陈志强告诉记者,团队首次提出了大螺距多拍螺旋CT用于行包检查的新成像方法,率先实现了大层厚、快速连续扫描的核心技术,有效提升了查验通过率,通过硬件、软件、算法的共同提升,实现了完全还原成三维图像的快速化。

  “该项目专用于动植物检验检疫,在通用技术突破的基础上,实现了专业化的突破。”陈志强说,考虑到动植物检测对辐射剂量的敏感性,CT扫描需要有效控制扫描成像时的X射线剂量,照射剂量率水平远低于医疗CT扫描,剂量率的降低将带来信号噪声的增加,给动植物查验的准确性造成影响。他们提出了采用广义Anscombe变换进行CT投影数据去噪的方法。此外,还创造性地开辟了小窗口式的检验,只集中在查验人员感兴趣的一段,从而使得动植物检测查验效果更好、效率更高。

  面向市场需求,加快成果转化

  双能CT动植物检疫智能查验系统关键技术开发及应用从首次提出,到成熟应用,花了近20年的时间。在此过程中,同方威视依托清华大学在核技术、高能加速器、辐射成像、计算机科学和信息技术等众多领域的顶尖人才,开展联合研发探索,实现了高校科研力量与市场需求的紧密对接。

  上世纪90年代,陈志强就成功研制了一系列具有自主知识产权的高科技成果,并形成了“带土移植,回报苗圃”的科技成果转化思路。同时,项目团队在开拓海外市场的过程中发现,用户除了会买标准产品之外,还总是会带有一些特殊的需求,希望某些地方能够改进,这促使同方威视在产学研用合作中探索形成了“定制化”生产模式。定制化就是量体裁衣,把过去科研做完之后再做成果转化、再做产业化,这样的“三段式”直接变成“两段式”,科研直接产业化,形成了成果转化的新局面。通过自身的市场体系、技术体系、生产体系和工程体系的全链条服务,被动变主动,赢得了市场,节约了资金,节约了时间。

  2004年,项目团队开始进行CT基础技术的研究。2005年,在世界上首次提出了采用双能DR+CT成像技术对液体进行快速无损检查的方法,并成功地推出了世界第一套X射线CT液体安全检查系统;随后,结合世界安全形势的需求,继续探索把医疗领域的CT技术引入到行李/物品安全检查的可能性,创新性地提出了大间距多排探测器螺旋扫描方式,研发出了第一代CT型行李/物品安全检查系统,并持续进行产品的功能完善和升级换代。

  “第一台设备是2012年正式投入应用的。”陈志强告诉记者,2012年,XT2080 CT型行李/物品安全检查系统顺利通过了欧盟ECAC爆炸物认证最高级别标准三的严格测试,这使得同方威视成为目前世界上仅有的拥有这一最高级别认证的四家企业之一。在获得了中国民航、欧盟ECAC认证后不久,威视CT类产品便成功在国内及海外市场上实现了销售突破。

  2013年,我国物流急速发展,项目团队加快了研发的步伐,用了大概两年的时间,完成了安检CT产品的系列化,让双能CT系统,实现了从小通道到大通道,从慢速的0.2米/秒到0.5米/秒,适合于不同行业领域、不同应用场景的需求。

  向世界提供源源不断的创新经验

  全球动植物检疫CT零的突破,使我国成为全球唯一掌握动植物CT检疫技术的国家。先后在国内23个重点口岸投入使用,创造了显著的经济和社会效益。

  “本项目在国外市场取得了重大突破,源源不断地向世界提供着高科技产品和先进的创新经验。”同方威视高级副总裁苗齐田非常自豪。他讲到,作为世界性创新技术,目前该系统已在哈萨克斯坦等“一带一路”沿线国家推广应用,同时也成功进入荷兰、挪威、澳大利亚等发达国家市场。在今年的“一带一路”国际合作高峰论坛上,作为企业代表,同方威视参加了企业家大会和贸易畅通分论坛。为配合“一带一路”布局,其计划与重庆渝新欧集团合作,积极参与“关铁通”项目,参与“中欧班列”及“陆海贸易新通道”的建设,助力打造国际物流枢纽和内陆开放高地。

  截至目前,该双能CT研发项目共获授权国内外发明专利172项,核心技术已成功实现科技成果转化,成为具有自主知识产权的原创性高科技产品。“双能X射线CT无损检测技术通过双能材料分解和物质分类算法获得待检测物品内部的三维结构和成分信息,在医疗临床诊断、工业无损检测和反恐安检等领域发挥着越来越重要的作用。”陈志强说。

  如今研究团队更是勇敢进入“技术无人区”,研制出“人无我有”的单一来源独家供货,具有自主知识产权和定价权的高科技产品。最新研制出的无滑环静态CT和航空集装箱CT就是典型的在技术上遥遥领先欧美的新产品;在航空集装箱CT的研制上大胆创新,颠覆了传统CT的概念,获取了CT扫描的完备数据。目前,这两款技术领先的高科技产品即将进入批量装备阶段。

  “接下来,除了更新现有软件和算法,并进行硬件创新之外,我们还将有AI人工智能的接入、机器操作、电子检疫犬等,积极拥抱新技术。”苗齐田说,无滑环、超大型、移动港、无人化,是他们面向未来,更新升级安检行业的重要着力点。

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编辑:汤晓雪 来源:科技日报 发布时间:2019年07月09日 08时15分15秒

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