专利名称：通过使用发射众多的扇形光束的x射线光源来检查行李的x射线装置的制作方法
通过使用发射众多的扇形光束的χ射线光源来检查行李的
X射线装置 对相关内容的参考本申请要求于2008年5月19日提交的第61/054，411号美国专利申请(临时) 的利益，其教导通过参考并入本文。
背景技术：
安全检查站(例如，在机场中设置的那些安全检查站)，为了检查一些违禁物品 (例如，武器或者爆炸物)，需要对乘客和行李进行检测。在所述的检查站中使用了各种不 同的技术。在机�。丝偷男欣钔ǔＪ茄刈糯痛贫ü恢滞队笆絏射线系统，而且操 作人员可以检查到被扫描的行李的图像，以确定这些行李中是否包括有违禁物品。操作人 员接受训练以识别X射线图像中的某些类型的物体。而且，一位典型的操作人员还需要接 受训练以便从一幅二维的X射线图像中辨别出叠放在行李包中的物体。然而，由于图像中 的物体是相互遮挡和叠放的，因此对于操作人员来说，仅通过单一角度的扫描仪来辨别出 违禁物品是非常困难的。多角度的X射线系统已经被用于提供行李的额外的X射线图像。这些系统通常包 括放置在下方并位于检查通道的侧面上的X光源，由此可以提供行李的两幅或更多的直角 视图。然而，由于叠放的物体的遮蔽性，这些系统对于操作人员(即，安全检查员)来说仍 然存在一些挑战。例如，操作人员通常难以确定他们所看到的单一的物体或者两个分开的 物体在X射线图像中是否是重叠的。由于图像中的不确定性，行李物品可能必须以不同的 角度再次进行扫描或者进行手动检查，这将导致时间损失和增大乘客迟滞的可能性。因此，需要改进多角度的X射线扫描系统的图像质量和检测编码。
发明内容
一般来说，在某一方面，本发明提供的是一种X射线扫描系统，其包括传送带，该 传送带至少部分布置在通道中并被配置用于沿着传送的方向移动物体，使该物体通过通道 以便进行扫描，第一 X射线光源，其布置在通道下方并被配置用于从第一焦点发射出通过 通道的众多扇形光束，第一众多检测器阵列，以致检测器阵列中的每一个都与从第一 X射 线光源发射出的扇形光束的其中之一相对准，第二 X射线光源，其布置在通道的侧面并被 配置用于从第二焦点发射出通过通道的众多扇形光束，以及第二检测器阵列，其与从第二 X 射线光源发射出的扇形光束相对准。本发明的各个实施方案可以包括一个或多个以下特征。第二焦点的高度高于传送 带的高度。第二焦点的高度在传送带上方大约8英寸的位置上。第一X射线光源可以被配 置用于从第一焦点中发射出5束扇形光束。每一束扇形光束之间的角度大约是12. 5度。图 像处理系统，其被配置用于产生被扫描物体的3D图像。操作人员工作站，包括监视器和输 入设备，以致位于工作站上的操作人员能够控制输入设备以使3D图像围绕第一枢轴点进 行转动。操作人员能够控制输入设备以使3D图像围绕第二枢轴点进行转动。第一 X射线光源在沿着传送 方向上的第二 X射线光源的前面的位置上定位。一般来说，在另外一方面，本发明 提供的是一种阵列式CT扫描系统，其包括通 道，传送带，其至少部分布置在通道中并被配置用于沿着传送的方向移动物体，使该物体通 过通道以便进行扫描，单一的检测器阵列，其布置在靠近通道的位置上，不止一个的X射线 光源，其沿着传送方向布置在通道上，以致每一个X射线光源都被配置用于朝向单一的检 测器发射出扇形光束，以及控制系统，其可以操作地连接到X射线光源上并被配置用于顺 序激活每一个χ射线光源，以致每次仅有一个χ射线光源发射光束。本发明的各个实施方案可以包括一个或多个以下特征。X射线光源被布置在通道 的下方，以及扇形光束被发射到通道的顶部和侧面上。X射线光源被布置在通道的侧面，以 及扇形光束被发射到通道的侧面，顶部和底部上。X射线光源是单一光源，例如使用了毫微 管技术的单一光源，而且所述光源被配置用于发射出扇形光束到单一的检测器上。单一的 检测器阵列包括不止一个检测器部件，以致每一个部件都包括低能检测器，高能检测器和 位于低能检测器和高能检测器之间的弯曲的过滤材料。弯曲的过滤材料布置在检测器阵列 中，以致由X射线光源中的每一个光源所产生的每一束扇形光束实质上与弯曲过滤器的表 面垂直正交。一般来说，在其他的方面，本发明提供的是一种用于扫描乘客的行李的系统，包 括多光束的X射线扫描仪，其具有传送带，操作人员使用的图像显示屏，侧面浅盘，其靠近 传送带布置，以致正在检查的行李可以通过操作人员的操作从传送带上移动到浅盘上；以 及台架式返回系统。本发明的各个实施方案可以包括一个或多个以下特征。图像处理系统，其可以被 配置用于存储图像信息。被存储的图像信息可以被选取和显示在操作人员使用的图像显示 屏上。操作人员使用的图像显示屏包括输入设备。图像信息可以是乘客的行李的3D图像， 以及操作人员能够控制输入设备以显示出3D图像和使3D图像围绕可以选择的枢轴点进行 旋转。根据本发明的实施方案，可以提供一个或更多的以下性能。与传统的X射线扫描 仪相比，使用本发明可以实现以提高的速度来检查乘客的行李是否有违禁物品。能够达到 政府部门和安全局所提出的通过提供具有先进的多角度的两种能量技术的2级X射线屏蔽 设备来检查乘客所携带的物品的要求。行李的类似3D的图像可以产生并实时再浏览。安 全部门可以旋转高分辨率的行李图像，以检查潜在的危险物体及其周围的环境。可以提高 对液体的检测速度。对自动检查危险材料的编码，包括液体和自制的爆炸物(HMEs)，可以得 以执行。分离和恢复工作站，系统传送带，和台架式返回系统可以提高乘客的通行率，并减 少人力成本。图像可以传输到远程的方案解决工作站，而无需停止通过系统的行李的可操 作的流动。人们通过阅读以下的附图，详细的描述和权利要求而对本发明的上述性能和其他 的性能以及本发明本身产生更加全面的理解。
附图1是现有技术中从通道内看去的多光束的X射线扫描仪的视图，对通道和3 组X射线光源和L型的检测器进行了举例说明。
附图2A-2C分别是顶部和侧面的光束图解，其描述了具有与5束宽角度的光束相 对准的安装在底部的X射线光源的通道，以及与单一的宽角度光束相对准的安装在侧面的 X射线光源的通道。附图3是向通道内部看去的视图，举例说明的是从安装在底部的X射线光源和对 应的检测器阵列发出的宽角度光束的辐射。附图4是向通道内部看去的视图，举例说明的是从安装在侧面的X射线光源和对 应的检测器阵列发出的宽角度光束的辐射。
附图5是包括具有通道和众多的检测器阵列的扫描仪组件的透视图。附图6是一种可以效仿的X射线检测器部件的透视图。附图7是多光束的X射线扫描仪和行李运转组件的透视图，包括图形用户界面的 屏幕截图，该界面上包括X射线图像。附图8是描述行李围绕第一旋转轴进行旋转的一系列图像。附图9是描述行李围绕第二旋转轴进行旋转的一系列图像。附图10是来自安装在侧面的X射线光源和相关的检测器的图像结构示意图。附图IlA-C是框图集，描述的是具有用于安装在底部的光源和检测器组件的各种 不同的配置。附图12A-C是框图集，描述的是具有用于安装在侧面的光源和检测器组件的各种 不同的配置。附图13是描述了多光源和多检测器的扫描系统的框图。附图14和附图15是用于多光源的单一检测器阵列配置的检测器部件的框图。附图16是确定物体的Zeff值的流程图。附图17A-17D是与Zeff值的计算相关的概念性图解。附图18A-B包括阵列式CT扫描仪的容器检查的实施方案的框图。
具体实施例方式本发明的实施方案提供的是用于X射线对物体(例如，扫描定期航线上封闭的或 者运输的行李中是否有违禁物品)进行扫描的技术。例如，阵列式CT扫描仪系统，该系统 包括传送带，该传送带被配置用于通过通道来传送行李，安装在底部的X射线光源，其被配 置用于提供通过通道的5束扇形光束，安装在侧面的X射线光源，其布置在高于传送带的位 置上，并被配置用于提供通过通道的扇形光束，以及众多的探测器，其被布置在每一个扇形 光束的圆弧的相交的位置上。扫描仪包括成像处理系统，其被配置用于提供被扫描的行李 的3D图像，作为接收来自检测器的信息的函数。操作人员可以控制图像和部分地旋转行李 以分辨其中的物体。一种侧面的浅盘可以被提供用于允许操作人员从可以操作的行李的循 环流动中选出可疑的行李。图像的信息可以存储用于随后的检查。多个扫描仪可以通过网 络连接在一起，以致图像和乘客的信息可以传输到其他的工作站上。这样的扫描仪是可以 效仿使用的，然而，根据本文所揭示的内容，并不限制本发明用于其他的应用中，这种情况 也是可能发生的。参考附图1，其中显示的是，现有技术中的一种具有众多的X射线光源的扫描仪的 通道的视图。该系统包括X射线光源A，B和C，它们各自发出扇形的X射线光束V0，Vl和V2。这些光束中的每一个都与各自的平面相一致，以及这3个平面都是相互平行的，并且在 行李移动的方向上是间隔开的。对应地，由于现有技术中的系统仅能够提供基于行李的正 交视图的图像，因此，对于操作人员和/或自动检测算法来说，他们难以区分这些图像，原 因就在于图像的方向以及图像中的物体相互遮挡和叠放。
参考附图2A-2C，阵列式CT扫描仪10包括通道12，底部X射线光源14，侧面X 射线光源16，以及众多的两种能量的检测器阵列(没有显示)。阵列式CT扫描仪使用的 是 Kinetic Depth X 射线成像技术(请参考，J. P. 0. Evans, J. W. Chan, V. Vassiliades, andD. Downes, "Kinetic Depth X-ray (KDEX) Imaging for SecurityScreening,，，The 4th International Aviation Security TechnologySymposium 2006, 以 及 J. P. 0. Evans, "Kinetic Depth X-ray (KDEX) Imaging for Security Screening,，，The InternationalConference on Visual Engineering，2003)。这些参考文献都通过引用的 方式并入本文。在实施方案中，扫描仪可以包括宽角度的圆锥形X射线光源14，其放置在通 道12的下方。一般来说，根据扫描应用的需要，圆锥形的X射线光源可以被校准为η个扇 形光束(例如，1，2，3，4，5，6，7，8)。在实施方案中，安装在底部的X射线光源14可以被配 置用于提供5束扇形光束14a_e。在这一实施方案中，一组5个两种能量的检测器阵列可以 围绕在通道12的一部分上进行布置，以及可以被配置用于截取扇形光束14a_e。正如实施 例，不是一种限制，检测器阵列可以从X射线光源14处以大约12. 5的间隔角度来展开为扇 形。以不同的角度布置的使用不同数量的检测器阵列的不同的配置都是可以使用的。扫描 仪也可以包括宽角度的X射线光源16，其放置在通道12的侧面上，并被配置用于发射出与 通道12延长相交的扇形光束16a。侧面的X射线光源16可以安装在高于通道12的底部 的位置上，以提供液面的更多的直接视图，例如，水瓶或者运输罐中的苏打听罐。一般来说， 侧面的X射线光源16的高度可以大约是运输罐(例如，8，10，12英寸)的顶部的高度。一 般来说，X射线光源16的提升高度增大了对容器中的液面顶部进行成像的机会。在操作过 程中，通道12可以包括传送带，以便运送物体(例如，行李)通过通道12和扇形光束(即， 14a-e, 16a)。根据操作人员的需要和/或相关的成像处理系统的需要，传送带的传送速度 可以进行调节或者传送带可以倒转。参考附图3，以及进一步参考附图2A-2C，显示的是用于安装在底部的X射线光源 14上的可以效仿的两种能量的检测器阵列30。检测器阵列30包括多个检测器部件(例 如，30a，30b, 30c)，它们布置在通道12的周围，以致多个检测器部件截取宽角度的X射线光 束(例如，中心光束14c)的重要部分。每一个检测器部件的中心(例如，30a，30b，30c)都 被安装在阵列30上，以致中心是大致与X射线光源14相垂直的。检测器部件(例如，30a， 30b, 30c)的数量和大小仅仅是可以效仿的，因此，可以根据所要求的性能参数和所使用的 材料(例如，X射线光源，检测器的材料，挡板，光束导向装置)来发生改变。检测器(例如， 30a, 30b, 30c)可以被确定位置，以致检测器的末端可以实质上靠近在其另外一侧上的检测 器。理想的是，出于重建的目的，阵列中的每个检测器都垂直的并且从X射线光源处开始是 等距离的。在操作过程中，将被检查的物体(例如，行李，包裹，运输的货物)可以放置在X 射线光源和检测器阵列之间的扇形光束(例如，14c，16a)中。检测器阵列可以被配置用于 将检测到的信息传送到图像处理计算机中。图像处理计算机可以包括处理器，存储器和计 算机可读介质上的计算机可读指令，并被配置用于将检测信息转换为图像信息。例如，行李中的物体的质量，位置和密度可以得到确定。参考附图4，以及进一步参考附图2A-2C，显示的是用于安装在侧面的X射线光源16上的可以效仿的两种能量的检测器阵列40。检测器阵列40包括多个检测器部件(例如， 40a，40b，40c)，它们布置在通道12的周围，以致多个检测器部件截取宽角度的X射线光束 16a的重要部分。每一个检测器部件的中心(例如，40a，40b，40c)都被安装在阵列40上， 以致中心是大致与X射线光源16相垂直的。检测器部件(例如，40a，40b，40c)的数量和大 小仅仅是可以效仿的，因此，可以根据所要求的性能参数和所使用的材料(例如，X射线光 源，检测器的材料，挡板，光束导向装置)来发生改变。安装在侧面的X射线光源16可以布 置在高度为16h的位置上，这取决于性能因素，例如，通道12的尺寸，和/或用于通过通道 12来传送物体的运输罐。高度仅仅是可以效仿的，而且可以根据通道12的尺寸进行修改。参考附图5，以及进一步参考附图3和附图4，显示的是扫描仪组件50的透视图。 扫描仪50包括通道12，安装在底部的宽阵列X射线光源(没有显示)，其具有众多的检测 器阵列30，32，34，36，38和具有检测器阵列40的安装在侧面的X射线光源(没有显示)。 扫描仪50包括其他的没有显示的部件。在一个实施方案中，检测器阵列30，32，34，36，38 从安装在底部的X射线光源处展开为扇形。检测器阵列的数量仅是可以效仿的，并不是一 种限制，其他数量的检测器阵列也是可以使用的(例如，2，3，4，6，7，8)。通道12，X射线光 源14，16和对应的检测器阵列30，32，34，36，38，40可以在将被扫描的物体的基础上确定尺 寸。例如，尺寸为60cmX40cm的通道可以用于扫描位于终端上的携带有行李的乘客，尺寸 为75cmX55cm的通道可以用于检查乘客的封闭的行李1，尺寸为ImX 1.8m的通道可以用于 检查运输的货物。在操作过程中，正如上文中的描述，将被检查的项目(例如，行李1)是通 过传送系统向下运输到通道12中。行李1被布置在X射线光源(即，安装在底部的光源和 安装在侧面的光源)和检测器阵列30，32，34，36，38，40之间的位置上。根据实施方案，扫描仪50是在两种能量的模式下进行操作的。参考附图6，显示的 是用于两种能量操作的检测器部件70的横断面视图。检测器部件70包括高能量的闪烁体 层72，和低能量的闪烁体层74。检测器部件也可以与瞄准仪的部件(例如，瞄准板或者平 向板)配置在一起，以降低散射和提高所接收到的X射线光源(x-ray energy)的信噪比。 对应地，两种能量的扫描可以通过已知的具有脉冲调制X射线光源和检测器中的单一光电 二极管层的技术来实现。参考附图7，以及进一步参考附图5，扫描仪和行李运转组件80包括一种多光束的 扫描仪82，操作图像显示屏83，行李运转平台84，传送带85，侧面浅盘86，和台架式返回系 统88。扫描仪82包括其他没有显示的部件。扫描仪82包括可以操作连接到组件中的检测 阵列上的图像处理计算机。在实施方案中，扫描仪82包括安装在底部的X射线光源，安装 在侧面的X射线光源和正如之前在附图2-6中所描述的相关联的检测器阵列。其他的扫描 仪的配置可以包括附加的检测器阵列和X射线光源，以及不同的瞄准部分(例如，2，3，4，6， 7，8扇形光束)。图像显示屏83可以操作地连接到图像处理计算机上，并可以配置用于将 图像信息通过至少一个算法或者程序提供给操作人员。例如，图像显示可以是触摸屏IXD， 其被配置用于显示信息和接收来自操作人员的输入。一般来说，扫描仪82包括具有本领域 所熟知的处理器，存储器，操作系统，输出和输入设备的计算机(例如，控制系统，图像处理 系统)。例如，计算机可以是多台计算机和/或基于Intel 和Motorola 的处理结构的服务器，而且可以执行Microsoft Windows , Linux，和/或Sun 操作系统。计算机可以 通过计算机可读介质，例如，软盘，传统的硬盘，CD-ROMS，DVDs，FlashROMS，非易失性的ROM， 和RAM，来设定翻译指令。计算机可以被配置用于产生和存储行李的图像和乘客的信息，以 及通过计算机网络来传递和接收这样的信息。 在操作过程中，乘客可以把将被扫描的行李或者其他的物品(例如，装有例如手 提电脑或者液体容器的个人物品的小箱)放置在平台84上。在实施方案中，扫描仪装置 80包括台架式返回系统88，以使箱柜流动到乘客处。行李或者物品可以通过传送带85移 动通过扫描仪82。传送带的速度和方向可以通过控制系统的计算机，和/或操作人员来控 制。由于行李移动通过扫描仪82，图像处理计算机接收来自检测阵列30，32，34，36，38，40 的扫描信息，以及在操作位置83上形成图像显示。操作位置83可以包括具有⑶I 90的显 示器。操作人员可以通过位于操作人员的位置83(例如，通过触摸屏，操纵杆，键盘)上的 输入设备来交互式检查图像信息。例如，为了更好地检查在行李中被遮蔽的物体，操作人员 可以沿着一个轴将图像92旋转大约50度。操作人员也可以改变位置的枢轴转动点，以更 好地区分行李中的两个或更多的物体。旋转的程度是可以效仿的而不是限制，旋转的数量 可以增加或者减少，作为X射线光源和检测器阵列配置的函数。行李94的侧面视图也可以 出现在⑶I 90上。其他的图像处理算法可以出现，例如，高度对比的图像96。在典型的安全检查站(例如，在机场中设置的那些安全检查站)中有一种屏蔽器 (screener)，其检查图像，和“流动人员”，其在浏览X射线图像信息之后对任何一个被屏蔽 器拒绝的包裹进行手动检查。一般来说，在现有技术中，当屏蔽器看到图像中的某些信息可 能是违禁物品(例如，武器，爆炸物，被控制的物体)，它们都会停止传送带并要求流动人员 进行包裹检查。通常，屏蔽器必须等待流动人员，才恢复工作，然后必须用一定的时间来描 述图像信息，当流动人员到达操作人员的站点83时。在这一时期，现有技术中的系统是空 转的，因此，形成延迟和增加了乘客的等待时间。然而，扫描系统80通过使用侧面浅盘86 和操作人员浏览屏幕83来克服了所述限制。在操作过程中，操作人员可以在图像信息的基 础上确定可疑行李。而不是犹豫是否进一步扫描，操作人员可以存储图像的信息，和从传送 带85上选出可疑的行李并将其“停放”在侧面浅盘86上，同时等待流动人员的帮助。在这 一时段中，扫描仪82可以继续扫描行李，以及操作人员可以继续检查相关的图像信息。当 流动人员检查可疑的行李时，操作人员可以从检查历史栏98中选出图像信息，以显示与被 停放的行李相关的图像信息。在之前被检查的行李被停放时而能够继续扫描新的行李的能 力可以节约时间，提高消费者的满意度，并提供在现有技术的系统中所不能获得的安全有 效性。在实施方案中，扫描仪82是网络中的若干扫描仪中的一个。网络可以包括沿着检 查站(即，不是与扫描仪相连的并且远程定位的)的站点，以便进行额外的检查。继续进行 上文中的实施例，流动人员可以从沿着检查站的站点上读取与可疑行李相关的图像和乘客 信息。清晰的或者是保留的信号可以发送给操作人员，以指出是否需要对行李进行随后的 检查。在实施方案中，扫描仪82可以包括主机中的子系统，其包括计算机和用于控制机 器操作，获得检测器数据和向操作人员提供图形用户界面的软件。主软件也可以与远程的 计算机进行接口，以支持现场数据报告系统(FDRS)，危险图像推测(TIP)，0JT，OQT和安全技术合 成程序(STIP)。在实施方案中，FDRS可以驻留在各个专用的计算机中。“FDRS计 算机”可以支持TIP, OJT，OQT和STIP V 3. 1。例如，FDRS计算机可以启动STIP，而且可以 将TIP/0JT/0QT图像发送到主机上。分布式的运算结构的这种类型可以提供若干优势，例 如，隔离和寄存全部的磁盘访问，TIP图像的下载，以及STIP接口来自激活的主机软件和算 法程序。除此之外，单一的FDRS可以支持多个扫描仪82，为全部的数据收集和监测功能新 建单一的工作站。一般来说，FDRS计算机可以提供硬件以支持TIP和STIP。例如，专用的 10/100/1000 Base-T以太端口在FDRS计算机中是可以获得的，尤其是为与TSA STIP服务 器进行通讯的STIP Agent0主机软件可以通过TCP/IP协议实时获取数据以支持这些应用。参考附图8，并进一步参考附图7，显示的是包括有盒式记录器101，便携式电脑 102，和刀具103的行李100的一系列的图像。图像lOOa-e是可以效仿的，也可以产生更多 的图像画面，以及可以使用更高的图像截取速度。例如，物体的位置可以被确定并通过图像 信息的添插来进行显示(例如，物体基�。琙eff数据，高度对比或者金属部件)。操作人员 可以控制工作站以便在摆动式的移动过程中浏览图像lOOa-e。也就是，工作站83被配置用 于以围绕可以改变的枢轴点的翻转记录的方式来显示图像lOOa-e。对应地，当图像以快速 连续的方式进行浏览时，行李中的物体的相关的运动将会吸引操作人员的注意。例如，在图 像100中的行李围绕枢轴点进行旋转，其靠近传送带——即，与盒式记录器101大致相同的 水平。在第一幅图像100a中，便携式电脑102挡住了刀具的视图。在第二幅图像100b中， 刀具103是可见的，而盒式记录器101并没有从其位置上有略微的移动。当图像继续旋转 时(S卩，lOOc-e)，刀具103的位移增加，而盒式记录器101保持相对的固定。附图9是使用了相同的图像信息的另外一个实施例，但是具有不同的枢轴点。图 像120包括盒式记录器101，便携式电脑102和刀具103。在这一实施例中，操作人员选取 较高的枢轴点(即，一个靠近刀具103的枢轴点)。在第一幅图像120a中，刀具被便携式电 脑102所遮挡。当这幅图像摆动时，第二幅图像120b显示出刀具103。由于枢轴点位于较 高的位置上，与之前的实施例相比，盒式记录器101的图像以更高的速度进行移动。在第三 幅图像120c中，刀具103的图像出现，与盒式记录器101的图像的移动相比是相对固定的。 位移差值继续保持在图像120d-e中。在实施方案中，枢轴的位置可以通过图像处理计算机 来自动确定。例如，注意图像100，120，便携式电脑102可以遮挡位于其上或者其下的物体。 在扫描仪82中的危险检测的编码可以识别行李中的便携式电脑，并选出枢轴点的位置。操 作人员也可以在浏览的过程中手动选择或者调节枢轴点。枢轴点不是必须固定的——图像 数据可以与变化的枢轴点进行分析，以尽力提高自动的危险检测和操作人员的准确性。参考附图10，并进一步参考附图4，显示的是由安装在侧面的X射线光源和辅助的 检测器所描绘的图像130的图表。图像130包括多个液体小罐。为了分辨罐中的空气-液 体的界面，安装在侧面的X射线光源被升高以提供改进的图像数据。通过两个圆圈132和 134突出显示出图像130中的差异。在这一实施例中，在水瓶132和油罐134中的液体-空 气界面非常容易被识别。具有侧面发射的X射线光源的系统安装在较低的位置上，空气-液 体界面可以是�：�。清晰的空气_液体界面在危险检测中是重要的因素。参考附图11A-C，并进一步参考附图5，显示的是通道12的侧面视图，其具有用于 安装在侧面的光源和检测器组件的各种不同的配置200，210，220。在实施方案中，正如上文 中所描述的，扫描仪可以包括单一的光源-多个检测器阵列的配置(附图11A，200)，包括X射线光源和多个检测器阵列30，32，34，36，38。光源14可以是一种圆锥形的光束光源，其 可以瞄准为多个扇形光束。例如，圆锥形光束的X射线光源可以从商业上的来源购得(例 如，Kaiser Systems, Spellman High Voltage, Comet, Varian, Lohmann)。在可以选择使用 的实施方案中，扫描仪可以包括多个光源-单一的检测器阵列的配置(附图11B，210)。除 了提供圆锥形光束光源14来照亮通道12的大部分之外，光束的路径可以反转，以致单一的 检测器216可以接收来自多个X射线光源211，212，213，214，215的能量。在实施方案中， 多个X射线光源可以基于纳米管(nano-tube)的技术，例如，由Xinray Nasa Ames, Thales 所提供的技术。其他的技术，例如，网格状的X射线光源，其在快速激活X射线光源之后可 以使用。X射线光源211，212，213，214，215可以操作地连接到控制系统上并在随后的时间 内被激发，以致仅仅是一个光源在这一时间是启动的。例如，配置210表明一个光源214是 激活的(即，实线)，而其他的光源211，212，213，215是关闭的。多个光源配置210可以有 助于减少通道12的体积，其通过来自从若干平面到仅仅一个平面上的X射线质子被有效照 亮。其结果是，减少散射和提高图像的分辨率。当散射物体(例如，液体)处于照亮路径中 时是部分相关的。在实施方案中，参考附图11C，扫描仪可以包括多个光源_多个检测器的配置220。 多个X射线光源221，222，223，224，225可以布置在低于通道12的位置上，而多个检测器阵 列232，325，230，236，238可以沿着适当的参数进行布置。X射线光源221，222，223，224， 225可以提供宽角度的圆柱形光束，其被瞄准和引向检测器阵列232，325，230，236，238中 的每一个。X射线光源可以在随后被激发。与其他的实施方案(例如，配置210)相比，配置 220在减少散射的优势方面较为宽松，但是提高了视图之间的角度的粒度，而且可以提高角 度的幅度。其结果是，图像处理系统可以提供视图之间的更为流畅的移动，和允许操作人员 和危险检测编码通过更好的角度观察物体。参考附图12A-C，并进一步参考附图5，在此显示的是用于安装在侧面的光源和检 测器组件的流程图表描述的配置300，310，320的框图集。在实施方案中，扫描仪可以包括 单一的光源-多个检测器阵列的配置(附图12A，300)。配置300包括通道12，安装在侧面 的X射线光源306和多个检测器阵列301，302，303，304，305。X射线光源306布置在通道 12的侧面，并位于高于通道的底部的位置上。X射线光源306提供一种圆锥形的光束光源， 其可以瞄准多个检测器阵列301，302，303，304，305。在具有安装在底部的X射线的配置中， 多个检测器可以实现沿着侧面轴的多角度浏览。在实施方案中，参考附图12B，扫描仪可以包括多个光源-单一的检测器阵列的配 置310。除了提供圆锥形光束光源306来照亮通道12的大部分之外，光束的路径可以反转， 以致单一的检测器316可以接收来自多个X射线光源311，312，313，314，315的能量。正如 在上文中所讨论的那样，多个X射线光源可以基于纳米管技术，也可以使用允许快速激活X 射线光源的其他技术。X射线光源311，312，313，314，315可以操作地连接到控制系统上并 在随后的时间内被激发，以致仅仅是一个光源在这一时间是启动的。例如，配置310表明一 个光源314是启动的(S卩，实线)，而其他的光源311，312，313，315是关闭的。在实施方案中，参考附图12C，扫描仪可以包括多个光源_多个检测器的配置320。 多个χ射线光源326，327，328，329，330可以布置在通道12的侧面上，而多个检测器阵列 321，322，323，324，325可以沿着适当的参数进行布置。X射线光源326，327，328，329，330可以提供宽角度的圆锥形光束，其被瞄准和引向检测器阵列321，322，323，324，325中的每 一个。X射线光源326，327，328，329，330可以在随后被激发。与其他的实施方案(例如，配 置310)相比，配置320在减少散射的优势方面较为宽松，但是提高了视图之间的角度的粒 度，而且可以提高角度的幅度。其结果是，图像处理系统可以提供视图之间的更为流畅的移 动，和允许操作人员和危险检测编码通过更好的角度观察物体。参考附图13，并进一步参考附图12和附图13，显示的是多个光源和多个检测器扫 描系统400的框图。扫描仪包括通道12，多个安装在通道12之下的X射线光源221，222， 223，224，225，多个底部光束检测器阵列230，232，234，236，238，多个安装在通道12的侧面 上并位于通道12的底部之上的X射线光源326，327，328，329，330，以及多个侧面光束检测 器阵列321，322，323，3224，325。行李1被放置在传送带上并沿着通道12移动，而且通过产 生自X射线光源221，222，223，224，225，326，327，328，329，330的X射线光束。通道12包括 防辐射装置，以减少从扫描仪中溢出的X射线能量。安装在底部的光源221，222，223，224， 225可以操作地连接到控制系统(例如，处理器)上，并在随后可以被配置用于启动。对应 的检测器阵列230，232，234，236，238接收X射线的能量，并将图像信息提供给图像处理系 统。安装在侧面的X射线光源326，327，328，329，330可以操作地连接到控制系统上，并在 随后可以被配置用于启动。对应的检测器阵列321，322，323，3224，325接收X射线能量，并 将图像信息提供给图像处理系统。操作人员的工作站，包括计算机的显示器和用户界面可 以配置用于显示由图像处理系统所产生的图像信息。图像信息包括但不限于，在至少两个 轴上的行李1的旋转视图。光源和检测器配置的其他结合方式也是可以使用的。例如，在交叉式的配置中，多 个X射线光源可以布置在通道的相对一侧上，并对准相应的检测器阵列，其可以布置在相 对的一侧上。在实施方案中，光源和检测器的位置导致对应的扇形光束与通道相交。在本发明的实施方案中具有多个放射光源，其照亮单一的检测器阵列，检测器可 以接收来自若干不同的角度的辐射。在这一配置中，一个检测器可以排列为与辐射源相正 交，以及一个或多个检测器将被排列为偏离于轴(偏离正交方向)的方向，因此，与其他的 偏离于轴的辐射光源所可能导致的误差相比，检测器将检查到来自正交辐射源的更多光 子。在这样的配置中，两种能量的检测器，其是由通过过滤器(例如，黄铜)所间隔来的低 能检测器和高能检测器所组成的，由于偏离于轴的检测器的不同的布局，两种能量的检测 器需要进行调整或者修正。例如，与正交的辐射源相比，由于偏离于轴的辐射以一定的角度 横断过滤器，因此过滤器的有效厚度大于偏离轴的辐射源。 参考附图14和附图15，根据实施方案，检测器150可以包括低能检测器152，高能 检测器154和过滤材料156。在这一实施方案中，过滤材料156是可以弯曲的，并可以相对于 高能检测器154进行排列，以致由每一个光源所产生的辐射都实质上与弯曲的过滤材料的 表面正交。在这一实施方案中，为了延伸越过由每一个辐射光源所发出的光束的路径，低能 检测器152可以大于高能检测器154。检测器150也可以包括一个或更多的校准器158，其 被排列在检测器150和辐射光源之间，以控制光束的厚度和确�？梢酝ü觳馄�152，154 中的每一个所达到有效的面积实质上是相同的。低能检测器152和高能检测器154的尺寸可以在辐射光束和相对于正交的偏离于 轴的光束的角度中的每一个所需要的厚度的基础上进行确定。除此之外，过滤材料156的弯曲弧度可以选择，以致每一个光束都实质上与过滤材料156的表面正交。光束的厚度和 多个辐射光源的角度方位可以在系统性能要求的基础上发生改变。在用于举例说明的实施 方案中，过滤材料156具有弯曲的外形，在可以替换的实施方案中，过滤材料156可以形成 顺序的平坦表面156a，每一种排列实质上都与对应的光束的其中之一正交。在一个实施方案中，系统可以包括5个以12. 5度(-25,-12.5,0,12.5,25)递增的 辐射光源，展开为50度角。瞄准仪可以被排列用于提供所需要的光束厚度。过滤器，优选 用黄铜制成的过滤器可以是曲线形的，或者是其他所需要的外形。人们将会注意到，虽然本 发明是相对于圆形的过滤器进行揭示的，其他非圆形的过滤器也是可以使 用的。例如，过滤 器可以是弯曲为椭圆形，借此，与过滤器相交的光束位于实质上与过滤器的表面正交的方 向。在其他的实施方案中，过滤器可以形成顺序的平坦表面，每一种排列实质上都与对应的 光束的其中之一正交。在操作过程中，每一个辐射光源以预先确定的顺序进行赋能，这导致光束以限定 的角度的其中之一到达检测器。瞄准仪使每一光束实质上都统一延伸通过检测器的相同面 积。过滤器可以被排列为弯曲的布局或者是排列为一组平坦的表面，以致过滤器的有效厚 度实质上对每一个光束是相同的，以及每一个光束被过滤器衰减也是相同的。在通过过滤 器之后，每一个光束都延伸通过高能量检测器上的实质上相同的面积。其结果是，对信号中 的每一个进行仅仅是少量的补偿或者是不需要进行补偿，信号是由来自每一个光束的检测 器所产生的。在操作过程中，参考附图16，并进一步参考附图7，显示的是包括若干步骤的流程 600，其用于计算使用扫描系统80的物体的Zeff值。然而，流程600仅仅是出于可以效仿 的目的，而不是一种限制。流程600可以改变，例如，增加、减少步骤或者对步骤进行重新排 列。迭代重构技术在CT的重构中是众所周知的，而且很好地定义系统解决方案，例 如，ART和SIRT。然而，现有技术的解决方法是基于voxel的收集。形成对比的是，流程600 重构对有限尺寸和性质的物体的收集进行成像。在步骤602中，物体(例如，行李、包裹、容器)借助传送带系统移动通过检查通道 12。移动的速度和方向可以通过控制系统进行控制，其可以操作地连接到图像处理系统上。 在实施方案中，传送带系统包括单一的带子和带子的移动速度是大约25厘米/秒。例如， 给定的平均行李长度是80厘米和行李之间的间隔是20厘米，扫描系统80的通过量是大约 900个行李/小时。然而，在机场安全检查站中真实的通过量取决于操作人员在操作过程中 停止传送带的频率。在步骤604中，通道的体积可以解析为纵向平面。参考附图17A，安装在底部的X 射线光源14和对应的检测器阵列将通道12分解到纵向平面603上。平面603中的每一个 都被独立进行分析以便确定物体负载601停放的位置。向通道12的内部看去，平面603被 标记，以致来自不同视图的相同数量的检测器在连接在一起时形成直线，和在连接到焦点 上是形成唯一的平面。通道14可以被分割为成百个重建的平面。例如，系统80包括780个 平面，但是平面的数量可以在本发明的范围内的物体所需要的尺寸的基础上进行调节。在 步骤606，在每一个纵向平面中，物体被识别和重建。在步骤608，物体的高度被计算。参考附图17B，一般来说，时间上的延迟，物体出现在每一个光束中取决于物体的高度。物体出现在相对其相邻的视图的特定视图之间的延 迟与高度一并增加。对物体自身出现在每一视图之间的延迟的计算意味唯一的高度。计算 在每一个检测器平面上都需要进行，针对第一 /最后一条直线和针对在本发明范围内的每 一个物体。例如，通道12中的物体601a要高于物体601b。在更高的位置上的物体601a被 扫描更长的时间，以及较早和较晚出现在光束中。它也以较宽的间隔与扇形光束相交。在步骤610，物体的外形是在12边的多边形的基础上进行估计的。12边的多边形 是基于扫描仪80 (例如，5束来自底部光源，以及1束来自侧面光源)中的6束X射线光束 的引导和拖曳边缘。12边的多边形是可以效仿的，在扫描仪中的检测器阵列的数量的基础 上，可以使用不同的多边形。参考附图17C和17D，12边的多边形可以用于发现在正在被判 断的物体的边界。一些边缘可以具有零长度，如果其具有尖锐的边缘的话。例如，矩形601c 水平放置可以具有4条实边，由于角度是由4条光束交叉形成的。物体的真实外形可以保 持为未知的，但是12边的多边 形对于面积/领域而言是上限。一般来说，本领域内所公知 的是，真实的投影接触到物体的每一个边缘。具有评估的算法可以用于形成损失点的缺口。 例如，类似于本发明中的物体的计算是圆形601d，椭圆形，截角椭圆形(例如，部分填充瓶 体)，正方形，箱体或者片状的，三角形或者是其他的形状。每一种估计可以被认为是确定因 素。在外形计算的基础上，体积被确定为相关的多边形，确定的因素和每一个检测器平面的 面积的函数。在步骤612，体积的信息被用于计算物体的质量和密度。在步骤614，物体的Zeff值被计算。对于每一个区域，使用的是借助高和低图像的 校正减少质量的高度。在实施方案中，Alvarez-Macovski材料分解流程可以用于分解高和 低的图像。Zeff值使用高和低的图像的比率进行计算。可以选择的是，Zeff值可以通过计 算每一个像素值(或者像素值组)来确定，以及在领域内进行平均。材料物体趋向于具有外形边缘以及可以变为各种不同的参考点。例如，在所有视 图中可以看到的线和3D位置可以精确地确定，以及从图像中减去以提高Zeff值的计算。参考附图18A-B，用于容器检查扫描仪700，720的流程图解。然而，扫描仪700， 720仅仅是出于可以效仿的目的而不是限制。扫描仪700，720可以改变，例如，通过部件的 增加、减少或者重排。扫描仪700，720包括高压X射线源702，722 (例如，VarianLinatron K15)，检测器阵列704，724和枢轴臂706，726。在实施方案中，参考附图18A，扫描仪700包 括中心定位的枢轴点708。光源702被配置用于产生X射线扇形光束。光束的输出功率可 以根据应用和将被扫描的物体发生改变。例如，海上运输罐可以使用9MeV的光源。检测器 阵列704被布置在枢轴臂706上，并被配置用于接收X射线扇形光束。在操作过程中，光源 702和检测器704组件被固定在第一位置上。容器708在光源702和检测器704之间向前 移动。当容器到达第一移动的范围时，枢轴臂706可以移动到第二位置，容器可以在光源 702和检测器704之间向后移动。当容器708再次达到其初始位置(即，它已经完成向后移 动)，枢轴臂706可以旋转到第三位置，容器708可以再次向前移动。该过程可以继续通过 枢轴臂608的一定数量旋转位置。在实施方案中，一个完整的扫描是在光源和检测器组件 的5个不同的位置上获得的。扫描信息可以通过如之前所描述的图像计算机进行处理。在实施方案中，参考附图18B，扫描仪720包括高压光源722，检测器阵列724和枢 轴臂726。X射线光源722被布置在旋转平面之上，或者高于旋转平面，以致光源722实质上 靠近光源_检测器组件的轴。例如，枢轴臂726和检测器724可以摆动通过以光源722为中心的弧度。在操作过程中，枢轴臂726可以在第一位置上定位，正如上文所描述的，容器 728可以在光源722和检测器724之间移动。光源702，722，检测器704，724和容器708， 728的相对的移动仅仅是出于可以效仿的目的，而不是限制。也可以使用移动和位置的其他 的结合方式以获得图像的数据。
其他的实施方案都是在本发明的范围之内，并符合本发明的主旨。例如，由于软件 的本质，上文中所描述的功能可以使用软件，硬件，固件，硬线或者上述任意内容之间的结 合来实现。特征执行的功能也可以真实地固定在各种不同的位置上，包括被分布，以致一部 分功能在不同的真实位置上实现。更进一步说，尽管上文中的描述是针对本发明的，但这些描述可能包括不止一个 发明。
权利要求
1.一种X射线扫描系统，包括传送带，其至少部分布置在通道中并被配置用于沿着传送的方向移动物体，使该物体 通过通道以便进行扫描；第一 X射线光源，其布置在通道下方并被配置用于从第一焦点发射出通过通道的众多 扇形光束；第一众多检测器阵列，其中检测器阵列中的每一个都与从第一 X射线光源发射出的扇 形光束的其中之一对准；第二 X射线光源，其布置在通道的侧面并被配置用于从第二焦点发射出通过通道的众 多扇形光束；以及第二检测器阵列，其与从第二 X射线光源发射出的扇形光束相对准。
2.根据权利要求1中的X射线扫描系统，其中第二焦点的高度高于传送带的高度。
3.根据权利要求2中的X射线扫描系统，其中第二焦点的高度在传送带上方大约8英 寸的位置上。
4.根据权利要求1中的X射线扫描系统，其中第一X射线光源被配置用于从第一焦点 中发射出5束扇形光束。
5.根据权利要求4中的X射线扫描系统，其中每一束扇形光束之间的角度大约是12.5度。
6.根据权利要求1中的X射线扫描系统，进一步包括图像处理系统，其被配置用于产生 被扫描物体的3D图像。
7.根据权利要求6中的X射线扫描系统，进一步包括具有监视器和输入设备的操作人 员工作站，其中位于工作站上的操作人员能够控制输入设备以使3D图像围绕第一枢轴点 进行转动。
8.根据权利要求7中的X射线扫描系统，其中操作人员能够控制输入设备以使3D图像 围绕第二枢轴点进行转动。
9.根据权利要求1中的X射线扫描系统，其中第一X射线光源在沿着传送方向上的第 二 X射线光源的前面的位置上定位。
10.一种阵列式CT扫描系统，包括通道；传送带，其至少部分布置在通道中并被配置用于沿着传送的方向移动物体，使该物体 通过通道以便进行扫描；单一的检测器阵列，其布置在靠近通道的位置上；众多X射线光源，其沿着传送方向布置在通道上，其中每一个X射线光源都被配置用于 朝向单一的检测器发射扇形光束；以及控制系统，其可以操作地连接到X射线光源上并被配置用于顺序激活每一个X射线光 源，以致每次仅有一个X射线光源发射光束。
11.根据权利要求10中的阵列式CT扫描系统，其中众多的X射线光源被布置在通道的 下方，以及扇形光束被发射到通道的顶部和侧面上。
12.根据权利要求10中的阵列式CT扫描系统，其中众多的X射线光源被布置在通道的 侧面，以及扇形光束被发射到通道的侧面，顶部和底部上。
13.根据权利要求10中的阵列式CT扫描系统，其中众多的X射线光源是具有毫微管技 术的单一光源，而且所述光源被配置用于发射出众多的扇形光束到单一的检测器上。
14.根据权利要求10中的阵列式CT扫描系统，其中单一的检测器阵列包括众多的检测 器部件，其中每一个部件都包括低能检测器，高能检测器和位于低能检测器和高能检测器 之间的弯曲的过滤材料。
15.根据权利要求14中的阵列式CT扫描系统，其中弯曲的过滤材料布置在检测器阵列 中，以致由众多的X射线光源中的每一个所产生的每一束扇形光束实质上与弯曲过滤器的 表面垂直正交。
16.一种用于扫描乘客的行李的系统，包括多光束的X射线扫描仪，其具有传送带；操作人员使用的图像显示屏；侧面浅盘，其靠近传送带布置，以致正在检查的行李可以通过操作人员的操作从传送 带上移动到浅盘上；以及台架式返回系统。
17.根据权利要求16中的用于扫描乘客的行李的系统，进一步包括图像处理系统，其 被配置用于存储图像信息。
18.根据权利要求17中的用于扫描乘客的行李的系统，其中被存储的图像信息可以被 选取和显示在操作人员使用的图像显示屏上。
19.根据权利要求17中的用于扫描乘客的行李的系统，其中操作人员使用的图像显示 屏包括输入设备。
20.根据权利要求17中的用于扫描乘客的行李的系统，其中图像信息包括乘客的行李 的3D图像，以及操作人员能够控制输入设备以显示出3D图像和使3D图像围绕可以选择的 枢轴点进行旋转。
全文摘要
用X射线对物体(例如，扫描定期航线上的行李，包裹，运送的货物)进行扫描的阵列式CT扫描系统的实施方案，包括传送带，该传送带被配置用于通过通道来传送行李，安装在底部的X射线光源，其被配置用于提供通过通道的5束射线光束，安装在侧面的X射线光源，其布置在高于传送带的位置上，并被配置用于提供通过通道的扇形光束，以及众多的检测器，其布置在与每一个扇形光束的弧度相交的位置上。图像处理系统可以被配置用于提供被扫描的行李的3D类型的图像，作为接收自检测器的信息的函数。图像可以通过添插扫描数据而获得。操作人员可以控制图像数据，以及部分旋转行李以辨别其中的物体。所提供的侧面浅盘使得操作人员能够从行李的可以操作的流动中移出可疑行李。图像的信息可以被存储以便用于随后的检查。众多的扫描仪可以通过网络连接在一起，以致图像和乘客的信息可以传输到其他的工作站点上。
文档编号G01V5/00GK102099708SQ200980127720
公开日2011年6月15日 申请日期2009年5月19日 优先权日2008年5月19日
发明者B·李, M·P·埃伦博根, M·莱切菲尔德, P·康韦, R·比简, W·艾肯黑德 申请人:显示成像技术有限公司
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
