專利名稱：利用電磁射線檢測(cè)目標(biāo)物中特定物質(zhì)的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及利用電磁射線檢目標(biāo)物中，尤其是在行李中，特定物質(zhì)的方法和裝置，其中來(lái)自相應(yīng)檢測(cè)器陣列中的至少三個(gè)射線平面的未被吸收的射線的強(qiáng)度被測(cè)量和分析。
為了檢查目標(biāo)物，例如為了機(jī)場(chǎng)中對(duì)行李進(jìn)行安全檢查，使用已知的方法和裝置，在這些方法和裝置中，目標(biāo)物被要求通過(guò)電磁射線照射，射線由位置固定的射線源發(fā)出。未被吸收的射線的強(qiáng)度由射線源所屬的檢測(cè)器陣列測(cè)量和分析。通常用X射線實(shí)現(xiàn)這種檢查。
背景技術(shù)：
US6088423-A公開(kāi)了一種方法，其中三個(gè)位置固定的射線源在三個(gè)相互平行的平面中發(fā)出X射線，射線垂直于目標(biāo)物傳送方向。計(jì)算機(jī)從三個(gè)相應(yīng)的檢測(cè)器陣列的數(shù)據(jù)中確定目標(biāo)物中物體的可能形狀并對(duì)每個(gè)物體計(jì)算一個(gè)可能的有效序數(shù)Zeff和一個(gè)可能的密度。在現(xiàn)有方法中按所謂的雙能量方法分析兩個(gè)能量范圍內(nèi)的強(qiáng)度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一檢測(cè)目標(biāo)物中，尤其是在一件行李中，物質(zhì)的方法，此方法以盡可能低的設(shè)備開(kāi)銷(xiāo)，尤其是以盡可能少的射線源數(shù)量，提供檢測(cè)一種物質(zhì)的盡可能高的可靠性。
本發(fā)明的另一任務(wù)在于提供一種用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明方法的裝置。
本發(fā)明的第一個(gè)任務(wù)由權(quán)利要求1所述特征完成，第二個(gè)任務(wù)由權(quán)利要求13所述特征完成。
現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)層析照影法使用圍繞目標(biāo)物的X射線源和相應(yīng)的檢測(cè)器產(chǎn)生多個(gè)圖像，由這些圖像可以重建三維的具有良好解析度的目標(biāo)物。如果圖像數(shù)小于10，這些圖像用相應(yīng)數(shù)量的固定位置的射線源和檢測(cè)器產(chǎn)生，則由于數(shù)學(xué)上的原因，不能完全地和不能以足夠的解析度重建復(fù)雜的目標(biāo)物。本發(fā)明方法因此局限于獲取來(lái)自特定區(qū)域的局部信息，這些信息從單個(gè)圖像中選出并被檢查。在分析時(shí)，首先利用被猜測(cè)的物質(zhì)的一個(gè)特殊的、影響吸收的參量的存儲(chǔ)值，由一個(gè)二維圖像的位置數(shù)據(jù)和強(qiáng)度，確定在被檢查區(qū)域中的一個(gè)空間幾何量。另外，相應(yīng)的空間幾何量還僅由三維幾何值確定，這些值由測(cè)得的強(qiáng)度值求出。最后，將兩次分析評(píng)估得到的值直接或間接地相互比較，以確定所猜測(cè)的物質(zhì)是否真正存在。
從屬權(quán)利要求包含本發(fā)明方法的優(yōu)選方案，它們特別具有優(yōu)點(diǎn)權(quán)利要求2所述方法間接地將空間幾何量的兩個(gè)值相互比較，其中通過(guò)利用這兩個(gè)值得到一個(gè)特殊的物質(zhì)的參量的值，此值接著與一個(gè)存儲(chǔ)的值比較。
在權(quán)利要求3所述方法中，在區(qū)域中的物質(zhì)的體積由面積和區(qū)域的吸收厚度(Absorptionsdicke)確定。為了由測(cè)得的強(qiáng)度值計(jì)算出吸收厚度，利用被猜測(cè)的物質(zhì)的特殊的、影響吸收的參量的存儲(chǔ)值，尤其是存儲(chǔ)的密度φ和/或存儲(chǔ)的質(zhì)量衰減系數(shù)μ/φ。在第二次分析中，在區(qū)域中的物質(zhì)體積以類(lèi)似方法僅由空間的位置數(shù)據(jù)求出。體積值或用體積求出的參量的值相互進(jìn)行比較。
權(quán)利要求6所述特別有優(yōu)點(diǎn)的方法需要一個(gè)間接的比較，此方法基于權(quán)利要求3。由根據(jù)面積和吸收厚度確定的體積通過(guò)與所猜測(cè)的物質(zhì)的密度相乘來(lái)確定質(zhì)量。如此確定的質(zhì)量接著由體積去除，此體積是僅僅由空間的位置數(shù)據(jù)求得的。如此求出的密度值與存儲(chǔ)的密度值比較。
為了近似求出體積，最好計(jì)算一個(gè)位于被檢測(cè)區(qū)域內(nèi)或者包圍著此區(qū)域的多面體的體積(權(quán)利要求7)在權(quán)利要求8所述方法中，利用一個(gè)影響吸收的參量的存儲(chǔ)值，尤其是密度φ和/或質(zhì)量衰減系數(shù)μ/φ的存儲(chǔ)值，確定對(duì)應(yīng)于二維圖像的一個(gè)位置的吸收厚度。為了驗(yàn)證分析結(jié)果，相應(yīng)的厚度還僅由空間位置數(shù)據(jù)確定。
在權(quán)利要求11所述的特別具有優(yōu)點(diǎn)的方法中，目標(biāo)物在至少三個(gè)分開(kāi)的輻射平面中被透射，三個(gè)輻射平面中至少有兩個(gè)相互不平行。在只有少量的目標(biāo)物二維圖像時(shí)，如果這些圖像相互獨(dú)立，即它們不是僅僅由平行的透視平面獲得的，則可以更好地確定被檢查的空間區(qū)域。


附圖用于借助行李檢查裝置這一實(shí)施例說(shuō)明本發(fā)明。附圖中圖1是裝置的原理結(jié)構(gòu)，圖2是在三個(gè)輻射平面中透視目標(biāo)物的裝置的正視圖，圖3是圖2所示裝置的射線源和檢測(cè)器的排列的側(cè)視圖，圖4是一個(gè)優(yōu)選裝置的正視圖，其中目標(biāo)物在5個(gè)輻射平面中被透視，以及圖5是圖4所示裝置的射線源和檢測(cè)器的排列的側(cè)視圖。
具體實(shí)施例方式
附圖中所描繪的檢查裝置用于目標(biāo)物1，尤其是行李的安全檢查，如機(jī)場(chǎng)所進(jìn)行的安全檢查。為此放在行李中的物體2必須被檢查是否安全。
該裝置包含作為基本部件的位置固定的射線源3.1至3.3和相應(yīng)的檢測(cè)器排列4.1至4.5，由它們測(cè)得未被吸收射線的強(qiáng)度。這里射線源3.1至3.3如此排列目標(biāo)1分別在不同的方向上被透視，以獲得盡可能多的相互獨(dú)立的數(shù)據(jù)。為此射線源3.1至3.3在目標(biāo)物1輸送方向中前后間隔一段距離，排列在照射通道6的不同側(cè)面上，目標(biāo)物1由一個(gè)傳送裝置，最好是一個(gè)傳送帶7，輸送通過(guò)照射通道。
給出在至少三個(gè)最好是平面狀的射線平面5.1至5.5中的射線用于透視目標(biāo)物1，檢測(cè)器陣列4.1至4.5分別對(duì)準(zhǔn)這些射線。目標(biāo)物1最好在至少三個(gè)分開(kāi)的射線平面5.1至5.5中被透視，三個(gè)射線平面中至少兩個(gè)相互間不平行。在圖3所示實(shí)施方式中，射線平面5.1，5.3與射線平面5.2不平行，在圖5所示實(shí)施方式中射線平面5.1，5.4，5.5平行，兩個(gè)另外的射線平面5.2，5.3不僅相互間傾斜，而且對(duì)射線5.1，5.4，5.5也傾斜。最好至少一個(gè)射線平面垂直于目標(biāo)物1的輸送方向。具有優(yōu)點(diǎn)的是兩個(gè)相互傾斜的射線平面通過(guò)準(zhǔn)直儀8對(duì)來(lái)自單個(gè)射線源的相應(yīng)射線遮擋而確定方向。檢測(cè)器陣列4.1至4.5包含的檢測(cè)器分別在一個(gè)行列狀陣列中排列，最好設(shè)計(jì)成L型陣列，這樣所有穿透過(guò)目標(biāo)物1的射線被檢測(cè)到。射線源3.1至3.3給出在最大為140KeV能量范圍內(nèi)的X射線。檢測(cè)器陣列4.1至4.5包含雙檢測(cè)器，它們用所謂的雙重能量方法分別根據(jù)高能和低能來(lái)測(cè)量強(qiáng)度。
此外，該裝置包含一個(gè)分析單元，此單元具有一臺(tái)計(jì)算機(jī)和一個(gè)顯示屏9，在顯示屏上顯示所產(chǎn)生的目標(biāo)物1和其中物體2的圖像，用于附加的操作人員視覺(jué)檢查。在計(jì)算機(jī)中除了存儲(chǔ)有分析軟件外還存儲(chǔ)不同物質(zhì)至少的一個(gè)特殊的、影響吸收的參量的值，在檢查中應(yīng)檢測(cè)這些物質(zhì)是否存在。這種物質(zhì)主要是炸藥，它是否存在于目標(biāo)物1中是應(yīng)被檢測(cè)的。
為了檢測(cè)目標(biāo)物1中的特定物質(zhì)，例如炸藥，目標(biāo)物1在傳送帶7上被輸送通過(guò)不同的射線平面5.1至5.5，同時(shí)未被吸收的X射線強(qiáng)度被相應(yīng)的檢測(cè)器陣列4.1至4.5測(cè)量。從測(cè)得的強(qiáng)度值首先形成目標(biāo)物1的一個(gè)二維圖像，此圖像被存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中用于后續(xù)處理。圖像由物質(zhì)尺寸內(nèi)的像素值構(gòu)成，這些像素值由相應(yīng)檢測(cè)器測(cè)得的強(qiáng)度確定。最好對(duì)每個(gè)圖像點(diǎn)確定有效序數(shù)值Zeff，按照已知的雙重能量方法，此值由對(duì)于高和低能量頻譜的兩個(gè)強(qiáng)度值求出。求出的值可作為相應(yīng)的灰度或彩色值顯示在顯示屏9上。
在圖像上確定一個(gè)區(qū)域，在此區(qū)域中物質(zhì)的參量的值，例如Zeff的值在一個(gè)感興趣的范圍內(nèi)，例如在炸藥的一個(gè)數(shù)值范圍內(nèi)。圖像的這個(gè)區(qū)域表示一個(gè)空間區(qū)域的摹本，從而描繪目標(biāo)物1內(nèi)的一個(gè)物體2，并且被提取出來(lái)用于后續(xù)的檢查。
在檢查中至少一個(gè)在被檢查區(qū)域中的空間幾何量由二維圖像的位置數(shù)據(jù)和強(qiáng)度值確定，強(qiáng)度值利用被猜測(cè)的物質(zhì)的特殊的、影響吸收的參量的存儲(chǔ)值求出。最好是存儲(chǔ)和應(yīng)用被檢測(cè)物質(zhì)的密度φ和/或質(zhì)量衰減系數(shù)μ/φ的值。另外，相應(yīng)的空間幾何量還僅由三維值確定，這些三維值由測(cè)得的強(qiáng)度值求出。為了盡可能精確地確定此空間幾何量，在圖4和5的優(yōu)選實(shí)施方式中產(chǎn)生5個(gè)不同的二維圖像，由它們計(jì)算出相應(yīng)的三維值。最后，空間幾何量的或由此空間幾何量導(dǎo)出的參量的兩個(gè)求出的數(shù)值直接或間接地相互比較，以確定所猜測(cè)的物質(zhì)是否真正存在。
一個(gè)具有優(yōu)點(diǎn)的空間幾何量是在被檢查空間區(qū)域中物質(zhì)的體積。此體積用兩種不同的方法確定在第一次確定中首先計(jì)算被檢查區(qū)域的二維摹本的面積。接著由穿過(guò)此面積的射線的強(qiáng)度值確定此空間區(qū)域的吸收厚度。為了確定吸收厚度，被猜測(cè)的物質(zhì)的一個(gè)特殊的、影響吸收的參量的存儲(chǔ)值，尤其是密度φ和/或質(zhì)量衰減系數(shù)μ/φ的存儲(chǔ)值被引用。然后面積和吸收厚度的乘積作為區(qū)域中物質(zhì)的體積。
在另一個(gè)步驟中用類(lèi)似方法由空間位置數(shù)據(jù)求出區(qū)域中物質(zhì)的體積，位置數(shù)據(jù)僅由至少三個(gè)檢測(cè)器陣列的強(qiáng)度值確定。為此一個(gè)位于此區(qū)域中或包圍著此區(qū)域的多面體的體積最好由位置數(shù)據(jù)求出，這些位置數(shù)據(jù)和強(qiáng)度值一起在傳送目標(biāo)物1通過(guò)至少三個(gè)射線平面時(shí)被確定。
為了檢查所猜測(cè)的物質(zhì)是否真正存在，接著按照一個(gè)方案將體積的值或用體積求出的參量的數(shù)值直接相互比較，這些數(shù)值是按兩個(gè)方法分別求出的。為了比較，最好在這兩個(gè)方法中分別求出被檢查區(qū)域中物質(zhì)的質(zhì)量，它是體積和存儲(chǔ)的密度的乘積。這具有以下優(yōu)點(diǎn)在第一個(gè)步驟中可以確定一個(gè)最小的質(zhì)量，此最小質(zhì)量是在第二步驟中的檢查所需要的。
最好在兩個(gè)方法中求出的體積如此間接比較利用吸收厚度在第一個(gè)步驟中計(jì)算出的體積值與存儲(chǔ)的被猜測(cè)的物質(zhì)的密度值φ相乘，以確定在被檢查區(qū)域中物質(zhì)的質(zhì)量。由如此確定的質(zhì)量，通過(guò)被在第二個(gè)方法中僅由空間位置數(shù)據(jù)求出的體積值去除，確定一個(gè)密度值，接著此密度值與存儲(chǔ)的密度值比較。此方法也具有以下優(yōu)點(diǎn)在第一個(gè)步驟中求出一個(gè)質(zhì)量，由它可確定一個(gè)用于后續(xù)檢查方法的最小質(zhì)量值。
如果所猜測(cè)的物質(zhì)真實(shí)存在，不僅在直接比較還是在間接比較方法中比較值總是足夠精確地一致的。
除了確定體積之外，也可以確定區(qū)域的吸收厚度作為幾何量。為此利用猜測(cè)物質(zhì)的一個(gè)特殊的、影響吸收的參量的存儲(chǔ)值確定對(duì)應(yīng)于二維圖像φ的一個(gè)位置的吸收厚度。像上面所說(shuō)明的體積的確定那樣，最好存儲(chǔ)被檢測(cè)物質(zhì)的密度φ和/或質(zhì)量衰減系數(shù)μ/φ的值。吸收厚度最好按以下假設(shè)計(jì)算在區(qū)域中的物質(zhì)具有確定的厚度。
另外，對(duì)應(yīng)于這一位置的吸收厚度還僅由空間位置數(shù)據(jù)確定，位置數(shù)據(jù)通過(guò)至少三個(gè)由不同的射線平面5.1至5.5形成的二維圖像的三維分析求出。最后，求出的兩個(gè)厚度值或由厚度推出的參量，例如密度或質(zhì)量，相互比較。如果所猜測(cè)的物質(zhì)真正存在，這兩個(gè)值足夠精確地一致。
權(quán)利要求
1.利用電磁射線檢測(cè)目標(biāo)物(1)，尤其是行李中特定物質(zhì)的方法，其中來(lái)自至少三個(gè)射線平面(5.1-5.2)的未被吸收的射線的強(qiáng)度在相應(yīng)的檢測(cè)器陣列(4.1-4.5)中被測(cè)量和分析，該方法有以下步驟(1)由測(cè)得的強(qiáng)度值生成目標(biāo)物(1)的至少一個(gè)二維圖像；(2)基于由強(qiáng)度測(cè)量確定的物質(zhì)的參量的值，選擇在圖像上形成的一個(gè)空間區(qū)域用于檢查，(3)利用所猜測(cè)的物質(zhì)的一個(gè)特殊的、影響吸收的參量的存儲(chǔ)值，由二維圖像的位置數(shù)據(jù)和強(qiáng)度值確定被檢測(cè)區(qū)域中的至少一個(gè)空間幾何量，(4)僅由從測(cè)得的強(qiáng)度值所求出的三維幾何值再次確定相應(yīng)的空間幾何量，(5)直接或間接地比較在步驟(3)和(4)中確定的空間幾何量或由它導(dǎo)出的參量的數(shù)值，以確定所猜測(cè)的物質(zhì)是否真正存在。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，進(jìn)行一個(gè)間接的比較利用在步驟(3)和(4)中求出的空間幾何量的兩個(gè)值計(jì)算出特殊的物質(zhì)的參量的值，接著將此數(shù)值與存儲(chǔ)的值相比較。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，·在步驟(3)中計(jì)算被檢測(cè)區(qū)域的摹本的面積，接著由此區(qū)域的面積和吸收厚度確定區(qū)域中物質(zhì)的體積作為空間幾何量，其中吸收厚度由測(cè)得的強(qiáng)度值和所猜測(cè)的物質(zhì)的特殊的、影響吸收的參量的存儲(chǔ)值確定，·在步驟(4)中以近似的方法由從至少三個(gè)檢測(cè)器陣列(4.1-4.5)的強(qiáng)度值確定的空間位置數(shù)據(jù)求出區(qū)域中物質(zhì)的體積。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，在步驟(5)中體積值或由體積求出的參量的值相互比較。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，質(zhì)量值被相互比較，這些質(zhì)量值通過(guò)體積值與密度值相乘計(jì)算得到，密度值被存儲(chǔ)，或者由存儲(chǔ)的參量確定。
6.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，在步驟(3)中最后由物質(zhì)的體積和存儲(chǔ)的密度計(jì)算出區(qū)域中物質(zhì)的質(zhì)量，并且在步驟(5)中為了進(jìn)行間接比較，由在步驟(3)中確定的質(zhì)量和步驟(4)中確定的體積計(jì)算出密度并將此密度，值與存儲(chǔ)的密度值相比較。
7.如權(quán)利要求3至6中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，為了對(duì)體積進(jìn)行近似，在步驟(4)中由位置數(shù)據(jù)計(jì)算出一個(gè)位于此區(qū)域中的或包圍著此區(qū)域的多面體的體積，位置數(shù)據(jù)由至少三個(gè)檢測(cè)器陣列的強(qiáng)度值求出。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，·在步驟(3)中利用所猜測(cè)的物質(zhì)的特殊的、影響吸收的參量的存儲(chǔ)值確定對(duì)應(yīng)于二維圖像的一個(gè)位置的區(qū)域吸收厚度，·在步驟(4)中由空間位置數(shù)據(jù)確定區(qū)域的相應(yīng)厚度，空間位置數(shù)據(jù)僅由至少三個(gè)檢測(cè)器裝置(4.1-4.5)的強(qiáng)度值求出，以及·在步驟(5)中求出的兩個(gè)厚度或由其導(dǎo)出的參量相互比較。
9.如權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在步驟(2)中作為選擇基礎(chǔ)的物質(zhì)的參量是有效序數(shù)Zeff。
10.如權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在步驟(3)中存儲(chǔ)的物質(zhì)特殊的、影響吸收的參量是密度φ和/或質(zhì)量衰減系數(shù)μ/φ。
11.如權(quán)利要求1至10中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，目標(biāo)物(1)在至少三個(gè)分開(kāi)的射線平面(5.1-5.5)中被透視，這些射線平面中至少兩個(gè)相互不平行。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，目標(biāo)物(1)被輸送通過(guò)射線平面(5.1-5.5)進(jìn)行透視。
13.用于實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1至12中任一項(xiàng)所述方法的裝置，該裝置具有一個(gè)通過(guò)照射通道(6)引導(dǎo)的輸送裝置(7)以及圍繞著輸送裝置(7)排列的多個(gè)射線源(3.1-3.3)，這些射線源發(fā)出在至少三個(gè)射線平面(5.1-5.5)中的射線，射線分別對(duì)準(zhǔn)相應(yīng)的檢測(cè)器陣列(4.1-4.5)，其特征在于，射線平面(5.1-5.5)中至少兩個(gè)相互平行。
全文摘要
本發(fā)明涉及利用電磁射線檢測(cè)目標(biāo)物(1)，尤其是行李中諸如炸藥等特定物質(zhì)的方法，其中來(lái)自至少三個(gè)射線平面(5.1－5.2)的未被吸收的射線的強(qiáng)度在相應(yīng)的檢測(cè)器陣列(4.1－4.5)中被測(cè)量和分析，本發(fā)明方法具有以下步驟1)由測(cè)得的強(qiáng)度值生成目標(biāo)物(1)的至少一個(gè)二維圖像，2)基于由強(qiáng)度測(cè)量所確定的物質(zhì)的參量的值選擇在圖像上形成的一個(gè)空間區(qū)域，以進(jìn)行檢查，3)利用所猜測(cè)的物質(zhì)的特殊的影響吸收的參量的存儲(chǔ)值，由二維圖像的位置數(shù)據(jù)和強(qiáng)度值確定被檢查區(qū)域中的至少一個(gè)空間幾何量，4)僅由從測(cè)得的強(qiáng)度值求出的三維幾何值再次確定相應(yīng)的空間幾何量，5)直接或間接地比較在步驟3)和4)中確定的空間幾何量或由它導(dǎo)出的參量的數(shù)值，以確定所猜測(cè)的物質(zhì)是否真正存在。
文檔編號(hào)G01V5/00GK1564938SQ02819552
公開(kāi)日2005年1月12日 申請(qǐng)日期2002年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2001年10月5日
發(fā)明者克努特·貝內(nèi)克, 約爾格·尼蒂科夫斯基, 德克·瑙曼, 赫曼·里斯, 烏韋·西登博格, 克勞斯·梅德?tīng)? 史蒂芬·烏爾里希 申請(qǐng)人:史密斯海曼有限公司