專利名稱：利用表面法線探測(cè)ct目標(biāo)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及計(jì)算機(jī)層析X-射線攝影(CT)掃描儀，并特別涉及應(yīng)用CT技術(shù)的行李掃描系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
眾所周知，在將行李裝上飛機(jī)之前，可以采用多種X-射線行李掃描系統(tǒng)對(duì)行李進(jìn)行檢測(cè)，以探測(cè)行李或箱子中易爆物和其它違禁物品的存在。測(cè)量物體密度的常用技術(shù)是用X-射線照射物體，并測(cè)量物體所吸收的輻射，所吸收輻射的大小可以相應(yīng)地指示出物體的密度。由于許多易爆物的一個(gè)特征是，它們處在與可在行李中發(fā)現(xiàn)的其它物品不同的密度范圍內(nèi)，因此，適合采用X-射線裝置對(duì)易爆物進(jìn)行探測(cè)。
目前采用的多數(shù)X-射線行李掃描系統(tǒng)為“線掃描儀”型，它包括一個(gè)固定的X-射線源，一個(gè)固定的線探測(cè)器陣列，以及一個(gè)在行李通過掃描儀時(shí)、用以在X-射線源和探測(cè)器陣列之間傳輸行李的輸送帶。X-射線源產(chǎn)生一個(gè)X-射線束，該X-射線束穿過行李，部分地被行李所衰減，以及隨后被探測(cè)器陣列所接收。在每一個(gè)測(cè)量間隔期間，探測(cè)器陣列產(chǎn)生代表X-射線束所穿過的行李平面區(qū)段密度的積分?jǐn)?shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)被用于形成一個(gè)二維圖像的一個(gè)或多個(gè)光柵線。在輸送帶傳輸行李通過靜止的X-射線源和探測(cè)器陣列時(shí)，掃描儀產(chǎn)生代表行李密度的二維圖像。通常，該密度圖像由操作人員顯示，以用于分析。
已知，采用雙重能量的X-射線源技術(shù)可以提供除了密度以外的關(guān)于物體化學(xué)性質(zhì)的其它信息。使用雙重能量X-射線源的技術(shù)包括測(cè)量物體對(duì)兩種不同能量水平的X-射線的吸收特性。這些測(cè)量除了可以指示出物體的密度外，還可以指示出物體的原子序數(shù)。例如，在Alvarez，Robin等人的“X-射線計(jì)算機(jī)斷層攝影技術(shù)中的能量選擇圖像重構(gòu)”(Phys.Med.Biol.1976，Vol.21，No.5,733-744)以及美國(guó)專利No.5,132,998中，分別描述了這種關(guān)于X-射線CT圖像的能量選擇圖像重構(gòu)的雙重能量X-射線技術(shù)。
這種雙重能量技術(shù)的一種推薦用途是用作行李掃描儀，以用于探測(cè)行李中易爆物的存在。易爆物的一個(gè)普遍特點(diǎn)是，其原子序數(shù)處在一個(gè)已知范圍內(nèi)，從而適合于采用雙重能量X-射線源進(jìn)行探測(cè)。在題為“改進(jìn)的雙重能量電源”(Attorney Docket No.ANA-094)的待批美國(guó)專利申請(qǐng)系列No.08/671,202中，描述了一種這樣的雙重能量源，該專利被轉(zhuǎn)讓給了與本發(fā)明相同的受讓人，并在這里全部引入作為參考。
塑料易爆物由于其可塑性以及可以制成難于探測(cè)的幾何形狀，從而給行李掃描系統(tǒng)提出了一個(gè)特別的挑戰(zhàn)。大多數(shù)能夠顯著危害一架飛機(jī)的易爆物的重量至少為1磅，并且其長(zhǎng)、寬和高也足夠大，從而無(wú)論易爆物在行李中的取向如何，都可以很容易地被X-射線掃描系統(tǒng)探測(cè)到。然而，一個(gè)足以危害一架飛機(jī)的塑料易爆物可以制成在一個(gè)方向上的尺寸極小、而在另外兩個(gè)方向上的尺寸相對(duì)較大的相對(duì)薄的薄片。由于難于在圖像中看到易爆物(特別是當(dāng)物體被放置成薄片在通過系統(tǒng)時(shí)平行于X-射線束的方向時(shí))，因此，探測(cè)塑料易爆物可能是困難的。
因此，對(duì)可疑行李的探測(cè)需要特別專心的操作人員。這種對(duì)注意力的特殊需求將會(huì)導(dǎo)致操作人員極度疲勞，而疲勞以及任何注意力的分散都有可能導(dǎo)致可疑的行李袋通過系統(tǒng)而未被探測(cè)到。
因此，為設(shè)計(jì)出一種更好的行李掃描儀，已經(jīng)作出了大量的努力。例如，在美國(guó)專利Nos.4,759,047(Donges等人)；4,884,289(Glockmann等人)；5,132,988(Tsutsui等人)；5,182,764(Peschmann等人)；5,247,561(Kotowski)；5,319,547(Krug等人)；5,367,552(Peschmann等人)；5,490,218(Krug等人)以及德國(guó)專利DE 31 503 06 A1(HeimannGmbH)中，分別描述了類似的設(shè)計(jì)。
如在美國(guó)專利Nos.5,182,764(Peschmann等人)和5,367,522(Peschmann等人)(以下稱‘764和’552號(hào)專利)中所描述的那樣，這些設(shè)計(jì)中的至少一種已經(jīng)被商業(yè)開發(fā)，并在以下稱之為“無(wú)幻影機(jī)械”(Invision Machine)。該無(wú)幻影機(jī)械包括一個(gè)第三代類型的CT掃描儀，該掃描儀通常包括有分別緊固在一個(gè)環(huán)形臺(tái)或盤中沿直徑方向的相對(duì)兩側(cè)上的一個(gè)X-射線源和一個(gè)X-射線探測(cè)器系統(tǒng)。所述盤可旋轉(zhuǎn)地安裝在一個(gè)機(jī)架支撐件內(nèi)，從而在X-射線從X-射線源開始穿過放置在盤的開口內(nèi)的物體而到達(dá)探測(cè)器系統(tǒng)的同時(shí)，盤可以在操作中連續(xù)地繞一個(gè)旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)。
探測(cè)器系統(tǒng)可以包括一個(gè)線性探測(cè)器陣列，其布置成以一圓弧狀排列成一個(gè)單一序列，圓弧的曲率中心位于X-射線源的焦點(diǎn)(即位于X-射線源內(nèi)且X-射線從其發(fā)出的點(diǎn))處。X-射線源產(chǎn)生一個(gè)由焦點(diǎn)發(fā)出的X-射線扇形射線束或扇束，其穿過一個(gè)平面影像場(chǎng)，然后被探測(cè)器所接收。CT掃描儀包括一個(gè)由X，Y和Z軸所定義的坐標(biāo)系，其中，當(dāng)盤繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，各坐標(biāo)軸在盤的旋轉(zhuǎn)中心處彼此相交并相互垂直。該旋轉(zhuǎn)中心通常稱為“等中心”。Z軸由旋轉(zhuǎn)軸確定，而X和Y軸則由平面影像場(chǎng)所確定，并位于其中。因此，扇形束被定義為在點(diǎn)源(即焦點(diǎn))和受到X-射線束照射的探測(cè)器陣列的探測(cè)器接收表面之間所確定的空間體積。由于探測(cè)器線性陣列的接收面在Z-軸方向上的尺寸相對(duì)較小，因此扇形束在該方向上相對(duì)較薄。每個(gè)探測(cè)器產(chǎn)生一個(gè)代表投射到探測(cè)器上的X-射線強(qiáng)度的輸出信號(hào)。由于X-射線被其路途上的所有物質(zhì)部分地削弱，因此每個(gè)探測(cè)器所產(chǎn)生的輸出信號(hào)代表了放置在X-射線源和該探測(cè)器之間的影像場(chǎng)內(nèi)所有物質(zhì)的密度。
隨著盤的旋轉(zhuǎn)，探測(cè)器陣列被周期性地采樣，在每個(gè)測(cè)量間隔中，探測(cè)器陣列中的每個(gè)探測(cè)器產(chǎn)生一個(gè)代表在該間隔中被掃描物體的一部分的密度的輸出信號(hào)。在任一測(cè)量間隔中，一個(gè)單一序列探測(cè)器陣列中所有探測(cè)器產(chǎn)生的所有輸出信號(hào)的集合稱為一個(gè)“投影”，而在投影產(chǎn)生時(shí)，盤的角方位(和X-射線源和探測(cè)器陣列的相應(yīng)角方位)稱為“投影角”。在每個(gè)投影角位置上，被稱為“射線”的由焦點(diǎn)到每個(gè)探測(cè)器的X-射線路徑在橫截面上從一個(gè)點(diǎn)源開始到探測(cè)器的接收表面區(qū)域逐漸增加，由于探測(cè)器接收表面的面積大于射線所穿過的物體的任何橫截面的面積，因此，其被視為是放大了的密度測(cè)量結(jié)果。
當(dāng)盤環(huán)繞著被掃描的物體旋轉(zhuǎn)時(shí)，對(duì)應(yīng)于多個(gè)投影角，掃描儀產(chǎn)生多個(gè)投影。利用公知算法，可以由在每個(gè)投影角位置上收集的所有投影數(shù)據(jù)產(chǎn)生一個(gè)目標(biāo)物體的CT圖像。該CT圖像代表了物體的一個(gè)二維“切片”的密度，該切片在盤旋轉(zhuǎn)通過不同的投影角時(shí)被扇形束所穿過。CT圖像的分辨率部分地取決于扇形束平面內(nèi)每個(gè)探測(cè)器接收表面區(qū)域的寬度，在這里，探測(cè)器的寬度被定義為在與扇形束的寬度方向相同的方向上所測(cè)量到尺寸，而探測(cè)器的長(zhǎng)度在這里被定義為沿平行于掃描儀旋轉(zhuǎn)軸或Z-軸而垂直于扇形束的方向上所測(cè)量到的尺寸。
行李掃描儀的一個(gè)重要的設(shè)計(jì)依據(jù)是掃描儀掃描行李物品的速度。作為任一主要機(jī)場(chǎng)的實(shí)用設(shè)備，行李掃描儀應(yīng)能以很快的速度(例如，約為每小時(shí)七百件行李包或更快一些)掃描大量的行李包。為達(dá)到這一速度，掃描儀必須以約每5秒鐘掃描一個(gè)平均尺寸的行李包或再小一些的速度進(jìn)行掃描。因此，無(wú)幻影機(jī)器存在的一個(gè)問題在于，′764和′552號(hào)專利中所描述的類型的掃描儀需要用相對(duì)較長(zhǎng)的時(shí)間(例如，盤旋轉(zhuǎn)一圈需要約0.6到2.0秒)來(lái)產(chǎn)生一個(gè)單片CT圖像的數(shù)據(jù)。此外，對(duì)于每個(gè)圖像來(lái)說，穿過行李包的射線束切片越薄，圖像的分辨率越好，因此，為探測(cè)到僅為幾個(gè)毫米厚的塑料易爆物，CT掃描儀應(yīng)提供具有足夠高的分辨率的圖像。如果產(chǎn)生每個(gè)切片CT圖像的數(shù)據(jù)需要0.6到2.0秒，假定行李包的平均長(zhǎng)度約為70cm，那么，在所希望的每小時(shí)通過700個(gè)行李包的情況下，由于行李包必須移動(dòng)和在每個(gè)掃描位置上停止，一個(gè)傳統(tǒng)的CT行李掃描儀僅能為每個(gè)行李包產(chǎn)生平均約二到三個(gè)CT圖像。顯然，在分配給一個(gè)合理的快速通過量的規(guī)定時(shí)間內(nèi)，不能對(duì)整個(gè)行李包進(jìn)行掃描。對(duì)每個(gè)行李包僅能產(chǎn)生二到三個(gè)CT圖像將會(huì)留下多數(shù)物品未被掃描，從而不能提供精確或完整的掃描。
發(fā)明概述本發(fā)明提供一種行李掃描系統(tǒng)，該系統(tǒng)基本上克服了已有技術(shù)中的缺點(diǎn)。本發(fā)明的行李掃描系統(tǒng)能夠在行李傳輸通過掃描儀時(shí)，不需要操作人員的干預(yù)，每小時(shí)約能掃描七百個(gè)行李包。
一方面，本發(fā)明提供了CT掃描儀中的一種裝置和方法，通過使掃描儀的數(shù)據(jù)重構(gòu)窗口適應(yīng)于每個(gè)被掃描物體(例如每件行李)的尺寸，從而大大提高了掃描儀的通過量。在這一方面，本發(fā)明使重構(gòu)窗口適應(yīng)于掃描儀視場(chǎng)內(nèi)行李包的大小和位置，該重構(gòu)窗口確定了由掃描數(shù)據(jù)進(jìn)行重構(gòu)、以產(chǎn)生一個(gè)圖像的像素的數(shù)目。CT機(jī)掃描視場(chǎng)，以產(chǎn)生通過掃描儀的物體的掃描數(shù)據(jù)。物體在視場(chǎng)內(nèi)的大小及其位置被確定。利用目標(biāo)物體的大小和位置，視場(chǎng)中的兩部分像素被標(biāo)識(shí)出來(lái)。第一部分像素被重構(gòu)，以產(chǎn)生目標(biāo)物體的圖像，而被標(biāo)識(shí)的第二部分像素是不必重構(gòu)的。
因此，在本發(fā)明的這一方面，僅對(duì)那些提供了關(guān)于被掃描的行李包的信息的像素(即第一部分像素)在圖像重構(gòu)時(shí)進(jìn)行處理。那些與行李包無(wú)關(guān)的像素(即第二部分像素)不予重構(gòu)。無(wú)關(guān)的像素可能包括那些位于行李包輸送系統(tǒng)下面的部位，以及鄰近和位于行李包上方的部位。通過有效地舍棄那些不提供涉及行李包信息的像素，重構(gòu)時(shí)的處理量明顯地減少了，從而縮短了重構(gòu)時(shí)間，以及提高了行李包的掃描通過量。
在一個(gè)實(shí)施例中，視場(chǎng)中的行李包的大小和位置可通過探測(cè)行李包的邊界予以確定。這可利用現(xiàn)有技術(shù)中所熟知的邊界定位方法，通過分析掃描數(shù)據(jù)來(lái)確定物體邊界而得以實(shí)現(xiàn)。在一個(gè)實(shí)施例中，對(duì)平行的投影數(shù)據(jù)進(jìn)行分析以確定邊界。在另一個(gè)實(shí)施例中，掃描儀包括一個(gè)獨(dú)立傳感器，用以探測(cè)行李包的邊界。該傳感器可以是一個(gè)聲學(xué)傳感器，諸如一個(gè)高頻超聲波范圍的探測(cè)器，或者可以是一個(gè)光學(xué)傳感器，其可以包括一個(gè)或多個(gè)光學(xué)設(shè)備諸如激光，發(fā)光二極管，或紅外探測(cè)器。這些方法的任何一個(gè)返回表示行李包邊界的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)可用以指示行李包的中心，以及從而指示出其在掃描儀視場(chǎng)中的位置。
在一個(gè)實(shí)施例中，被標(biāo)識(shí)為與行李包無(wú)關(guān)的像素不予重構(gòu)，而所有與行李包有關(guān)的像素被重構(gòu)，以產(chǎn)生行李包的完整圖像。這一方法可以為每個(gè)行李包提供完整的圖像(無(wú)論其尺寸大小如何)，并得到提高了的掃描通過量。然而，由于行李包的尺寸變化范圍很廣，因此，其處理量以及行李包的通過量是難于監(jiān)視和控制的?？赡艽嬖谶@樣的情況，即行李包的通過量可以減少，例如掃描儀要連續(xù)地處理大批特殊的大行李包時(shí)。于是，在另一個(gè)實(shí)施例中，為重構(gòu)窗口的總體尺寸設(shè)定了一個(gè)上限。通過設(shè)定一個(gè)將被重構(gòu)的最大像素?cái)?shù)目可以做到這一點(diǎn)。該最大像素窗口能夠適應(yīng)行李包的確定大小、位置和體積，從而在預(yù)先設(shè)定的像素重構(gòu)范圍內(nèi)，可以產(chǎn)生盡可能好的行李包圖像。這一方法在產(chǎn)生行李包的有效圖像的同時(shí)，可以確保將行李包的掃描通過量維持在一個(gè)可控制的水平上。
通過從圖像重構(gòu)處理過程中略去與所分析的行李包無(wú)關(guān)的像素，本發(fā)明的適應(yīng)性重構(gòu)窗口提供了明顯的優(yōu)越性。例如，消除了明顯不必要的數(shù)據(jù)處理過程，從而縮短了重構(gòu)時(shí)間，并根據(jù)繁忙的商用機(jī)場(chǎng)對(duì)行李包通過量的要求，增加了行李包的通過量。
在另一方面，本發(fā)明提供一種系統(tǒng)和方法，用以在一個(gè)CT系統(tǒng)中實(shí)施校準(zhǔn)或“空”掃描，以根據(jù)個(gè)別探測(cè)器中響應(yīng)的變化對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行校定。由于通常難于從行李掃描儀的視場(chǎng)中移去障礙物(如輸送機(jī)系統(tǒng))，因此難于按照在傳統(tǒng)CT機(jī)上進(jìn)行空掃描的相同方式很容易地實(shí)施空掃描。本發(fā)明的掃描儀在實(shí)現(xiàn)空校準(zhǔn)掃描的同時(shí)，對(duì)存在于視場(chǎng)中的障礙物可以進(jìn)行補(bǔ)償。
在一個(gè)實(shí)施例中，校準(zhǔn)是通過首先在障礙物存在于視場(chǎng)中的情況下進(jìn)行一次視場(chǎng)掃描、并采集出一整組數(shù)據(jù)的方式進(jìn)行的。設(shè)定一個(gè)校準(zhǔn)閾值，以及對(duì)每個(gè)探測(cè)器選擇出超出閾值的視域數(shù)據(jù)，用以計(jì)算該探測(cè)器的校準(zhǔn)偏離值。低于閾值的值被舍棄。在一個(gè)實(shí)施例中，閾值設(shè)定得足夠高，從而可以得出超過閩值的任何數(shù)據(jù)值都是沒有穿過視場(chǎng)中障礙物的放射線的結(jié)論，于是，其可以適當(dāng)?shù)赜糜诳招?zhǔn)。對(duì)于每個(gè)探測(cè)器，來(lái)自未受阻視域中的被選擇數(shù)據(jù)值可用于為該探測(cè)器計(jì)算出空校準(zhǔn)值。在一個(gè)實(shí)施例中，取所選擇的值的平均值，以計(jì)算空校準(zhǔn)值。于是，空校準(zhǔn)值在隨后的實(shí)際物體掃描中作為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，以對(duì)探測(cè)器之間的響應(yīng)變化進(jìn)行補(bǔ)償。
通過將空掃描校準(zhǔn)數(shù)據(jù)施加于一閾值上，可以識(shí)別出與未受阻射線路徑有關(guān)的數(shù)據(jù)。這使得空校準(zhǔn)可以在不從視場(chǎng)中移去障礙物的情況下進(jìn)行。這一點(diǎn)在行李掃描儀中特別重要，因?yàn)?，在行李掃描儀中，掃描連續(xù)地進(jìn)行，因此導(dǎo)致從視場(chǎng)中移去障礙物(如輸送器)以在行李包之間進(jìn)行空掃描是極其困難的。然而，這一方法在醫(yī)用CT領(lǐng)域也是十分有利的。雖然在一定程度上，從一個(gè)醫(yī)用CT掃描機(jī)中移去一個(gè)患者平臺(tái)比從行李掃描儀中移去輸送器較為方便，但是，不必移去患者平臺(tái)即可進(jìn)行醫(yī)用CT空掃描對(duì)醫(yī)用CT也將是一種顯著的改善。因此，本發(fā)明的空掃描在醫(yī)用CT領(lǐng)域提供了很大的優(yōu)越性。
在另一方面，本發(fā)明提供了一種方法和裝置，用于從三維空間中一個(gè)物體的CT圖像數(shù)據(jù)中識(shí)別出一個(gè)例如片狀物的目標(biāo)物體。眾所周知，塑料易爆物可制成薄片形狀，因?yàn)橐妆锉∑暮穸瓤赡苄∮趥鹘y(tǒng)CT掃描儀的分辨率，由此這種片狀易爆物采用傳統(tǒng)的CT技術(shù)是難于探測(cè)到的。在本發(fā)明中，可對(duì)一個(gè)目標(biāo)物體的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，以確定目標(biāo)物體的形狀是否為一個(gè)片狀物，以及是否可能是一個(gè)塑料易爆物。
在本發(fā)明的裝置和方法中，通過分析目標(biāo)物體表面附近的圖像數(shù)據(jù)，可以分析出目標(biāo)物體是否為一個(gè)片狀物。所分析的目標(biāo)物體在三維空間中由其邊界或表面所確定。在沿著目標(biāo)物體表面諸點(diǎn)的每一個(gè)點(diǎn)上，計(jì)算出一個(gè)表面法線，并被投射返回到目標(biāo)物體中。在沿著由表面法線投射返回的線中的許多點(diǎn)上，可以形成目標(biāo)物體的CT數(shù)據(jù)，并得到目標(biāo)物體的密度?？梢圆捎脙?nèi)插法計(jì)算出每個(gè)點(diǎn)上的數(shù)據(jù)。設(shè)定進(jìn)入目標(biāo)物體的一個(gè)最大距離，并產(chǎn)生直到最大距離處的密度。將最大距離選擇為大于片狀物預(yù)期的最大厚度。
在產(chǎn)生所有密度之后，對(duì)于每個(gè)法線，產(chǎn)生一個(gè)進(jìn)入目標(biāo)物體的距離，在該距離處密度發(fā)生衰減。通常，如果密度在小于最大距離處衰減，則該密度測(cè)量結(jié)果可能表示有一個(gè)薄的目標(biāo)物體存在，它可能是一個(gè)片狀物。而當(dāng)直到最大距離處仍沒有可感知的衰減發(fā)生時(shí)，則表明目標(biāo)物體比一個(gè)片狀物厚。
計(jì)算出的衰減距離可以被編輯成一個(gè)分布圖，例如一個(gè)條形圖(histogram)。隨后，可以對(duì)該條形圖進(jìn)行分析，以確定目標(biāo)物體的形狀。在小于最大距離的衰減距離處出現(xiàn)條形圖的峰值可以表明，目標(biāo)物體的主要部分具有等于衰減距離的厚度。這可用于指示出一個(gè)片狀物。而在最大距離處出現(xiàn)條形圖的峰值可以表明，目標(biāo)物體的主要部分具有比一個(gè)片狀物的預(yù)期厚度大的厚度。這可用于指示出目標(biāo)物體不是一個(gè)片狀物。
采用表面法線和條形圖識(shí)別薄片形狀的目標(biāo)物體的方法提供了優(yōu)于其它識(shí)別片狀物方法的優(yōu)越性。例如，在一個(gè)已有方法中，目標(biāo)物體的形狀是通過計(jì)算其表面積與其體積之比進(jìn)行分析的。高的比值表明一個(gè)薄的目標(biāo)物體，例如一個(gè)片狀物。然而，該方法的不很精確之處在于，它對(duì)整個(gè)物體只計(jì)算出一個(gè)數(shù)值，該數(shù)值解釋起來(lái)是不確定的。某些具有大的表面積而體積相對(duì)較小的目標(biāo)物體可能被錯(cuò)誤地指示為薄片形狀。與之相對(duì)照，本發(fā)明可以環(huán)繞整個(gè)目標(biāo)物體，在許多點(diǎn)上進(jìn)行分析。通過對(duì)遍及整個(gè)目標(biāo)物體的厚度分布進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，可以得到目標(biāo)物體形狀的更為精確的結(jié)論。
在另一方面，本發(fā)明提出了為CT系統(tǒng)中“無(wú)照電流”(即探測(cè)器在沒有X-射線時(shí)所產(chǎn)生的電流)提供補(bǔ)償?shù)难b置和方法，特別是，對(duì)探測(cè)器無(wú)照電流隨溫度的變化進(jìn)行補(bǔ)償。根據(jù)本發(fā)明，進(jìn)行一個(gè)校準(zhǔn)操作，以表征出無(wú)照電流隨溫度的變化。利用這一變化，產(chǎn)生一組探測(cè)器偏離值。每一個(gè)偏離值為一個(gè)特定的溫度確定了無(wú)照電流或偏離電流。在一個(gè)實(shí)施例中，對(duì)每一個(gè)探測(cè)器產(chǎn)生一組偏離值。在另一個(gè)實(shí)施例中，一組偏離值用于所有的探測(cè)器。在隨后對(duì)一個(gè)目標(biāo)物體或區(qū)域進(jìn)行實(shí)際掃描時(shí)，利用偏離值來(lái)調(diào)整探測(cè)器所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信號(hào)。在掃描該區(qū)域的同時(shí)，對(duì)探測(cè)器的溫度進(jìn)行檢測(cè)。對(duì)于每個(gè)探測(cè)器，將與當(dāng)前檢測(cè)到的溫度相應(yīng)的偏離值施加到探測(cè)器所產(chǎn)生的信號(hào)上，以調(diào)整由探測(cè)器檢測(cè)到的目標(biāo)物體的密度，從而補(bǔ)償了隨溫度變化的探測(cè)器無(wú)照電流。
在一個(gè)實(shí)施例中，校準(zhǔn)時(shí)溫度的變化是通過將偏離-對(duì)-溫度的數(shù)據(jù)點(diǎn)擬合到一組參數(shù)方程中進(jìn)行描述的。在另一個(gè)實(shí)施例中，該變化是由一個(gè)常系數(shù)泰勒級(jí)數(shù)多項(xiàng)式描述的。該系數(shù)可由最小二乘誤差分析法得出。
通過將隨溫度而變化的偏離應(yīng)用到探測(cè)器數(shù)據(jù)中，本發(fā)明的行李掃描系統(tǒng)可以提供比已有系統(tǒng)更為精確的無(wú)照電流補(bǔ)償。既然在多數(shù)情況下，行李掃描系統(tǒng)是連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的，因而，在行李掃描環(huán)境下，溫度效應(yīng)比在醫(yī)用環(huán)境下更為重要。因此，為保持所產(chǎn)生圖像的質(zhì)量和系統(tǒng)探測(cè)目標(biāo)物品的能力，隨溫度而變化的偏離就變得很重要。于是，本發(fā)明通過應(yīng)用隨溫度變化的偏離，從而提供了更為精確的CT行李掃描儀。
附圖的簡(jiǎn)要描述結(jié)合附圖，通過以下對(duì)優(yōu)選實(shí)施例所作的更為詳細(xì)的說明，本發(fā)明的前述和其它目的、特性及優(yōu)越性將會(huì)更加明顯。各附圖中，相同的參考標(biāo)號(hào)表示相同的部件。附圖不必按比例繪制，其重點(diǎn)在于說明本發(fā)明的原理。


圖1為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)行李掃描系統(tǒng)的透視圖。
圖2為圖1所示系統(tǒng)的橫截面端視圖。
圖3為圖1所示系統(tǒng)的橫截面徑向視圖。
圖4為本發(fā)明的行李掃描儀的一個(gè)實(shí)施例的示意性電氣和機(jī)械方框圖。
圖5為本發(fā)明的行李掃描儀的視場(chǎng)圖像示意圖，示出了處于視場(chǎng)內(nèi)，位于傳輸系統(tǒng)上的一個(gè)行李包。
圖6為疊加在笛卡爾坐標(biāo)系統(tǒng)上的本發(fā)明的行李掃描儀視場(chǎng)的示意性圖表。
圖7為本發(fā)明行李掃描系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的示意性簡(jiǎn)化方框圖，它利用傳感器來(lái)識(shí)別行李包的邊界。
圖8A為一個(gè)傳統(tǒng)CT掃描儀的射線源、探測(cè)器陣列和視場(chǎng)的幾何形狀的示意圖。
圖8B為圖8A所示視場(chǎng)的一次掃描中，一個(gè)單個(gè)探測(cè)器所獲得的數(shù)據(jù)信號(hào)的示意圖。
圖9A為本發(fā)明的行李掃描儀的一個(gè)實(shí)施例的幾何形狀的示意圖。
圖9B為圖9A所示視場(chǎng)的一次掃描中，一個(gè)單個(gè)探測(cè)器所獲得的數(shù)據(jù)信號(hào)的示意圖。
圖10為一個(gè)三維目標(biāo)物體的三維CT圖像的示意圖。
圖11為沿一個(gè)薄的目標(biāo)物體和一個(gè)厚的目標(biāo)物體的CT圖像表面法線的密度分布圖。
圖12A為一個(gè)薄的目標(biāo)物體的密度衰減距離的條形圖。
圖12B為一個(gè)厚的目標(biāo)物體的密度衰減距離的條形圖。
附圖的詳細(xì)描述圖1，2和3分別示出了根據(jù)本發(fā)明所構(gòu)造的行李掃描系統(tǒng)100的透視圖、端部橫截面視圖和徑向橫截面視圖。該系統(tǒng)提供了增強(qiáng)了的探測(cè)目標(biāo)物體如片狀易爆物)存在的能力，而可以無(wú)論它們的取向如何。該系統(tǒng)還提供了快速和徹底的CT行李掃描，從而使系統(tǒng)能夠以相對(duì)高速和高概率地探測(cè)目標(biāo)物體的方式對(duì)行李包進(jìn)行可靠的掃描。系統(tǒng)100包括一個(gè)輸送系統(tǒng)110，用于沿箭頭114所示方向連續(xù)地輸送行李或箱子112，使之通過CT掃描系統(tǒng)120的中心孔。輸送系統(tǒng)110包括馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的輸送帶，用以支撐行李。圖中，輸送系統(tǒng)110被表示為具有許多單獨(dú)的輸送段122；然而，也可以采用其它形式的輸送系統(tǒng)。CT掃描系統(tǒng)120包括一個(gè)置于一個(gè)機(jī)架支撐125內(nèi)的環(huán)形臺(tái)或盤124，用以繞一個(gè)旋轉(zhuǎn)軸127(如圖3所示)旋轉(zhuǎn)，該旋轉(zhuǎn)軸優(yōu)選為平行于行李112的行進(jìn)方向114。可以通過任何適宜的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)繞旋轉(zhuǎn)軸127驅(qū)動(dòng)盤124，例如，采用一個(gè)帶116和馬達(dá)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)118，或者，可以采用其它適宜的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，如在1995年12月5日授予GilbertMcKenna的題為“X-射線層析攝影掃描系統(tǒng)”(Attorney DocketNo.ANA-30CON)的美國(guó)專利No.5,473,657中所描述的那樣，該專利被轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人，并在這里全部被引入作為參考。轉(zhuǎn)動(dòng)臺(tái)124確定了一個(gè)中心孔126，輸送系統(tǒng)110通過該孔輸送行李112。
系統(tǒng)120包括一個(gè)X-射線管128和一個(gè)探測(cè)器陣列130，探測(cè)器陣列130布置在臺(tái)124中沿直徑方向的相對(duì)兩側(cè)。探測(cè)器陣列130可以是一個(gè)二維陣列，如在題為“用于計(jì)算機(jī)層析X射線攝影掃描系統(tǒng)的區(qū)域探測(cè)器陣列”(Attorney Docket No.ANA-137)的待批美國(guó)專利申請(qǐng)中所描述的那樣，該申請(qǐng)與本申請(qǐng)?jiān)谕蝗仗岢?，并在這里全部被引入作為參考。系統(tǒng)120還包括用以接收和處理由探測(cè)器陣列130所產(chǎn)生的信息的一個(gè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(DAS)134，和一個(gè)X-射線管控制系統(tǒng)136，用以為X-射線管128提供動(dòng)力并控制其操作。系統(tǒng)120還優(yōu)選地具有一計(jì)算機(jī)系統(tǒng)(未示出)，用以處理數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)134輸出的信號(hào)，以及產(chǎn)生用于操作和控制系統(tǒng)120所需的信號(hào)。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)還可包括一個(gè)監(jiān)視器，用以顯示包括所產(chǎn)生的圖像在內(nèi)的信息。既然用于X-射線CT圖像的能量-選擇重構(gòu)的雙重能量X-射線技術(shù)在除了指示物體的密度外還可以指示出其原子序數(shù)方面特別有用，因此，X-射線管控制系統(tǒng)136可以采用雙重能量的X-射線管控制系統(tǒng)，例如在以上引入的美國(guó)專利申請(qǐng)系列No.08/671,202中所描述的雙重能量的X-射線管控制系統(tǒng)，盡管這并不意味著本發(fā)明局限于該類型的控制系統(tǒng)。系統(tǒng)120還包括保護(hù)屏138，該保護(hù)屏可由鉛制成，例如，用以防止放射線在機(jī)架125以外傳播。
在一個(gè)實(shí)施例中，X-射線管128產(chǎn)生一個(gè)金字塔形的X-射線束132(通常被稱為“錐形射束”)，該射束穿過一個(gè)三維圖像場(chǎng)，通過輸送系統(tǒng)110的輸送，使行李112從其中通過。錐形射束132在穿過布置在圖像場(chǎng)中的行李以后被探測(cè)器陣列130所接收，而陣列130又產(chǎn)生表示行李112暴露部分密度的信號(hào)。因此，射束確定了一個(gè)掃描體積空間。臺(tái)124繞其旋轉(zhuǎn)軸127旋轉(zhuǎn)，于是在行李112由輸送系統(tǒng)110連續(xù)地輸送穿過中心孔126時(shí)，使X-射線源128和探測(cè)器陣列130環(huán)繞行李以圓弧形軌跡運(yùn)動(dòng)，從而產(chǎn)生相應(yīng)于多個(gè)投影角的多個(gè)投影。
利用公知的方式，來(lái)自探測(cè)器陣列130的信號(hào)首先被數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)134所采集，并在隨后由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)(未示出)用CT掃描信號(hào)處理技術(shù)進(jìn)行處理。經(jīng)處理的數(shù)據(jù)可在監(jiān)視器上顯示，和/或還可進(jìn)一步由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行分析，以確定可疑物品的存在。例如，所采集的數(shù)據(jù)可以用于確定該數(shù)據(jù)是否意味著有具有片狀易爆物密度(在采用雙重能量系統(tǒng)時(shí)，還包括分子量)的物品存在。如果出現(xiàn)這種數(shù)據(jù)，可以通過適當(dāng)?shù)姆绞较虿僮魅藛T或系統(tǒng)的監(jiān)視器顯示出這樣的物品已被探測(cè)到，例如，可以在一個(gè)監(jiān)視器140的屏幕上顯示出來(lái)，發(fā)出可聽到的或可視的警報(bào)，和/或提供一種自動(dòng)彈出設(shè)備，用以將可疑的行李包從輸送帶上移出，以便作進(jìn)一步的檢查，或使輸送帶停止，從而使可疑的行李包可以被檢查和/或移出。
如上所述，探測(cè)器陣列130可以是二維陣列探測(cè)器，它能夠提供X和Y軸方向的掃描數(shù)據(jù)，以及Z軸方向的掃描數(shù)據(jù)。在每一個(gè)測(cè)量區(qū)間，陣列130的多個(gè)探測(cè)器行從多個(gè)相應(yīng)的投影中產(chǎn)生數(shù)據(jù)，并同時(shí)掃描行李112的一個(gè)體區(qū)域。探測(cè)器行的尺寸和數(shù)目?jī)?yōu)選地選擇為是掃描儀所要求的分辨率和通過量的函數(shù)，而掃描儀所要求的分辨率和通過量反過來(lái)又是旋轉(zhuǎn)臺(tái)124的旋轉(zhuǎn)速率和輸送系統(tǒng)110的速度的函數(shù)。這些參數(shù)優(yōu)選地選擇為在臺(tái)124旋轉(zhuǎn)一整圈所需的時(shí)間內(nèi)，輸送系統(tǒng)110剛好將行李112向前推過，從而在臺(tái)的一次轉(zhuǎn)動(dòng)中，使探測(cè)器陣列130所掃描的體區(qū)域是連續(xù)的，并與臺(tái)的下一次轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)探測(cè)器陣列130所掃描的體區(qū)域不重疊(或部分重疊)。
輸送系統(tǒng)110連續(xù)地(優(yōu)選為恒速)將行李物品112輸送通過CT掃描系統(tǒng)120，同時(shí)臺(tái)124在行李物品通過時(shí)以恒定轉(zhuǎn)速繞行李物品連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。通過這種方式，系統(tǒng)120對(duì)整個(gè)行李物品實(shí)施一螺旋形立體CT掃描。行李掃描裝置100優(yōu)選地至少采用由陣列130所提供的一部分?jǐn)?shù)據(jù)和螺旋重構(gòu)算法，以便在行李物品經(jīng)過系統(tǒng)時(shí)產(chǎn)生整個(gè)行李物品的立體CT圖像。在一個(gè)實(shí)施例中，系統(tǒng)100對(duì)數(shù)據(jù)實(shí)施一種盤旋切片重構(gòu)(NSR)，如在1997年4月10日提出的待批美國(guó)專利申請(qǐng)系列No.08/831,558中所描述的那樣，該申請(qǐng)題為“盤旋切片CT圖像重構(gòu)裝置和方法”(Attorney Docket NO.ANA-118)，并在這里被引入作為參考。因而，系統(tǒng)100對(duì)每個(gè)行李包提供了一個(gè)完整的CT掃描，而不是僅提供行李物品中所選擇部分的CT掃描，而且不需要一個(gè)預(yù)篩選設(shè)備。由于二維探測(cè)器陣列130可使系統(tǒng)在臺(tái)124的每次旋轉(zhuǎn)過程中，同時(shí)掃描每個(gè)行李包中的相對(duì)較多部分的物品，因此系統(tǒng)100還提供了快速掃描功能。
圖4為本發(fā)明的行李掃描系統(tǒng)100的一個(gè)實(shí)施例的機(jī)械/電氣方框圖。掃描儀100的機(jī)架包括兩個(gè)主要部件，即盤124和框架(未示出)。盤124為旋轉(zhuǎn)部件，其載有X-射線裝置、探測(cè)器裝置130、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(DAS)134、高壓電源和監(jiān)視器/控制裝置的一部分、電源裝置和數(shù)據(jù)鏈接裝置。所述框架支撐著整個(gè)系統(tǒng)100，它包括有行李裝卸輸送系統(tǒng)110。盤124通過一個(gè)雙斜接滾珠軸承卡盤機(jī)械連接在框架上。盤124可通過一個(gè)由DC伺服馬達(dá)505驅(qū)動(dòng)的帶子以恒定速率轉(zhuǎn)動(dòng)。機(jī)架還包括位于盤和框架組件上的X-射線保護(hù)屏。
在一個(gè)實(shí)施例中，行李輸送系統(tǒng)110包括一個(gè)以恒定速率驅(qū)動(dòng)的單個(gè)輸送帶，以滿足特定的通過量需要，該通過量的需要在一個(gè)實(shí)施例中，包含每小時(shí)處理675個(gè)行李包的需求。輸送帶可由一個(gè)高扭矩、低速裝置驅(qū)動(dòng)，以便在荷載發(fā)生改變的條件下提供恒定的速度。一種低衰減的石墨碳環(huán)氧樹脂材料可用作X-射線下的輸送器基座部分。輸送器的總長(zhǎng)度應(yīng)設(shè)計(jì)成可容納三個(gè)平均長(zhǎng)度的行李包。環(huán)繞著輸送器設(shè)置一個(gè)通道，以滿足箱式X-射線系統(tǒng)的安全需要。
在一個(gè)實(shí)施例中，208伏、三相、30安培的輸入電能作為可向整個(gè)系統(tǒng)提供的主電源。該輸入電能可由系統(tǒng)所在地的飛機(jī)場(chǎng)提供。電能由構(gòu)架通過一系列的框架電刷輸送，這些框架電刷可以與聯(lián)結(jié)在盤124上的金屬環(huán)形成連續(xù)的緊密接觸。盤124上的低壓電源501為DAS134、X-射線冷卻系統(tǒng)和各種監(jiān)視器/控制計(jì)算機(jī)和電子器件提供電能?？蚣苌系牡蛪弘娫礊橹貥?gòu)計(jì)算機(jī)和各種監(jiān)視器/控制電子器件提供電能。輸送帶馬達(dá)503、機(jī)架馬達(dá)505，高壓電源和X-射線冷卻劑泵的電能可直接由主電源供應(yīng)。
高壓電源為X-射線管128提供電能。電源可在陰極/陽(yáng)極兩端提供雙電壓，其可調(diào)制成540Hz的頻率。驅(qū)動(dòng)波形可為正弦波。該電源還可為X-射線絲提供電能。電源的電流對(duì)于兩種電壓均可保持基本上恒定不變。
X-射線裝置包括一個(gè)雙極、固定陽(yáng)極X-射線管128、一個(gè)熱交換系統(tǒng)507、一個(gè)準(zhǔn)直儀509、保護(hù)屏、X-射線傳感器和一個(gè)調(diào)整/安裝板。準(zhǔn)直儀可提供散布范圍為6°的61°扇形角的錐形射束。熱交換系統(tǒng)507包括一個(gè)泵、輻射器、風(fēng)扇和自來(lái)水管道。熱傳導(dǎo)液體可為高介電油?？捎靡粋€(gè)調(diào)整板將管128連接在盤124上，以減少場(chǎng)地更換時(shí)的復(fù)雜程度和時(shí)間?？梢园ㄒ粋€(gè)X-射線傳感器，以提供X-射線密度反饋。
雙重能量X-射線照射行李，X-射線的一部分穿過并照射到探測(cè)器裝置130上。探測(cè)器裝置130可由閃爍器、光電二極管、安裝襯底、防散射板和一個(gè)機(jī)械安裝柱組成。還可以包括一個(gè)帶有溫度傳感器521的柱加熱器。探測(cè)器裝置130可以進(jìn)行由X-射線轉(zhuǎn)換成可視光子以及接著轉(zhuǎn)換為電流的模擬轉(zhuǎn)換。防散射板可由高原子序數(shù)的材料制成，并與X-射線成一角度，以減少照射到閃爍器上的散射輻射量。閃爍器由足夠厚的鎢酸鎘晶體制成，從而可以幾乎完全吸收所有的X-射線。閃爍器將X-射線轉(zhuǎn)換為可視光子。晶體除底部以外所有側(cè)面都可圍以光學(xué)反射材料。因此，可視光子可由晶體底部穿出。光電二極管可用光學(xué)透明粘合劑粘接在晶體底部。光電二極管發(fā)射出電流，該電流隨著行李包的X-射線的衰減而呈對(duì)數(shù)方式降低。光電二極管可以連接在一個(gè)陶瓷襯底上，襯底的尺寸可設(shè)計(jì)成可以放置數(shù)個(gè)探測(cè)器。該電氣襯底可用導(dǎo)線焊接和用環(huán)氧樹脂連接到一個(gè)帶有與DAS 134相連接的連接器的印刷電路上。每個(gè)探測(cè)器襯底隨后可機(jī)械連接在安裝柱上，該柱在Z方向上具有扇形射束半徑和投影。該柱隨后可剛性緊固在盤124上。
DAS 134可對(duì)探測(cè)器電流采樣，將放大的電壓多路傳輸?shù)揭唤M16位模-數(shù)轉(zhuǎn)換器，并將數(shù)字輸出多路傳輸?shù)椒?接觸的串行數(shù)據(jù)鏈路511中。DAS 134可由盤124的角位置觸發(fā)。
非-接觸鏈路511和513將高速數(shù)字DAS數(shù)據(jù)傳輸?shù)綀D像重構(gòu)處理器515，并將低速監(jiān)視器/控制信號(hào)在盤和框架控制計(jì)算機(jī)之間來(lái)回地進(jìn)行傳輸。數(shù)據(jù)鏈路511可基于一個(gè)RF發(fā)送器和接收器。傳輸協(xié)議可以是能夠傳輸達(dá)350兆位/秒的TAXITM?？刂奇溌?13可基于無(wú)線LAN技術(shù)，它可包括安裝在框架和盤計(jì)算機(jī)中的相類同的PCMCIA插板。插板可具有發(fā)送器和接收器電子器件，并能模擬標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)(Ethernet)卡。于是，為低速監(jiān)視器和控制通訊建立了一個(gè)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)。
對(duì)于不同的高、低能量，圖像重構(gòu)器均將來(lái)自DAS 134的數(shù)字線積分轉(zhuǎn)換成一組行李包切片的二維圖像。可以通過一個(gè)螺旋-錐形-射束解法進(jìn)行CT重構(gòu)。重構(gòu)器可以包括有嵌入軟件、一個(gè)高速DAS出口、一個(gè)數(shù)組處理器、一個(gè)基于DSP的旋轉(zhuǎn)器，一個(gè)基于ASIC的返回投射器、圖像存儲(chǔ)器、UART控制接口、和一個(gè)用于圖像數(shù)據(jù)的SCSI輸出接口。數(shù)組處理器可以進(jìn)行數(shù)據(jù)修正和內(nèi)插。重構(gòu)器可以是自主機(jī)型的，并可以將經(jīng)由UART接口接收到的基于行李包信息的圖像向框架計(jì)算機(jī)傳輸。
監(jiān)視器和控制系統(tǒng)可以是基于PC的嵌入式控制系統(tǒng)。所有子系統(tǒng)都被監(jiān)控，以取得關(guān)鍵的狀態(tài)信息。該系統(tǒng)還可控制運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)，可檢測(cè)行李信息，可控制環(huán)境(例如溫度、濕度等)，可檢測(cè)盤124的角位置和啟動(dòng)DAS和HVPS。該系統(tǒng)還可具有一個(gè)可視信號(hào)和鍵盤接口，以用于工程診斷和控制。另外，還可以包括一個(gè)用于現(xiàn)場(chǎng)使用的控制面板。
本發(fā)明的CT行李掃描儀具有可使圖像重構(gòu)窗口適應(yīng)于待掃描行李包的能力，以提高系統(tǒng)的行李通過量。在重構(gòu)行李包圖像之前，本發(fā)明的系統(tǒng)能夠識(shí)別出需重構(gòu)以產(chǎn)生目標(biāo)物體圖像的像素以及不需要重構(gòu)的像素。重構(gòu)的像素為與正在掃描中的行李包的密度相關(guān)的那些像素。與行李包無(wú)關(guān)的像素不予重構(gòu)，并被有效地剔除。剔除掉的像素包括輸送帶下面區(qū)域的像素，以及行李包附近和上面的像素。通過從重構(gòu)處理中略去相當(dāng)數(shù)量的像素，處理的時(shí)間減少了，其結(jié)果是，行李的通過量增加了。
圖5為掃描儀視場(chǎng)350的示意圖，用以說明本發(fā)明的自適應(yīng)重構(gòu)窗口。所示視場(chǎng)350包括有輸送帶110，其上放置有一個(gè)高為h、寬為w的行李包112。視場(chǎng)中還包括輸送帶110下面的區(qū)域351、行李包112上面的區(qū)域352和行李包112的相對(duì)側(cè)面區(qū)域353。這些區(qū)域351，352和353由本發(fā)明的系統(tǒng)所掃描，并從中采集到掃描數(shù)據(jù)。然而，既然行李包112并不在這些區(qū)域內(nèi)，這些區(qū)域的圖像像素對(duì)涉及行李包的信息沒有貢獻(xiàn)，因而，它們?cè)谛欣畎膱D像重構(gòu)處理中被剔除。
圖6為疊加在x，y笛卡爾坐標(biāo)系統(tǒng)上的本發(fā)明的行李掃描儀視場(chǎng)的圖形表示。正被掃描的行李包112的圖像可看作由一個(gè)矩形像素陣列357所產(chǎn)生。行李包可被看作具有N個(gè)像素寬和M個(gè)像素高，每個(gè)像素具有相等的高和寬的尺寸p(通常按毫米計(jì))。因此，行李包112的寬w可由w＝Np給出，行李包112的高h(yuǎn)可由h＝Mp給出。通過確定被掃描的行李包的實(shí)際高和寬，需重構(gòu)的像素357的數(shù)目可通過N×M算出。需重構(gòu)的像素的位置也可由將行李包的中心放置在坐標(biāo)x0，y0處而被確定。
通過定位行李包112的邊界，可以確定高h(yuǎn)，寬w和x0，y0。如圖6所示，行李包的底和頂分別由坐標(biāo)y1和y2給出，行李包的左和右邊分別由坐標(biāo)x1和x2給出。中心354由x0，y0標(biāo)出，其中x0＝(x2-x1)/2和y0＝(y2-y1)/2。高h(yuǎn)由h＝y(tǒng)2-y1給出，而寬w由w＝x2-x1給出。像素列數(shù)N和像素行數(shù)M可利用已知的像素尺寸p分別由寬w和高h(yuǎn)確定。
根據(jù)所確定的行李包的高，寬和位置，總的像素?cái)?shù)目N×M將如上所述地算出。在一個(gè)實(shí)施例中，總的數(shù)目的像素被重構(gòu)，以產(chǎn)生一個(gè)行李包的圖像。在另一個(gè)實(shí)施例中，為保證可接收和可控制的行李包通過量，像素的重構(gòu)被限制在一個(gè)預(yù)定的最大數(shù)目的重構(gòu)像素中。系統(tǒng)所需的行李包通過量被用于確定每個(gè)行李包的最大重構(gòu)像素?cái)?shù)目。在一個(gè)實(shí)施例中，該最大像素?cái)?shù)目設(shè)定為25,000。重構(gòu)行李包圖像所需的總的像素?cái)?shù)目N×M與所預(yù)設(shè)的像素極限相比較。如果N×M小于該極限，則N×M個(gè)像素被重構(gòu)。然而，如果N×M超過該極限，則將重構(gòu)該特殊行李包的窗口調(diào)整為符合該極限的最優(yōu)重構(gòu)窗口。
如上所述，由掃描儀視場(chǎng)內(nèi)的行李包的邊界位置導(dǎo)出高、寬、中心位置和像素尺寸N和M。邊界的確定可以采用若干種可能方法中的任何一種。在一個(gè)實(shí)施例中，分析掃描數(shù)據(jù)本身，以確定邊界位置x1，x2，y1，y2。這可以通過檢查由掃描數(shù)據(jù)產(chǎn)生的平行投影數(shù)據(jù)的方式實(shí)現(xiàn)。在另一個(gè)實(shí)施例中，掃描機(jī)上的一個(gè)分立傳感器被用來(lái)探測(cè)行李包的邊界。
圖7為本發(fā)明的行李掃描系統(tǒng)100的一個(gè)實(shí)施例的簡(jiǎn)化方框圖，其中使用了用以確定行李包邊界的分立傳感器。圖7所示的系統(tǒng)100包括有CT掃描儀120，以及承載著行李包112通過掃描儀120的輸送帶系統(tǒng)110。采用了一個(gè)或多個(gè)可安裝在掃描儀120上的傳感器360，用以在行李包112進(jìn)入掃描儀120時(shí)檢測(cè)其邊界。傳感器360可包括一個(gè)或多個(gè)激光器和光接收器，以探測(cè)邊界?；蛘?，傳感器360可包括紅外探測(cè)器和/或發(fā)光二極管與光探測(cè)器的組合，以檢測(cè)邊界。另外，傳感器360可包括高頻超聲轉(zhuǎn)換器，作為邊界探測(cè)器來(lái)檢測(cè)行李包112的邊界。
傳感器的輸出被輸送到處理輸出量的傳感器輸出處理電路370中，以確定出行李包的邊界。掃描儀120中探測(cè)器所產(chǎn)生的探測(cè)器信號(hào)被送到數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(DAS)134中，該數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(DAS)134對(duì)探測(cè)器的輸出進(jìn)行處理，并產(chǎn)生相應(yīng)的信號(hào)，同時(shí)將其輸送到一個(gè)處理系統(tǒng)364中。處理系統(tǒng)364還接收來(lái)自識(shí)別行李包邊界的傳感器處理電路370的輸出。處理系統(tǒng)364從探測(cè)器數(shù)據(jù)中產(chǎn)生圖形數(shù)據(jù)，以產(chǎn)生行李包112的圖像。
本發(fā)明的CT行李掃描系統(tǒng)還提供了校準(zhǔn)系統(tǒng)的功能，使得其能夠?qū)Σ煌奶綔y(cè)器響應(yīng)的變化作出補(bǔ)償。該校準(zhǔn)是通過對(duì)系統(tǒng)的視場(chǎng)進(jìn)行一次校準(zhǔn)或“空”掃描而實(shí)現(xiàn)的。在一個(gè)傳統(tǒng)的醫(yī)用CT系統(tǒng)中，進(jìn)行空掃描時(shí)，所有的障礙物，如患者使用的臺(tái)子，都從視場(chǎng)中移開。隨后進(jìn)行一次視場(chǎng)的完整掃描，并對(duì)探測(cè)器采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。在行李掃描儀中，如本發(fā)明的掃描儀中，視場(chǎng)中的障礙物(如輸送帶系統(tǒng))是不容易移動(dòng)以進(jìn)行空掃描的。本發(fā)明的系統(tǒng)允許在視場(chǎng)中不移去障礙物的情況下進(jìn)行空掃描。
圖8A和8B示出了傳統(tǒng)的空掃描過程。圖8A示意性示出了傳統(tǒng)的CT掃描儀的布局。掃描儀包括一個(gè)源204和探測(cè)器陣列202，它們同時(shí)繞一個(gè)旋轉(zhuǎn)中心203沿箭頭206所示的逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)。源204和探測(cè)器陣列202可以看作是繞旋轉(zhuǎn)中心轉(zhuǎn)過一系列的視域v。在每個(gè)視域v上，采集到相應(yīng)于陣列202中的探測(cè)器的一系列樣本s。通常，視場(chǎng)包括一個(gè)圓形窗口200，該窗口對(duì)于來(lái)自源204的X-射線是半透明的。
圖8B為由一個(gè)單個(gè)探測(cè)器或樣本s所獲得的整個(gè)視域v范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)信號(hào)的示意圖。如圖所示，由于從視場(chǎng)中移去了障礙物，以及由于窗口200是圓形的，從而在整個(gè)視域上呈現(xiàn)出恒定的密度，概括地說，每個(gè)探測(cè)器在所有視域上所接收到的數(shù)據(jù)信號(hào)為一常量。在一個(gè)傳統(tǒng)的空掃描中，陣列202中的每個(gè)探測(cè)器得到一個(gè)如圖8B所示的數(shù)據(jù)組。為每個(gè)探測(cè)器計(jì)算出一個(gè)校準(zhǔn)因子，從而當(dāng)將這些因子應(yīng)用在探測(cè)器上時(shí)，其響應(yīng)是等同的。在該理想情況下，由于每個(gè)探測(cè)器的數(shù)據(jù)信號(hào)不隨視域而變，因此，計(jì)算出來(lái)的每個(gè)探測(cè)器的校準(zhǔn)因子是與視域無(wú)關(guān)的。即，施加在由一個(gè)探測(cè)器所采集的數(shù)據(jù)上的校準(zhǔn)因子在探測(cè)器采集數(shù)據(jù)的每個(gè)視域上是相同的。其結(jié)果是，每個(gè)探測(cè)器僅與一個(gè)獨(dú)立的校準(zhǔn)因子有關(guān)。然而，實(shí)際上，探測(cè)器的響應(yīng)并不是精確地與視域無(wú)關(guān)。由于引力和其它效應(yīng)的影響，圖8B中繪出的線實(shí)際上并不是平的。因而，校準(zhǔn)因子是與視域有關(guān)的。因此，對(duì)于每個(gè)探測(cè)器，需計(jì)算出每個(gè)視域的校準(zhǔn)因子，從而需要一個(gè)大的校準(zhǔn)表，這需要耗費(fèi)相當(dāng)大的存儲(chǔ)空間。
圖9A示意性地示出了本發(fā)明的行李掃描系統(tǒng)100的掃描布局。如圖9A所示，其布局與圖8A所示的傳統(tǒng)布局不同。在行李掃描儀100中，輸送帶系統(tǒng)110位于視場(chǎng)內(nèi)，并在空校準(zhǔn)掃描時(shí)保留為視場(chǎng)內(nèi)的一個(gè)障礙物。另外，機(jī)器孔126也不是傳統(tǒng)機(jī)器中的圓形孔。與傳統(tǒng)掃描系統(tǒng)中的圓形窗口200相對(duì)照，本發(fā)明的機(jī)器還可包括一個(gè)非圓形的窗口220。這些因素結(jié)合在一起，在一次空掃描過程中產(chǎn)生一個(gè)依賴于視域的探測(cè)器響應(yīng)，其結(jié)果如圖9B所示，其中，示出了在本發(fā)明的行李掃描儀的視場(chǎng)內(nèi)進(jìn)行一次空校準(zhǔn)掃描時(shí)，由一個(gè)單個(gè)探測(cè)器或樣本s在所有視域v上所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信號(hào)曲線?？梢岳斫猓瑘D9B所示的曲線形狀僅僅表示了一個(gè)不平坦的依賴于視域的探測(cè)器響應(yīng)，它并不精確地表示任一探測(cè)器的實(shí)際響應(yīng)。
為進(jìn)行有效的空校準(zhǔn)掃描，希望僅使用那些射線不穿過障礙物的視域。在本發(fā)明中，對(duì)圖9B所示的關(guān)于每個(gè)探測(cè)器的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并選擇出未被障礙物阻擋的射線數(shù)據(jù)，以用于計(jì)算出探測(cè)器的校準(zhǔn)調(diào)整值。在一個(gè)實(shí)施例中，這是通過設(shè)置一個(gè)探測(cè)器信號(hào)閾值T，并根據(jù)數(shù)據(jù)值相對(duì)于T跌落的位置對(duì)數(shù)據(jù)值進(jìn)行處理。閾值T可以這樣設(shè)置，以使得高于閾值T的數(shù)據(jù)值可以被認(rèn)為是由穿過視場(chǎng)的未受阻射線產(chǎn)生的。隨后，可以僅僅利用那些超過閾值T的數(shù)據(jù)值來(lái)計(jì)算校準(zhǔn)因子。
例如，如圖9B所示，兩個(gè)視域223和225范圍內(nèi)所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)值超出閾值T。這些視域被認(rèn)為是由未受阻的射線穿過給定探測(cè)器樣本s的視場(chǎng)所產(chǎn)生的。因此，僅僅利用這兩個(gè)視域范圍內(nèi)所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)值來(lái)計(jì)算該探測(cè)器的校準(zhǔn)因子。在一個(gè)實(shí)施例中，對(duì)高于閾值T的數(shù)據(jù)值取平均值，且用該平均值確定該探測(cè)器或樣本s的校準(zhǔn)因子。這將導(dǎo)致為該探測(cè)器確定一個(gè)單一校準(zhǔn)因子，而且該單一校準(zhǔn)因子可用于該探測(cè)器在所有視域上采集到的所有數(shù)據(jù)。也就是說，校準(zhǔn)與視域無(wú)關(guān)。
因此，盡管由于視場(chǎng)中障礙物的存在，探測(cè)器的響應(yīng)與視域有關(guān)，但是，由于本發(fā)明將受阻視域和未受阻視域區(qū)別開來(lái)，其結(jié)果是，為探測(cè)器產(chǎn)生一個(gè)與視域無(wú)關(guān)的校準(zhǔn)因子。這在存儲(chǔ)校準(zhǔn)因子和在隨后掃描實(shí)際目標(biāo)物體時(shí)調(diào)整數(shù)據(jù)值方面，節(jié)省了大量存儲(chǔ)空間和計(jì)算時(shí)間。
在實(shí)際掃描中，掃描數(shù)據(jù)被標(biāo)準(zhǔn)化，以得出在空校準(zhǔn)掃描情況下為每個(gè)探測(cè)器所計(jì)算的校準(zhǔn)因子。對(duì)于每個(gè)視域和樣本的每個(gè)投影，可根據(jù)PVS＝ln(AVS/DVS)計(jì)算出標(biāo)準(zhǔn)化的值，其中，PVS為在特定的視域v和探測(cè)器樣本s時(shí)的投影數(shù)據(jù)，AVS為在視域v和樣本s上校準(zhǔn)時(shí)所得到的校準(zhǔn)因子，DVS為在視域v上由探測(cè)器樣本s所采集的實(shí)際數(shù)據(jù)。應(yīng)予指出的是，如上所述，在一個(gè)實(shí)施例中，在所有的視域v上AVS是相同的。
閾值T可以用多種不同的方法進(jìn)行計(jì)算。在一種方法中，最大數(shù)據(jù)值(在圖9B中用參考標(biāo)號(hào)227表示)可乘以一常數(shù)因子，以計(jì)算出閾值T。優(yōu)選地，該因子是略小于1的分?jǐn)?shù)，例如0.95。選擇這樣一個(gè)相對(duì)高的閾值提供了一種高的可信度，即，在計(jì)算校準(zhǔn)因子時(shí)，僅使用那些與未受阻射線有關(guān)的數(shù)據(jù)值。
本發(fā)明還包括在目標(biāo)物體的三維CT圖形數(shù)據(jù)中，檢測(cè)目標(biāo)物體(特別是片狀目標(biāo)物體)形狀的裝置和方法。假定目標(biāo)物體為邊界或一個(gè)外表面所確定，同時(shí)圖像中的每個(gè)像素代表了目標(biāo)物體在該像素上的密度。圖10為一個(gè)目標(biāo)物體300的三維CT圖像的示意圖。為便于說明，目標(biāo)物體300以二維形式示出。然而，應(yīng)該理解，本發(fā)明適用于三維目標(biāo)物體。
根據(jù)本發(fā)明，沿目標(biāo)物體300表面對(duì)一系列的點(diǎn)302進(jìn)行識(shí)別和分析。給定三維空間內(nèi)確定該表面的像素，采用如計(jì)算該表面梯度的方法可以在任何給定位置上確定出一個(gè)表面法線矢量N。在每個(gè)點(diǎn)302處，可確定出一個(gè)表面法線矢量N。對(duì)于每個(gè)法線矢量N，一個(gè)法向線304投射回目標(biāo)物體300中。隨后可以確定出沿著法向線304的一系列點(diǎn)306，同時(shí)，一個(gè)來(lái)自目標(biāo)物體CT數(shù)據(jù)的密度值被賦予每個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)306。為沿法向線304在每個(gè)點(diǎn)306處確定出密度，可在像素值之間插入內(nèi)插值。設(shè)定一個(gè)最大厚度TMAX，以確定沿著法向線304的最大距離，該法向線上的數(shù)據(jù)點(diǎn)306將被計(jì)算。最大厚度TMAX應(yīng)選擇為大于片狀物的預(yù)期最大厚度。
確定并分析出沿著法向線304的各點(diǎn)306的密度分布。圖11為沿著法向線304的數(shù)據(jù)點(diǎn)306在兩種情況下的樣本分布。在一種分布中(以310表示)，進(jìn)入目標(biāo)物體300向外并超出最大厚度TMAX，密度ρ相對(duì)為一常量。在用312表示的分布中，密度函數(shù)在一定距離TR處衰減。該衰減距離TR表示目標(biāo)物體300相應(yīng)于表面法向線304處的厚度。因此，在該特定的表面法線N處，目標(biāo)物體300相對(duì)較薄。在沒有衰減的地方，如曲線310所示，目標(biāo)物體在相應(yīng)的點(diǎn)302處相對(duì)較厚。事實(shí)上，其至少和預(yù)先設(shè)定的最大厚度TMAX一樣厚。
沿目標(biāo)物體300表面上許多位置302重復(fù)這一步驟，并對(duì)如圖11所示的分布進(jìn)行分析，從而賦予每個(gè)表面法線N以一TR值。TR值可以是沿著曲線，密度發(fā)生衰減時(shí)的點(diǎn)的對(duì)應(yīng)值，如圖11所示?；蛘?，TR值可以按關(guān)于表面法線N的曲線312的平均值進(jìn)行計(jì)算。在分布不發(fā)生衰減時(shí)，如曲線310所示，TR可設(shè)為最大厚度TMAX。
隨后，即可產(chǎn)生關(guān)于所有TR值的條形(統(tǒng)計(jì)分布)圖，例如，如圖12A和12B所示。圖12A示出一個(gè)條形圖，其中，目標(biāo)物體300可確認(rèn)為一片狀物。在該例子中，TMAX設(shè)定為10mm，而條形圖中的峰值發(fā)生在約4mm處。這表明沿表面的各點(diǎn)302中，大部分點(diǎn)的衰減值TR是在4mm處。由于大部分的厚度基本上低于最大值TMAX，從而可以得出目標(biāo)物體300為一個(gè)片狀物的結(jié)論。
為分析該條形圖，可設(shè)定一個(gè)閾值T。如果曲線的峰值超過該閾值，如圖12A所示，那么即可斷定該峰值指示出一個(gè)片狀物，該片狀物沿著水平軸在峰值處具有例如4mm的厚度。曲線在TMAX(10mm)處的微小升起，表明相當(dāng)數(shù)量的測(cè)量位置處其厚度超出最大厚度TMAX。這主要是由于沿著片狀物的薄的邊緣測(cè)量，從而趨向于指示出延伸到目標(biāo)物體縱深處的高密度。但是，從統(tǒng)計(jì)上看，在4mm處的峰值遠(yuǎn)高于10mm處的升起，從而，指示了一個(gè)片狀物。
圖12B表示在目標(biāo)物體300不是片狀物的情況下所產(chǎn)生的條形圖。如圖12B所示，在最大厚度TMAX(10mm)處條形圖出現(xiàn)一個(gè)峰值，它表示測(cè)量結(jié)果的大部分顯示了一個(gè)超過預(yù)期的片狀物最大厚度的厚度。因此，可以斷定，目標(biāo)物體300不是片狀物。截去TMAX處的分布的方法，降低了處理時(shí)間，并消除了相應(yīng)于沿片狀物邊緣的表面法線進(jìn)行計(jì)算的問題。
在一個(gè)實(shí)施例中，統(tǒng)計(jì)分析可以在一個(gè)處理器上自動(dòng)進(jìn)行?？梢宰詣?dòng)地在條形圖上搜索峰值。通過與一個(gè)已有數(shù)據(jù)集合或數(shù)據(jù)庫(kù)相比較，利用峰值的位置和形狀，即可確定出目標(biāo)物體是否為一個(gè)片狀物。
本發(fā)明的CT掃描系統(tǒng)還具有補(bǔ)償依賴于溫度的“無(wú)照電流”探測(cè)器的偏離電流(或簡(jiǎn)言之“偏離”)的能力。無(wú)照電流是在X-射線源關(guān)閉，即在探測(cè)器未接收到X-射線時(shí)由探測(cè)器產(chǎn)生的電流。在通常的目標(biāo)物體掃描中，這一殘留或無(wú)信號(hào)電流引起所獲得的掃描數(shù)據(jù)的誤差。無(wú)照電流除導(dǎo)致誤差外，還依賴于溫度(隨溫度變化)，并且在探測(cè)器之間各不相同?？梢哉{(diào)整對(duì)無(wú)照電流偏離的補(bǔ)償，從而減少其不精確性。
在本發(fā)明中，可以為每個(gè)探測(cè)器計(jì)算出依賴于溫度的偏離(值)。在一個(gè)實(shí)施例中，在實(shí)際掃描之前，進(jìn)行一種校準(zhǔn)操作，以表征出偏離對(duì)溫度的依賴。在校準(zhǔn)操作中，在探測(cè)器溫度循環(huán)變化的同時(shí)，測(cè)量探測(cè)器發(fā)出的電流。得到許多探測(cè)器的許多數(shù)據(jù)點(diǎn)，即偏離(值)與溫度的關(guān)系。在一個(gè)實(shí)施例中，得到每個(gè)探測(cè)器的數(shù)據(jù)點(diǎn)。在另一個(gè)實(shí)施例中，僅使用了所有探測(cè)器數(shù)據(jù)點(diǎn)的一個(gè)子集。隨后，這些偏離(值)的平均值被用于每個(gè)探測(cè)器中。
在得到依賴于溫度的表征后，即可進(jìn)行實(shí)際的掃描過程。在探測(cè)器附近配置溫度傳感器，以在進(jìn)行掃描時(shí)檢測(cè)探測(cè)器的溫度。將當(dāng)前溫度與儲(chǔ)存的溫度依賴函數(shù)相比較，以得出施加在從掃描探測(cè)器中得到的數(shù)據(jù)上的偏離(值)。在一個(gè)實(shí)施例中，在X-射線源關(guān)閉的情況下，在行李包之間進(jìn)行周期性的掃描。這些周期性的無(wú)照電流掃描是在已知的溫度T1下進(jìn)行的。隨后，在進(jìn)行實(shí)際掃描時(shí)，檢測(cè)到溫度T2。將無(wú)照電流掃描溫度T1與當(dāng)前掃描溫度T2之差應(yīng)用在校準(zhǔn)操作時(shí)所得到的存儲(chǔ)起來(lái)的溫度依賴函數(shù)上，以確定出應(yīng)用于探測(cè)器數(shù)據(jù)上的適當(dāng)偏離(值)。
為解釋本發(fā)明的溫度依賴偏離函數(shù)，令x為所分析的一個(gè)單獨(dú)通道的溫度依賴偏離。偏離對(duì)溫度的依賴可由下述泰勒級(jí)數(shù)展開式給出x(T)≈α0+α1T+α2T2， (1)其中T為通道的溫度，αi，I＝0，1，2，為常數(shù)。
αi的值利用校準(zhǔn)操作確定。偏離的溫度依賴校準(zhǔn)不是經(jīng)常需要的，或許僅僅一年一次，或者是在替換一個(gè)失效的探測(cè)器的時(shí)候財(cái)需要進(jìn)行。校準(zhǔn)時(shí)，探測(cè)器的溫度發(fā)生變化，從而在代表了掃描儀典型操作范圍內(nèi)的許多溫度下進(jìn)行偏離量的測(cè)量。令xi為在溫度Ti時(shí)測(cè)量到的偏離，其中I＝0，1，…，N-1，N為測(cè)量次數(shù)。N的典型值為5。αi的值利用如下的最小二乘誤差估算令C為αi的矩陣，如C=α0α1α2---(2)]]>矩陣C可由C＝A-1B(3)求出，其中A=<xi,1><xi,Ti><xi,Ti2>---(4)]]>和B=<1,1><Ti,1><Ti2,1><1,1><Ti,Ti><Ti2,Ti><1,1><Ti,Ti2><Ti2,Ti2>---(5)]]>其中<αi,βi>=Σi=0N-1αiβi-----(6)]]>在掃描儀工作過程中，探測(cè)器的偏離是周期性地測(cè)量的。在通常操作情況下，每小時(shí)一次地進(jìn)行偏離測(cè)量。令T1為測(cè)量偏離時(shí)的溫度。并令x(T1)為該第一個(gè)溫度時(shí)的偏離。在掃描過程中一定時(shí)間后，探測(cè)器的溫度將為T2。在該第二溫度下的偏離值x(T2)，可由式(1)求出，即x(T2)≈x(T1)+α1(T2-T1)+α2(T22-T12)(7)
實(shí)際上，在具有D個(gè)探測(cè)器的情況下，僅對(duì)探測(cè)器總數(shù)D的一個(gè)小的子集進(jìn)行探測(cè)器溫度的測(cè)量。令N為溫度讀數(shù)的個(gè)數(shù)，通常其值為5。溫度讀數(shù)由溫度傳感器測(cè)得，例如，如圖4中所示的5個(gè)溫度傳感器521。令di為進(jìn)行溫度測(cè)量的探測(cè)器，其中I＝0，1，...，N-1，此外，其中N為溫度讀數(shù)的個(gè)數(shù)。令Tdi為在探測(cè)器di處測(cè)量所得的溫度。探測(cè)器j處的溫度Tj(其中j＝0，1，...，D-1)可通過N個(gè)讀數(shù)進(jìn)行二次多項(xiàng)式估算。溫度關(guān)系式的參數(shù)形式為Tj＝β0+β1j+β2j2， (8)其中βi為常數(shù)，其可由以下最小二乘誤差計(jì)算求得令F=β0β1β2---(9)]]>矩陣F可由下式求出F＝D-1E (10)其中D=<Tdi,1><Tdi,di><Tdi,di2>---(11)]]>和E=<1,1><di,1><di2,1><1,di><di,di><di2,di><1,di2><di,di2><di2,di2>---(12)]]>探測(cè)器di的溫度可以利用熱電偶和電阻溫度探測(cè)器(RTD)測(cè)量。
雖然已參照其優(yōu)選實(shí)施例特別顯示和描述了本發(fā)明，但本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該了解，可以在形式上和細(xì)節(jié)上作出各種改變，而不脫離由下述權(quán)利要求所定義的本發(fā)明的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種校準(zhǔn)計(jì)算機(jī)X-射線層析攝影(CT)掃描系統(tǒng)的方法，所述CT掃描系統(tǒng)包括一個(gè)射線源和一個(gè)探測(cè)器陣列，該探測(cè)器陣列用以接收穿過CT掃描系統(tǒng)視場(chǎng)的射線，并產(chǎn)生與探測(cè)器所接收到的射線相關(guān)的信號(hào)，所述信號(hào)用以產(chǎn)生關(guān)于視場(chǎng)掃描的掃描數(shù)據(jù)，所述方法包括進(jìn)行視場(chǎng)的校準(zhǔn)掃描，以為探測(cè)器陣列中的每個(gè)探測(cè)器產(chǎn)生校準(zhǔn)掃描數(shù)據(jù)；為校準(zhǔn)掃描數(shù)據(jù)設(shè)定一個(gè)校準(zhǔn)閾值；對(duì)于每個(gè)探測(cè)器，選擇超過校準(zhǔn)閾值的校準(zhǔn)掃描數(shù)據(jù)值；和利用所選擇的校準(zhǔn)掃描數(shù)據(jù)值計(jì)算每個(gè)探測(cè)器的探測(cè)器校準(zhǔn)值，所述探測(cè)器校準(zhǔn)值在隨后的掃描中用于校準(zhǔn)探測(cè)器所采集的掃描數(shù)據(jù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，視場(chǎng)的校準(zhǔn)掃描是在視場(chǎng)內(nèi)有一個(gè)障礙物的情況下進(jìn)行的。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述障礙物包括移動(dòng)目標(biāo)物體使之通過CT掃描系統(tǒng)的輸送機(jī)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，為陣列中的每個(gè)探測(cè)器設(shè)定一個(gè)校準(zhǔn)閾值。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，校準(zhǔn)閾值的設(shè)定應(yīng)使所選擇的校準(zhǔn)掃描數(shù)據(jù)值與未受阻地穿過視場(chǎng)的射線相關(guān)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，為每個(gè)探測(cè)器計(jì)算探測(cè)器校準(zhǔn)值的步驟包括對(duì)為每個(gè)探測(cè)器選擇的校準(zhǔn)掃描數(shù)據(jù)值取平均值。
7.一種計(jì)算機(jī)X-射線層析攝影(CT)掃描系統(tǒng)，包括一個(gè)射線源，用以使射線照射穿過CT掃描系統(tǒng)的視場(chǎng)；一個(gè)探測(cè)器陣列，用以接收所述射線，并產(chǎn)生與探測(cè)器所接收到的射線相關(guān)的信號(hào)，所述信號(hào)用以產(chǎn)生視場(chǎng)掃描時(shí)的掃描數(shù)據(jù)；用于進(jìn)行視場(chǎng)校準(zhǔn)掃描的裝置，以為探測(cè)器陣列中的每個(gè)探測(cè)器產(chǎn)生校準(zhǔn)掃描數(shù)據(jù)；為校準(zhǔn)掃描數(shù)據(jù)設(shè)定校準(zhǔn)閾值的裝置；為每個(gè)探測(cè)器選擇超過校準(zhǔn)閾值的校準(zhǔn)掃描數(shù)據(jù)值的裝置；和利用所選擇的校準(zhǔn)掃描數(shù)據(jù)值為每個(gè)探測(cè)器計(jì)算探測(cè)器校準(zhǔn)值的裝置，所述的探測(cè)器校準(zhǔn)值在隨后的掃描中用以校準(zhǔn)探測(cè)器所采集到的掃描數(shù)據(jù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的CT掃描系統(tǒng)，其特征在于，視場(chǎng)的校準(zhǔn)掃描是在視場(chǎng)中具有一個(gè)障礙物的情況下進(jìn)行的。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的CT掃描系統(tǒng)，其特征在于，障礙物包括用于移動(dòng)目標(biāo)物體使之通過CT掃描系統(tǒng)的輸送機(jī)。
10根據(jù)權(quán)利要求7所述的CT掃描系統(tǒng)，其特征在于，為陣列中的每個(gè)探測(cè)器設(shè)定一個(gè)校準(zhǔn)閾值。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的CT掃描系統(tǒng)，其特征在于，校準(zhǔn)閾值的設(shè)定應(yīng)使所選擇的校準(zhǔn)掃描數(shù)據(jù)值與未受阻地穿過視場(chǎng)的射線相關(guān)。
12.根據(jù)權(quán)利要求7所述的CT掃描系統(tǒng)，其特征在于，用于為每個(gè)探測(cè)器計(jì)算探測(cè)器校準(zhǔn)值的裝置包括對(duì)該探測(cè)器所選擇的校準(zhǔn)掃描數(shù)據(jù)值取平均值的裝置。
13.在一種CT掃描系統(tǒng)中，具有一個(gè)射線源，用于放射出穿過一個(gè)區(qū)域的射線，以及一個(gè)探測(cè)器陣列，用以接收在掃描該區(qū)域時(shí)來(lái)自該區(qū)域的射線，并產(chǎn)生代表所接收的射線的探測(cè)器信號(hào)，一種補(bǔ)償由探測(cè)器產(chǎn)生并與探測(cè)器所接收的射線無(wú)關(guān)的電流的方法，所述的方法包括改變探測(cè)器的溫度；測(cè)量在探測(cè)器溫度變化過程中探測(cè)器所產(chǎn)生的電流；表征出電流隨溫度的變化情況；利用電流隨溫度的變化，產(chǎn)生一組探測(cè)器偏離信號(hào)，以在掃描該區(qū)域時(shí)應(yīng)用在所產(chǎn)生的探測(cè)器信號(hào)上；掃描該區(qū)域，以產(chǎn)生探測(cè)器信號(hào)；檢測(cè)探測(cè)器的溫度；和將相應(yīng)于檢測(cè)溫度的探測(cè)器偏離信號(hào)施加在探測(cè)器信號(hào)上，以對(duì)電流進(jìn)行補(bǔ)償。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，探測(cè)器陣列中的每個(gè)探測(cè)器被賦予一個(gè)相應(yīng)的偏離信號(hào)。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，表征電流隨溫度的變化包括將所述變化擬合到一參數(shù)方程中。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，表征電流隨溫度的變化包括利用探測(cè)器偏離信號(hào)產(chǎn)生一種最小二乘法估算。
17.一種CT掃描系統(tǒng)，包括一個(gè)射線源，用以使射線穿過一個(gè)區(qū)域；一個(gè)探測(cè)器陣列，用以接收在掃描該區(qū)域時(shí)來(lái)自該區(qū)域的射線，并產(chǎn)生代表所接收的射線的探測(cè)器信號(hào)；和用于補(bǔ)償由探測(cè)器產(chǎn)生并與探測(cè)器所接收的射線無(wú)關(guān)的電流的裝置，所述的用于補(bǔ)償電流的裝置包括改變探測(cè)器溫度的裝置；測(cè)量在探測(cè)器溫度改變時(shí)所產(chǎn)生的電流的裝置；表征出電流隨溫度改變的裝置；利用電流隨溫度的變化產(chǎn)生一組探測(cè)器偏離信號(hào)的裝置；掃描該區(qū)域以產(chǎn)生探測(cè)器信號(hào)的裝置；檢測(cè)探測(cè)器溫度的裝置；和將相應(yīng)于所測(cè)溫度的探測(cè)器偏離信號(hào)施加于探測(cè)器信號(hào)中，以對(duì)電流進(jìn)行補(bǔ)償?shù)难b置。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的CT掃描系統(tǒng)，其特征在于，探測(cè)器陣列中的每個(gè)探測(cè)器被賦予一個(gè)相應(yīng)的偏離信號(hào)。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的CT掃描系統(tǒng)，其特征在于，用于表征電流隨溫度變化的裝置包括將所述變化擬合到一參數(shù)方程中的裝置。
20.根據(jù)權(quán)利要求17所述的CT掃描系統(tǒng)，其特征在于，用于表征電流隨溫度變化的裝置包括利用探測(cè)器偏離信號(hào)產(chǎn)生一最小二乘估算的裝置。
21.在三維圖像空間的一個(gè)目標(biāo)物體CT圖像數(shù)據(jù)中探測(cè)一個(gè)目標(biāo)物體的方法，包括在沿著目標(biāo)物體表面的許多點(diǎn)上，計(jì)算出垂直于目標(biāo)物體表面并延伸進(jìn)入目標(biāo)物體中的法線；在沿著每個(gè)進(jìn)入目標(biāo)物體的法線上的許多點(diǎn)上，由CT圖像數(shù)據(jù)確定出目標(biāo)物體的密度；和利用沿著每個(gè)法線的密度，產(chǎn)生代表目標(biāo)物體在每個(gè)法線處的厚度讀數(shù)。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于，還包括產(chǎn)生與每個(gè)法線相關(guān)的厚度分布數(shù)據(jù)；和對(duì)分布數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，以確定出目標(biāo)物體的形狀。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于，對(duì)分布數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，以確定出目標(biāo)物體是否為片狀物。
24.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于，產(chǎn)生一種分布數(shù)據(jù)包括產(chǎn)生一個(gè)與所述法線相關(guān)的厚度的厚度條形圖。
25.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，還包括設(shè)定進(jìn)入將被確定其密度的目標(biāo)物體的最大距離，其中，該最大距離與被測(cè)目標(biāo)物體的最大預(yù)期厚度相關(guān)。
26.在三維圖像空間中一個(gè)目標(biāo)物體的CT圖像數(shù)據(jù)中探測(cè)一個(gè)目標(biāo)物體的裝置，包括用于在沿著目標(biāo)物體表面的許多點(diǎn)上，計(jì)算出垂直于目標(biāo)物體表面并延伸進(jìn)入目標(biāo)物體內(nèi)的法線的裝置；用于在沿著每個(gè)進(jìn)入目標(biāo)物體的法線上的許多點(diǎn)上，由CT圖像數(shù)據(jù)確定目標(biāo)物體的密度的裝置；和用于利用沿著每個(gè)法線的密度，產(chǎn)生代表目標(biāo)物體在每個(gè)法線處的厚度讀數(shù)的裝置。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的裝置，其特征在于，還包括用于產(chǎn)生與每個(gè)法線相關(guān)的厚度分布情況的裝置；和用于對(duì)分布情況進(jìn)行分析，以確定目標(biāo)物體形狀的裝置。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的裝置，其特征在于，所述用于分析的裝置確定處目標(biāo)物體是否具有片狀物的形狀。
29.根據(jù)權(quán)利要求27所述的裝置，其特征在于，用于產(chǎn)生分布情況的裝置包括用于產(chǎn)生與法線相關(guān)的厚度的厚度條形圖的裝置。
30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的裝置，其特征在于，還包括用于分析厚度條形圖中峰值的裝置，以確定目標(biāo)物體是否具有片狀物的形狀。
31.在一種CT掃描機(jī)械中，一種處理關(guān)于CT掃描機(jī)械視場(chǎng)中的一個(gè)目標(biāo)物體的掃描數(shù)據(jù)的方法，所述的視場(chǎng)確定了許多圖像像素，這些圖像像素可以由掃描數(shù)據(jù)重構(gòu)，以產(chǎn)生視場(chǎng)的圖像，所述的方法包括對(duì)視場(chǎng)進(jìn)行掃描，以為視場(chǎng)產(chǎn)生掃描數(shù)據(jù)；探測(cè)目標(biāo)物體的尺寸；探測(cè)視場(chǎng)中目標(biāo)物體的位置；和利用探測(cè)到的目標(biāo)物體的尺寸和位置，識(shí)別出視場(chǎng)中的第一部分和第二部分，所述第一部分將被重構(gòu)，以產(chǎn)生目標(biāo)物體的圖像；所述第二部分在產(chǎn)生目標(biāo)物體圖像過程中不被重構(gòu)。
32.根據(jù)權(quán)利要求31所述的方法，其特征在于，還包括重構(gòu)視場(chǎng)中的第一部分，以產(chǎn)生目標(biāo)物體的圖像。
33.根據(jù)權(quán)利要求31所述的方法，其特征在于，探測(cè)目標(biāo)物體的尺寸包括從視場(chǎng)的掃描數(shù)據(jù)中探測(cè)目標(biāo)物體的邊界。
34.根據(jù)權(quán)利要求31所述的方法，其特征在于，探測(cè)視場(chǎng)中的目標(biāo)物體的位置包括從視場(chǎng)的掃描數(shù)據(jù)中探測(cè)目標(biāo)物體的邊界。
35.根據(jù)權(quán)利要求31所述的方法，其特征在于，識(shí)別視場(chǎng)的第一和第二部分包括對(duì)需重構(gòu)的像素?cái)?shù)目設(shè)定一個(gè)界限。
36.一種用于處理CT掃描機(jī)械視場(chǎng)中一個(gè)目標(biāo)物體的CT掃描數(shù)據(jù)的裝置，所述的視場(chǎng)確定了許多圖像像素，這些像素可由掃描數(shù)據(jù)重構(gòu)，以產(chǎn)生一個(gè)視場(chǎng)圖像，所述裝置包括用于掃描視場(chǎng)的裝置，以產(chǎn)生視場(chǎng)的掃描數(shù)據(jù)；用于探測(cè)視場(chǎng)中目標(biāo)物體的大小和位置的裝置；和利用探測(cè)到的目標(biāo)物體的大小和位置，識(shí)別視場(chǎng)的第一和第二部分的裝置，所述第一部分在產(chǎn)生目標(biāo)物體的圖像時(shí)將被重構(gòu)，所述第二部分在產(chǎn)生目標(biāo)物體的圖像時(shí)不予重構(gòu)。
37.根據(jù)權(quán)利要求36所述的裝置，其特征在于，還包括用于重構(gòu)視場(chǎng)的第一部分、以產(chǎn)生目標(biāo)物體圖像的裝置。
38.根據(jù)權(quán)利要求36所述的裝置，其特征在于，用于探測(cè)目標(biāo)物體的大小和位置的裝置包括從視場(chǎng)的掃描數(shù)據(jù)中探測(cè)目標(biāo)物體邊界的裝置。
39.根據(jù)權(quán)利要求36所述的裝置，其特征在于，用于探測(cè)目標(biāo)物體大小和位置的裝置包括用以探測(cè)目標(biāo)物體邊界的傳感器。
40.根據(jù)權(quán)利要求36所述的裝置，其特征在于，用于識(shí)別視場(chǎng)的第一和第二部分的裝置包括對(duì)需重構(gòu)的像素?cái)?shù)目設(shè)定一個(gè)界限的裝置。
全文摘要
通過從重構(gòu)過程中排除掉不相關(guān)的數(shù)據(jù),CT掃描儀(120)對(duì)行李包(112)的檢查可以達(dá)到每小時(shí)約700個(gè)行李包(112)的通過量。通過使用一個(gè)閾值,可以在視場(chǎng)中具有物品,如系統(tǒng)的輸送機(jī)(110)的情況下進(jìn)行校準(zhǔn)“空掃描”。掃描儀可以識(shí)別目標(biāo)物體的形狀,從而可更好地探測(cè)片狀易爆物。系統(tǒng)可對(duì)無(wú)照電流和依賴于溫度的電流偏離進(jìn)行補(bǔ)償。
文檔編號(hào)G01B15/02GK1276870SQ98810020
公開日2000年12月13日 申請(qǐng)日期1998年9月4日 優(yōu)先權(quán)日1997年10月10日
發(fā)明者伯納德·M·戈登, 卡爾·R·克勞福德, 戴維·A·謝弗, 埃里克·貝利, 漢斯·J·威登, 克里斯托弗·C·魯思 申請(qǐng)人:模擬技術(shù)公司