CN1754106A - 使用计算机断层摄影进行自动物质鉴别 - Google Patents

Abstract

在常规物质鉴别例如行李检查中，使用行李的衰减系数来鉴别该行李中的物质。然而，该结果会是不明确的，因为危险物质和非危险物质经常具有相同的衰减系数。根据本发明，提供一种方法和设备，将从CT和相干散射计算机断层摄影中获得的信息相结合以更好地判定在该行李中是否存在危险物质。因此，根据本发明，使用该行李的衰减系数和衍射图形来确定该行李是否可以通过。

Description

使用计算机断层摄影进行自动物质鉴别

本发明涉及物质鉴别领域。具体地，本发明涉及用于在物体例如行李中检测所感兴趣的特定物质的检查系统，检查物体例如行李的方法，和存储在计算机可读介质中的计算机程序。

在过去几年里，x射线行李检查已经从完全依赖于与操作员的交互的简单x射线成像系统发展成为能够自动识别某种违禁品和触发所有危险物质的更完善的自动系统。该更新的检查系统已经应用了从该被检查包裹放射或者散射出的单能量或双能量x射线辐射。一些系统已经使用了单视图(single view)源检测装置，另外一些则已经利用了双视图或者多视图装置。该单或双视图系统通常当行李在传送器上移动时，利用x射线扫描束或笔形扫描束以固定的几何形状对行李进行扫描。该多视图、计算机断层摄影(CT)类型的系统通常以固定几何形状的扫描角度对静止的行李扫描，并且处理对应于x射线吸收的数据以重建该行李的选定切片。公知的CT扫描器还使用螺旋扫描模式，从而产生该物体的衰减系数的3D图像。

在机场，该行李检查过程通常分为至少两级检查。第一级系统以高达1500个行李每小时的速度对行李进行快速处理。该第一级系统位于第一检查站并且检查所有行李。该系统快速扫描行李并且基于其特定的检测模式和方法自动作出判断。通常，CT扫描器或双能量发射X射线用作第一级系统，该第一级系统用于确定一件行李或者该行李的一个范围的衰减系数。然后，将该衰减系数与危险物质的衰减系数相比较。在该被扫描的行李的衰减系数与危险物质的已知衰减系数相匹配时，发出警报或者将该行李从主行李流中分离出来做进一步的检查。

当包括非危险物质和危险物质的一组物质具有与该行李的衰减系数相匹配的衰减系数时，该行李被传送至第二级。在第二级，操作员通常通过视觉观察该被拒绝行李的x射线图像，并且试图确定是否可以基于明显的形状来澄清该行李中是否有可疑物体。该操作员在特性物体(例如武器、定时和爆炸装置、导线)或者其他与违禁物品相关的特性中查找该图像。当操作员不能澄清该行李时，可以使用蒸汽或追踪检测器或者其他CT扫描器进一步对该行李进行检查。

参考文献EP127546A2公开了一种使用一次辐射和衍射辐射来确定检查结果的计算机断层摄影。

参考文献US5642393公开了一种检查系统，该检查系统包括构造成利用从检查物体发射或散射出的x射线辐射来鉴别被检查物体中的可疑区域的多视图x射线探针。该多视图x射线探针构造成使用所发射或散射的x射线辐射的多个检查角度来辨识该可疑区域。此外，该多视图x射线探针构造成获取该可疑区域的空间信息来为随后的检查确定几何形状。另外，还提供定向的物质敏感探针，其构造成通过利用该几何形状来获得关于该可疑区域的物质特定信息。在该物质特定信息的基础上，确定在该特定区域中的特定物质的存在。

本发明的目的是提供一种明确的自动物质鉴别。

根据本发明的示例性实施例，上述目的是通过一种用于检测行李中的所感兴趣的特定物质的检查系统来实现，该检查系统包括用于确定该行李的衰减系数的第一扫描器系统，用于确定该行李的衍射图形的第二扫描器系统，和连接到该第一和第二扫描器系统的计算单元，该计算单元用于基于该衰减系数和衍射图形来识别该行李中感兴趣的特定物质的存在。有利地，根据本发明的这个示例性实施例，可以提供对感兴趣的特定物质的非常可靠的鉴别。并且，由于可以非常迅速地确定该行李的衰减系数，从而可以利用根据本发明的示例性实施例的检查系统来实现两步过程，通过使用该第一扫描器系统作为筛检行李流的第一级系统以鉴别“可疑包裹”，其中该“可疑”包裹然后通过使用该行李的衍射图形来进一步检查。有利地，由于该衍射图形允许对感兴趣的物质进行非常可靠的确定，从而根据本发明的示例性实施例的检查系统的故障率可以显著降低。

根据如权利要求2中所述的本发明的示例性实施例，该第一和第二扫描器系统设置成相互距离一定距离，允许提供例如在该第一和第二扫描器系统之间切换的传送带，从而使得可以容易地将可疑行李分出来而不必必须通过该第二扫描器系统。例如，可以通过传送带连接多个第一扫描器系统，并且对应的传送带切换到第二系统从而确保该第二扫描系统的高利用率。

根据如权利要求3中所述的本发明的示例性实施例，该第一扫描器系统是CT扫描器系统，而该第二扫描器系统是相干散射CT系统。有利地，这允许在根据本发明的检查系统中将已知的第一级CT扫描器与相干散射CT系统(CSCT)相结合使用。

根据如权利要求4中所述的本发明的示例性实施例，该第一和第二扫描器系统实现为具有一个辐射源和一个检测器系统的一个扫描器系统。为了实现用于确定该行李衰减系数的CT扫描器，在辐射源和被扫描物体之间提供第一孔系统。为了实现用于确定该行李衍射图形的CSCT扫描器，提供第二孔系统例如狭缝孔或光圈来使一个辐射源的射线形成为扇形波束。有利地，本发明的这个示例性实施例具有紧凑尺寸，并且可以容易地安装在经常是有空间问题的机场安全系统中。此外，由于仅需要一个辐射源和一个检测器系统，从而使得减少了制造这种系统的造价以及经受磨损和撕裂的活动部分的数量。

根据本发明的另一示例性实施例，在权利要求5中描述了一种检查行李的方法，包括以下步骤：在第一扫描器阶段扫描行李以确定该行李的衰减系数，基于该衰减系数确定在该行李中是否有可疑区域，在第二扫描器阶段扫描该行李中包含该可疑区域的范围以确定该范围的衍射图形，并且基于该衍射图形确定在该行李中是否有危险物质。有利地，本发明的这个示例性实施例提供两步检查过程，以使得该检查过程非常高效和可靠。使用衍射图形来判断是否存在危险物质使得该方法具有非常低的故障率。

根据本发明的进一步的示例性实施例在权利要求6-9中描述，提供了对行李的快速高效的检查，而减小了当在计算机化的检查系统中应用这些方法时所需的计算量。具体来讲，根据是否已经在行李中识别出危险物质或者在行李中是否有不能识别的物质而发出多个警报，可以使得该检查系统的操作员容易地识别出有问题的行李以及判别该警报的原因。

权利要求10涉及一种存储在计算机可读介质中的计算机程序，该计算机程序当在检查系统中运行时执行根据本发明的方法的步骤。有利地，该计算机程序可以减小该检查系统中的计算量。

可以看出本发明的示例性实施例的要点在于，在第一阶段使用常规CT系统确定衰减系数来识别被调查物质。然而，在结果不确定的情况下，将从CT系统和CSCT系统得到的信息结合来更好的鉴别物质。在医学应用中，可以使用这个过程来区分健康和不健康组织。在行李检查应用中，可以区分出具有相似衰减的物质，从而使系统的错误警报率降低，因而可以实现更高程度的自动化。

参照下面说明的实施例，本发明的这些和其它方面将变得清楚和明白。

参照下面的附图来说明本发明的示例性实施例：

图1显示了可以用于行李检查的根据本发明的计算机断层摄影装置的示例性实施例的示意表示。

图2a、2b显示了用于操作图1的计算机断层摄影装置或者图3的计算机断层摄影装置的方法的示例性实施例的流程图。

图3显示了根据本发明的计算机断层摄影装置的另一示例性实施例的示意表示。

图1示出了根据本发明的计算机断层摄影装置的示例性实施例的示意表示。图1中所示的该计算机断层摄影装置包括围绕旋转轴2旋转的台架1。该台架1通过电动机3驱动。参考符号4表示辐射源例如x射线源。

参考符号5表示第一孔系统，该第一孔系统用于使从辐射源4发射的辐射束形成穿过行李7的锥形辐射束6。在穿过行李7后，该锥形波束6照射到检测器阵列8上。这样设置该孔系统5以使得该锥形波束6覆盖整个检测器8。

此外，提供另一个包括光圈的孔系统9。该光圈具有狭缝10的形状，从而使得从辐射源4发射的辐射形成扇形波束11。

该扇形波束11和锥形波束6穿过设置在台架1中心的行李7并且照射到检测器8上。如图1所示，该检测器与辐射源4相对地固定到台架1上。该检测器8包括二维检测器阵列，该二维检测器阵列包括以矩阵形式布置的多个元件。该单个的检测器元件布置在行和列中。该列与旋转轴2平行而行设置在与旋转轴2垂直的平面上。

该孔系统5和9的孔适应于检测器8的尺寸，从而使得行李7的被扫描范围位于锥形波束6或扇形波束11之内并且检测器8覆盖整个扫描范围。如从图1中可知，优选地，如此设置孔系统9的狭缝10以使得该扇形波束11映象到检测器8的中线15上。

在对行李7扫描期间，辐射源4、孔系统5和9以及检测器8沿着台架1以箭头16所指示的方向旋转。为了台架1与辐射源4、孔系统5和9以及检测器15的旋转，将电动机3连接到与计算单元18相连的电动机控制单元17。

在图1中，行李7被放置在传送带19上。在对行李7扫描期间，当台架1围绕行李7旋转时，传送带19将行李7沿着与台架的旋转轴2平行的方向移动。借此，沿着螺旋线对行李7进行扫描。该传送带还可以在扫描期间停止以测量单个切片。

检测器8与计算单元18相连接。该计算单元18从检测器8接收检测结果并基于该来自检测器8的检测结果确定扫描结果。除此以外，计算单元18还与电动机控制单元17通信以便通过电动机3和20或者传送带19来调整台架1的运动。此外，提供与计算单元18连接的扬声器21，用于在该计算单元判定在行李7中存在危险物质或者不能确定的物质时发出警报。数据端口22可以将该警报信号传送到随后的检测级。

如从图1中可以看出，根据该孔系统5和9中哪一个在使用，图1的计算机断层摄影装置可以是常规扫描器或CSCT扫描器：在孔系统5处于活动状态时，该计算机断层摄影装置是CT扫描器，而当孔系统9处于活动状态时，该计算机断层摄影装置是CSCT扫描器。

图2a和2b是用于操作图1的计算机断层摄影装置的方法的示例性实施例的流程图。从S1开始以后，该方法继续到步骤S2，其中通过传送带19将行李7传送到第一扫描器阶段。然后，该方法继续到步骤S3，其中在第一扫描器阶段对该行李7进行扫描以确定该行李的衰减系数。具体地，在第一扫描器阶段对行李进行扫描期间，台架1上的辐射源4和检测器8围绕该行李7旋转。在这期间，传送带19将该行李7移动通过被具有孔系统5的辐射源4发射的锥形波束6覆盖的扫描范围，从而以该行李的整个长度对该行李进行扫描。由于该行李7在传送带19上的移动和台架的旋转，沿着扫描螺旋线对该行李7进行扫描。检测器8的检测结果传送到计算单元。然后，该方法继续到步骤S4，这里计算单元18判定根据检测器8的检测结果确定的该行李7的衰减系数是否对应于已知危险物质的衰减系数。为此，将已确定的该行李7的衰减系数与已知危险物质的衰减系数表相比较。当在步骤S4中确定该行李7的衰减系数与已知危险物质的衰减系数相对应时，该方法继续到步骤S7，这里该计算单元18通过扬声器21发出第一警报指示该行李7包含危险物质。然后，该方法从步骤S7继续到步骤S8，如在图2a底部和图2b顶部的圈A所示。

在步骤S8，该行李7被传送到一个位置进行人工检查或者不同的随后的危险物检测方法。该方法从步骤S8进行到步骤S22并在此结束。

当在步骤S4中确定该行李7的衰减系数与危险物质的衰减系数不对应时，该方法继续到步骤S9，这里该计算单元18判定该行李7的衰减系数是否对应于包含危险和非危险物质的一组物质的衰减系数。换句话说，在步骤S9，确定在该行李7中是否存在可能包含危险物质的可疑区域。如果在步骤S9中确定没有可疑区域，即该行李7的衰减系数与包含危险和非危险物质的一组物质的衰减系数不对应，那么该方法进行到步骤S10，这里通过传送带19将该行李传送到其目的地。然后在步骤S10之后，该方法在步骤S22结束。

如果在步骤S9中确定该行李7中存在可疑区域，该方法继续到S11，这里将该行李7传送到第二扫描器阶段。在图1的计算机断层摄影装置中，这样执行传送步骤11，以使得该传送带或者改变其方向以便在第二扫描器阶段扫描期间以相反的方向将行李7移动通过该计算机断层摄影装置的扫描范围，或者将该行李7送回在第一扫描器阶段之前的初始位置，然后为了第二扫描器阶段的扫描，在第二扫描器阶段期间再次将该行李7沿着与台架1的旋转轴平行的方向移动。

该方法从步骤S11进行到步骤S12，这里确定在第二扫描器阶段要扫描的范围。该范围包括在步骤S9中确定的可疑区域。根据该行李是在传送带19上移动还是由于第一扫描器阶段的扫描而变形，可以扩大在第二扫描器阶段要扫描的范围或者将该范围限制到在步骤S9中确定的可疑区域。步骤S12通过计算单元18来执行。然后，如图通过2a底部的圈B和图2b顶部的圈B所示，该方法进行到步骤S13，这里在第二扫描器阶段对在步骤S12中确定的该行李的范围进行扫描以确定该行李范围的衍射图形。为此，如上面已经指示的，将该行李7沿着平行于台架1的旋转轴2的方向传送。当该可疑区域被扇形波束透过时，该传送带停止，并且辐射源4、孔系统9和检测器系统8通过台架1围绕该行李7旋转。为了确定该行李7的该范围的衍射图形，只有该散射辐射被计算单元18使用。然后，在步骤S13中确定该衍射图形之后，该方法进行到步骤S14，这里将该衍射图形与已知物质的已知衍射图形相匹配。为了将该衍射图形与已知物质的已知衍射图形相匹配，将该行李7的该范围的衍射图形与包括已知物质的已知衍射图形的表相比较。

在步骤S14之后，该方法继续到步骤S15，这里对该行李的该范围的衍射图形是否与已知危险物质的已知衍射图形相匹配进行查询。如果该行李的该范围的衍射图形能够关联到一种危险物质，那么该方法进行到步骤S16，这里执行步骤S14和S15的计算单元发出第二警报。该方法从步骤S16进行到步骤S8。

如果在步骤S15中确定该行李7的该范围的衍射图形不和已知的危险物质匹配，该方法进行到步骤S17。

在步骤S17，计算单元对该衍射图形是否与包含危险和非危险物质的一组物质的已知衍射图形相对应进行查询。如果在步骤S17确定该行李7的衍射图形能够关联到包含危险和非危险物质的一组物质，则该方法进行到步骤S18，这里该计算单元通过扬声器21发出第三警报。该方法从步骤S18进行到步骤S8。

如果在步骤S17中确定该衍射图形不与包含危险和非危险物质的一组物质的衍射图形相对应，则该方法进行到步骤S19，这里对该衍射图形能否与已知非危险物质的已知衍射图形相匹配进行查询。如果在步骤S19中确定该行李7的该范围的衍射图形不能关联到非危险物质，则该方法进行到步骤S20，这里该计算单元通过扬声器21发出第四警报。该方法从步骤S20进行到步骤S8。

如果在步骤S19中该计算单元18确定该行李7的的衍射图形能够关联到已知非危险物质，则该方法进行到步骤S21，这里通过传送带19将该行李7传送到其目的地。然后，该方法从步骤S21进行到步骤S22并在此结束。

在图2a和2b中所示的方法的变体中，除了该衍射图形，计算单元18还可以使用该衰减系数在步骤S15、S17和S19中确定该行李7中包含的物质是否包含危险物质。

图3显示了根据本发明的计算机断层摄影装置的另一示例性实施例。参考符号30表示包括CT扫描器的第一扫描器阶段。参考符号31表示包括CSCT扫描器的第二扫描器阶段。该CT扫描器和CSCT扫描器的每一个包括如参考图1所示的辐射源和检测器系统。该第一扫描器阶段30和第二扫描器阶段31通过传送带32互相连接，该传送带32用于将行李33从该第一扫描器阶段30传送到第二扫描器阶段31。

该第一扫描器阶段30和第二扫描器阶段31连接到计算单元34，计算单元34连接到扬声器35。该被检查的行李33首先在第一扫描器阶段30扫描。在该第一扫描器阶段30，该行李33的衰减系数被确定并传送到计算单元34。在该计算单元34，将在第一扫描器阶段30确定的衰减系数与已知物质的已知衰减系数的表相比较。如果该行李33的衰减系数能够与危险物质的已知衰减系数相匹配，则该计算单元通过扬声器35发出第一警报。

如果该行李33的衰减系数能够与非危险物质的衰减系数相匹配，则该计算单元控制传送带32的操作以便将该行李33传送到其目的地。如果该行李33在到其目的地的路径上通过该第二扫描器阶段31，则该计算单元34控制该第二扫描器阶段31以便如果确定在该行李33中只有非危险物质则在第二扫描器阶段31不进行扫描。

如果该计算单元34将该行李33的衰减系数与包含危险和非危险物质的一组物质的已知衰减系数相匹配，则该计算单元34控制传送带32以便将该行李33传送到第二扫描器阶段31，这里通过CSCT扫描器对该行李33进行扫描。在该扫描结果的基础上，在第二扫描器阶段31确定衍射图形，并传送到计算单元34。然后，该计算单元34将行李33的衍射图形与已知物质的已知衍射图形相比较。如果该行李的衍射图形能够关联到危险物质，则该计算单元34通过扬声器35发出另一警报。如果该计算单元34将该行李33的衍射图形关联到非危险物质，则该计算单元34控制传送带32以便将该行李33传送到其目的地。

如果该行李33的衍射图形关联到包含危险和非危险物质的一组物质，该计算单元34通过扬声器35发出另一警报，并且控制传送带32以便将该行李33传送到进一步的检查点，在该进一步的检查点由人工对该行李33进行检查。

尽管上述方法和设备是针对行李检查而描述的，然而上述方法和设备还可以用于例如医学应用中，其中可用于区分健康和不健康组织。

如果上述方法和设备用于行李检查领域，则可以显著减少错误警报率，并且借此可以实现较高的自动化程度。

Claims (10)

1.一种用于检测行李中的所感兴趣的特定物质的检查系统，该检查系统包括：用于确定该行李的衰减系数的第一扫描器系统；用于确定该行李的衍射图形的第二扫描器系统；和连接到该第一和第二扫描器系统的计算单元，该计算单元用于基于该衰减系数和衍射图形来鉴别该行李中所感兴趣的特定物质的存在。

2.如权利要求1所述的检查系统，其中该第一和第二扫描器系统设置成彼此相距一定距离。

3.如权利要求1所述的检查系统，其中该第一扫描器系统是计算机断层摄影装置(CT)，其将扇形或锥形辐射束应用到该行李上；并且其中该第二扫描器系统是相干散射计算机断层摄影装置(CSCT)，其将扇形辐射束应用到该行李上。

4.如权利要求1所述的检查系统，其中该第一扫描器系统和第二扫描器系统实现为一个扫描器系统；其中该一个扫描器系统具有一个辐射源和一个检测器系统；其中该一个扫描器系统具有可定位在该行李和辐射源之间的第一孔系统，以将锥形辐射束应用到该行李上；其中该一个检测器系统适应于当该锥形辐射束应用到该行李上时检测该行李的衰减系数；其中该一个扫描器系统具有可定位在该行李和辐射源之间的第二孔系统，以将扇形辐射束应用到该行李上；其中该一个检测器系统适应于当该扇形辐射束应用到该行李上时检测该行李的衍射图形。

5.一种检查行李的方法，该方法包括以下步骤：在第一扫描器阶段利用第一辐射束扫描该行李以确定该行李的衰减系数；基于该衰减系数确定该行李中是否存在可疑区域；在第二扫描器阶段扫描该行李包含该可疑区域的范围，其中利用第二辐射束执行扫描以确定该范围的衍射图形；和基于该衍射图形确定该行李中是否存在危险物质。

6.如权利要求5所述的方法，其中当该衰减系数对应于包含危险物质和非危险物质的一组物质时确定该可疑区域。

7.如权利要求5所述的方法，进一步包括以下步骤：当该衰减系数对应于危险物质时发出第一警报；如果基于该衰减系数没有确定出可疑区域或危险物质，则将该行李传送至其目的地；如果基于该衍射图形鉴别出危险物质，则发出第二警报；并且如果该衍射图形不能与已知物质相匹配，则发出第三警报。

8.如权利要求5所述的方法，进一步包括以下步骤：如果该衍射图形对应于非危险物质，则判定该可疑区域是无害的；并且将该行李传送至其目的地。

9.如权利要求5所述的方法，其中使用计算机断层摄影(CT)确定该衰减系数，其中该第一辐射束是锥形的；并且其中使用相干散射计算机断层摄影(CSCT)确定该衍射图形，其中该第二辐射束是扇形的。

10.存储在计算机可读介质上的计算机程序，其中，当在检查系统上运行该计算机程序用于检查行李时，该检查系统执行以下步骤：在第一扫描器阶段利用第一辐射束扫描该行李以确定该行李的衰减系数；基于该衰减系数确定该行李中是否存在可疑区域；在第二扫描器阶段扫描该行李包含该可疑区域的范围，其中利用第二辐射束执行扫描以确定该范围的衍射图形；并且基于该衍射图形确定该行李中是否存在危险物质。

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