DE112007001159B4

DE112007001159B4 - Verfahren zur Frachtsicherheitskontrolle mit mehreren Betrachtungswinkeln

Info

Publication number: DE112007001159B4
Application number: DE112007001159.9T
Authority: DE
Inventors: Kejun Kang; Li Zhang; Zhiqiang Chen; Haifeng Hu; Yuanjing Li; Yinong LI; Xinhui Duan; Ziran Zhao; Yuxiang Xing; Yongshun Xiao
Original assignee: Tsinghua University; Nuctech Co Ltd
Current assignee: Tsinghua University; Nuctech Co Ltd
Priority date: 2006-05-08
Filing date: 2007-04-28
Publication date: 2025-11-20
Anticipated expiration: 2027-04-29
Also published as: AU2007202021B2; GB2438055B8; WO2007128224A1; FR2900731A1; DE112007001159T5; GB0708517D0; US7512213B2; RU2400735C2; FR2900731B1; JP5350222B2; AU2007202021B9; US20080084962A1; JP2009536321A; GB2438055A; AU2007202021A1; CN101071111B; RU2008147283A; GB2438055A8; GB2438055B; CN101071111A

Abstract

Verfahren zur Frachtsicherheitskontrolle mit mehreren Betrachtungswinkeln zum Kontrollieren eines Gegenstandes (2) unter Verwendung eines Frachtsicherheitskontrollsystems, wobei das Frachtsicherheitskontrollsystem eine Strahlungsquelle (1) zum Erzeugen eines Strahlenbündels zum Durchleuchten des zu kontrollierenden Gegenstandes (2) und eine Datensammeleinheit (3) zum Sammeln der Durchleuchtungsprojektionsdaten, nachdem das Strahlenbündel den zu kontrollierenden Gegenstand (2) durchleuchtet hat, umfaßt, wobei das Verfahren einen Abtastschritt mit folgendem umfaßt:
Drehen der Strahlungsquelle (1) und/oder des Gegenstandes (2) um eine Drehachse zum Erreichen einer relativen Drehung, dadurch Positionieren der Strahlungsquelle (1) in einer Mehrzahl von diskreten Stellungen mit unterschiedlichen Betrachtungswinkeln hinsichtlich des zu kontrollierenden Gegenstandes (2), wobei sich die Strahlungsquelle (1) in jedem Betrachtungswinkel entlang einer geraden Linie in einer Richtung parallel zur Drehachse bewegt und zur gleichen Zeit zum Erfassen der Durchleuchtungsprojektionsdaten in jedem Betrachtungswinkel den zu kontrollierenden Gegenstand (2) abtastet; wobei die Mehrzahl diskreter Stellungen mit unterschiedlichen Betrachtungswinkeln eine Mehrzahl von auf einem Umfang gleichmäßig beabstandeten Stellungen ist;
wobei das Verfahren weiterhin einen Abbildungsschritt zum Abbilden des zu kontrollierenden Gegenstandes (2) auf Grundlage der durch die Datensammeleinheit (3) gesammelten Durchleuchtungsprojektionsdaten umfasst, wobei in dem Abbildungsschritt ein dreidimensionales Bild des zu kontrollierenden Gegenstandes (2) unter Verwendung der Durchleuchtungsprojektionsdaten der mehreren Betrachtungswinkel in Kombination rekonstruiert wird, wobei diese Rekonstruktion unter Verwendung eines Filter-Rückprojektionsalgorithmus, Erwartungsmaximierungsalgorithmus oder statistischen Algorithmus mit geordneten Teilmengen durchgeführt wird.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft das technische Gebiet der Strahlungserkennung, insbesondere ein Verfahren zur Frachtsicherheitskontrolle mit mehreren Betrachtungswinkeln.
Stand der Technik
Die Sicherheitskontrolle ist von großer Bedeutung auf Gebieten wie der Terrorbekämpfung und dem Kampf gegen illegalen Handel mit Drogen und Schmuggeln. Nach Terroranschlägen in den Vereinigten Staaten am 11. September 2001 wird von Ländern in der gesamten Welt der Sicherheitskontrolle bei der Zivilluftfahrt immer mehr Bedeutung zugemessen. Zur gleichen Zeit werden die Anforderungen an die Sicherheitskontrolle verschiedenartiger Frachten mit der gründlichen Entwicklung des Kampfes gegen den illegalen Handel mit Drogen und das Schmuggeln immer höher. Es werden eine Reihe von Sicherheitskontrollmaßnahmen zum Kontrollieren von Gepäck von Passagieren und Gegenständen und Frachtbehältern an öffentlichen Orten wie beispielsweise Flughäfen, Bahnhöfen, Zollhäusern und Hafenanlagen unternommen.
Computertomographietechnik (kurz ausgedrückt „CT“) wird weitläufig und auf dem Gebiet der medizinischen Diagnostik und der industriellen zerstörungsfreien Erkennung benutzt. Mit der gesellschaftlichen Entwicklung steigt allmählich der Bedarf daran in der öffentlichen Sicherheit und gesellschaftlichen Sicherheit. Unter den weitverbreiteten CT-Abtastsystemen bildet die Kreisbahnabtastung den Hauptteil. Diese Abtastung erfordert einfacheren mechanischen Aufbau und ist daher technisch leicht zu realisieren. Außerdem ist der entsprechende Rekonstruktionsalgorithmus ausgereift und zuverlässig. Bei dem Kreisbahnabtastsystem wird gewöhnlich eine Fächerstrahl-CT oder Kegelstrahl-CT eingesetzt. Die entsprechenden Detektoren sind eine lineare Gruppe von Detektoren bzw. eine ebene Gruppe von Detektoren. Das Paar einer Röntgenstrahlungsquelle und eines Detektors ist symmetrisch zum Drehpunkt eines Objekt-Drehtischs angeordnet.
Bei der CT-Abtastung von Objekten mit einer größeren Masse unter Verwendung eines CT-Abtastsystems besteht das realisierbare Verfahren allgemein in der Verwendung einer Abtastung von Drehung zuzüglich Umsetzung. Das heißt, der zu kontrollierende Gegenstand dreht sich um die Mittelachse und der Strahlungsquellendetektor bewegt sich gleichzeitig in paralleler Richtung zur Drehachse und bildet dadurch eine spiralförmige Abtastspur um den zu kontrollierenden Gegenstand. Bezüglich Gegenständen mit einem größeren Querschnitt bedarf es einer großen Anzahl von Projektionen, wenn eine genau Rekonstruktion gewünscht ist. Das Ergebnis ist, daß die Geschwindigkeit der Sicherheitskontrolle sehr langsam und der Wirkungsgrad sehr niedrig ist. Daneben betrifft eine große Anzahl von Daten möglicherweise nicht den Benutzer. Ein solches CT-Abtastsystem ist daher aufgrund seiner langsameren Geschwindigkeit für den Flughafen unpraktisch, der Sicherheitskontrolle täglich an einer großen Anzahl von Frachten ausführen muß.
Wenn zusätzlich hinsichtlich der Perspektivenabbildung mehrere Artikel in paralleler Richtung zu dem Strahl oder den Strahlen vorhanden sind, überlappen die Artikel einander im Bild. Es ist allgemein sehr schwierig, die Artikel voneinander zu unterscheiden, wodurch der Kontrolle von Schmuggelware viele Schwierigkeiten entstehen. Aus der JP 2004 012 407 A ist ein Röntgenstrahl-CT/DR-Bildgebungssystem bekannt, bei dem in zwei verschiedenen Drehpositionen zweidimensionale digitale Röntgenbilder von einem Objekt erstellt werden, um im Objekt besondere Teilbereiche von Interesse (beispielsweise Defekte) zu lokalisieren, die anschließend mit einem gewöhnlichen dreidimensionalen CT-Bildgebungsverfahren vermessen werden. Bildgebungssystem der vorstehend genannten Art sind auch aus den Dokumenten US 2004 / 0 109 532 A1 , DE 31 50 306 A1 , und US 2002 / 0 097 831 A1 bekannt.
Kurze Beschreibung der Erfindung
(I) Zu lösende technische Aufgabe
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, angesichts des im Stand der Technik bestehenden obenerwähnten Mangels ein Verfahren zur Frachtsicherheitskontrolle mit mehreren Betrachtungswinkeln bereitzustellen.
(II) Technische Lösung
Zum Lösen der obigen Aufgabe umfaßt die in der vorliegenden Erfindung eingesetzte technische Lösung folgendes:

Ein Verfahren zur Frachtsicherheitskontrolle mit mehreren Betrachtungswinkeln zum Kontrollieren eines Gegenstands unter Verwendung eines Frachtsicherheitskontrollsystems, wobei das Frachtsicherheitskontrollsystem eine Strahlungsquelle zum Erzeugen eines Strahlenbündels zum Durchleuchten des zu kontrollierenden Gegenstandes und eine Datensammeleinheit zum Sammeln der Durchleuchtungsprojektionsdaten nachdem das Strahlenbündel den zu kontrollierenden Gegenstand durchleuchtet hat, umfaßt, wobei das Verfahren einen Abtastschritt mit folgendem umfaßt: Drehen der Strahlungsquelle und/oder des Gegenstandes um eine Drehachse zum Erreichen einer relativen Drehung, dadurch Positionieren der Strahlungsquelle in einer Mehrzahl von diskreten Stellungen mit unterschiedlichen Betrachtungswinkeln hinsichtlich des zu kontrollierenden Gegenstandes, wobei sich die Strahlungsquelle in jedem Betrachtungswinkel entlang einer geraden Linie in einer Richtung parallel zur Drehachse bewegt und zur gleichen Zeit zum Erfassen der Durchleuchtungsprojektionsdaten in jedem Betrachtungswinkel den zu kontrollierenden Gegenstand abtastet.

In einer Ausführungsform wird die relative Drehung durch Stationärhalten der Strahlungsquelle und Drehen des zu kontrollierenden Gegenstandes erreicht. In einer anderen Ausführungsform wird die relative Drehung durch Stationärhalten des zu kontrollierenden Gegenstandes und Drehen der Strahlungsquelle um den kontrollierten Gegenstand herum erreicht.
Vorzugsweise sind die Strahlungsquelle und die Datensammeleinheit an gegenüberliegenden Seiten des zu kontrollierenden Gegenstandes angeordnet und in dem Abtastschritt bewegt sich die Datensammeleinheit synchron zu der Bewegung der Strahlungsquelle.
Erfindungsgemäß ist die Mehrzahl diskreter Stellungen mit unterschiedlichen Betrachtungswinkeln eine Mehrzahl von gleichmäßig auf einem Umfang beabstandeten Stellungen.
Vorzugsweise umfaßt die Mehrzahl diskreter Stellungen mit unterschiedlichen Betrachtungswinkeln 3 bis 70 Stellungen. Besonders bevorzugt umfaßt die Mehrzahl diskreter Stellungen mit unterschiedlichen Betrachtungswinkeln 4 bis 60 Stellungen von Betrachtungswinkeln. Weiter bevorzugt umfaßt die Mehrzahl diskreter Stellungen mit unterschiedlichen Betrachtungswinkeln 8 bis 50 Stellungen von Betrachtungswinkeln. Noch weiter bevorzugt umfaßt die Mehrzahl diskreter Stellungen mit unterschiedlichen Betrachtungswinkeln 10 bis 40 Stellungen von Betrachtungswinkeln. Ganz besonders bevorzugt umfaßt die Mehrzahl diskreter Stellungen mit unterschiedlichen Betrachtungswinkeln 15-25 Stellungen von Betrachtungswinkeln.
Vorzugsweise bewegt sich die Strahlungsquelle an zwei benachbarten Stellungen von Betrachtungswinkeln entlang gerader Linien jeweils in entgegengesetzten Richtungen.
Das Verfahren der vorliegenden Erfindung umfaßt weiterhin einen Abbildungsschritt zum Abbilden des zu kontrollierenden Gegenstandes auf Grundlage der durch die Datensammeleinheit gesammelten Durchleuchtungsprojektionsdaten.
Vorzugsweise wird hinsichtlich jedes Betrachtungswinkels in dem Abbildungsschritt ein zweidimensionales perspektivisches Bild des zu kontrollierenden Gegenstandes bei dem Betrachtungswinkel unter Verwendung der Durchleuchtungsprojektionsdaten abgebildet.
Vorzugsweise umfaßt die Mehrzahl diskreter Stellungen mit unterschiedlichen Betrachtungswinkeln mindestens drei Stellungen von Betrachtungswinkeln. Erfindungsgemäß wird in dem Abbildungsschritt ein dreidimensionales Bild des zu kontrollierenden Gegenstandes unter Verwendung der Durchleuchtungsprojektionsdaten der mehreren Betrachtungswinkel in Kombination rekonstruiert.
Erfindungsgemäß wird die Rekonstruktion unter Verwendung eines Filter-Rückprojektionsalgorithmus, Erwartungsmaximierungsalgorithmus oder statistischen Algorithmus mit geordneten Teilmengen durchgeführt.
(III) Nutzbringende Wirkungen der Erfindung

1. Im Vergleich mit der CT-Abtastung oder spiralförmigen CT-Abtastung im Stande der Technik ist die Abtastspur im Verfahren der vorliegenden Erfindung etwas unterschiedlich. Im Verfahren der vorliegenden Erfindung wird von der Strahlungsquelle eine Fracht mit mehreren parallelen linearen Spuren in unterschiedlichen Betrachtungswinkeln bezüglich der Fracht abgetastet, um Durchleuchtungsprojektionsdaten in mehreren Betrachtungswinkeln zu erfassen. Eine solche Abtastung kann mit schnellerer Geschwindigkeit durchgeführt werden. Im Vergleich zur CT-Abtastung bzw. spiralförmigen CT-Abtastung im Stand der Technik sind die durch das Verfahren der vorliegenden Erfindung erfaßten Durchleuchtungsprojektionsdaten bezüglich des dreidimensionalen Bildes nicht vollständig, aber es ist möglich, ein dreidimensionales Bild zu erfassen, das dem Genauigkeitserfordernis soweit wie möglich genügt, unter der Bedingung, daß dem Geschwindigkeitserfordernis durch zutreffende Auswahl der Anzahl von Betrachtungswinkeln genügt wird, wodurch ein Gleichgewicht zwischen der Abtastgeschwindigkeit und der Abbildungsgenauigkeit erhalten wird.
2. Das Verfahren der vorliegenden Erfindung ist in der Lage, schnelle Sicherheitskontrolle an einer Fracht (zum Beispiel Luftfrachtbehälter) zu realisieren und dadurch den Wirkungsgrad von Sicherheitskontrolle an der Fracht bedeutsam zu steigern und damit das Verlangen des Flugplatzes nach schneller Sicherheitskontrolle an einer großen Anzahl von Frachten zu erfüllen.
3. Da die vorliegende Erfindung das dreidimensionale Bild einer Fracht rekonstruieren kann, ist damit das Problem wirkungsvoll gelöst, daß die Gegenstände bei Rekonstruktion eines perspektivischen Bildes einander überlappen, wodurch die Genauigkeitsrate von Kontrolle an Gegenständen wirkungsvoll erhöht und damit die Kontrolle von Schmuggelwaren sehr erleichtert wird.
4. Das Verfahren der vorliegenden Erfindung kann mit dem gegenwärtigen System realisiert werden; es kann daher neben der Realisierung des Verfahrens der vorliegenden Erfindung die herkömmliche perspektivische Abbildung und CT-Abbildung mit dem System realisieren, so daß es möglich ist, Sicherheitskontrolle an der Fracht auf flexiblere Weise auszuführen.

Beschreibung der beiliegenden Zeichnungen

1 ist eine schematische Zeichnung eines herkömmlichen Frachtsicherheitskontrollsystems;
2 ist eine schematische Zeichnung eines Frachtkontrollsystems mit mehreren Betrachtungswinkeln, das das Verfahren der vorliegenden Erfindung realisiert;
3 ist eine schematische Zeichnung einer herkömmlichen Fächerstrahlabtastung kreisförmiger Spur;
4 ist eine schematische Zeichnung einer Abtastweise mit mehreren Betrachtungswinkeln des in der vorliegenden Erfindung bereitgestellten Frachtkontrollsystems mit mehreren Betrachtungswinkeln; und
5a und 5b sind Simulationsergebnisse des Shepp-Logan Kopfmodells.

Ausführungsweise der Erfindung
Zur Verdeutlichung der in der vorliegenden Erfindung bereitgestellten technischen Lösung wird diese Erfindung hiernach im Einzelnen mit Ausführungsformen durch Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben.
Nach der Darstellung in 1 ist 1 eine schematische Zeichnung eines herkömmlichen Frachtsicherheitskontrollsystems, das zur Realisierung des Verfahrens der vorliegenden Erfindung benutzt werden kann. Eine Strahlungsquelle 101 erzeugt ein Bündel von Röntgenstrahlen oder ein Bündel anderer Strahlen zur Durchleuchtung einer Fracht 102. Das besagte Strahlenbündel durchleuchtet die auf einem Drehtisch 104 getragene Fracht 102 (in einem Beispiel ist die besagte Fracht 102 ein Luftfrachtbehälter). Die Durchleuchtungsprojektionsdaten nach Durchleuchten der Fracht mit dem Strahlenbündel werden durch eine Datensammeleinheit 103 (wie beispielsweise eine Detektorgruppe) gesammelt und werden zu einem (nicht gezeigten) Host und Datenverarbeitungsrechner übertragen. Die Datensammeleinheit 103 befindet sich gegenüber der Strahlungsquelle 101. Das heißt, die Datensammeleinheit und die Strahlungsquelle sind symmetrisch um die Mittelachse des Drehtischs angeordnet. Durch den Host und Datenverarbeitungsrechner wird eine Mensch-Maschine-Dialogschnittstelle bereitgestellt und ein Bild der empfangenen Projektionsdaten rekonstruiert und das rekonstruierte Bild angezeigt. Durch den Drehtisch 104 wird die Fracht 102 zum Drehen angetrieben.
Das Frachtkontrollsystem umfaßt gewöhnlich weiterhin eine Zulieferungsvorrichtung (siehe 2) zum Zuliefern des Behälters zum Drehtisch und Wegführen des Behälters vom Drehtisch nach beendeter Kontrolle. Weiterhin umfaßt das Frachtkontrollsystem gewöhnlich eine (nicht gezeigte) Abtasthebevorrichtung zum Tragen der Strahlungsquelle und des Detektors und zum Veranlassen, daß diese synchron auf- und absteigen. Die Abtasthebevorrichtung kann zwei Sätze von Hebeplattformen umfassen, auf denen die Strahlungsquelle bzw. die Datensammeleinheit befestigt sind. Zusätzlich kann weiterhin ein Horizontalkollimator auf den Hebeplattformen befestigt sein.
Auch kann das System weiterhin eine Abtaststeuervorrichtung zum Steuern des Betriebs der Strahlungsquelle, der Datensammeleinheit und des Drehtischs auf Grundlage der vom Host- und Datenverarbeitungsrechner empfangenen Befehle umfassen.
Zum Realisieren einer schnellen und genauen Kontrolle umfaßt das Frachtkontrollsystem gewöhnlich weiterhin eine Vorrichtung zum Messen oder Eichen folgender Systemparameter: der Entfernung D von der Strahlungsquelle zur Datensammeleinheit, der Entfernung R von der Strahlungsquelle zur Drehachse des Drehtischs, die Abbildungsstellung P (u, v) der Strahlungsquelle, die Pixelgröße d des Abbildungsschirms und den Drehwinkel θ des Drehtischs. Die Vorrichtung zum Messen oder Eichen dieser Systemparameter ist in der Technik wohlbekannt und es werden daher keine weiteren Einzelheiten hier aufgeführt.
Nach der Darstellung in 2 ist die 2 eine schematische Zeichnung eines das Verfahren der vorliegenden Erfindung realisierenden Frachtkontrollsystems mit mehreren Betrachtungswinkeln. Bei Betrieb des Systems wird die Fracht wird einem Drehtisch 204 durch ein Überführungsrollband 201 zugeführt. Eine Strahlungsquelle 202 und eine Detektorgruppe 203 befinden sich jeweils beidseitig des Drehtischs 204. Der Drehtisch 204 kann sich fortlaufend drehen oder in einem vorgeschriebenen Winkel positioniert werden. Die Strahlungsquelle 202 und die Detektorgruppe 203 können sich synchron auf- und abbewegen (nämlich in senkrechter Richtung zur Papieroberfläche der 2). Wenn der Drehtisch 204 stillsteht, ist es möglich, die Durchleuchtungsprojektionsdaten des Luftfrachtbehälters im gegenwärtigen Betrachtungswinkel durch ein synchrones Hoch- und Herunterfahren der Strahlungsquelle 202 und der Detektorgruppe 203 zu erfassen.
Durch das in 2 gezeigte System kann auch die herkömmliche Kreisspurabtastung realisiert werden. Dabei werden die Strahlungsquelle 202 und die Detektorgruppe 203 in einer festen Höhe gehalten und der Drehtisch 204 treibt die Fracht zum fortlaufenden Drehen an, um dadurch die CT-Projektionsdaten der Fracht in der gegenwärtigen Scheibenstellung zu erfassen. 3 ist eine schematische Zeichnung einer herkömmlichen Kreisspur-Fächerstrahlabtastung. In der 3 sind die Strahlungsquelle 1 und die Datensammeleinheit 3 jeweils beidseitig der Fracht 2 angeordnet. Bezüglich der Fracht 2 bewegen sich die Strahlungsquelle 1 und die Datensammeleinheit 3 auf einer kreisförmigen Spur.
Hiernach wird eine Ausführungsform des Abtastvorgangs des Verfahrens der Erfindung beschrieben, umfassend folgende Schritte:

(1) Anfahren des Systems, so daß die Strahlungsquelle und die Datensammeleinheit eine relative Drehung bezüglich der Fracht durchführen, und Positionieren der Strahlungsquelle und der Datensammeleinheit in einem ersten Betrachtungswinkel bezüglich der Fracht, wobei bei Implementierung des Abtastvorgangs mit dem System nach Darstellungen in 1 und 2, die Strahlungsquelle und die Datensammeleinheit im Vorgang der relativen Drehung stationiert gehalten werden, während die Fracht durch den Drehtisch angetrieben spinnt; es läßt sich jedoch sehr leicht verstehen, daß es im Vorgang der relativen Drehung auch möglich ist, die Fracht stationär zu halten, während sich die Strahlungsquelle und die Datensammeleinheit um die Fracht drehen und in diesem Augenblick kann sich die Strahlungsquelle und die Datensammeleinheit in der Nähe des unteren Endes der Fracht befinden;
(2) Bewirken, daß die Strahlungsquelle ein Strahlenbündel im ersten Betrachtungswinkel zum Durchleuchten der auf dem Drehtisch geführten Fracht erzeugt und Bewirken, daß sich die Strahlungsquelle und die Datensammeleinheit synchron aufwärts auf einer linearen Spur bewegen und die Fracht abtasten, wobei die lineare Spur senkrecht zur Ebene der relativen Drehung im Schritt (1) liegt, beispielsweise, wenn die relative Drehung in einer horizontalen Ebene durchgeführt wird, anders gesagt sich die lineare Spur in senkrechter Richtung befindet, die Richtung der linearen Spur parallel zur Drehachse der relativen Drehung liegt; und zur gleichen Zeit, bei Abtastung durch die Strahlungsquelle die Datensammeleinheit Durchleuchtungsprojektionsdaten des Strahlenbündels empfängt, das die Fracht durchleuchtet hat.
(3) Anhalten der Bewegung der Strahlungsquelle und der Datensammeleinheit nach ihrer Bewegung zur Spitze, wobei der Drehtisch die Fracht zum Drehen in einem solchen Winkel antreibt, daß die Strahlungsquelle in einem zweiten Betrachtungswinkel positioniert ist, der sich bezüglich der Fracht vom ersten Betrachtungswinkel unterscheidet;
(4) Bewirken, daß die Strahlungsquelle ein Strahlenbündel im zweiten Betrachtungswinkel zum Durchleuchten der auf dem Drehtisch geführten Fracht erzeugt und sich in senkrechter Richtung nach unten bewegt und die Datensammeleinheit sich synchron zu der Strahlungsquelle bewegt und die Durchleuchtungsprojektionsdaten des Strahlenbündels empfängt, das die Fracht durchleuchtet hat;
(5) Wiederholen eines Vorgangs ähnlich dem vorhergehenden, bis der Drehtisch die Fracht zum Drehen einer Runde trägt, so daß die Datensammeleinheit alle Projektionsdaten des Strahlenbündels empfängt, das die Fracht durchleuchtet hat.

4 zeigt ein relatives Positionsverhältnis zwischen der Strahlungsquelle und der Fracht in einer Ausführungsform. In der 4 befindet sich die Strahlungsquelle in vier verschiedenen Stellungen der Betrachtungswinkel S1, S2, S3 und S4 bezüglich der Fracht 2. Jede Stellung des Betrachtungswinkels entspricht wie oben angeführt einer linearen Abtastung. Im Verfahren der vorliegenden Erfindung sind mehrere Stellungen von Betrachtungswinkeln mehrere auf einem Umfang gleichmäßig beabstandete Stellungen wie in der 4 dargestellt. Die Anzahl dieser Stellungen von Betrachtungswinkeln kann gemäß den Erfordernissen der gewünschten Abtastgeschwindigkeit und Abbildungsgenauigkeit ausgewählt werden. Dies ist für den gewöhnlichen Fachmann leicht durchzuführen. Beispielsweise können die mehreren diskreten Stellungen von Betrachtungswinkeln 3 bis 70 Stellungen von Betrachtungswinkeln umfassen. Zum weiteren Erhöhen der Abtastgeschwindigkeit können die mehreren diskreten Stellungen von Betrachtungswinkeln 4 bis 60 Stellungen von Betrachtungswinkeln umfassen. Zur noch weiteren Erhöhung der Abtastgeschwindigkeit können die mehreren diskreten Stellungen von Betrachtungswinkeln 8 bis 50 Stellungen von Betrachtungswinkeln umfassen. Zur noch weiteren Erhöhung der Abtastgeschwindigkeit können die mehreren diskreten Stellungen von Betrachtungswinkeln 10 bis 40 Stellungen von Betrachtungswinkeln umfassen. Vorzugsweise können die mehreren diskreten Stellungen von Betrachtungswinkeln 15 bis 25 Stellungen von Betrachtungswinkeln umfassen. Wenn die mehreren Stellungen von Betrachtungswinkeln gleichmäßig auf einem Umfang beabstandet sind, ist es sehr leicht, den Winkel jeder relativen Drehung gemäß der vorbestimmten Anzahl von Stellungen von Betrachtungswinkeln zu bestimmen. Wenn beispielsweise die Anzahl der Stellungen von Betrachtungswinkeln 24 beträgt, wird die Fracht vom Drehtisch jedesmal zum Drehen um 15 Grad angetrieben.
Auf Grundlage der im obenerwähnten Abtastvorgang erfaßten Durchleuchtungsprojektionsdaten kann der Host- und Datenverarbeitungsrechner diese Projektionsdaten in ein Bild rekonstruieren und es anzeigen. In der vorliegenden Erfindung ist es hinsichtlich jedes Betrachtungswinkels während der Abbildung möglich, die Durchleuchtungsprojektionsdaten in diesem Betrachtungswinkel zum Abbilden eines zweidimensionalen Bildes der Fracht in diesem Betrachtungswinkel zu benutzen, oder die Durchleuchtungsprojektionsdaten der mehreren Betrachtungswinkel in Kombination zum Rekonstruieren eines dreidimensionalen Bildes der Fracht zu benutzen. Natürlich ist es möglich, das zweidimensionale perspektivische Bild der Fracht wie auch das dreidimensionale perspektivische Bild der Fracht bei jedem Betrachtungswinkel zu erfassen. Wenn erfindungsgemäß das dreidimensionale Bild rekonstruiert wird, benötigt es vorzugsweise in mindestens drei Stellungen von Betrachtungswinkeln erfaßte Durchleuchtungsprojektionsdaten.
Die Rekonstruktion des dreidimensionalen Bildes wird erfindungsgemäß durch einen Filter-Rückprojektionsalgorithmus (kurz gesagt „FBP“), einen Erwartungsmaximierungsalgorithmus (kurz gesagt „EM“) oder EM mit geordneter Teilmenge (kurz gesagt „OSEM“) durchgeführt.
Bei Rekonstruktion der empfangenen Projektionsdaten von mehreren Betrachtungswinkeln in ein Bild durch FBP umfaßt der Rekonstruktionsvorgang folgende Schritte:

(1) Filtern der empfangenen Projektionsdaten von mehreren Betrachtungswinkeln, der spezifische Vorgang verläuft wie folgt:
- angenommen, daß F^ρ(ρ,θ) eine eindimensionale Fouriertransformation der empfangenen Projektionsdaten der mehreren Betrachtungswinkel in einer parallelen Richtung zur Empfangsebene der Datensammeleinheit ist, Filterverarbeitung der empfangenen Projektionsdaten der mehreren Betrachtungswinkel nach der Formel $M_{θ} (t) = \int_{- \infty}^{+ \infty} F^{ρ} (ρ, θ) | ρ | e^{2 π j ρ t} d ρ$ zum Erfassen des filterverar-beiteten Ergebnisses der Projektionsdaten der mehreren Betrachtungswinkel, wobei ρ und θ die Radialkoordinate bzw. die Winkelkoordinate sind; und
(2) Rückprojizieren der filterverarbeiteten Projektionsdaten der mehreren Betrachtungswinkel, der spezifische Vorgang verläuft wie folgt:
- angenommen, daß f̂(x,y) das rekonstruierte Bild ist, Rückprojektionsverarbeitung des filterverarbeiteten Er-gebnisses nach der Formel $M_{θ} (t) = \int_{- \infty}^{+ \infty} F^{ρ} (ρ, θ) | ρ | e^{2 π j ρ t} d ρ$ zum Erfassen des rekonstruierten Bildes der Projektionsdaten der mehreren Betrachtungswinkel, wobei x und y die Horizontalkoordinate bzw. die Längskoordinate sind.

Bei Rekonstruktion der Projektionsdaten der mehreren Betrachtungswinkel in ein Bild durch EM umfaßt der Rekonstruktionsvorgang folgende zwei Schritte, nämlich E-Schritt: Berechnen des Erwartungswertes der bedingten Wahrscheinlichkeitsfunktion; und M-Schritt: Berechnen des Maximums der Vorwegnahmefunktion.
Der EM-Vorgang wird hiernach ausführlich anhand eines bestimmten Beispiels beschrieben:

(1) angenommen, daß X das rekonstruierte Bild, α_ij ein Projektionsmatrixkoeffizient und die Initialisierung m = 0, x̂^m positiv ist;
(2) Durchführung der folgenden Schritte bis zur Konvergenz:
1. a) x¹ = x̂^m, m = m + 1;
2. b) Berechnen des Projektionswertes, wobei $μ_{t}^{i} = \sum_{j = 1}^{J} a_{t j} x_{j}^{i}, t \in s_{i};$
3. c) Rückprojizieren des Projektionswertes, $x_{j}^{i + 1} = x_{j}^{i} \sum_{t \in S_{i}} \frac{y_{t} α_{t j}}{μ_{t}^{j}} | \sum_{t \in S_{i}} α_{t j}, j = 1,2, \dots, J; und$
4. d) Erfassen von x̂^m= x'.

Der OSEM gleicht dem EM, aber seine Konvergenzrate ist höher als die von EM und dessen Abbildungsgüte liegt nahe an der von EM. Die vorliegende Erfindung kann auf der OSEM eingesetzt werden. Wenn die empfangenen Pro-jektionsdaten der mehreren Betrachtungswinkel durch den OSEM in ein Bild rekonstruiert werden, umfaßt der Rekonstruktionsvorgang folgende Schritte:

(1) angenommen, daß X das rekonstruierte Bild, α_ij ein Projektionsmatrixkoeffizient und die Initialiserung m = 0, x̂^m positiv ist;
(2) Durchführen der folgenden Schritte bis zur Konvergenz:
1. a) x₁ = x̂^m, m = m + 1;
2. b) Berechnen des Projektionswertes hinsichtlich jeder Teilmenge i = 1,2,...,n, wobei $μ_{t}^{i} = \sum_{j = 1}^{J} α_{t j} x_{j}^{i}, t \in S_{i},$ und Durchführen der Rückprojek-tion des Projektionswertes, wobei $x_{j}^{i + 1} = x_{j}^{i} \sum_{t \in S_{i}} \frac{y_{t} α_{t j}}{μ_{t}^{j}} | \sum_{t \in S_{i}} α_{t j}, j = 1,2, \dots, J; und$
3. c) Erfassen von x̂^m= x'.

Nach Abschluß der Bildrekonstruktion des empfangenen Projektionswertes der mehreren Betrachtungswinkel wird vom Host- und Datenverarbeitungsrechner das rekonstruierte Bild angezeigt. Das ausführliche Ergebnis des rekonstruierten Bildes ist aus 5 ersichtlich. 5a und 5b sind Ergebnisse der Simulation des Shepp-Logan-Kopfmodells.
Zusätzlich kann das die vorliegende Erfindung realisierende System auch den Doppelbetrachtungswinkelabtastmodus und CT-Scheibenabtastmodus realisieren.
Im Doppelbetrachtungswinkelabtastmodus erfaßt das System nur ein zweidimensionales perspektivisches Bild in zwei orthogonalen Betrachtungswinkeln und auf dem Rechnerbildschirm sind gleichzeitig zwei perspektivische Ansichten zur Bestimmung durch den Bediener angezeigt. Dieser Modus weist eine kurze Abtastzeit und eine hohe Durchlaufrate auf. Für die Bestimmungsweise und Grundlage des Bedieners sind jedoch ähnlich dem gegenwärtigen Kontrollsystem höhere Erfahrungen und Verantwortung erforderlich.
Im CT-Scheibenabtastmodus werden vom System zuerst die CT-Projektionsdaten der vorgeschriebenen Scheibenstellung eines Luftfrachtbehälters erfaßt, dann ein entsprechendes CT-Bild dieser Stellung durch Datenrekonstruktion erzeugt und ein Alarm bereitgestellt. Da dieses Scheibenbild die Größe und Verteilungsweise der Dichteinformationen der Fracht im entsprechenden Abschnitt widerspiegeln kann, wird die Genauigkeit des Alarms sehr erhöht, aber die Abtastzeit ist länger.
Im Abtastmodus mit mehreren Betrachtungswinkeln der vorliegenden Erfindung werden vom System fortlaufend eine Mehrzahl zweidimensionaler perspektivischer Bilder in unterschiedlichen Betrachtungswinkeln erfaßt, die Daten der Triaxialität des gesamten Objekts annähernd durch Rekonstruktion mit unvollständigen Daten rekonstruiert und sie dann zur Bestimmung durch den Bediener auf dem Rechnerbildschirm angezeigt. Daneben kann an den diesbezüglichen Projektionsdaten über eine Mensch-Maschine-Schnittstelle ein Dialogbetrieb durchgeführt werden und zur gleichen Zeit werden die verdächtigen Schlüsselgebiete herausragend angezeigt. In diesem Modus kann das System vorbereitend die Auslösung eines Alarms hinsichtlich gefährlicher Artikel wie beispielsweise Sprengstoffe realisieren. Außerdem ist die Abtastzeit bescheiden. Dieser Modus dient daher als die bevorzugte Abtastweise der vorliegenden Erfindung.
Das System kann automatisch zwischen diesen drei Abtastmodi umschalten und bedarf keiner Umschaltzeit. Unterschiedliche Abtastmodi können daher flexibel im Vorgang der eigentlichen Anwendung entsprechend dem Erfordernis der Risikobewertung des Luftfrachtbehälters oder der Sicherheitshöhe des Flughafens benutzt werden. Unter der Bedingung des Suchens nach Durchlaufrate wird der Doppelbetrachtungswinkelabtastmodus ausgewählt; und in gewöhnlichen Umständen wird zuerst der Mehrfachbetrachtungswinkelabtastmodus benutzt und dann wird gemäß den Umständen an der spezifischen Stellung des verdächtigen Luftfrachtbehälters, der während der Bestimmung der Daten der Triaxialität nicht freigegeben werden kann, CT-Scheibenabtastung durchgeführt.

Claims

Verfahren zur Frachtsicherheitskontrolle mit mehreren Betrachtungswinkeln zum Kontrollieren eines Gegenstandes (2) unter Verwendung eines Frachtsicherheitskontrollsystems, wobei das Frachtsicherheitskontrollsystem eine Strahlungsquelle (1) zum Erzeugen eines Strahlenbündels zum Durchleuchten des zu kontrollierenden Gegenstandes (2) und eine Datensammeleinheit (3) zum Sammeln der Durchleuchtungsprojektionsdaten, nachdem das Strahlenbündel den zu kontrollierenden Gegenstand (2) durchleuchtet hat, umfaßt, wobei das Verfahren einen Abtastschritt mit folgendem umfaßt: Drehen der Strahlungsquelle (1) und/oder des Gegenstandes (2) um eine Drehachse zum Erreichen einer relativen Drehung, dadurch Positionieren der Strahlungsquelle (1) in einer Mehrzahl von diskreten Stellungen mit unterschiedlichen Betrachtungswinkeln hinsichtlich des zu kontrollierenden Gegenstandes (2), wobei sich die Strahlungsquelle (1) in jedem Betrachtungswinkel entlang einer geraden Linie in einer Richtung parallel zur Drehachse bewegt und zur gleichen Zeit zum Erfassen der Durchleuchtungsprojektionsdaten in jedem Betrachtungswinkel den zu kontrollierenden Gegenstand (2) abtastet; wobei die Mehrzahl diskreter Stellungen mit unterschiedlichen Betrachtungswinkeln eine Mehrzahl von auf einem Umfang gleichmäßig beabstandeten Stellungen ist; wobei das Verfahren weiterhin einen Abbildungsschritt zum Abbilden des zu kontrollierenden Gegenstandes (2) auf Grundlage der durch die Datensammeleinheit (3) gesammelten Durchleuchtungsprojektionsdaten umfasst, wobei in dem Abbildungsschritt ein dreidimensionales Bild des zu kontrollierenden Gegenstandes (2) unter Verwendung der Durchleuchtungsprojektionsdaten der mehreren Betrachtungswinkel in Kombination rekonstruiert wird, wobei diese Rekonstruktion unter Verwendung eines Filter-Rückprojektionsalgorithmus, Erwartungsmaximierungsalgorithmus oder statistischen Algorithmus mit geordneten Teilmengen durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die relative Drehung durch Stationärhalten der Strahlungsquelle (1) und Drehen des zu kontrollierenden Gegenstands (2) erreicht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die relative Drehung durch Stationärhalten des zu kontrollierenden Gegenstandes (2) und Drehen der Strahlungsquelle (1) um den zu kontrollierenden Gegenstand (2) herum erreicht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Strahlungsquelle (1) und die Datensammeleinheit (3) an gegenüberliegenden Seiten des zu kontrollierenden Gegenstandes (2) angeordnet sind, wobei sich in dem Abtastschritt die Datensammeleinheit (3) synchron zu der Bewegung der Strahlungsquelle (1) bewegt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Mehrzahl diskreter Stellungen mit unterschiedlichen Betrachtungswinkeln 3 bis 70 Stellungen von Betrachtungswinkeln umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Mehrzahl diskreter Stellungen mit unterschiedlichen Betrachtungswinkeln 4 bis 60 Stellungen von Betrachtungswinkeln umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Mehrzahl diskreter Stellungen mit unterschiedlichen Betrachtungswinkeln 8 bis 50 Stellungen von Betrachtungswinkeln umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Mehrzahl diskreter Stellungen mit unterschiedlichen Betrachtungswinkeln 10 bis 40 Stellungen von Betrachtungswinkeln umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Mehrzahl diskreter Stellungen mit unterschiedlichen Betrachtungswinkeln 15-25 Stellungen von Betrachtungswinkeln umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei sich an zwei benachbarten Stellungen von Betrachtungswinkeln die Strahlungsquelle (1) entlang geraden Linien jeweils in entgegengesetzten Richtungen bewegt.
Verfahren nach Anspruch 1, umfassend in dem Abbildungsschritt hinsichtlich jedes Betrachtungswinkels Abbilden eines zweidimensionalen perspektivischen Bildes des zu kontrollierenden Gegenstandes (2) unter Verwendung der Durchleuchtungsprojektionsdaten dieses Betrachtungswinkels.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Mehrzahl diskreter Stellungen mit unterschiedlichen Betrachtungswinkeln mindestens drei Stellungen von Betrachtungswinkeln umfaßt.