HK1071431B - 利用电磁射线检测目标物中特定物质的方法和装置 - Google Patents

Description

利用电磁射线检测目标物中特定物质的方法和装置

技术领域

本发明涉及利用电磁射线检目标物中，尤其是在行李中，特定物质的方法和装置，其中来自相应检测器阵列中的至少三个射线平面的未被吸收的射线的强度被测量和分析。

为了检查目标物，例如为了机场中对行李进行安全检查，使用已知的方法和装置，在这些方法和装置中，目标物被要求通过电磁射线照射，射线由位置固定的射线源发出。未被吸收的射线的强度由射线源所属的检测器阵列测量和分析。通常用X射线实现这种检查。

背景技术

US6088423-A公开了一种方法，其中三个位置固定的射线源在三个相互平行的平面中发出X射线，射线垂直于目标物传送方向。计算机从三个相应的检测器阵列的数据中确定目标物中物体的可能形状并对每个物体计算一个可能的有效序数Z_eff和一个可能的密度。在现有方法中按所谓的双能量方法分析两个能量范围内的强度。

发明内容

本发明的目的在于，提供一检测目标物中，尤其是在一件行李中，物质的方法，此方法以尽可能低的设备开销，尤其是以尽可能少的射线源数量，提供检测一种物质的尽可能高的可靠性。

本发明的另一任务在于提供一种用于实现本发明方法的装置。

本发明的第一个任务这样来完成：利用电磁射线检测目标物中的特定物质的方法，其中来自目标物的至少三个被电磁射线照射的平面的未被吸收的射线的强度在相应的检测器阵列中被测量和分析，该方法有以下步骤：(1)由测得的强度值生成目标物的至少一个二维图像；(2)根据通过射线强度测量所确定的一个物质参量的数值，选择在图像上形成的一个空间区域用于检查，(3)利用所要检测的物质的一个影响射线吸收的特定物质参量的存储值，根据二维图像的位置数据和测得的强度值确定要检查的空间区域中的至少一个空间几何参量，(4)仅由根据测得的强度值所求出的三维空间几何参量值再次确定相应的空间几何参量，(5)将步骤(3)和(4)中所确定的空间几何参量或由上述空间几何参量所导出的参量的数值进行直接或间接的比较，以确定所要检测的物质是否真正存在。

第二个任务由此完成：利用电磁射线检测目标物中的特定物质的装置，—具有一个通过照射通道引导的输送装置，—围绕着输送装置排列的射线源，这些射线源发出照射在至少三个平面中的射线，并且被射线照射的平面中至少两个相互不平行，—具有分别对应于每个被射线照射的平面、并且对准这些平面的检测器阵列，以及—具有一个分析单元，其特征在于，分析单元包括以下装置：用于根据测得的强度值生成目标物的至少一个二维图像的第一装置；用于基于通过射线强度测量所确定的物质参数的值选择在图像上形成的一个空间区域以进行检查的第二装置；用于利用要检测的物质的一个影响射线吸收的特定物质参量的存储值，根据二维图像的位置数据和测得的强度值确定要检查的空间区域中的至少一个空间几何参量的第三装置；用于仅由根据测得的强度值所求出的三维空间几何参量值再次确定相应的空间几何参量的第四装置，以及用于对在第三和第四装置中确定的空间几何参量或由上述空间几何参量导出的参量的数值进行直接或间接的比较，以确定要检测的物质是否真正存在的第五装置。

现有的计算机层析照影法使用围绕目标物的X射线源和相应的检测器产生多个图像，由这些图像可以重建三维的具有良好解析度的目标物。如果图像数小于10，这些图像用相应数量的固定位置的射线源和检测器产生，则由于数学上的原因，不能完全地和不能以足够的解析度重建复杂的目标物。本发明方法因此局限于获取来自特定区域的局部信息，这些信息从单个图像中选出并被检查。在分析时，首先利用被猜测的物质的一个特殊的、影响吸收的参量的存储值，由一个二维图像的位置数据和强度，确定在被检查区域中的一个空间几何量。另外，相应的空间几何量还仅由三维几何值确定，这些值由测得的强度值求出。最后，将两次分析评估得到的值直接或间接地相互比较，以确定所猜测的物质是否真正存在。

下面给出了本发明的其他优选方案，它们特别具有优点：

间接地将空间几何量的两个值相互比较，其中通过利用所确定的两个空间几何参量的值得到一个影响射线吸收的特定物质参量的值，此值接着与一个先前存储的值比较。

在一个优选实施方式中，在区域中的物质的体积由面积和区域的吸收厚度(Absorptionsdicke)确定。为了由测得的强度值计算出吸收厚度，利用被猜测的物质的特殊的、影响吸收的参量的存储值，尤其是存储的密度和/或存储的质量衰减系数μ/。在第二次分析中，在区域中的物质体积以类似方法仅由空间的位置数据求出。体积值或用体积求出的参量的值相互进行比较。

在一种优选的方法中，将所求出的物质的体积值或由所述体积值导出的参量的值相互比较。

在一种优选的方法中，质量值被相互比较，这些质量值通过体积值与密度值相乘计算得到，所述密度值先前已经被存储，或者所述密度值根据先前已存储的参量来确定。

在一种特别有优点的方法中需要进行间接的比较。由根据面积和吸收厚度确定的体积通过与所猜测的物质的密度相乘来确定质量。如此确定的质量接着由体积去除，此体积是仅仅由空间的位置数据求得的。如此求出的密度值与存储的密度值比较。

为了近似求出体积，最好计算一个位于被检测区域内或者包围着此区域的多面体的体积。

在一种优选的方法中，利用一个影响吸收的参量的存储值，尤其是密度和/或质量衰减系数μ/的存储值，确定对应于二维图像的一个位置的吸收厚度。为了验证分析结果，相应的厚度还仅由空间位置数据确定。

在一种优选的方法中，在第二个步骤中作为选择基础的物质参量是有效序数Z_eff。

在一种优选的方法中，在第三个步骤中存储的影响射线吸收的特定物质参量是密度和/或质量衰减系数μ/。

一种特别具有优点的方法中，目标物在至少三个分开的被射线照射的平面中被透射，这些平面中至少有两个相互不平行。在只有少量的目标物二维图像时，如果这些图像相互独立，即它们不是仅仅由平行的透射平面获得的，则可以更好地确定被检查的空间区域。

在一种优选的方法中，目标物被输送通过被射线照射的平面进行透射。

附图说明

附图用于借助行李检查装置这一实施例说明本发明。附图中：

图1是装置的原理结构，

图2是在三个辐射平面中透视目标物的装置的正视图，

图3是图2所示装置的射线源和检测器的排列的侧视图，

图4是一个优选装置的正视图，其中目标物在5个辐射平面中被透视，以及

图5是图4所示装置的射线源和检测器的排列的侧视图。

具体实施方式

附图中所描绘的检查装置用于目标物1，尤其是行李的安全检查，如机场所进行的安全检查。为此放在行李中的物体2必须被检查是否安全。

该装置包含作为基本部件的位置固定的射线源3.1至3.3和相应的检测器排列4.1至4.5，由它们测得未被吸收射线的强度。这里射线源3.1至3.3如此排列：目标1分别在不同的方向上被透视，以获得尽可能多的相互独立的数据。为此射线源3.1至3.3在目标物1输送方向中前后间隔一段距离，排列在照射通道6的不同侧面上，目标物1由一个传送装置，最好是一个传送带7，输送通过照射通道。

给出在至少三个最好是平面状的射线平面5.1至5.5中的射线用于透视目标物1，检测器阵列4.1至4.5分别对准这些射线。目标物1最好在至少三个分开的射线平面5.1至5.5中被透视，三个射线平面中至少两个相互间不平行。在图3所示实施方式中，射线平面5.1，5.3与射线平面5.2不平行，在图5所示实施方式中射线平面5.1，5.4，5.5平行，两个另外的射线平面5.2，5.3不仅相互间倾斜，而且对射线5.1，5.4，5.5也倾斜。最好至少一个射线平面垂直于目标物1的输送方向。具有优点的是两个相互倾斜的射线平面通过准直仪8对来自单个射线源的相应射线遮挡而确定方向。检测器阵列4.1至4.5包含的检测器分别在一个行列状阵列中排列，最好设计成L型阵列，这样所有穿透过目标物1的射线被检测到。射线源3.1至3.3给出在最大为140KeV能量范围内的X射线。检测器阵列4.1至4.5包含双检测器，它们用所谓的双重能量方法分别根据高能和低能来测量强度。

此外，该装置包含一个分析单元，此单元具有一台计算机和一个显示屏9，在显示屏上显示所产生的目标物1和其中物体2的图像，用于附加的操作人员视觉检查。在计算机中除了存储有分析软件外还存储不同物质至少的一个特殊的、影响吸收的参量的值，在检查中应检测这些物质是否存在。这种物质主要是炸药，它是否存在于目标物1中是应被检测的。

为了检测目标物1中的特定物质，例如炸药，目标物1在传送带7上被输送通过不同的射线平面5.1至5.5，同时未被吸收的X射线强度被相应的检测器阵列4.1至4.5测量。从测得的强度值首先形成目标物1的一个二维图像，此图像被存储在计算机中用于后续处理。图像由物质尺寸内的像素值构成，这些像素值由相应检测器测得的强度确定。最好对每个图像点确定有效序数值Z_eff，按照已知的双重能量方法，此值由对于高和低能量频谱的两个强度值求出。求出的值可作为相应的灰度或彩色值显示在显示屏9上。

在图像上确定一个区域，在此区域中物质的参量的值，例如Z_eff的值在一个感兴趣的范围内，例如在炸药的一个数值范围内。图像的这个区域表示一个空间区域的摹本，从而描绘目标物1内的一个物体2，并且被提取出来用于后续的检查。

在检查中至少一个在被检查区域中的空间几何量由二维图像的位置数据和强度值确定，强度值利用被猜测的物质的特殊的、影响吸收的参量的存储值求出。最好是存储和应用被检测物质的密度φ和/或质量衰减系数μ/φ的值。另外，相应的空间几何量还仅由三维值确定，这些三维值由测得的强度值求出。为了尽可能精确地确定此空间几何量，在图4和5的优选实施方式中产生5个不同的二维图像，由它们计算出相应的三维值。最后，空间几何量的或由此空间几何量导出的参量的两个求出的数值直接或间接地相互比较，以确定所猜测的物质是否真正存在。

一个具有优点的空间几何量是在被检查空间区域中物质的体积。此体积用两种不同的方法确定：在第一次确定中首先计算被检查区域的二维摹本的面积。接着由穿过此面积的射线的强度值确定此空间区域的吸收厚度。为了确定吸收厚度，被猜测的物质的一个特殊的、影响吸收的参量的存储值，尤其是密度φ和/或质量衰减系数μ/φ的存储值被引用。然后面积和吸收厚度的乘积作为区域中物质的体积。

在另一个步骤中用类似方法由空间位置数据求出区域中物质的体积，位置数据仅由至少三个检测器阵列的强度值确定。为此一个位于此区域中或包围着此区域的多面体的体积最好由位置数据求出，这些位置数据和强度值一起在传送目标物1通过至少三个射线平面时被确定。

为了检查所猜测的物质是否真正存在，接着按照一个方案将体积的值或用体积求出的参量的数值直接相互比较，这些数值是按两个方法分别求出的。为了比较，最好在这两个方法中分别求出被检查区域中物质的质量，它是体积和存储的密度的乘积。这具有以下优点：在第一个步骤中可以确定一个最小的质量，此最小质量是在第二步骤中的检查所需要的。

最好在两个方法中求出的体积如此间接比较：利用吸收厚度在第一个步骤中计算出的体积值与存储的被猜测的物质的密度值φ相乘，以确定在被检查区域中物质的质量。由如此确定的质量，通过被在第二个方法中仅由空间位置数据求出的体积值去除，确定一个密度值，接着此密度值与存储的密度值比较。此方法也具有以下优点：在第一个步骤中求出一个质量，由它可确定一个用于后续检查方法的最小质量值。

如果所猜测的物质真实存在，不仅在直接比较还是在间接比较方法中比较值总是足够精确地一致的。

除了确定体积之外，也可以确定区域的吸收厚度作为几何量。为此利用猜测物质的一个特殊的、影响吸收的参量的存储值确定对应于二维图像φ的一个位置的吸收厚度。像上面所说明的体积的确定那样，最好存储被检测物质的密度φ和/或质量衰减系数μ/φ的值。吸收厚度最好按以下假设计算：在区域中的物质具有确定的厚度。

另外，对应于这一位置的吸收厚度还仅由空间位置数据确定，位置数据通过至少三个由不同的射线平面5.1至5.5形成的二维图像的三维分析求出。最后，求出的两个厚度值或由厚度推出的参量，例如密度或质量，相互比较。如果所猜测的物质真正存在，这两个值足够精确地一致。

Claims (13)

1.利用电磁射线检测目标物中特定物质的方法，其中来自目标物的至少三个被电磁射线照射的平面的未被吸收的射线的强度在相应的检测器阵列中被测量和分析，该方法有以下步骤：

(1)由测得的强度值生成目标物的至少一个二维图像；

(2)根据通过射线强度测量所确定的一个物质参量的数值，选择在图像上形成的一个空间区域用于检查，

(3)利用所要检测的物质的一个影响射线吸收的特定物质参量的存储值，根据二维图像的位置数据和测得的强度值确定要检查的空间区域中的至少一个空间几何参量，

(4)仅由根据测得的强度值所求出的三维空间几何参量值再次确定相应的空间几何参量，

(5)将步骤(3)和(4)中所确定的空间几何参量或由上述空间几何参量所导出的参量的数值进行直接或间接的比较，以确定所要检测的物质是否真正存在。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，进行间接的比较：利用在步骤(3)和(4)中所确定的两个空间几何参量的数值计算出影响射线吸收的特定物质参量的数值，接着将此数值与先前存储的值相比较。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，

在步骤(3)中计算要检查的空间区域的摹本的面积，接着由此区域的面积和吸收厚度确定该区域中物质的体积作为空间几何参量，其中吸收厚度由测得的强度值和要检测的物质的影响射线吸收的特定物质参量的存储值来确定，

在步骤(4)中由根据至少三个检测器阵列测得的强度值所确定的空间位置数据近似求出该区域中物质的体积。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，在步骤(5)中将所求出的物质的体积值或由所述体积值导出的参量的值相互比较。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，质量值被相互比较，这些质量值通过体积值与密度值相乘计算得到，所述密度值先前已经被存储，或者所述密度值根据先前已存储的参量来确定。

6.如权利要求3所述的方法，其特征在于，在步骤(3)中最后由物质的体积和存储的密度计算出区域中物质的质量，并且在步骤(5)中为了进行间接比较，由在步骤(3)中确定的质量和步骤(4)中确定的体积计算出密度，并将此密度值与先前已存储的密度值相比较。

7.如权利要求3所述的方法，其特征在于，为了对体积进行近似，在步骤(4)中由位置数据计算出一个位于此区域中或者包围着此区域的多面体的体积。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，

在步骤(3)中利用要检测的物质的影响射线吸收的特定物质参量的存储值确定对应于二维图像的一个位置的区域的吸收厚度，

在步骤(4)中由空间位置数据确定区域的相应厚度，空间位置数据仅由至少三个检测器阵列测得的强度值求出，以及

在步骤(5)中将求出的两个厚度或由所述厚度导出的参量相互比较。

9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(2)中作为选择基础的物质参量是有效序数Zeff。

10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(3)中存储的影响射线吸收的特定物质参量是密度和/或质量衰减系数μ/。

11.如权利要求1所述的方法，其特征在于，目标物(1)在至少三个分开的被射线照射的平面(5.1-5.5)中被透射，这些被射线照射的平面中至少两个相互不平行。

12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，目标物(1)被输送通过被射线照射的平面(5.1-5.5)进行透射。

13.用于实现权利要求1至12中任一项所述方法的装置，

—具有一个通过照射通道(6)引导的输送装置(7)，

—围绕着输送装置(7)排列的射线源，这些射线源发出照射在至少三个平面(5.1-5.5)中的射线，并且被射线照射的平面(5.1-5.5)中至少两个相互不平行，

—具有分别对应于每个被射线照射的平面(5.1-5.5)、并且对准这些平面的检测器阵列(4.1-4.5)，以及

—具有一个分析单元，

其特征在于，分析单元包括以下装置：

用于根据测得的强度值生成目标物(1)的至少一个二维图像的第一装置，

用于基于通过射线强度测量所确定的物质参数的值选择在图像上形成的一个空间区域以进行检查的第二装置，

用于利用要检测的物质的一个影响射线吸收的特定物质参量的存储值，根据二维图像的位置数据和测得的强度值确定要检查的空间区域中的至少一个空间几何参量的第三装置，

用于仅由根据测得的强度值所求出的三维空间几何参量值再次确定相应的空间几何参量的第四装置，以及

用于对在第三和第四装置中确定的空间几何参量或由上述空间几何参量导出的参量的数值进行直接或间接的比较，以确定要检测的物质是否真正存在的第五装置。