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    射线 照片 数据 解译
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    摘要
    申请专利号:

    CN200980147122.0

    申请日:

    2009.09.16

    公开号:

    CN102224413A

    公开日:

    2011.10.19

    当前法律状态:

    授权

    有效性:

    有权

    法律详情: 授权|||实质审查的生效IPC(主分类):G01N 23/04申请日:20090916|||公开
    IPC分类号: G01N23/04; G01V5/00 主分类号: G01N23/04
    申请人: 克罗梅克有限公司
    发明人: 马克斯·罗宾逊
    地址: 英国达勒姆
    优先权: 2008.09.24 GB 0817487.2
    专利代理机构: 北京市德恒律师事务所 11306 代理人: 陆鑫;高雪琴
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    法律状态
    申请(专利)号:

    CN200980147122.0

    授权公告号:

    102224413B||||||

    法律状态公告日:

    2013.08.28|||2011.11.30|||2011.10.19

    法律状态类型:

    授权|||实质审查的生效|||公开

    摘要

    描述了用于收集和解译来自通过适当辐射源所扫描的对象的射线照片数据的方法和装置。提供了辐射检测系统,该辐射检测系统检测和收集光谱已分解的信息。从多个视角扫描对象,并且将来自每个视角的所生成的数据分解为至少3个光谱能带。对于每个这种已分解的光谱能带,进行图像分析以提取深度切片,以生成均包括分解为单个能带和深度切片的强度信息的2-D数据集的一系列输出数据集。

    权利要求书

    权利要求书
    1.  一种方法,用于收集和解译来自对象的射线照片数据,包括以下步骤:
    提供辐射源和与所述辐射源间隔的辐射检测系统,以限定横向间隔的至少第一扫描位置和第二扫描位置的方式来限定在所述辐射源和所述辐射检测系统之间的扫描区,所述检测系统能够检测和收集关于入射在其上的辐射的光谱可分解信息;
    使对象在横向间隔的扫描位置上相对于所述扫描区移动并且穿过所述扫描区;从而从位于所述第一扫描位置处的检测器输出端生成强度信息的至少第一视角数据集;从位于所述第二扫描位置处的检测器输出端生成强度信息的至少第二视角数据集;
    将每个视角数据集分解为至少3个光谱能带;
    对于每个已分解的光谱能带:
    进行来自所述每个视角数据集的数据的数字图像分析,以识别位于不同视角数据集中的相应点;
    从而,获得有关在所述每个视角数据集之间的视差的数字数据;
    从而,使用三角测量法获得z坐标信息并且使用所述z坐标信息将位于每个能带处的每个视角数据集划分为多个深度切片;
    以及从而,生成一系列输出数据集,每个输出数据集均包括分解为单个能带和深度切片的强度信息的2-D数据集。

    2.  根据权利要求1所述的方法,其中,所述辐射源选自诸如x射线和/或γ射线的高能量电磁辐射、或亚原子微粒辐射,并且相应地,所述检测系统适用于检测在光谱内的辐射。

    3.  根据权利要求1或者权利要求2所述的方法,其中,数字识别在来自不同视角的所收集的数据的视差的步骤利用了核线约束。

    4.  根据前述权利要求中的任一项所述的方法,其中,使用来自在等效能带处分离的多个透视图的数据对每个能带实施深度分解步骤,以生成输出数据集,所述输出数据集包括在每个抽象的深度切片处用于每个能带的2-D强度信息的分离映射。

    5.  根据权利要求4所述的方法,其中,结合所述2-D强度信息的映射以生成具有用于所述每个能带的3-D强度信息的输出数据集。

    6.  根据权利要求4或权利要求5所述的方法,进一步包括以下步骤:通过具有x、y空间、能量、以及深度切片分辨率的至少一些和优选地全部所述输出数据集来生成图像数据集。

    7.  根据权利要求6所述的方法,进一步包括以下步骤:在适当的显示装置上显示来自所述图像数据集的图像作为同时或者顺序分离显示的图像和/或作为合成图像。

    8.  根据前述权利要求中的任一项所述的方法,其中,通过线扫描原理来生成视角数据集,其中,所述检测系统包括多个间隔的线性检测器,能够生成关于入射辐射的光谱可分解信息;
    从而,通过使对象相对于所述扫描区移动并且穿过所述扫描区,来从多个间隔的线性检测器的每一个中收集数据,以生成相应的多个2-D视角数据集,从而生成视角数据集,其中,在x、y坐标上分解强度信息。

    9.  根据权利要求8所述的方法,其中,校准所述辐射源以生成幕帘光束。

    10.  一种用于收集和处理来自对象的射线照片数据的装置,包括:
    辐射源和与所述辐射源间隔的辐射检测系统,以限定横向间隔的至少第一扫描位置和第二扫描位置的方式来限定配置在所述辐射源和所述辐射检测系统之间的扫描区,所述检测系统能够检测和收集关于入射在所述检测系统上的辐射的光谱可分解信息;
    数据收集???,在使用中从位于所述第一扫描位置处的检测器输出端收集强度信息的至少第一视角数据集并从位于所述第二扫描位置处的检测器输出端收集强度信息的至少第二视角数据集;
    能量分解???,处理每个所述视角数据集并且将每个所述视角数据集分解为在所述辐射源的光谱内的至少3个光谱能带;
    空间分解装置,包括:图像分析器???,对于每个已分解的光谱能带,数字分析来自每个所述视角数据集的数据,以识别其中的相应点;视差???,从所述视差??榛竦糜泄孛扛鏊鍪咏鞘菁涞氖硬畹氖质?;以及深度切片???,使用三角测量法分解来自所述深度切片??榈膠坐标信息,以将位于每个能带的每个视角数据集划分为多个深度切片;
    输出数据寄存器,存储通过所述空间分解??樗傻氖涑鍪葑魑幌盗惺涑鍪菁?,每个所述输出数据集均包括分解为单个能带和深度切片的强度信息的2-D数据集。

    11.  根据权利要求10所述的装置,其中,所述辐射源包括用于提供高能量辐射的源,所述高能量辐射选自诸如x射线和/或γ射线的高能量电磁辐射、以及亚原子微粒辐射,并且相应地,所述检测系统适用于检测在光谱内的辐射。

    12.  根据权利要求10或权利要求11所述的装置,其中,所述能量分解??榘ǎ菏荽砟??,用于辨别光谱已分解的强度数据;以及数据存储???,用于将该强度数据存储在适当的多个能量间隔中。

    13.  根据权利要求10至12中的任一项所述的装置,其中,对于每个能带,所述深度切片??槭视糜诖砝醋栽诘刃艽λ掷氲亩喾甘油嫉氖菀陨墒涑鍪菁?,所述数据集包括:在每个抽象的深度切片处用于每个能带的2-D强度信息的分离映射,并且可选地,适用于结合2-D强度信息的映射以生成具有用于所述每个能带的3-D强度信息的输出数据集。

    14.  根据权利要求13所述的装置,进一步包括:图像生成???,通过具有x、y空间、能量、以及深度切片分辨率的至少一些和优选地全部所述输出数据集来生成图像数据集。

    15.  根据权利要求14所述的装置,进一步包括:数据寄存器,用于存储所述图像数据集;和/或图像显示装置,在所述图像显示装置上显示来自所述图像数据集的图像。

    16.  根据权利要求10至15中的任一项所述的装置,其中,检测器适用于产生光谱分辨率,其中,由所选择的材料制作所述检测器,以作为直接材料性能固有地呈现响应于所述源光谱的不同部分的直接可变电响应。

    17.  根据权利要求16所述的装置,其中,所述检测器包括:作为包括Ⅱ-Ⅵ族半导体材料的大块晶体的所形成的一种或多种半导体材料。

    18.  根据权利要求16或权利要求17所述的装置,其中,所述检测器包括选自碲化镉、碲锌镉(CZT)、碲锰铬(CMT)、以及其合金的半导体材料。

    19.  根据权利要求10至18中的任一项所述的装置,根据线扫描原理运行,其中,所述检测系统包括:多个线性检测器,能够生成关于在以适当角距横向间隔的连续阵列中的入射辐射的光谱可分解信息,使得可以在使用中从所述辐射源和所述线性检测器阵列之间所生成的多条射线路径收集强度数据。

    20.  根据权利要求19所述的装置,其中,所述辐射源包括校准器,用于生成幕帘光束。

    说明书

    说明书射线照片数据的解译
    技术领域
    本发明涉及用于使用已分解空间和能量数据收集和解译(interpretation)射线照片数据,尤其是x射线交互数据的方法和装置。因而,例如,在期望获得关于内部含量和/或组分的信息的情况下,本发明涉及用于检测和表征位于三维空间中的对象的方法和装置。本发明可以进一步涉及通过材料图像的生成或者与材料图像的生成一起运行的方法和装置,而不仅限于上述成像。
    背景技术
    在以下环境中广泛应用通过诸如x射线或者γ-射线(gamma)的高能量射线扫描对象的原理:可能期望获得关于对象的内部含量和/或组分的信息,包括例如为了识别和为了库存控制而进行扫描,以在用于检测危险品或违禁品的安全等情况下监控随时间的改变,尤其监控随时间的劣化,例如,从而为了质量控制目的或者确定结构完整性等目的对进入或退出限定区域的人或箱包进行检查。
    大多数x射线照射的对象由多种材料、复合组织等组成。尽管该普通射线照片为仅包含单色强度信息的简单平面阴影照片图像,但是实际上,这些对象通常也是三维的。x射线源几乎一直为辐射的较宽频谱发射器。然而,大多数检测器类型不能分解这种能量信息。因此,以这种方式所生成的射线照片具有转化为单个2-D平面的所有空间信息和所有能量信息。这表示如果人们仅对查看特定深度和由某种类型的材料组成的对象内部的信息感兴趣,则其通常与由位于相同x,y区域中和由其他类型材料组成的对象所生成的图像中的杂波(clutter)背景(backdrop)相平衡。
    检测器的最新发展可能导致在多个能带上辨别以生成多幅能量差分图像的装置的发展,该检测器可以更有效地分解关于透射x射线的光谱信息。例如,US5943388描述了利用碲化镉检测器生成至少在三个能带上的图像和至少三幅图像的系统。以这种方法所生成的射线照片具有某些差分能量信息,但是所有的空间信息保持转化(collapse)为单个2-D平面。
    已经在第PCT/GB 2008/001103号申请中提出了用于生成单眼运动视差(parallax)x射线图像的方法和装置。系统结构必须为如此生成的一系列图像,仅含有水平方向上的视差(disparity)信息(即,在人眼分离的方向上)。人类观察者看到的这种图像序列将提供与旋转对象相同的效果。这种视角图像序列已经在其中包含了三维坐标数据。以相同的方法,可以通过测量在透视图之间的视差将照相测量法应用于立体图像对,所以也可以将这种照相测量法应用于单眼运动视差图像序列。本应用的较大优点是图像越多,包含的视差就越大,进一步,就可以测量更精确的深度或者z坐标。使用立体对的限制是对视差的非常严格的控制的限制,可以使用该视差来有效限制可以获得的深度分解率(resolution)。
    然而,我们仍然期望开发用于收集和解译射线照片数据的方法和装置,该方法和装置有效利用以可分解的坐标方式通过选择能量检测器射线收集的空间信息和能量信息。
    发明内容
    根据本发明,在第一方面,提供了用于收集和解译来自对象的射线照片数据的方法,该方法包括以下步骤:
    提供了辐射源和与该辐射源间隔的辐射检测系统,以限定横向间隔的至少第一扫描位置和第二扫描位置的方式限定该辐射源和该辐射检测系统之间的扫描区,该检测系统能够检测和收集关于入射在该检测系统上的辐射的光谱可分解信息;
    使对象在横向间隔的扫描位置上相对于扫描区进行移动并且穿过该扫描区;以及
    从位于第一扫描位置处的检测器输出端生成强度信息的至少第一视角数据集;
    从位于第二扫描位置处的检测器输出端生成强度信息的至少第二视角数据集;
    将每个视角数据集分解为至少三个光谱能带;
    对于每个这种可分解的光谱能带:
    进行来自每个视角数据集的数据的数字图像分析以识别位于不同视角数据集中的相应点;
    从而获得有关在每个视角数据集之间的视差的数字数据;
    从而使用三角测量法获得z坐标信息并且使用该z坐标信息将位于每个能带处的每个视角数据集划分为多个深度切片;
    以及从而,生成一系列输出数据集,每个输出数据集均包括分解为单个能带和深度切片的强度信息的2-D数据集。
    根据本发明的另一方面,使用类推法提供了用于收集和处理来自对象的射线照片数据的装置,包括:
    辐射源和与该辐射源间隔的辐射检测系统,以限定横向间隔的至少第一扫描位置和第二扫描位置的方式限定配置在该辐射源和该辐射检测系统之间的扫描区,该检测系统能够检测和收集关于入射在该检测系统上的辐射的光谱可分解信息;
    数据收集???,在使用中从位于第一扫描位置处的检测器输出端收集强度信息的至少第一视角数据集并从位于第二扫描位置处的检测器输出端收集强度信息的至少第二视角数据集;
    能量分解???,在该源的光谱内将每个视角数据集处理和分解为至少3个光谱能带;
    空间分解装置,包括:图像分析器???,对于每个已分解的光谱能带,数字分析来自每个视角数据集的数据,以识别位于该视角数据集中的相应点;视差???,从该视差??榛竦糜泄孛扛鍪咏鞘菁涞氖硬畹氖质?;以及深度切片???,使用三角测量法分解来自该深度切片??榈膠坐标信息,以将位于每个能带的每个视角数据集划分为多个深度切片;
    输出数据寄存器,存储通过空间分解??樗傻氖涑鍪葑魑幌盗械氖涑鍪菁?,每个输出数据集均包括分解为单个能带和深度切片的强度信息的2-D数据集。
    辐射源包括:源,提供诸如电离辐射的高能量辐射,例如诸如x射线和/或γ射线的高能量电磁辐射、或亚原子微粒辐射;和检测系统,相应地适用于检测该光谱内的辐射。根据本发明,因此,以一般传统方式收集来自在诸如x射线、γ射线等的辐射和位于扫描区的对象之间的交互的强度数据,其中,包括例如:透射、散射、反向散射、吸收等。对于大多数应用,例如,如在生成透射射线照片的情况下,优选地,至少获得穿透辐射强度(transmitted radiation intensity)的强度数据。
    对于每个“扫描事件”(即,经由入射在位于给定扫描位置中的给定对象上并且例如穿过该给定对象的给定辐射路径测量强度),收集“强度数据集”,该数据集表示穿过源能量光谱的至少一部分入射在检测器上的收集的强度。通常,在一区域上收集强度信息(即,x、y坐标),但是通常利用适当的扫描方法学通过区域扫描、线扫描、或者甚至单个像素检测系统来实现收集强度信息。
    如果如在基本射线照片中,仅作为图像示出这种数据集,则将在所收集的数据中固有的任何空间信息和能量信息转化为单个2-D平面。这表示在位于特定深度处和/或由某种类型的材料组成的对象内部的信息总是与由位于相同x、y区域中和由其他类型的材料组成的对象所生成的图像中的杂波背景相平衡。
    然而,根据本发明,提取光谱选择信息和z坐标信息以通过空间信息和能量信息的增强的区分来生成输出数据集。
    首先,使用检测系统,该检测系统能够在源光谱的至少3个分离能带中检测用于给定“扫描事件”的强度数据。就适用于将同时入射的辐射区分为源光谱的至少3个分离能带来说,检测系统能够检测和分解用于给定“扫描事件”的强度数据。例如,检测系统在源光谱的至少一部分上呈现光谱可变响应,用于允许将这种入射的辐射同时区分为至少3个能带。因此,视角数据集构成有关频率/能量的强度信息的数据集,其可分解为至少3个这种带以生成有关待测对象/材料的给定扫描位置的至少3个强度数据集。
    在第一步骤中的方法包括:将该视角数据集分解为至少3个光谱能带,从而对于至少两幅透视图的每一幅(即,在每个扫描位置处),将强度数据处理为至少3个能量间隔(bin)。更优选的数字可能是8个或者16个。
    该装置包括能量分解??橛糜谑迪指貌街?,例如,包括:数据处理???,用于辨别光谱已分解的强度数据;以及数据存储???,用于将该强度数据存储在适当多个能量间隔中。
    第二,利用这样一种事实,即,收集从检测器所输出的来自表示第一扫描位置和第二扫描位置的至少两幅透视图的二维(x、y坐标)强度信息的数据。因此,对于每个已分解的能带,存在至少一对二维强度信息的数据集??梢越谡庑┨卣髦涞奈恢檬硬畹氖址治?,尤其是在数据集对之间的单眼视差的数字分析用于以通常熟悉的方式使用三角测量法分解z坐标信息。
    从不同透视图所收集的数据的视差测量包括:识别位于每个透视图中的相应点。实际上,这在复杂的图像中相当困难。然而,使用对于立体成像或者单眼运动视差成像必要的成像几何学将非常重要的约束设置在要搜索的相应点的处。这是众所周知的核线约束。建立该概念。在简单术语中,核线在相同的水平面处通过每个图像序列延伸。
    优选地,数字识别在从不同视角所收集的数据中的视差的步骤利用了核线(epipolar line)约束。已知在图像分析中使用搜索诸如沿着该核线的边缘的相应特征的适当算法。一旦找到这些特征,则可以使用三角测量法计算z坐标信息??梢砸哉庵址椒ń魏问菁治实倍喔龀橄蟮摹吧疃惹衅?,其中,分解数据以提供对于每个抽象深度切片来说相独立的强度信息。
    尤其,本发明的特征在于,使用来自在每个能带处所独立的多幅透视图的数据对每个等效能带实施该深度分解步骤。因此,生成的输出数据集包括:位于每个理论深度切片处的用于每个能带的2-D强度信息的独立映射??梢越浣岷弦陨删哂杏糜诿扛瞿艽?-D强度信息的输出数据集。
    例如,如果要显示图像,则由于现在分解关于一系列深度平面上的体积数据,所以可以去除图像中的多层以查看感兴趣的深度区域。附加地或者备选地,还可以去除含有不感兴趣信息的能带。因此,可以查看特别感兴趣的对象中的区域,而没有由上层或者下层信息所产生的与其相关的任何杂波??梢圆榭慈魏文芰炕蜃楹夏芰康纳疃绕矫?,和/或任何深度或组合深度的能量平面的图像。仍可能还同时或者顺序查看来自不同视角的数据映射的图像,例如示出观看者能看到的单眼视差信息。使开始未分解的数据集中固有的更多信息以更容易获得的方式使用。
    除了独立查看感兴趣的深度区域以外,还可能使用深度平面切片以公知的计算机断层扫描(CT)的相同方式建立体积渲染模型。
    因此,在优选实施例中,本方法进一步包括:通过具有x、y空间、能量和深度切片分解率的至少某些和(优选地)全部输出数据集生成图像数据集。因此,可以生成穿过扫描区的对象的多幅图像。本发明的方法通常进一步提供了:在诸如可视显示屏幕的适当显示装置上通过这种图像数据集显示图像并且例如,显示这种图像作为同时或者顺序分离图像和/或合成图像的额外步骤。
    用类推法,在优选实施例中,该装置包括:图像生成???,用于通过具有x、y空间,能量和深度切片分解率的至少某些和(优选地)全部输出数据集生成图像数据集;并且可选地进一步包括:数据寄存器,用于存储这种图像数据集;和/或图像显示装置,可以通过这种图像数据集在该图像显示装置上显示图像。
    显示装置为传统的简单二维显示屏幕,例如,传统视频显示屏幕(该术语旨在包括任何直接显示器或者利用任何阴极射线管、等离子显示、液晶显示、硅上液晶显示、发光二极管显示等技术的投影系统)??梢韵胂笥糜诶缭诎踩蛘咭窖С上窳煊蛑械目杀鹊南钟邢低车谋曜枷允酒聊坏姆椒ê陀糜诮岷显诟帽曜枷允酒聊恢械谋痉⒚鞯淖爸镁哂刑囟ㄓ诺?。
    为了说明,应该理解,本文所使用的生成图像数据集的基准为例如以适当存储和可操作数据文件的形式制作信息数据集的基准,其中,可以产生用于被调查对象的经分解的能量/强度/空间数据的直观表示,例如,通过图像中的图像强度/颜色/色调等的变化表示强度和/或能量并且将空间分解率表示为图像中的空间分解率。显示这种图像的基准是例如在适当显示装置上以在视觉上容易得到的方式示出通过这种数据集所生成的图像的基准。
    根据本发明,多个横向间隔的扫描位置的使用产生了在等效图像对或者等效图像序列之间的单眼视差。
    在一可能实施例中,该方法包括:连续显示这种图像对或者这种图像序列,从而显示在这些图像之间的单眼运动视差。类似地,在一可能实施例中,该装置包括:图像显示器,适用于连续显示这种图像,从而显示在这些图像之间的单眼运动视差。
    因此,本发明的方法和装置通过关于任何这种成像的增强的灵活性生成输出数据集。
    此外,该优点不仅是在输出数据集中以这两种方法分解信息的能力。在数据处理级具有可能进一步赋予单独考虑分解技术优点的协同(synergy)。
    尽管使用核线约束是非常有用的工具,但是可能仍难以识别位于复杂图像中的线的相应点。
    然而,根据本发明,首先,将透视图序列分解为能量选择透视图的序列。然后,大大简化了位于核线上的相应点的匹配。如果以这种方法分析整个图像,则可以生成具有深度平面或者切片的序列的合成3-D模型,该模型更充分地分解在每次最初扫描中所含有的潜在空间和能量信息。
    如果具有两幅以上的透视图,则增加了可用于该方法应用的数据。因此优选地,本发明的方法包括:生成至少一个x,y坐标强度信息的更多视角数据集,并且该装置适当地适用于生成这种视角数据集。
    例如,如果具有3幅透视图,每幅透射图均可以分解为8个能带,则将具有总数24幅互异图像。通过以特定能量对3幅透视图的每个集合起作用,可能产生已经照射x射线的对象的测定体积分离。实际上,具有与使用的8个能带相对应的8个体积模型。然后,以深度平面为基础在深度平面上结合所有的8个体积模型,从而生成通过能量信息和通过该能量信息划分的空间细节而完成再结合的完整模型。
    有两种方法可以生成附加视角数据集。首先,可以以限定更多横向间隔的扫描位置的这种方式配置辐射检测系统?;箍梢越梅浼觳庀低撑渲梦苑掷氲募觳獾ピ男问交蛘咭愿春霞觳獾ピ姆掷肟煞梦是男问较薅ǜ嗪嵯蚣涓舻纳栉恢?。然后,单独使用位于每个间隔的扫描位置处的检测器的输出以生成表示在用于每个间隔的扫描位置的检测器处所收集的数据的视角数据集。
    在一可能实施例中,可以提供横向间隔的线性检测器序列,例如,至少3个检测器,并且更优选地,至少5个检测器。
    在提供多个横向间隔的线性检测器序列的情况下,优选地,在该线性检测器之间的间隔通常恒定,例如,其中,在序列中的每对邻近线性检测器相对于源具有基本上相等地横向间距和/或具有基本上相等的角间距。
    优选地,组成横向间隔序列的线性检测器通常是并行??梢砸怨财矫婊蛘哐刈殴不∩柚酶孟咝约觳馄?。每个线性检测器可以为任何适当配置,例如,传统简单或者折叠配置。
    优选地,将组成横向间隔序列的线性检测器配置为在该线性检测器之间的距离改变,以维持在每个阵列之间的恒定角间隔。这对于通常用在多种扫描行业中的L形检测器至关重要。当没有将源置于每个阵列的中点时,这种创新也是至关重要的。
    优选地,该装置包括对准装置,以允许精确对准如上所述的每个线性检测器。
    优选地,该装置包括:优选地,由单个源提供多道光束的部件。例如,光束对准每个扫描位置。优选地,提供多道光束的部件允许用户选择期望数量的光束以对应于扫描位置的数量。
    附加地或备选地,可以通过从邻近扫描位置所收集的数据集对的插值来生成更多视角数据集。因此,根据本发明的可能实施例,该方法另外包括:通过来自至少一对相邻扫描位置的测量数据集生成至少一个中间数据集;并且在可应用的情况下,优选地,通过处理位于位置对或者每个位置对处的检测器的输出并生成表示在两个上述检测到的输出之间的中间输出的虚拟视角数据集,来生成来自多对相邻扫描位置和例如每对相邻扫描位置的至少一幅中间图像。
    优选地,本发明的装置包括:虚拟视角数据集生成器,该生成器包括具有该功能的装置。
    在相邻的检测到的数据集对之间生成单个中间视角数据集的情况下,优选地,将该中间视角数据集外插至在位于两个所检测的数据集上的两个等效点之间的中点。在将多个中间数据集设置在一对所检测到的数据集之间的情况下,优选地,这些中间数据集基于类似的、等间隔的外插。
    根据以上所述,将这两种的任何一种方法或者这两种方法用于生成位于扫描区中的对象的数据集序列,其中,实际上该数据集相当于不同位置。在第一种方法中,限定间隔扫描位置的横向阵列,并且例如,提供了多个间隔的检测器,以生成相应多个直接检测到的数据集。在第二种方法中,将来自邻近扫描位置的数据用于生成在直接数据集中间的间接数据集。
    检测系统适用于至少在分解至少3个能带并且优选地至少5个能带的范围上生成关于穿透辐射的光谱信息??梢苑奖愕亟涑龇纸馕?个或者16个这种能带。
    只要分解了多个具体能带,该带宽与本发明就不直接相关并且可以通过将全部或部分光谱划分为分离带宽的任何适当方法来获得有用的结果。例如,可以仅在这样的多个带宽之间划分全部光谱或者光谱的重要部分,并且将每条数据项视为表示整个带宽强度(例如,平均强度)测量值。备选地,可以想象并且同样分析多个相对带宽,但是其间具有分离间隙。备选地,在带宽基本上与位于单个能量处的强度估计邻近的情况下,甚至“带宽”可以窄至点。如在本文中所使用的,位于能量“带宽”处的强度概念包括:位于这种分离的单个能量处的强度估计,和位于较窄带宽或者较宽带宽的能量处的强度估计。然而,通常将相同能带用于每个视角数据集。
    根据本发明的检测系统可以包括:单个检测器或者组成多元件系统的多个分离的检测元件。面积检测器可以由分离的检测元件的2-D阵列和/或可分别访问位于复合元件上的像素的2-D阵列组成。线性检测器可以包括:分离的检测元件的线性阵列和/或可独立访问位于线性复合元件上的像素的阵列。另外,检测器可以通过以上固有分解率和光栅扫描的任意组合在空间上分解入射辐射。
    检测系统能够以通过数据处理装置光谱可分解的这种方式检测辐射是必要的。优选地,检查系统在辐射源光谱的至少重要部分上呈现光谱可变响应,以允许取回具体光谱信息。优选地,检测系统、或者组成多元件系统的某些或全部分离的检测元件可能适用于产生光谱分解,其中,该光谱分解呈现直接光谱响应。具体地,由某种材料制作系统或者元件,该材料被选择用于向源光谱的不同部分固有地呈现为直接材料特性,直接可变电响应和例如光电响应。
    例如,检测系统或者元件包括:优选地,作为大块晶体(bulk crystal)(其中,在本文中,大晶体表示至少500μm的厚度,并且优选地,至少1mm的厚度)和例如作为大块单晶所形成的半导体材料。优选地,组成半导体的材料选自碲化镉、碲锌镉(CZT)、碲锰铬(CMT)、锗、溴化镧、以及溴化钍。在这点上,Ⅱ-Ⅵ族半导体,尤其所列出的这些半导体是特别优选的。优选地,组成半导体的材料选自碲化镉、碲锌镉(CZT)、碲锰铬(CMT)、以及其合金,并且例如,该材料包括结晶质Cd1-(a+b)MnaZnbTe,其中,a和/或b可以为0。
    可以考虑这些和任何其他这种材料的组合,其中,该组合在与样本交互以后,提供光谱检测而不是仅检测辐射的幅值。
    该源可以为可以识别多个带宽或者单个能量的单个宽度光谱源。例如,该源可以为x射线源。备选地或者附加地,可以提供具有较窄带宽或者生成具有一种或者多种离散能量的入射辐射的源以根据本发明的方法提供相比较的某些能量。在这种情况下,该辐射源为包括提供必要总光谱分布的具有不同能量的源的组合的多个源,以允许通过在多个能量/能带上的检测器进行分解。
    例如,多个源包括:x射线源,具有相对较低的能量谱,例如在60keV以下工作和例如以10至50keV运行;以及一个或多个放射性同位素源,用于生成具有更高能量的辐射,例如,大于100keV。
    优选地,该源能够生成充分宽的辐射光谱以实现本发明性能所必须的光谱分解率。优选地,该源生成在20keV至1MeV的范围的至少一部分或者多部分范围内的辐射,并且更优选地,在20keV至160keV范围的至少部分范围内,和例如,主要部分的范围内。例如,该源在给定范围内生成在至少20keV的至少一种带宽上的变动的辐射。例如,该光谱为可以在该范围内分解至少3个10keV带宽。
    尤其,本发明涉及根据线扫描原理运行的方法和装置,其中,使3维对象移动穿过扫描区并收集成像信息。
    应用线扫描原理的成像装置是公知的。通常,这种装置由适当源组成,通常,将校准为幕帘的光束称作“幕帘光束”,然后,通过例如包括线性光敏二极管阵列的线性检测器来检查该光束。通过使感兴趣的对象例如以相对于光束的直角线性移动并且存储从线性阵列所得到的连续扫描透射信息来获得图像信息,其中,可以通过该线性阵列编译完整图像帧。
    因此,在该实施例中,本方法包括:
    提供源和与源间隔的检测系统,以限定在源和检测系统之间的扫描区,该检测系统包括多个间隔的线性检测器,该检测器能够生成关于入射辐射的光谱可分解信息;
    使对象相对于扫描区移动并穿过该扫描区以生成在x、y坐标上分解强度信息的相应多个2-D视角数据集;
    以上述方式分解生成的透射数据。
    因此,在该实施例中,本装置包括:源和与该源间隔的检测系统,用于限定在源和检测系统之间的扫描区,检测系统包括:多个间隔的线性检测器,能够生成关于入射辐射的光谱可分解信息,和通过每次线性扫描生成和存储2-D视角数据集的装置,其中,在x、y坐标上分解强度数据,从而以上述方式分解生成的透射数据。
    根据该实施例,优选地,校准该辐射源以生成幕帘光束。
    该源可以包括:单个主源,适用于生成诸如对准的幕帘光束的光束,例如,以通过适当的光束分离装置入射在位于以适当角距的隔开的连续阵列中的每个线性检测器上??梢陨傻ジ龉馐?。备选地,可以通过单个辐射源生成多个光束。备选地,可以将多个源设置为均生成诸如入射在位于序列阵列中的线性检测器上的幕帘光束的光束。该源可以包括:结合任一或者所有的前述原理的辐射源。
    优选地,检测系统包括:多个线性检测器,在连续阵列中通常以相应的一致性线性或者角间隔分离。每个线性检测器均可以包括:检测元件的线性阵列。
    通常应该理解,通过适当的机器可读指令或代码的集合来实施在本发明的方法中的数字步骤??梢越庑┗骺啥林噶钭霸谕ㄓ眉扑慊?、专用计算机、或者其他可编程数据处理装置上,以提供用于实施指定数字步骤的装置。类似地,数字分析??榭梢园ǎ菏实北喑痰氖荽碜爸?,例如,适当编程通用或专用计算机或者其他可编程数据处理装置。
    还可以将这种机器可读指令存储在计算机可读介质中,该计算机可读介质可以引导计算机或者其他可编程数据处理装置以特定方式运行,以使存储在计算机可读介质中的指令使包括指令装置的产品实施在本发明的方法中的某些或者全部数字步骤?;箍梢越扑慊绦蛑噶钭霸诩扑慊蛘咂渌杀喑套爸蒙弦允够髂芄皇凳┘扑慊芍葱辛鞒?,从而在计算机或者其他可编程装置上执行指令,以设置用于实施在本发明的方法中的某些或者全部数字步骤的步骤。应该理解,可以通过在专用硬件和/或计算机指令的任何适当结合和用于执行包括在该结合中的这种步骤的装置的方式来实施步骤。
    附图说明
    现在,将参照附图仅作为实例来描述本发明,其中:
    图1示出了根据本发明的装置的简单示意图,包括某些初始阶段数据处理???;
    图2和图3示意性地示出了根据本发明的原理完成如图1所示的所收集数据的处理的进一步的处理步骤/数据处理???;
    图4示出了能够继续进一步材料识别的可能附加的数据处理???步骤;
    图5为示出以成像方式查看分解数据的方法的实例。
    具体实施方式
    为了说明,图1以示意图的方式示出用于根据本发明的实施例收集来自对象的透射数据和处理该数据的初始阶段的装置和流程。示意性地示出装置部件,并且以这样一种方式,即,以在某种程度上以流程图的形式示出处理步骤的顺序的实例的方式,在图中以分离关系示出该装置部件。因此,附图旨在以适当的方式示出本发明的实施例的可能装置部件和可能处理步骤。
    在本发明的第一阶段,从相对较宽的光谱x射线源收集x射线透射(transmission)数据。例如,在适当的连续传送装置上使对象穿过扫描区。来自x射线源的3条光束路径(光束1、光束2、光束3)入射在3个横向分离的检测器上,以在其穿过每道光束时获得来自该对象的透射信息,从而,从三个扫描位置获得透射信息以提供3个透视图数据集(这里,示图(view,也可以称为图像)1、示图2、示图3)。
    在所示的实施例中,每个检测器位于检测元件的线性阵列中,并且可以使用与每个检测器相关的适当电子控制元件以利用线扫描原理逐步建立x、y平面内的二维图像,其中,在x射线照片恰当创立该线扫描原理。当对象穿过扫描区的时候,从该3个检测器阵列收集数据并且将该数据传输至数据收集和处理单元,该数据收集和处理单元收集和整理该数据并且通过在x、y平面中的空间分解生成来自每个检测器的所收集的数据的特征的独立视角数据集。将这些数据集传送至数据存储寄存器。
    然而,可以设想其他几何检测器,首要要求是生成用于示图1、示图2、以及示图3的每个的数据集,该数据集包括在x和y方向上以适当分辩率所分布的强度信息。
    这时,电子控制元件已经分解为例如为在整个源光谱上的平均强度的用于源的强度信息的单色表示,并且其潜在输出因此为3张单色x射线照片,示出在3个扫描位置的每个的图像??梢源诱庵质涑龌竦眯畔?。
    例如,在每对这种图像之间存在单眼视差效果,可以根据在申请号为PCT/GB2008/001103中所阐明的原理来利用这种单眼视差效果以获得至少在某种程度上表示感知深度的信息。根据这种方法,将要在适当显示装置上连续和顺序显示的图像从数据寄存器传送到该适当显示装置上。这种连续顺序显示的结果是观看显示装置的观看者通过其间的单眼运动视差从连续图像收集信息,和尤其是三维信号。
    然而,根据本发明,每个检测器能够将入射信息分解为在源光谱的至少重要部分上的多个能带。在该实例中,所使用的检测器能够光谱分解入射的x射线,并且在特定实例中,包括碲化镉,但是本领域的技术人员应该理解,其他材料选择可能合适。为了利用这种光谱分解,x射线源在较宽能量谱上发射x射线。在该实例中,使用钨源,但是本领域的技术人员应该理解,其他材料可能合适。
    因此,通过使用利用适当能量选择算法的能量选择???,可以将如用于生成在源光谱上的单色强度信息的上述数据分解为多个能量间隔。在该实例中,选择8个能量间隔,示出具有分布在源光谱上的特定能量或者能带的强度数据。
    因此,这时的数据包括:分别与在8个能量间隔的每个中的3幅示图的每幅相对应的x、y数据的24个数据集。
    建立了不同材料组成可以以能量选择的方式与x射线或者类似辐射交互。已知任何材料的吸收性能可以随能量而变化,并且吸收性能的变化的数量尤其取决于原子数量(至少部分因为不同吸收作用占优势)、密度、以及材料厚度。
    可以通过指数衰减定律给出x射线通过材料的透射,如下:
    I/I0=exp[-(μ/ρ)ρt]  (1)
    其中,μ/ρ=质量衰减系数,材料常数,具有材料的加权元素组成特征,I=最终强度,I0=初始强度,ρ=材料密度,t=材料厚度。
    因此,该能量选择信息可以提供额外维度,可以通过这种额外维度整理包括多种材料的复杂对象的图像并且分离更容易识别的元素或成分。例如,可以作为在合成图像中的不同颜色示出不同能量间隔,并且可以提供用于示图1、示图2、以及示图3这3幅示图的每幅的具有8种“颜色”的能量已分解的“彩色”图像的输出。
    备选地,如图1的底部所示,可以作为24个x、y强度数据集示出具有作为第三伪维的差分能量的数据,并且可以基于该结构操作用于成像的数据集。
    然而,根据本发明,如图2所示,至少实施进一步的数据处理步骤。这是深度切片步骤。如上文已经指出的,由于视差作用在对象的每幅示图之间存在视差??梢酝ü阎滞枷穹治鲎爸美蠢谜庵质硬?,尤其在图像对之间的单眼视差,从而识别相应点。根据实施例,使用利用核线约束的图像分析???,以这种方式进行图像分析。
    已经将用于每幅示图的数据分解为8个独立能量间隔。反过来,可以对于每个这种间隔进行如上图像分析。本发明的特定优点是,对多个能量间隔进行这种分析可以便于使用核线技术识别相应点。
    图像分析??槭褂檬硬钚畔⑼ü遣饬糠纸馍疃仁?,并且使用该深度数据将每幅示图的和用于每个能量间隔的原始数据集划分为多个理论深度切片。所选择的深度切片的数量在某种程度上是选择和使用适当数字分析算法的问题。然而,基本上通过可以测量的最小水平视差来限定该数量和密度(density)(即,深度分解率)。在这种类型的系统中,限制因素可以为在相邻像素之间的间隔。其他因素是在透视图之间的角度;该角度越大,则深度平面就越接近。但是如果角度太大,则可能很难确定共轭点。深度平面的实际数量还取决于对象的厚度。使用更多示图可以通过深度平面密度对匹配点的精度的折中来改善所完成的模型的完整性。
    为了使用于进一步操作的数据易管理,可以优选至少3个深度切片,和例如5个至16个。
    在该实施例中,将适当的图像处理算法用于将数据集划分为抽象的深度切片。
    作为这种数字变换的结果,除了在原始数据中所固有的x、y信息以外,现在,所产生的数据集还具有在第三维中所示出的深度或z坐标信息。实际上,对于每个能量间隔(在该实施例中,8个),所生成的数据集包括在期望多个(在这种情况下,5个)深度平面的每个中所分解的二维(x、y坐标)透射强度信息。
    与以前使用能量已分辩的x射线分析制作的数据集相比,这示出了更强大的和更可操作的数据集。
    例如,如图3所示,可能再结合这8幅空间已分解的能量映射以生成能量和空间已分解的数据集,并且可能通过该数据集示出成像信息,这种再结合允许用户查看任何能量或者组合能量的深度平面或者查看任何深度或者组合深度的能量平面。尤其,这两种查看技术的任一种或者这两者可以用于整理图像并且识别由复合材料或组合成分所制成的扫描的对象的不同材料和/或不同成分。
    此外,已知材料的透射性能根据比尔-朗伯吸收定律(Beer Lambert law)以能量选择方式随成分而变化??梢越庵痔匦杂糜谑执砟芰垦≡袷菀蕴峁└返氐牟牧鲜侗?。
    例如,在一可能的方法中,通过以下步骤提炼该方法:估计在用于在给定强度数据集中的至少两对能带和例如每个这种连续能带的强度数据项之间的数字关系和例如比率,以按与和交互辐射相关联的质量衰减系数和因此与强度数据集的函数关系获得至少一个数字指示符;
    为了获得在扫描区中的材料的可能材料含量的指示,将这种数字指示符与表示用于潜在组成材料的范围的这种特有物理材料性能的数据库相比较,尤其,例如与诸如可疑材料的目标材料的这种物理材料性能相比较。
    与给定扫描事件相关的大多数变量相对于来自源的入射辐射的频率/能量是恒定的。然而,质量衰减系数以特有方式随能量变化。通过对在用于给定扫描事件的至少3个不同能带上的强度数据进行这种比率分析以生成至少两个比率,可以获得表示在质量衰减系数和入射辐射能量之间的函数关系的数据。因此,可以作出有关可应用于通过用于给定扫描事件的测试材料的透射路径的特定质量衰减系数的论断(inference)。然后,与表示用于不同材料和/或目标对象的质量衰减系数的数据的适当数据库进行比较以提供正在扫描的更有代表性的指示。
    尤其对于获得用于包括多种组成元素或材料、所含有的液体或者液体样本等的对象的信息,允许单独识别不同成分,该技术功能强大。当存在某种程度的可能成分的现有信息(knowledge)时,和当表示用于不同材料的质量衰减系数的数据的适当数据库可能仅限于几个这种可能成分,和例如,可能的液体组成成分时,该技术尤其强大。
    如果根据以上图1和图2对所制作的和所分解的数据集实施该技术,则可能在如图4所示的x、y、z空间中重构材料识别已分解的数据。在该可选实施例中或者在该可选附加数据步骤以后,所生成的数据集允许通过如图5所示的完整三维分解产生材料识别映射。例如,可以查看在任何深度平面或者组合深度平面处的选择材料,查看具有所识别的任何材料或者组合材料的深度平面,或者可以使用诸如熟知的CT切片再结合算法的适当体积成像算法结合深度平面以查看体积渲染图像。
    因此,本发明的装置和方法可以分解关于扫描的多成分对象的组成的大量信息,其中,可以以多种方法操作该信息以识别材料,并且可以例如为医学、质量控制、以及安全应用提供整理这些材料的图像的有用方法。

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    本文标题:射线照片数据的解译.pdf
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