專利名稱：一種直線軌跡掃描成像系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及輻射成像領(lǐng)域，更具體地，本實(shí)用新型涉及一種直線 軌跡掃描成像系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
安全檢查在反恐、打擊販毒走私等領(lǐng)域具有十分重要的意義。在美國
911之后，世界各國對(duì)安全檢查越來越重視，尤其在機(jī)場(chǎng)、車站、海關(guān)和 碼頭等公共場(chǎng)所，采取了一系列安全檢查措施對(duì)旅客行李物品、貨物集裝 箱等進(jìn)行嚴(yán)格檢查。
目前，廣泛使用的安全檢查系統(tǒng)所采用的主流成像技術(shù)為輻射成像技 術(shù)。輻射成像技術(shù)根據(jù)射線的指數(shù)衰減原理，采用射線源在檢查對(duì)象的一 側(cè)照射檢查對(duì)象，射線透過檢查對(duì)象后被射線采集裝置接收，射線采集裝 置將接收的射線轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)并輸出給用于成像的計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)處理 采集數(shù)據(jù)，合成或重建圖像并顯示出來。采用輻射成像技術(shù)的安全檢查系 統(tǒng)能夠進(jìn)行斷層成像或透視成像。斷層成像顯示的是檢查對(duì)象的斷層圖 像，并可將多層的斷層圖像組合成為三維立體圖像；而透視成像顯示的是 檢查對(duì)象的二維透視圖像。
由于斷層成像要求射線采集裝置接收對(duì)檢查對(duì)象進(jìn)行的全方位照射， 以獲得射線束的透射投影數(shù)據(jù)，所以斷層成像安全檢查系統(tǒng)一般需要利用 檢查對(duì)象和射線源二者至少有一個(gè)應(yīng)能夠進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的計(jì)算機(jī)斷層成像 (Computed Tomography, CT)設(shè)備。在實(shí)際應(yīng)用中，安全檢查系統(tǒng)一般 需要在線實(shí)時(shí)檢查，要求安全檢查系統(tǒng)成像速度非常快，例如民航物品檢 查，由于要求通關(guān)率是0.5米/秒，即使是大螺距的螺旋CT設(shè)備也很難達(dá) 到這個(gè)要求。另外，對(duì)于大型物體，比如海關(guān)集裝箱，無論是集裝箱旋轉(zhuǎn) 還是射線源旋轉(zhuǎn)都非常困難。再加上CT設(shè)備成^f艮高，以上諸多因素使 利用CT設(shè)備進(jìn)行立體成像的安全檢查系統(tǒng)未能廣泛應(yīng)用。
與斷層成像安全檢查系統(tǒng)相比，透視成像安全檢查系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于機(jī) 場(chǎng)、車站、海關(guān)和碼頭等公共場(chǎng)所。但是，透視成像安全檢查系統(tǒng)無法避 免射線方向上物體的重疊效應(yīng)，無法解決射線方向上物體的重疊問題，導(dǎo) 致透視成像安全檢查系統(tǒng)檢查能力嚴(yán)重不足。
在本申請(qǐng)申請(qǐng)人已提交的申請(qǐng)?zhí)枮? 200510123587. 6 、
200510123588.0和200610076573. 8 (公開號(hào)分別為CN1971414 、
CN1971620、 CN101071109)的專利申請(qǐng)中提出了一種單段及多段直線軌跡掃描成像模式，在掃描過程中使位于射線源和探測(cè)器陣列之間的待檢查對(duì) 象與射線源和探測(cè)器陣列做相對(duì)直線運(yùn)動(dòng)(射線源與探測(cè)器陣列構(gòu)成的張 角為成像時(shí)的掃描視角)，射線源和探測(cè)器與物體不發(fā)生相對(duì)旋轉(zhuǎn)，基本 可以滿足安全檢查系統(tǒng)快速成像的要求，解決大型物體旋轉(zhuǎn)困難及透視成 像安全檢查系統(tǒng)射線方向上物體重疊的問題。在多段直線軌跡掃描成像
中，檢查對(duì)象的行進(jìn)軌跡包括相互成角度的至少兩段直線軌跡；且檢查對(duì) 象在該至少兩段直線軌跡上僅作平移運(yùn)動(dòng)而沒有任何旋轉(zhuǎn)。多段直線軌跡 掃描成像才莫式通過采用安排在多段直線軌跡上的多個(gè)探測(cè)器陣列，用同一 個(gè)射線源對(duì)檢查對(duì)象進(jìn)行多次照射，可以將系統(tǒng)的掃描視角擴(kuò)大多倍(取 決于直線軌跡的段數(shù)和探測(cè)器陣列的數(shù)目)，從而可以解決單段直線實(shí)際 應(yīng)用中存在的有限角度投影問題。但上述成像系統(tǒng)均有一個(gè)共同的不足 為了使探測(cè)器與射線源構(gòu)成足夠大的掃描視角以得到高質(zhì)量的成像圖像， 探測(cè)器在物體運(yùn)動(dòng)方向上必須覆蓋足夠長的范圍，因而造成成像系統(tǒng)中探 測(cè)器成本高且被檢物體掃描距離長。

實(shí)用新型內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種直線軌跡掃描成像系統(tǒng)，它可以滿足安全 檢查系統(tǒng)快速成像的要求，解決大型物體旋轉(zhuǎn)困難及透視成像安全檢查系 統(tǒng)在射線方向上物體重疊的問題，并且能夠以較短的探測(cè)器實(shí)現(xiàn)較大的掃 描讒見角。
上述目的通過根據(jù)本發(fā)明的一種直線軌跡掃描成像系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。所 述直線軌跡掃描成像系統(tǒng)包括包括射線發(fā)生單元，包含多個(gè)射線源， 所述多個(gè)射線源交替出束，在同一時(shí)間只有一個(gè)射線源出束；傳動(dòng)裝置， 用于使檢查對(duì)象與所述直線軌跡掃描系統(tǒng)沿直線軌跡作相對(duì)運(yùn)動(dòng)，從而 使檢查對(duì)象穿過所述直線軌跡掃描成像系統(tǒng)的掃描區(qū)域；數(shù)據(jù)采集單 元，對(duì)于每個(gè)射線源，分別采集檢查對(duì)象的投影數(shù)據(jù)；成像單元，根據(jù) 對(duì)于每個(gè)射線源所釆集的投影數(shù)據(jù)，重建所述檢查對(duì)象的圖像；顯示單 元，用于顯示重建的圖像。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種直線軌跡掃描成像方法，包括如下 步驟檢查對(duì)象相對(duì)于掃描成像系統(tǒng)移動(dòng)進(jìn)入該掃描成像系統(tǒng)的掃描區(qū) 域；控制多個(gè)射線源交替出束，確保在同一時(shí)間只有一個(gè)射線源出束； 對(duì)于每個(gè)射線源，由一個(gè)探測(cè)器陣列分別采集相應(yīng)的投影數(shù)據(jù)；根據(jù)對(duì) 于每個(gè)射線源采集的投影數(shù)據(jù)，重建所述檢查對(duì)象的圖像；以及顯示重建的圖像。
由于本發(fā)明采用多個(gè)按照一定的空間分布排列，并以 一定的時(shí)間順序 交替出束的射線源，可以以較短的探測(cè)器長度獲得較大的掃描視角，從而 減少系統(tǒng)所需探測(cè)器單元數(shù)量并縮小被檢物體的總掃描距離。
由于本發(fā)明采用直線軌跡掃描代替圓軌跡或螺旋軌跡掃描，檢查對(duì)象 基本上作直線運(yùn)動(dòng)，不必考慮圓或螺旋運(yùn)動(dòng)中的離心力問題，所以能夠?qū)?檢查對(duì)象進(jìn)行快速成像，大大提高檢查對(duì)象成像的速度，減少檢查對(duì)象成 像的時(shí)間，進(jìn)而可以很好的滿足物品檢查通關(guān)率的要求，并有助于進(jìn)一步 提高物品檢查的通關(guān)率，這對(duì)于要求較高通關(guān)率的檢查系統(tǒng)是非常有利 的。
由于本發(fā)明采用直線軌跡掃描代替圓軌跡或螺旋軌跡掃描，檢查對(duì)象 是直線運(yùn)動(dòng)，大型物體不必再進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，解決了大型物體旋轉(zhuǎn)困難的問題， 這對(duì)于要求檢查大型物體的檢查系統(tǒng)是非常有利的。
由于本發(fā)明可以得到檢查對(duì)象的斷層圖像和立體圖像，所以本發(fā)明很 好的解決了傳統(tǒng)透射成像安全檢查系統(tǒng)成像時(shí)存在的物體重疊問題。而 且，本發(fā)明還可以得到常規(guī)的單個(gè)或多個(gè)視角的透視圖像，這樣，本發(fā)明 的系統(tǒng)可通過先得到檢查對(duì)象的透視圖像對(duì)其進(jìn)行初檢，當(dāng)發(fā)現(xiàn)有可能的 嫌疑區(qū)域時(shí)才對(duì)其進(jìn)行斷層成像，從而進(jìn)一步對(duì)該嫌疑區(qū)域進(jìn)行檢查。
由于本發(fā)明不需要旋轉(zhuǎn)檢查對(duì)象或射線源，并利用現(xiàn)有安全檢查系統(tǒng) 中檢查對(duì)象直線傳動(dòng)的特點(diǎn)，所以本發(fā)明機(jī)械設(shè)計(jì)非常簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)成本也 很低。


圖1示意性示出了根據(jù)本發(fā)明的多源直線軌跡掃描成像系統(tǒng)一個(gè)實(shí) 施例的框圖。
圖2示意性示出了根據(jù)本發(fā)明的雙源直線軌跡掃描成像系統(tǒng)的平面 示意圖。
圖3示意性示出了根據(jù)本發(fā)明的多源(N>2)直線軌跡掃描成像系統(tǒng) 的平面示意圖。
圖4示意性示出了根據(jù)本發(fā)明的成像系統(tǒng)中單個(gè)射線源出束時(shí)的掃 描立體示意圖。
圖5示意性示出了根據(jù)本發(fā)明的直線軌跡成像系統(tǒng)中的掃描幾何參 數(shù)定義。圖6示意性示出了才艮據(jù)本發(fā)明的多源直線軌跡掃描成像方法一個(gè)實(shí) 施例的流程圖。
具體實(shí)施方式
以下對(duì)實(shí)施例的具體描述僅僅用于說明本發(fā)明，而不是不用來限制本 發(fā)明的保護(hù)范圍。、， ，，，、 ， ， ，v
到投影數(shù)據(jù)，并使用CT圖像重建和數(shù)據(jù)處理技術(shù)獲得斷層圖像，實(shí)現(xiàn)立 體成像。本發(fā)明的基本思想是檢查對(duì)象的行進(jìn)軌跡為直線軌跡；探測(cè)器 陣列的接收平面設(shè)置成平行于其對(duì)應(yīng)的直線軌跡，至少兩個(gè)射線源布置于 探測(cè)器陣列的同一側(cè)，優(yōu)選地，分布在一條平行于檢查對(duì)象運(yùn)行軌跡的直 線上；各射線源分別與探測(cè)器陣列構(gòu)成獨(dú)立的掃描視角，但允許部分重疊； 在工作過程中，射線發(fā)生單元和數(shù)據(jù)采集單元保持靜止不動(dòng)，所述檢查對(duì) 象沿其行進(jìn)軌跡運(yùn)行，當(dāng)檢查對(duì)象快進(jìn)入第一個(gè)射線源的掃描范圍時(shí)(可 用一位置觸發(fā)裝置檢測(cè))，系統(tǒng)開始采集數(shù)據(jù)。射線源采用脈沖工作方式 交替出束(如圖2所示)，這樣，本發(fā)明的系統(tǒng)能以較短長度的探測(cè)器陣 列實(shí)現(xiàn)更大范圍的掃描視角，從而能夠?qū)υ摍z查對(duì)象進(jìn)行更高質(zhì)量的斷層 成像，同時(shí)還能夠以不同角度對(duì)該檢查對(duì)象進(jìn)行常規(guī)的透視成像。
圖1示意性示出了根據(jù)本發(fā)明的多源直線軌跡掃描成像系統(tǒng)一個(gè)實(shí) 施例的框圖。根據(jù)本發(fā)明的多源直線軌跡掃描成像系統(tǒng)包括射線發(fā)生單元 11、傳動(dòng)裝置18、數(shù)據(jù)采集單元12和顯示單元16。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中， 所述多源直線軌跡掃描成像系統(tǒng)包括成像單元13、圖像處理及識(shí)別單元 14、校正單元15和主控單元17中的一個(gè)或多個(gè)。
射線發(fā)生單元11包括多個(gè)射線源1......N，用于產(chǎn)生透射檢查對(duì)象的
射線束。包括X射線加速器、X光機(jī)或者放射性同位素，以及相應(yīng)的輔助 設(shè)備?？偟纳渚€源個(gè)數(shù)大于或等于兩個(gè)，所有射線源應(yīng)安裝在探測(cè)器的同 一側(cè)，優(yōu)選地，在同一條直線或同一平面上。M線源分別與探測(cè)器陣列 構(gòu)成獨(dú)立的掃描視角，但允許部分重疊。射線源可以釆用脈沖工作方式， M線源按一定時(shí)間間隔交替出束，最好能保證同一時(shí)間只有一個(gè)射線源 在出束。
傳動(dòng)裝置18可以是一個(gè)機(jī)械傳動(dòng)裝置，用于承載并傳送所述檢查對(duì) 象(或者射線源和探測(cè)器)，并限定了所述檢查對(duì)象在所述系統(tǒng)內(nèi)的行進(jìn) 軌跡。優(yōu)選地，該傳動(dòng)裝置18可以包括傳送裝置20和電氣控制單元19，該傳送裝置20用于支撐并傳送所述檢查對(duì)象(或者射線源和探測(cè)器)；該 電氣控制單元19用于控制傳送裝置20從而控制所述檢查對(duì)象沿所述行進(jìn) 路徑的運(yùn)動(dòng)，物體運(yùn)動(dòng)與源和探測(cè)器運(yùn)動(dòng)屬于相對(duì)運(yùn)動(dòng)，是等價(jià)的，以下 以物體運(yùn)動(dòng)來描述，但應(yīng)該明確射線源和探測(cè)器運(yùn)動(dòng)具有相同的意義。在 多源直線軌跡掃描成像中，檢查對(duì)象隨傳送裝置做直線平移，優(yōu)選地，檢 查對(duì)象在多源直線軌跡掃描成像系統(tǒng)中作勻速直線運(yùn)動(dòng)。
數(shù)據(jù)采集單元12用于采集透射過檢查對(duì)象的射線并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信 號(hào)。數(shù)據(jù)采集單元12包括一個(gè)探測(cè)器陣列，該探測(cè)器陣列可以是線陣探 測(cè)器或面陣探測(cè)器，探測(cè)器陣列中的探測(cè)器一般是等距排列，也可以是等 角排列，用于獲取錐形束射線穿過被檢物體后而衰減的射線強(qiáng)度信息。探 測(cè)器可以是固體探測(cè)器，也可以是氣體探測(cè)器或半導(dǎo)體探測(cè)器。探測(cè)器不 需要緊密排列，但在X軸方向(被檢查物體運(yùn)動(dòng)方向)需要覆蓋一定范圍， 從而與各射線源形成一定的掃描視角。此外還包括信號(hào)轉(zhuǎn)換電路，用于將 所述探測(cè)器陣列接收到的射線束信號(hào)轉(zhuǎn)換成透射數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)處理電路，用 于將來自信號(hào)轉(zhuǎn)換電路的透射數(shù)據(jù)組合成投影數(shù)據(jù)；和，邏輯控制電路， 用于控制探測(cè)器陣列接收射線束信號(hào)與數(shù)據(jù)處理電路傳輸投影數(shù)據(jù)同步 進(jìn)行。優(yōu)選地，數(shù)據(jù)采集時(shí)在檢查對(duì)象沿直線軌跡平移運(yùn)動(dòng)過程中做等間 距采樣。數(shù)據(jù)采集觸發(fā)需要與射線源出束觸發(fā)同步，以便后續(xù)數(shù)據(jù)處理。
可選的主控單元17負(fù)責(zé)整個(gè)成像系統(tǒng)運(yùn)行過程的主控制，包括機(jī)械 控制、電氣控制、數(shù)據(jù)采集控制以及安全連鎖控制等。本領(lǐng)域技術(shù)人員清 楚，所述主控單元17執(zhí)行的這些控制操作也可以以分布式方式實(shí)現(xiàn)，也 就是通過成像系統(tǒng)的各個(gè)組件自身的控制裝置來執(zhí)行。優(yōu)選地，該主控單 元17包括一個(gè)觸發(fā)脈沖發(fā)生器，用于分別為每個(gè)射線源產(chǎn)生各自的觸發(fā) 脈沖序列，該觸發(fā)脈沖序列用于控制各個(gè)射線源以脈沖方式交替出束。需 要注意的是，該觸發(fā)脈沖發(fā)生器也可以位于其它位置，在所述主控單元 l7的控制下產(chǎn)生觸發(fā)脈沖序列?？商鎿Q地，也可以沒有該主控單元17， 該觸發(fā)脈沖發(fā)生器與射線發(fā)生單元11和數(shù)據(jù)采集單元12等元件交互，然 后根據(jù)該交互來產(chǎn)生觸發(fā)脈沖序列。
成像單元13負(fù)責(zé)處理和重建數(shù)據(jù)采集單元將所采集的投影數(shù)據(jù)，從 而生成檢查對(duì)象的透視圖像、斷層圖像以及立體圖像。由于重建過程涉及 到多個(gè)射線源產(chǎn)生的投影數(shù)據(jù)，需要利用已知的數(shù)據(jù)采集觸發(fā)與各射線源 出束觸發(fā)之間的同步關(guān)系，提取出^t線源單獨(dú)出束時(shí)的投影數(shù)據(jù)。M 線源產(chǎn)生的投影數(shù)據(jù)對(duì)重建圖像的貢獻(xiàn)，可以在圖像重建前也可以在重建后進(jìn)行重組。
顯示單元16用于顯示由所述成像單元13重建的圖像。透視圖像可以 抽取面陣探測(cè)器某列在時(shí)間序列上的輸出數(shù)據(jù)組合而成。
優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明的多源直線軌跡掃描成像系統(tǒng)還包括一個(gè)校正單 元15，用于在顯示單元16顯示重建圖像之前對(duì)重建圖形進(jìn)行校正，以便 優(yōu)化重建的圖像。所述校正包括檢測(cè)不一致性、硬化校正、散射校正， 金屬偽影校正等等。
優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明的多源直線軌跡掃描成像系統(tǒng)還包括一圖像處理 及識(shí)別單元14，用于圖像處理與模式識(shí)別等。在圖像處理與模式識(shí)別中， 通常會(huì)用到圖像增強(qiáng)，邊緣檢測(cè)，危險(xiǎn)品智能識(shí)別等技術(shù)。
優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明的多源直線軌跡掃描成像系統(tǒng)可以首先得到常規(guī) 的單個(gè)或多個(gè)視角的透視圖像，這樣，本發(fā)明的系統(tǒng)可通過先得到檢查對(duì) 象的透視圖像對(duì)其進(jìn)行初檢，當(dāng)發(fā)現(xiàn)有可能的嫌疑區(qū)域時(shí)才對(duì)其進(jìn)行斷層 成像，從而進(jìn)一步對(duì)該嫌疑區(qū)域進(jìn)行檢查。
圖2示意性示出了根據(jù)本發(fā)明的雙源直線軌跡掃描成#^系統(tǒng)平面示 意圖，示出了采用本發(fā)明搭建立體成像安全檢查系統(tǒng)的一種典型實(shí)施例。 在圖2中，射線源的數(shù)目為兩個(gè)，分別安裝在探測(cè)器陣列的兩端，它們之 間的連線與檢查對(duì)象直線運(yùn)動(dòng)軌跡平行。每個(gè)射線源扇角(檢查對(duì)象運(yùn)動(dòng) 方向上的張角)為60度，第一射線源的有效掃描視角范圍為90- 150度， 有效掃描視角范圍是指射線源所發(fā)出射線中能夠到達(dá)探測(cè)器陣列的所有 射線在檢查對(duì)象運(yùn)動(dòng)方向上的的入射角范圍，第二射線源的掃描視角范圍 為30 - 90度，這樣這兩個(gè)扇角組合在一起巧好能得到完整的120度的掃 描視角范圍30 - 150度，即整個(gè)成像系統(tǒng)的掃描視角為120度。需要注 意的是，雖然在本實(shí)施例中兩個(gè)射線源的扇角相等為60度，但是它們也 可以是其它角度，并且可以互不相等。而且，兩個(gè)射線源的掃描視角范圍 也可以有部分重疊，例如第一射線源的有效掃描視角范圍為80 - 140度， 第二射線源的掃描視角范圍為40 - 100度，這樣得到的整個(gè)系統(tǒng)的掃描視 角為IOO度的掃描視角范圍40 - 140度。當(dāng)然，第一和第二射線源也可 以取其它的掃描視角。
有更多射線源的情況可以依此類推(如圖3所示)。射線源采用脈沖 工作方式按一定時(shí)間間隔交替觸發(fā)以保證同 一 時(shí)間只有一個(gè)射線源在出 束。射線源可以是X射線管、加速器射線源或同位素源，視物體尺寸及應(yīng) 用背景而定。圖3示意性示出了根據(jù)本發(fā)明的多源(N>2)直線軌跡掃描成像系統(tǒng) 平面示意圖。與圖2—樣，圖3中多源直線軌跡掃描成^象系統(tǒng)的掃描視角 也是通過將每個(gè)射線源的扇角組合得到。也就是說，所得到的系統(tǒng)掃描視 角范圍為N個(gè)射線源的有效掃描視角范圍的并集，當(dāng)每個(gè)射線源的掃描視 角范圍連續(xù)但不互相重疊時(shí)，所得到的系統(tǒng)掃描;現(xiàn)角為N個(gè)射線源的有效 掃描視角之和，而當(dāng)某些射線源的掃描視角范圍部分互相重疊時(shí)，所得到 的系統(tǒng)掃描視角為N個(gè)射線源的有效掃描視角之和減去重疊的部分。
圖4示意性示出了根據(jù)本發(fā)明的成像系統(tǒng)中單個(gè)射線源出束時(shí)的掃 描立體示意圖。
在圖4中，檢查對(duì)象被置于傳動(dòng)裝置18的傳送裝置20的傳動(dòng)平臺(tái)(在 圖中示出為傳送帶)上，在電氣控制單元19的控制下被沿著直線軌跡在 根據(jù)本發(fā)明的多源直線軌跡掃描成像系統(tǒng)中平穩(wěn)傳送。
在圖4中，探測(cè)器陣列為面陣探測(cè)器，位于射線源對(duì)面，垂直于傳動(dòng) 平臺(tái)。探測(cè)器在豎直方向覆蓋物體，在水平方向與兩個(gè)射線源構(gòu)成張角分 別為60度,從而使得總的掃描視角在有兩個(gè)射線源的情況下可以達(dá)到120 度。數(shù)據(jù)釆集過程中采集的觸發(fā)需要與射線源出束的觸發(fā)同步，以便后續(xù) 數(shù)據(jù)處理中能夠?qū)蓚€(gè)60度掃描視角的數(shù)據(jù)重組為120度掃描視角的數(shù) 據(jù)，或者將兩個(gè)從60度掃描視角的數(shù)據(jù)重建后的圖像組合為120度掃描 視角的數(shù)據(jù)重建的圖像。這將在后面進(jìn)一步描述。
在本實(shí)施例中，整個(gè)成像系統(tǒng)的控制、數(shù)據(jù)傳輸、圖像重建以及數(shù)據(jù) 處理由計(jì)算機(jī)(工作站)完成，掃描控制信息、位置信息、投影數(shù)據(jù)等通 過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)輸入到計(jì)算機(jī)工作站中，由工作站完成物體的透射圖像、 斷層圖像以及三維立體圖像的重建工作，最后在顯示器上顯示出來。也就 是說，所述射線發(fā)生單元ll、數(shù)據(jù)采集單元12、成像單元13、圖像處理 及識(shí)別單元14、校正單元15、顯示單元16和主控單元17中的一個(gè)或多 個(gè)可以實(shí)現(xiàn)在所述一個(gè)計(jì)算機(jī)工作站中。
為到達(dá)精確的圖像重建，成像系統(tǒng)的應(yīng)能夠精確測(cè)量或標(biāo)定以下系統(tǒng) 參數(shù)M線源的位置，M線源到探測(cè)器的距離r,備針線源到檢查物 體直線運(yùn)動(dòng)軌跡的距離D,傳動(dòng)裝置直線運(yùn)動(dòng)速度v，陣列探測(cè)器采樣間
隔A/ (探測(cè)器陣列接收透射數(shù)據(jù)空間等效采樣間隔為AcZ-vA,)，探測(cè)器物
理尺寸，包括單個(gè)探測(cè)器物理尺寸和探測(cè)器陣列的物理尺寸等。
成像單元13從數(shù)據(jù)采集單元12接收多個(gè)射線源交替出束時(shí)的投影數(shù) 據(jù)，并根據(jù)通過每個(gè)射線源所得到的投影數(shù)據(jù)重建出斷層、立體圖像。由于重建過程涉及到多個(gè)射線源產(chǎn)生的投影數(shù)據(jù)，需要利用已知的數(shù)據(jù)采集 觸發(fā)與^j"線源出束觸發(fā)之間的同步關(guān)系，提取出M線源單獨(dú)出束時(shí)的 投影數(shù)據(jù)。M線源產(chǎn)生的投影數(shù)據(jù)對(duì)重建圖像的貢獻(xiàn)，可以在圖像重建 前也可以在重建后進(jìn)行重組。前者的處理思路是將多個(gè)源線源產(chǎn)生的投影 數(shù)據(jù)等效為單源時(shí)的投影數(shù)據(jù)(單源，相應(yīng)地?cái)U(kuò)大探測(cè)器陣列的覆蓋范圍 即可)，這種處理方式的好處在于可以很顯式地處理各射線源中可能存在 掃描視角有重疊的問題(即投影數(shù)據(jù)冗余，在圖像重建中是非常普遍的現(xiàn) 象，做一個(gè)簡(jiǎn)單加權(quán)即可消除)，但這種方式要求各射線源至少需要在一
個(gè)平行于探測(cè)器陣列的平面上(各射線源的r、"值)。后者的處理思路 是先分別利用各射線源產(chǎn)生的投影數(shù)據(jù)重建子圖像，再在考慮到數(shù)據(jù)冗余 的情況下對(duì)重建的子圖像按像素做加權(quán)疊加，即得到最終的重建圖像。
下面，將參照?qǐng)D5的幾何參數(shù)定義對(duì)本發(fā)明的成像原理用數(shù)學(xué)描述語 言作進(jìn)一步的解釋說明。
雖然實(shí)際掃描中射線源和探測(cè)器固定而使被檢查對(duì)象(待重建)物體 至左向右平移，為了便于數(shù)學(xué)描述，根據(jù)運(yùn)動(dòng)的相對(duì)性原理，本文在做圖 像重建時(shí)均假設(shè)被檢物體保持靜止，而使射線源和探測(cè)器整體自右向左移 動(dòng)。事實(shí)上，根據(jù)本發(fā)明的多射線源直線軌跡掃描成像系統(tǒng)可以看作是多 個(gè)獨(dú)立的單源系統(tǒng)組合而成，不過，這個(gè)多單源系統(tǒng)共用同一個(gè)探測(cè)器陣 列。所以，可以通過描述單源系統(tǒng)的操作原理來簡(jiǎn)化對(duì)多源系統(tǒng)的描述。
圖5示意性示出了直線軌跡成像系統(tǒng)掃描幾何參數(shù)定義，其相對(duì)應(yīng)單 個(gè)射線源出束時(shí)的直線軌跡掃描成像見圖4。
包含射線源運(yùn)動(dòng)軌跡并且垂直于面陣探測(cè)器的平面設(shè)定為X - ^平面。 令o為物體坐標(biāo)系(x,少,o的原點(diǎn)，由于為了便于數(shù)學(xué)描述假設(shè)檢查物體靜 止不動(dòng)，所以這個(gè)原點(diǎn)也是靜止的，其在射線源運(yùn)動(dòng)軌跡上的正交投影點(diǎn) 化定義為射線源位置零點(diǎn)。為了方便，這里使用了等效探測(cè)器的概念，即 將真實(shí)面陣探測(cè)器按照幾何影射關(guān)系虛擬到坐標(biāo)原點(diǎn)o所在的x-z平面 上。射線源」在等效探測(cè)器上的正交投影點(diǎn)"設(shè)置為等效探測(cè)器單元位 置零點(diǎn)，兩者距離用D表示。若射線源和探測(cè)器沿x軸反方向以速度"o 移動(dòng)，在某時(shí)刻，射線源位置索引值用/表示(其相對(duì)于《的偏移量)， 探測(cè)器單元位置索引值用"v)表示(其相對(duì)于"的水平和豎直偏移量)， 那么該探測(cè)器單元采集到的錐束投影可以表示為p(/,,,v)。其中，對(duì)應(yīng)射線 源和等效探測(cè)器單元在物體坐標(biāo)系中的坐標(biāo)分別為(/，-ao)和(/+,，o, v)。單個(gè)射線源的圖像重建可以使用直線濾波反投影算法進(jìn)行。對(duì)投影數(shù) 據(jù)p(/，,，v)，被檢查對(duì)象物體在柱坐標(biāo)系中表示為/(r，Az)，從三維平面坐標(biāo) 系到所述柱坐標(biāo)系的變換對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是非常清楚的，因而在 此不再累述。在所述柱坐標(biāo)系下，凈皮檢查對(duì)象物體/(^，力的一種近似估
計(jì)7(W,z)為 其中，
<formula>formula see original document page 12</formula>
這里，[^u表征探測(cè)器陣列在x軸方向覆蓋范圍。^為巻積核函數(shù)，
理論值為^/)=￡—|^2^^，離散化時(shí)一般采用RL或SL濾波器，SL濾波器
的離散形式為
<formula>formula see original document page 12</formula>
直線濾波反投影算法的特點(diǎn)是沿?cái)?shù)據(jù)采集方向/對(duì)接收的投影數(shù)據(jù) 進(jìn)行濾波處理，沿探測(cè)器方向/對(duì)接收的投影數(shù)據(jù)進(jìn)行積分實(shí)現(xiàn)反投影處 理。該特點(diǎn)是由直線掃描軌跡決定的。直線濾波反投影算法與將采集的數(shù) 據(jù)重排為平行束的重排算法相比，能夠更加充分的利用接收的每一個(gè)有效 的投影數(shù)據(jù)，進(jìn)而能夠更好的保持重建圖像的分辨率，對(duì)數(shù)據(jù)截?cái)嗟拿舾?也遠(yuǎn)低于重排算法
不難看出，不同射線源出束時(shí)的投影數(shù)據(jù)p(Uv)的參數(shù)(/,,,力是不 完全相同的，即對(duì)應(yīng)不同的掃描角度，如果相同則表示數(shù)據(jù)有冗余，需要 相應(yīng)地做加權(quán)處理。最簡(jiǎn)單的方法是W目同參數(shù)的投影數(shù)據(jù)做平均。如果 M線源到探測(cè)器的距離不同，則意味各個(gè)射線源對(duì)檢查對(duì)象同一點(diǎn)的掃 描平面不同，可能造成圖像最終的重建圖像出現(xiàn)偽影。因此，為了得到高 質(zhì)量的圖像，M線源優(yōu)選需要在同一平行于探測(cè)器陣列的平面內(nèi)。更優(yōu) 選地，各射線源在一條平行于探測(cè)器陣列的直線上。
圖6示意性示出了根據(jù)本發(fā)明的多源直線軌跡掃描成^^方法一個(gè)實(shí)施例的流程圖。根據(jù)本發(fā)明的多源直線軌跡掃描成像方法開始于步驟S1 。 在步驟S2，傳動(dòng)裝置18使檢查對(duì)象相對(duì)于掃描成像系統(tǒng)沿直線軌跡移 動(dòng)進(jìn)入該掃描成像系統(tǒng)的掃描區(qū)域。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，射線發(fā)生單 元11和數(shù)據(jù)采集單元12保持靜止不動(dòng)，所述傳動(dòng)裝置18承載所述檢查 對(duì)象使其沿行進(jìn)軌跡運(yùn)行。在步驟S3，主控單元17控制多個(gè)射線源交替 出束，確保在同一時(shí)間只有一個(gè)射線源出束。優(yōu)選地，所述多個(gè)射線源 釆用脈沖工作方式交替出束。在步驟S4，對(duì)于每個(gè)射線源每次出束，由 數(shù)據(jù)采集單元12分別采集檢查對(duì)象的投影數(shù)據(jù)，所述射線源出束與數(shù) 據(jù)采集單元的數(shù)據(jù)采集是同步的，可以通過相同的觸發(fā)脈沖序列來控制 所述同步。當(dāng)檢查對(duì)象快進(jìn)入第一個(gè)射線源的掃描范圍時(shí)(可用一位置觸 發(fā)裝置檢測(cè))，數(shù)據(jù)采集單元12開始采集數(shù)據(jù)。在步驟S5，根據(jù)對(duì)于每 個(gè)射線源分別采集的投影數(shù)據(jù)，成像單元13重建所述檢查對(duì)象的圖像。 在步驟S6，顯示單元16顯示重建的圖像。優(yōu)選地，在顯示單元16顯示 重建的圖像之前，對(duì)重建圖象進(jìn)行圖像處理、識(shí)別，以便識(shí)別出危險(xiǎn)物 品。優(yōu)選地，在顯示單元16顯示重建的圖像之前，對(duì)重建圖象進(jìn)行校 正，以優(yōu)化重建的圖像。優(yōu)選地，可以重建并顯示常規(guī)的單個(gè)或多個(gè)視 角的透視圖像，這樣，就可以通過先得到檢查對(duì)象的透視圖像對(duì)其進(jìn)行初 檢，當(dāng)發(fā)現(xiàn)有可能的嫌疑區(qū)域時(shí)才對(duì)其進(jìn)行斷層成像，從而進(jìn)一步對(duì)該嫌 疑區(qū)域進(jìn)行檢查。最后，在步驟S7，根據(jù)本發(fā)明的多源直線軌跡掃描成 像方法結(jié)束。
盡管紐參考糾的M實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，但是^4頁域的技術(shù) 人員可以理解，在不脫離本發(fā)明范圍的情況下，本發(fā)明可以進(jìn)行^t修 文、增 加、置換以M型。
權(quán)利要求1. 一種直線軌跡掃描成像系統(tǒng)，包括顯示單元，用于顯示重建的圖像，其特征在于，所述直線軌跡掃描成像系統(tǒng)還包括射線發(fā)生單元，包含多個(gè)射線源，所述多個(gè)射線源交替出束，在同一時(shí)間只有一個(gè)射線源出束；傳動(dòng)裝置，用于使檢查對(duì)象與所述直線軌跡掃描系統(tǒng)沿直線軌跡作相對(duì)運(yùn)動(dòng)，從而使檢查對(duì)象穿過所述直線軌跡掃描成像系統(tǒng)的掃描區(qū)域；數(shù)據(jù)采集單元，對(duì)于每個(gè)射線源，分別采集檢查對(duì)象的投影數(shù)據(jù)；和成像單元，根據(jù)對(duì)于每個(gè)射線源所采集的投影數(shù)據(jù)，重建所述檢查對(duì)象的圖像。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的直線軌跡掃描成像系統(tǒng)，其特征在于，所述 多個(gè)射線源采用脈沖工作方式交替出束。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2的直線軌跡掃描成像系統(tǒng)，其特征在于還包括 一個(gè)觸發(fā)脈沖發(fā)生器，分別為所述多個(gè)射線源中每一個(gè)產(chǎn)生一個(gè)觸發(fā)脈 沖序列來控制所述多個(gè)射線源交替出束。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3的直線軌跡掃描成像系統(tǒng)，其特征在于，所述 觸發(fā)脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的觸發(fā)脈沖還發(fā)送給所述數(shù)據(jù)采集單元，用來控制 采集數(shù)據(jù)的時(shí)序。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1的直線軌跡掃描成像系統(tǒng)，其特征在于還包括 一個(gè)主控單元，用于控制和協(xié)調(diào)所述直線軌跡掃描成像系統(tǒng)的各個(gè)部件 的操作。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1的直線軌跡掃描成像系統(tǒng)，其特征在于，所述 多個(gè)射線源位于與檢查對(duì)象運(yùn)行軌跡平行的一個(gè)平面上。
7. 根據(jù)權(quán)利要求4的直線軌跡掃描成像系統(tǒng)，其特征在于，所述 多個(gè)射線源位于與檢查對(duì)象運(yùn)行軌跡平行的一條直線上。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1-7中任何一個(gè)的直線軌跡掃描成像系統(tǒng)，其特 征在于，所述多個(gè)射線源中每一個(gè)的射線掃描視角范圍連續(xù)，從而構(gòu)成 一個(gè)連續(xù)的掃描視角范圍。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8的直線軌跡掃描成像系統(tǒng)，其特征在于，所述多個(gè)射線源中每一個(gè)的射線掃描視角范圍相互之間部分重疊。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1-7中任何一個(gè)的直線軌跡掃描成像系統(tǒng)，其特 征在于進(jìn)一步包括一個(gè)校正單元，用于在顯示所述重建的圖像之前，對(duì) 圖像進(jìn)行校正。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1-7中任何一個(gè)的直線軌跡掃描成像系統(tǒng)，其特 征在于進(jìn)一步包括一個(gè)圖像處理及識(shí)別單元，用于對(duì)重建的圖像進(jìn)行處 理和識(shí)別。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1-7中任何一個(gè)的直線軌跡掃描成像系統(tǒng)，其特 征在于，所述檢查對(duì)象相對(duì)于所述直線軌跡掃描系統(tǒng)作勻速運(yùn)動(dòng)。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1-7中任何一個(gè)的直線軌跡掃描成像系統(tǒng)，其特 征在于，所述傳動(dòng)裝置包括一個(gè)電氣控制單元，用于控制所述傳動(dòng)裝置 從而控制所述檢查對(duì)象與所述直線軌跡掃描系統(tǒng)之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。
14. 根據(jù)權(quán)利要求1-7中任何一個(gè)的直線軌跡掃描成像系統(tǒng)，其特 征在于，所述成像單元通過生成所述檢查對(duì)象的透視圖像、斷層圖像來 重建所述檢查對(duì)象的立體圖像。
15. 根據(jù)權(quán)利要求l-7中任何一個(gè)的直線軌跡掃描成像系統(tǒng)，其特 征在于，所述數(shù)據(jù)采集單元采集投影數(shù)據(jù)與所述多個(gè)射線源中每一個(gè)射 線源的出束同步。
16. 根據(jù)權(quán)利要求l-7中任何一個(gè)的直線軌跡掃描成像系統(tǒng)，其特 征在于，所述數(shù)據(jù)采集單元是一個(gè)線陣探測(cè)器或者面陣探測(cè)器。
專利摘要一種直線軌跡掃描成像系統(tǒng)和方法，該成像系統(tǒng)包括射線發(fā)生單元，包含多個(gè)射線源，所述多個(gè)射線源交替出束，在同一時(shí)間只有一個(gè)射線源出束；傳動(dòng)裝置，用于使檢查對(duì)象與所述直線軌跡掃描系統(tǒng)沿直線軌跡相對(duì)運(yùn)動(dòng)，從而使檢查對(duì)象穿過所述直線軌跡掃描成像系統(tǒng)的掃描區(qū)域；數(shù)據(jù)采集單元，對(duì)于每個(gè)射線源，分別采集檢查對(duì)象的投影數(shù)據(jù)；成像單元，根據(jù)對(duì)于每個(gè)射線源采集的投影數(shù)據(jù)，重建所述檢查對(duì)象的圖像；顯示單元，用于顯示重建的圖像。通過采用多個(gè)按照一定的空間分布排列，并以一定的時(shí)間順序交替出束的射線源，可以以較短的探測(cè)器長度獲得較大的掃描視角，從而減少系統(tǒng)所需探測(cè)器單元數(shù)量并縮小被檢物體的總掃描距離。
文檔編號(hào)G01N23/02GK201242531SQ200820080019
公開日2009年5月20日 申請(qǐng)日期2008年4月17日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月17日
發(fā)明者劉以農(nóng), 麗 張, 李元景, 肖永順, 趙自然, 邢宇翔, 陳志強(qiáng), 高河偉 申請(qǐng)人:清華大學(xué);同方威視技術(shù)股份有限公司