專利名稱：用于改善x射線檢查設(shè)備中的物質(zhì)可識別度的方法和x射線檢查設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于改善x射線檢查設(shè)備中的物質(zhì)可識別度的方法以及x射線檢
查設(shè)備。
背景技術(shù)：
為了檢查對象，尤其是行李是否含有可疑物體，公知采用X射線檢查設(shè)備，在該設(shè) 備中待檢查的對象被X射線透射。該X射線檢查設(shè)備為此具有X射線源和檢測器，在該檢
測器中檢測衰減的射線的強(qiáng)度。通過該強(qiáng)度計算出在屏幕上顯示的二維x射線圖像的亮度 值。在該x射線圖像中可以識別出危險物質(zhì)。 與用于醫(yī)療領(lǐng)域的計算機(jī)斷層造影不同，用于安全檢查或非破壞性測試的X射線 檢查設(shè)備具有固定的X射線源和檢測器。這種X射線檢查設(shè)備由此僅在一個方向透射檢查 對象的每個空間點(diǎn)。因此不能執(zhí)行對該檢查對象的三維重構(gòu)，而該重構(gòu)是確定密度所必要 的。在光路中重疊放置的物質(zhì)由此無法被簡單地識別出來。因此本發(fā)明要解決的技術(shù)問題
是提供一種方法來改善x射線檢查設(shè)備中的物質(zhì)可識別度。

發(fā)明內(nèi)容
該技術(shù)問題通過根據(jù)權(quán)利要求1的方法解決。優(yōu)選的實施方式在從屬權(quán)利要求中
提出。權(quán)利要求7涉及一種具有用于執(zhí)行該方法的裝置的X射線檢查設(shè)備。 在本發(fā)明的方法中，首先在不同能量的情況下拍攝待檢查對象的至少兩幅吸收X
射線圖像。在此，能量優(yōu)選被選擇為使得透射通過該對象的X射線的強(qiáng)度被不同的物理效
應(yīng)減小。優(yōu)選地，根據(jù)已知的雙能量方法，在兩個不同的能量的情況下拍攝兩幅吸收X射線
圖像。概念"X射線圖像"在此根據(jù)上下文是指所測得的X射線強(qiáng)度或者由該強(qiáng)度計算出的
要顯示在屏幕上的圖像。 所測得的X射線強(qiáng)度一般遵循以下吸收等式
j7o(五).e * c/￡ (1) 在此，I。表示X射線的與能量有關(guān)的強(qiáng)度，該強(qiáng)度是在X射線源和檢測器之間沒有 物質(zhì)時會在檢測器上出現(xiàn)的強(qiáng)度，P表示與所述對象內(nèi)的位置坐標(biāo)r(s)有關(guān)的吸收系數(shù)。 S描述了 X射線穿過該對象的路徑。由于X射線檢查設(shè)備通常不使用單能的X射線，因此在 等式(1)中對X射線的能量譜進(jìn)行積分。 在另一個方法步驟中，通過多個層來對所述對象進(jìn)行數(shù)學(xué)建模，其中假定每一層 具有一種具體的物質(zhì)。在此，層的數(shù)量小于或等于X射線圖像的數(shù)量，而且對于至少一層假 定具有一種將在檢查時識別的物質(zhì)。由于這些物質(zhì)假定是均勻的，因此一層內(nèi)的P是恒定 的，而且不需要在路徑S上的積分。由此給出以下等式
3[ooio] /(￡)= J/0(￡).e " 必
■ ■ ■￡ ■ 其中dm是各物質(zhì)的厚度，也就是層在X射線方向上的延伸。M表示該模型的層數(shù)
量。對象的吸收能力在建模中被劃分到層中，一層的吸收能力通過吸收值P^dm描述。這
些層的吸收值之和相當(dāng)于整個對象的吸收值
P/(E，,(")必-Z (5).《 _ 此外，每一層的吸收值被分為與路徑有關(guān)的因子和與能量有關(guān)的因子。與路徑有 關(guān)的因子與能量無關(guān)，而與能量有關(guān)的因子與路徑無關(guān)。因此，利用以下改寫的吸收等式進(jìn) 行建模
" 巡 (2) 優(yōu)選的，與能量有關(guān)的因子、相當(dāng)于物質(zhì)的質(zhì)量衰減系數(shù)，與路徑有關(guān)的因子
Sm相當(dāng)于物質(zhì)的質(zhì)量堆裝密度。
一般來說，Sm取決于路徑S并通過以下等式描述 cUS)-^m(屮))必 (3) 由于對于這些層假定具有均勻的物質(zhì)，因此等式(3)簡化為
S邁(S) = Pm d邁 (4) 在下一個步驟中，借助吸收等式(2)根據(jù)吸收X射線圖像計算所有層的未知的與 路徑有關(guān)的因子Sm。未知因子的數(shù)量等于在對對象建模時假定的層數(shù)量。每個吸收X射 線圖像提供一個用于確定這些未知數(shù)的等式，、和Pm對于假定的物質(zhì)是已知的。由于 等式的數(shù)量必須大于或等于未知數(shù)的數(shù)量，因此層的數(shù)量必須小于或等于X射線圖像的數(shù) 量。對待檢查對象的已有知識在此可以代替一個或多個X射線圖像。 根據(jù)取決于路徑的因子，可以借助等式(4)計算層的厚度。這些厚度是層在待檢 查對象僅由所假定的物質(zhì)構(gòu)成時所具有的。如果對象包含不同于在建模時假定的物質(zhì)，則 這些物質(zhì)會對與路徑有關(guān)的因子產(chǎn)生錯誤的影響，由此對多個層的厚度產(chǎn)生錯誤的影響。 但是如還將示出的那樣，這對于改善物質(zhì)的可識別度影響不大。 在下個方法步驟中，至少一個合成圖像的計算是根據(jù)所有層的與權(quán)重因子相乘的 吸收值的和來進(jìn)行的。在該計算中使用的合成等式例如如下所示 ;-JVo(必)'e " 巡 (5)
g■ ■ 由此，根據(jù)對象的模型、所假定的物質(zhì)的特性以及層的取決于路徑的因子，合成出 新的圖像。通過選擇權(quán)重因子l，可以將合成圖像構(gòu)成為使得由待識別物質(zhì)構(gòu)成的對象在 該合成圖像中沒有輪廓或只有淡淡的輪廓。如果所有權(quán)重因子都被選擇為1，則合成圖像就 對應(yīng)于所拍攝的吸收X射線圖像。 最后一個步驟是對合成圖像進(jìn)行分析。該分析例如自動進(jìn)行，其中例如在待檢查 對象包含待識別物質(zhì)時產(chǎn)生警報。替換或附加的，該分析通過在屏幕上顯示所述合成圖像
4來進(jìn)行?？蛇x的，采用不同權(quán)重因子來計算兩個或更多合成圖像，并且相繼地或者相鄰地顯 示在屏幕上。為此，X射線檢查設(shè)備的操作者例如借助按鍵或開關(guān)在這些合成圖像之間切 換。在本發(fā)明的一個實施方式中，至少一個合成圖像的權(quán)重因子或者所有合成圖像的權(quán)重 因子可以由操作者調(diào)節(jié)。 優(yōu)選的，在計算合成圖像時用因子0對具有待識別物質(zhì)的層的吸收值加權(quán)。合成 圖像因此不包含在對對象建模時歸于待識別物質(zhì)的吸收分量。由該待識別物質(zhì)構(gòu)成的物體 的輪廓由此不包含在該合成圖像中，該輪廓在所拍攝的吸收X射線圖像中被繪出。通過該 輪廓的缺失，例如X射線檢查設(shè)備的操作人員推斷待識別物質(zhì)在該對象中是存在的。
在本發(fā)明的一實施方式中，計算合成圖像時的權(quán)重因子取決于X射線圖像中像點(diǎn)
的位置。因此Wm二Wm(X， y)，其中X和y是圖像中像點(diǎn)的坐標(biāo)。由此例如可以用不同的權(quán)
重因子在合成圖像的不同區(qū)域中抑制由不同物質(zhì)構(gòu)成的物體的輪廓，由此使得在合成圖像 中可以檢測多個待識別的物質(zhì)。 優(yōu)選的，由一層所引起的吸收在計算合成圖像時根據(jù)為該層所假定的物質(zhì)而被著 色。著色優(yōu)選借助該物質(zhì)的序數(shù)Z來進(jìn)行。從而例如金屬物質(zhì)被涂成藍(lán)色，有機(jī)物質(zhì)被涂 成桔色。這種著色使得X射線檢查設(shè)備的操作人員可以容易地檢測要查找的物質(zhì)。
根據(jù)本發(fā)明的X射線檢查設(shè)備具有用于執(zhí)行上述方法的裝置。


下面借助兩個實施例詳細(xì)解釋本發(fā)明。在此 圖1示出由兩種物質(zhì)構(gòu)成的待檢查對象的截面， 圖2a示出圖1所示對象的第一假定物質(zhì)的理論吸收厚度， 圖2b示出圖1所示對象的第二假定物質(zhì)的理論吸收厚度， 圖3示出由三種物質(zhì)構(gòu)成的對象的截面， 圖4a示出圖3所示對象的第一假定物質(zhì)的理論吸收厚度， 圖4b示出圖3所示對象的第二假定物質(zhì)的理論吸收厚度，
具體實施例方式
圖1示出由兩種物質(zhì)構(gòu)成的待檢查對象的示意截面圖。物質(zhì)1是塑料爆炸物塞姆 汀塑膠炸藥，物質(zhì)2是鐵。物質(zhì)1的厚度是1. 5mm，物質(zhì)2的厚度是lmm。示例性示出4個 位置A、B、C、D，在這些位置處設(shè)置X射線檢測器。在拍攝吸收X射線圖像時，在X射線檢查 設(shè)備的未示出的X射線源和位置A和B處的X射線檢測器之間沒有物質(zhì)，在X射線源和位 置C處的檢測器之間只有物質(zhì)2，而在X射線源和位置D處的X射線檢測器之間有物質(zhì)1和 物質(zhì)2。 X射線檢測器檢測由X射線源發(fā)出并被對象減弱的X射線。 在雙能X射線檢查設(shè)備中，在X射線的兩個不同能量譜的情況下拍攝對象的兩幅 吸收X射線圖像。在本例中，在低能拍攝時X射線的能量介于20keV和70keV之間，在 高能拍攝時的能量EH介于70keV和140keV之間。吸收X射線圖像是由各個像點(diǎn)構(gòu)成的二 維圖像，其中每個像點(diǎn)的亮度對應(yīng)于待檢查對象在該圖像位置處的吸收能力。這兩個吸收 X射線圖像為每個像點(diǎn)提供兩個強(qiáng)度I (EJ和I (EH)。 接著，用兩層來對該對象進(jìn)行數(shù)學(xué)建模。對于一層來說假定塞姆汀塑膠炸藥是物
5質(zhì)3，對于另一層來說假定鐵是物質(zhì)4。然后，根據(jù)吸收等式(2)計算每個像點(diǎn)的在透射通 過被建模對象后落在X射線檢測器上的X射線的強(qiáng)度。如果這些理論強(qiáng)度等于所測量的強(qiáng) 度，則得到以下兩個等式 "A)=. e""W，-"(W,巡 (6》 禾口Z(^);仏(W,，w")爆W")頓巡 (7) 其中具有兩個未知數(shù)53和S4。在此，I。表示已知的在X射線源和檢測器之間沒 有物質(zhì)的情況下會在檢測器上出現(xiàn)的X射線的強(qiáng)度。13和、是已知的特定于物質(zhì)的質(zhì) 量衰減系數(shù)，該系數(shù)與X射線穿過物質(zhì)的路徑S的長度無關(guān)，但是與射線的能量有關(guān)。質(zhì)量 堆裝密度53和^與X射線穿過物質(zhì)的路徑S的長度有關(guān)，但是與射線的能量無關(guān)。
從等式(6)和(7)中可以計算出這兩個未知數(shù)53和S4。它們通過等式(3)和 (4)而與層的厚度有關(guān)。為了加以說明，在附圖中以及后面的描述中采用厚度而不是質(zhì)量堆 裝密度S 。 所計算的物質(zhì)3的厚度在圖2a中示出，所計算的物質(zhì)4的厚度在圖2b中示出。如 果像在所示例子中那樣假定的物質(zhì)恰好與構(gòu)成所述對象的物質(zhì)相同，則計算出的厚度恰好 等于對象中物質(zhì)的實際厚度。如果在待檢查對象中在X射線的傳播路徑S上存在多個由同 一物質(zhì)構(gòu)成的物體，則這些物體在對對象建模時被組合成一個共同層。這也適用于這些物 體在對象中沒有直接相鄰的情況。 在下一個步驟中借助合成等式(5)計算至少一個合成圖像。該合成等式在此具有 以下形式 V —卩oW e 加 吸收值t3(E) S3(S)和t4(E) S4(S)分別與權(quán)重因子w3和w4相乘并相加。
該和與因子-l相乘就形成在該吸收等式中指數(shù)函數(shù)的指數(shù)。在本實施例中，權(quán)重因子w3和
w4對整個圖像，也就是具有任意坐標(biāo)x和y的所有像點(diǎn)來說都被選擇為恒定的。所計算的
強(qiáng)度Isym以公知方式被轉(zhuǎn)換為二維圖像以顯示在屏幕上?？蛇x地，對各個層在總吸收中的 分量的著色根據(jù)為該層假定的物質(zhì)來進(jìn)行。 如果權(quán)重因子^等于0，則合成圖像僅基于所假定的物質(zhì)3的吸收分量，在本例中 該物質(zhì)3是塞姆汀塑膠炸藥。從圖2a可以看出，恰好是實際物質(zhì)2的假定的物質(zhì)4不提供 圖像分量。物質(zhì)2在所拍攝的吸收X射線圖像中留下的輪廓在合成圖像中完全不存在。由 此可以推斷，假定的物質(zhì)4，即鐵，包含在對象中。相反，如果將權(quán)重因子w3設(shè)為等于0，則 合成圖像僅基于來自假定的物質(zhì)4的吸收分量。在吸收X射線圖像中能察覺到的物質(zhì)1的 輪廓未包含在合成圖像中，由此可以推斷假定的物質(zhì)3存在于該對象中。
圖3示出由3種物質(zhì)構(gòu)成的對象的截面。物質(zhì)5和6以及它們的厚度對應(yīng)于圖1 中的物質(zhì)1和2。另外，該對象中包含2mm厚的物質(zhì)7。物質(zhì)7位于X射線源和在位置B、 C、 D處的檢測器之間的射線路徑中，但是并不在X射線源和位置A處的檢測器之間。
該對象又通過由兩層構(gòu)成的模型來描述。為此采用以下等式
<formula>formula see original document page 7</formula>
對于該模型，假定物質(zhì)8是塞姆汀塑膠炸藥，物質(zhì)9是鐵，因此這些材料對應(yīng)于在 該對象中實際存在的兩種物質(zhì)。S 8和S 9的計算類似于第一實施例。 由于所示出的兩層模型不能正確反映由3種物質(zhì)構(gòu)成的對象，因此所計算出來的 厚度即使在正確假定物質(zhì)8和9的情況下也不會等于對象中物質(zhì)5和6的實際厚度。更不 用說物質(zhì)7是兩個所計算出來的厚度的一部分，因為物質(zhì)7恰好不對應(yīng)于所假定的物質(zhì)中 任何物質(zhì)。由此在圖4a中給出物質(zhì)8的厚度變化曲線，在圖4b中給出物質(zhì)9的厚度變化 曲線。 位置B處的X射線檢測器所測量的X射線被物質(zhì)7的吸收等于1. 2mm的物質(zhì)8_即 塞姆汀塑膠炸藥和0. 2mm的物質(zhì)9-即鐵所引起的吸收。所述厚度在位置B、 C、 D處形成錯 誤的偏移。如果塞姆汀塑膠炸藥作為假定的物質(zhì)8，該物質(zhì)8對應(yīng)于實際物質(zhì)5，則在位置 D處產(chǎn)生1. 5mm的另一個正確厚度分量，并且因此所計算的總厚度為2. 7mm。對于正確地被 假定為實際物質(zhì)6-鐵的物質(zhì)9，在位置C和D處通過該對象產(chǎn)生附加的厚度分量lmm，并且 因此所計算的總厚度為1. 2mm。 從圖4a和4b中的所計算的厚度的變化曲線中可以看出，通過第三物質(zhì)7雖然產(chǎn) 生了所假定的物質(zhì)的厚度的附加分量，但是由各自物質(zhì)構(gòu)成的物體在該對象中的實際輪廓 卻正確地反映了出來。 在將權(quán)重因子w9選擇為0的情況下，合成圖像雖然包含物質(zhì)5和7的輪廓，但是 沒有作為物質(zhì)6的鐵的輪廓。如果相反將權(quán)重因子W8選擇為等于0，則合成圖像不包含由 塞姆汀塑膠炸藥引起的輪廓。由于與拍攝的吸收X射線圖像相比沒有輪廓，可以推斷假定 的物質(zhì)存在于對象中，即使該對象還包含更多或其它非所述數(shù)學(xué)模型所考慮的物質(zhì)。
權(quán)利要求
一種用于改善X射線檢查設(shè)備中的物質(zhì)可識別度的方法，具有以下方法步驟-在不同能量的情況下拍攝待檢查對象的至少兩幅吸收X射線圖像，-在假定每一層具有具體物質(zhì)的情況下通過多個層來對該對象進(jìn)行數(shù)學(xué)建模，其中吸收值描述一個層的吸收能力，層的數(shù)量小于或等于X射線圖像的數(shù)量，而且對于至少一層假定存在檢查時要識別的物質(zhì)，-將每層的吸收值分解為與路徑相關(guān)的因子和與能量相關(guān)的因子，-借助吸收等式根據(jù)所述吸收X射線圖像來為所有層計算與路徑相關(guān)的因子，-根據(jù)所有層的與權(quán)重因子相乘的吸收值的和來計算至少一個合成圖像，-分析該合成圖像。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，兩幅吸收X射線圖像是在兩種能量的情況 下拍攝的。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，在計算所述合成圖像時，具有待識別 物質(zhì)的層的吸收值用因子0加權(quán)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的方法，其特征在于，計算所述合成圖像時的所述 權(quán)重因子與像點(diǎn)在X射線圖像中的位置有關(guān)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的方法，其特征在于，在計算所述合成圖像時，由 層所引起的吸收根據(jù)對該層假定存在的物質(zhì)而被著色。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項所述的方法，其特征在于，與能量相關(guān)的因子是物質(zhì)的 質(zhì)量衰減系數(shù)，與路徑相關(guān)的因子是物質(zhì)的質(zhì)量堆裝密度。
7. —種X射線檢查設(shè)備，具有用于執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項所述的方法的裝置。
全文摘要
一種用于改善X射線檢查設(shè)備中的物質(zhì)可識別度的方法，具有以下方法步驟以不同的能量拍攝待檢查對象的至少兩幅吸收X射線圖像，在假定每一層具有具體物質(zhì)的情況下通過多個層來對該對象進(jìn)行數(shù)學(xué)建模，其中吸收值描述了每一層的吸收能力，層的數(shù)量小于或等于X射線圖像的數(shù)量，而且對于至少一層來說假定一種要在檢查時識別的物質(zhì)，將每層的吸收值分為去路徑有關(guān)的因子和與能量有關(guān)的因子，借助吸收等式根據(jù)所述吸收X射線圖像來計算所有層的與路徑有關(guān)的因子，根據(jù)所有層的與權(quán)重因子相乘的吸收值之和來計算至少一幅合成圖像，分析該合成圖像。
文檔編號G01N23/04GK101796400SQ200880105770
公開日2010年8月4日 申請日期2008年8月1日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月5日
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