Устройства обследования, способы обследования и системы обследования - RU2636810C1

Чертежи

Описание

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

[0001] Настоящее изобретение относится к системам обследования на основе технологии когерентного рассеяния рентгеновских лучей и, в частности, к устройствам обследования, способам обследования и системам обследования для определения, включает ли в себя обследуемый объект конкретное содержимое, такое как взрывчатые вещества, опасные предметы или подобное.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0002] Все большее внимание уделяется обнаружению взрывчатых веществ, наркотиков или подобного в объектах, таких как багаж. Некоторые меры обнаружения, например, технология обнаружения на основе компьютерной томографии (CT), может получать важную информацию, такую как пространственное распределение положений, плотность, массу, эффективный атомный номер или подобное различных материалов в багаже, с тем, чтобы распознавать категории разных материалов. Когда подозрительный материал обнаруживается системой, формируется сигнал тревоги и подозрительный материал доставляется в устройство обнаружения в следующей ступени для обнаружения или подозрительный материал обнаруживается вручную.

[0003] Однако все еще имеет место высокая частота ошибок при принятии решения в отношении того, является ли определённый материал взрывчатым веществом, посредством использования информации, такой как плотность, атомный номер или подобное. С целью снижения частоты ошибок всей системы, сокращения количества операций ручного обнаружения и повышения надежности системы система обнаружения на основе когерентного рассеяния рентгеновских лучей соединена последовательно с системой обнаружения CT, что может значительно снижать частоту ошибок системы.

[0004] Технология когерентного рассеяния рентгеновских лучей (дифракция рентгеновских лучей) используется, чтобы обнаруживать материалы (которые в основном являются кристаллическими материалами), и главным образом основывается на уравнении дифракции Брэгга следующим образом:

(1)

[0005] где n является порядком дифракционного максимума и, в общем, удовлетворяет n=1 при обнаружении взрывчатых веществ; λявляется длиной волны падающего луча; dявляется периодом кристаллической решетки и также является постоянной кристаллической решетки; θ является углом отклонения после того, как лучи рассеиваются; h является постоянной Планка; c является скоростью света; и E является энергией падающих фотонов. Когда различные параметры удовлетворяют вышеуказанному уравнению, происходит усиление когерентности, причем соответствующее рассеяние является упругим рассеянием, и энергия рентгеновских фотонов неизменна.

[0006] В дифракционной картине на основании распределения энергии угол θ, при котором измерение осуществляется детектором, является фиксированным, то есть энергетический спектр рассеянных рентгеновских лучей измеряется при фиксированном угле рассеяния. Постоянная кристаллической решетки d и энергия E падающих фотонов, которые удовлетворяют вышеуказанному уравнению, находятся в отношении один к одному. Таким образом, идентификационные признаки кристаллических материалов, то есть постоянные кристаллических решеток d₁, d₂,…,d_n, могут определяться согласно пиковым положениям энергетических спектровE₁, E₂,…,E_n, так что могут распознаваться разные материалы. Например, обычные взрывчатые вещества главным образом включают в себя разные кристаллические материалы, и типы кристаллов распознаются согласно постоянным кристаллических решеток. Поэтому этот способ является эффективной мерой обнаружения взрывчатых веществ.

[0007] Источник рентгеновского излучения одиночной энергии также может использоваться, чтобы считывать рентгеновские фотоны при разных углах рассеяния. Информация о кристалле получается согласно отношению один к одному между θ и d. Этот способ может понижать требования для детектора, но имеет более высокие требования для монохроматичности источника света. Кроме того, он является неэффективным в изменении угла для измерения. Этот способ применяется в экспериментальном устройстве, но редко используется в конструкциях и применениях, осуществленных на практике.

[0008] Предложен способ обнаружения на основании пучка обращенной веерообразной формы. Система, использующая пучок обращенной веерообразной формы обеспечивает измерение фиксированным способом посредством использования малого количества детекторов. В структуре обращенной веерообразной формы рассеянные лучи от объектов в разных положениях в плоскости обнаружения, которые являются перпендикулярными к направлению пучка лучей, сходятся в точке на детекторах, что приводит к суперпозиции спектральных линий объектов в двух положениях. Для получения информации различных пикселей в плоскости сечения материалов множество точек источника света не может излучать в одно и то же время, а должно испускать лучи в некотором порядке. Это приводит к значительному снижению интенсивности лучей в плоскости обнаружения в любое время и относительно низкое отношение сигнала к шуму данных, измеренных системой в случае, когда материалы проходят через плоскость обнаружения при некоторой скорости.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0009] При рассмотрении одной или более проблем в предшествующем уровне техники предложены устройство обследования, способ обследования, и система обследования на основе технологии когерентного рассеяния лучей, которые имеют способность трехмерного позиционирования и высокую разрешающую способность, достигают высокое отношение сигнала к шуму и снижают стоимость системы.

[0010] Согласно одному аспекту настоящего изобретения обеспечивается устройство обследования, включающее в себя: распределенный источник излучения, содержащий множество точек источника для формирования лучей; коллиматор источника света, расположенный на выводящем пучок лучей конце распределенного источника излучения и выполненный с возможностью сведения лучей, сформированных распределенным источником излучения, вдоль веерообразных радиальных линий, чтобы формировать пучок лучей обращенной веерообразной формы; рассеивающий коллиматор, выполненный с возможностью позволять проходить только лучам, рассеянным под одним или более определенными углами рассеяния, которые формируются посредством лучей из коллиматора источника света, взаимодействующих с обследуемыми объектами; по меньшей мере один детектор, расположенный за рассеивающим коллиматором, при этом каждый детектор содержит множество блоков обнаружения, которые имеют энергетическую разрешающую способность и расположены по существу в цилиндрической поверхности, чтобы принимать рассеянные лучи, проходящие через рассеивающий коллиматор; и устройство обработки, выполненное с возможностью вычисления информации энергетического спектра рассеянных лучей от обследуемых объектов на основании сигнала, выводимого детекторами.

[0011] Предпочтительно устройство обработки дополнительно выполнено с возможностью вычисления постоянной кристаллической решетки на основании информации пикового положения, включенной в информацию энергетического спектра рассеянных лучей, и принимать решение в отношении того, включают ли в себя обследуемые объекты взрывчатые вещества или опасные объекты, посредством сравнения вычисленной постоянной кристаллической решетки с заданным значением.

[0012] Предпочтительно устройство обследования дополнительно содержит устройство управления, выполненное с возможностью управления определенной точкой источника в распределенном источнике излучения для формирования луча согласно входной информации положения интересующей области в обследуемых объектах, чтобы обследовать интересующую область.

[0013] Предпочтительно множество точек источника распределенного источника света распределены в форме дуги, форме прямой линии, U-образной форме, обращенной U-образной форме, L-образной форме или обращенной L-образной форме.

[0014] Предпочтительно рассеивающий коллиматор содержит нижнюю поверхность и множество вложенных цилиндрических поверхностей на нижней поверхности, круговые пазы расположены с заданными дистанционными интервалами во множестве вложенных цилиндрических поверхностей, и паз расположен на нижней поверхности вдоль осевого направления цилиндрических поверхностей.

[0015] Предпочтительно рассеивающий коллиматор содержит нижнюю поверхность и множество вложенных сферических поверхностей на нижней поверхности, круговые пазы расположены с заданными дистанционными интервалами во множестве вложенных сферических поверхностей, и паз расположен на нижней поверхности вдоль радиального направления нижней поверхности.

[0016] Предпочтительно рассеивающий коллиматор выполнен из поглощающего лучи материала.

[0017] Предпочтительно рассеивающий коллиматор содержит множество столбцов параллельных коаксиальных конических поверхностей, выполненных из поглощающего лучи материала.

[0018] Предпочтительно рассеивающий коллиматор содержит множество параллельных слоев.

[0019] Предпочтительно детектор является детектором CdZnTe (CZT) или детектором высокой чистоты Ge (HPGe).

[0020] Согласно другому аспекту настоящего изобретения обеспечивается система обследования, содержащая: несущий элемент, выполненный с возможностью поддержки обследуемых объектов для их линейного перемещения; первую ступень сканирования, содержащую устройство трансмиссионного формирования изображений или устройство формирования изображений компьютерной томографии (CT), чтобы осуществлять трансмиссионное обследование или обследование CT над обследуемыми объектами; устройство обработки, выполненное с возможностью приема сигнала, сформированного первой ступенью сканирования, и определения по меньшей мере одной интересующей области в обследуемых объектах на основании сигнала; вторую ступень сканирования, расположенную на заданном расстоянии от первой ступени сканирования вдоль направления перемещения объектов, при этом вторая ступень сканирования содержит: распределенный источник излучения, содержащий множество точек источника, чтобы формировать лучи; коллиматор источника света, расположенный на выводящем пучок лучей конце распределенного источника излучения, и выполненный с возможностью сведения лучей, сформированных распределенным источником излучения, вдоль веерообразных радиальных линий, чтобы формировать пучок лучей обращенной веерообразной формы; рассеивающий коллиматор, выполненный с возможностью позволять проходить только лучам, рассеянным под одним или более определенными углами рассеяния, которые формируются посредством лучей из коллиматора источника света, взаимодействующих с обследуемыми объектами; и детекторы, расположенные за рассеивающим коллиматором, при этом каждый детектор содержит множество блоков обнаружения, которые имеют энергетическую разрешающую способность и, по существу, расположены в цилиндрической поверхности, чтобы принимать рассеянные лучи, проходящие через рассеивающий коллиматор; при этом устройство обработки выполнено с возможностью инструктирования второй ступени сканирования обследовать по меньшей мере одну интересующую область и вычислять информацию энергетического спектра рассеянных лучей от обследуемых объектов на основании сигнала, выводимого детекторами.

[0021] Согласно дополнительному аспекту настоящего изобретения обеспечивается способ обследования, содержащий этапы, на которых: формируют лучи посредством распределенного источника излучения, содержащего множество точек источника; сводят лучи, сформированные распределенным источником излучения, вдоль веерообразных радиальных линий, чтобы формировать пучок лучей обращенной веерообразной формы; выполняют коллимирование лучей посредством рассеивающего коллиматора, расположенного на передней части детекторов, чтобы позволять проходить только лучам, рассеянным под одним или более определенными углами рассеяния, которые формируются посредством лучей, взаимодействующих с обследуемыми объектами; принимают, посредством детекторов, рассеянные лучи, проходящие через рассеивающий коллиматор, при этом каждый детектор имеет энергетическую разрешающую способность и имеет форму цилиндрической поверхности; и вычисляют информацию энергетического спектра рассеянных лучей от обследуемых объектов на основании сигнала, выводимого детекторами.

[0022] Предпочтительно способ дополнительно содержит этапы, на которых: вычисляют постоянную кристаллической решетки на основании информации пикового положения, включенной в информацию энергетического спектра рассеянных лучей, и принимают решения в отношении того, включают ли в себя обследуемые объекты взрывчатые вещества или опасные объекты, посредством сравнения вычисленной постоянной кристаллической решетки с заданным значением.

[0023] Предпочтительно способ дополнительно содержит этапы, на которых: управляют определенной точкой источника в распределенном источнике излучения, чтобы формировать луч согласно входной информации положения интересующей области в обследуемых объектах, чтобы обследовать интересующую область.

[0024] С учетом вышеописанных технических решений соответствующие части объектов облучаются посредством управления несколькими определенными точками источника света в распределенном источнике света для испускания лучей, с тем, чтобы осуществлять целевое обнаружение. Кроме того, вследствие использования цилиндрического детектора могут быть получены сигналы блоков обнаружения в некоторых положениях, и поэтому оптимизируется способность трехмерного позиционирования, и интенсивность сигналов значительно увеличивается.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0025] Следующие сопровождающие чертежи способствуют более глубокому пониманию описания различных вариантов осуществления настоящего изобретения, приведённых ниже. Эти сопровождающие чертежи не обязательно выполнены в масштабе, и они схематически иллюстрируют основные признаки некоторых вариантов осуществления настоящего изобретения. Эти сопровождающие чертежи и варианты осуществления обеспечивают некоторые варианты осуществления настоящего изобретения неограничивающим и неисчерпывающим способом. Для краткости, одинаковые ссылочные позиции используются для одинаковых или аналогичных компонентов или структур, имеющих одни и те же функции на разных сопровождающих чертежах.

[0026] Фиг. 1 является структурной схемой устройства обследования согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения;

[0027] Фиг. 2 является схемой распределения источника света и области обнаружения в устройстве обследования согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения;

[0028] Фиг. 3 является структурной схемой, иллюстрирующей устройство обследования, обнаруживающее лучи, рассеянные под фиксированным углом, согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения;

[0029] Фиг. 4 иллюстрирует структурную схему рассеивающего коллиматора согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения;

[0030] Фиг. 5 иллюстрирует структурную схему рассеивающего коллиматора согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения;

[0031] Фиг. 6 иллюстрирует вид сбоку устройства обследования согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения;

[0032] Фиг. 7 иллюстрирует вид сбоку устройства обследования согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения;

[0033] Фиг. 8 иллюстрирует вид сбоку устройства обследования согласно одному дополнительному варианту осуществления настоящего изобретения;

[0034] Фиг. 9 иллюстрирует структурную схему источника света в устройстве обследования согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения;

[0035] Фиг. 10 иллюстрирует структурную схему источника света в устройстве обследования согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения; и

[0036] Фиг. 11 иллюстрирует область распределения информации рассеяния прямоугольного сечения (фактическую область обнаружения) объектов на цилиндрическом детекторе.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0037] Некоторые варианты осуществления настоящего изобретения будут подробно описаны ниже. В приведенном ниже описании некоторые конкретные подробности, например, конкретные структуры и конкретные параметры компонентов в вариантах осуществления используются, чтобы обеспечивать лучшее понимание вариантов осуществления настоящего изобретения. Специалисты в данной области техники могут понимать, что варианты осуществления настоящего изобретения могут быть также осуществлены, даже если некоторые подробности пропущены или включены другие способы, элементы, материалы или тому подобное.

[0038] Фиг. 1 иллюстрирует структурную схему устройства обследования согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения. Как показано на фиг. 1, проиллюстрированное устройство обследования обследует обследуемые объекты 130 и включает в себя распределенный источник 110 света, коллиматор 120 источника света впереди распределенного источника 110 света, рассеивающий коллиматор 140 и детектор 150. Как показано, коллиматор 120 источника света сводит рентгеновские лучи в начало системы координат вдоль радиального направления пучка веерообразной формы. Рассеивающий коллиматор 140 расположен над плоскостью XOY. Детектор является цилиндрическим детектором с осью, совпадающей с осью Y, и включает в себя множество блоков обнаружения, расположенных в цилиндрической поверхности.

[0039] Согласно некоторым вариантам осуществления лучи, проходящие через коллиматор 120 источника света, находятся в веерообразной форме (с полевым углом

от направления, перпендикулярного к плоскости облучения), и плоскость включает в себя прямоугольное сечение обследуемых объектов 130 в плоскости XOZ. Когда обследуемые объекты 130 перемещаются на транспортировочной ленте (например, вдоль оси Y), обследуемые объекты 130 сканируются. Когда лучи встречают обследуемые объекты 130, лучи рассеиваются. Рассеивающий коллиматор 140 в плоскости XOY работает, чтобы позволять только лучам, рассеянным под заданным углом, попадать на детектор 150. Информация энергетического спектра рассеянных лучей от обследуемых объектов вычисляется устройством 160 управления и обработки, таким как компьютер или подобное, соединенным с распределенным источником 110 света и детектором 150, на основании сигнала, выводимого детектором 150.

[0040] Согласно некоторым вариантам осуществления рассеивающий коллиматор 140 состоит из двух частей. Первая часть включает в себя множество (две или три) коаксиальных цилиндрических поверхностей, выполненных из поглощающего рентгеновские лучи материала. В цилиндрических поверхностях круговые пазы расположены с заданными дистанционными интервалами, чтобы допускать, чтобы через них проходили лучи в конической поверхности при некотором угле. Вторая часть включает в себя слой, выполненный из поглощающего рентгеновские лучи материала, в плоскости XOY, который имеет линейный паз, расположенный на некотором отрезке оси Y. Комбинация этих двух частей определяет угол, под которым лучи падают на детектор, и ширина пазов и дистанционный интервал между пазами выбираются согласно требованиям для углового разрешения и пространственного разрешения системы.

[0041] Фиг. 2 является схемой распределения источника света и области обнаружения в устройстве обследования согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения. Устройство обследования согласно настоящему варианту осуществления использует распределенный источник 210 света, чтобы получать пучок обращенной веерообразной формы, который сводится в начало системы координат под управлением коллиматора 220 источника света. В некоторых вариантах осуществления имеется множество распределений источника света. В первом распределении источника света точки источника света распределены по дуге 205 с радиусом R и с началом системы координат в центре, и коллиматор источника света распределен в радиальном направлении перед точками источника света. Во втором распределении источника света источники света распределены по линейному отрезку, показанному как полужирная черная линия, проиллюстрированная на фиг. 2. Точки 210 источника света распределены по линейному отрезку, и коллиматор 220 источника света расположен на пути вывода пучка точек источника. Коллимированный пучок лучей сходится вдоль радиального направления веера, передается через обследуемые объекты 230 между внешней окружностью 260 области обследования и внутренней окружностью 270 области обследования и рассеивается (дифрагирует). Устройство 160 управления и обработки управляет определенными точками источника в распределенном источнике 210 излучения для формирования лучей согласно входной информации положения интересующей области в обследуемых объектах, с тем, чтобы обследовать интересующую область. Например, как показано на фиг. 2, определенные точки источника в распределенном источнике 210 света управляются для испускания пучка, так что могут обследоваться определенные участки (интересующая область (ROI)) обследуемых объектов 130. Область обнаружения является частью кольцевой области, окруженной дугой внешней окружности 260 области обнаружения, дугой внутренней окружности 270 области обнаружения и лучами, испускаемыми из двух концов источника света в начало системы координат, как показано на фиг. 2. Обследуемые объекты 280 могут быть вписаны в кольцевую область и перемещаются вдоль транспортировочной ленты 290 в направлении, перпендикулярном к плоскости бумаги. Предполагается, что обследуемые объекты имеют кубическую форму и имеют ширину l и высоту h на фиг. 2. В этом случае полевой угол источника света по отношению к началу системы координат:

.

[0042] Длина распределения источника света в форме дуги:

.

[0043] Длина распределения источника света в форме прямой линии:

_,

[0044] где R является радиусом источника света в форме дуги и R₁ является расстоянием между нижней поверхностью объектов и началом системы координат.

[0045] В общем множество точек источника света могут быть распределены внутри этой длины отрезка (с некоторыми угловыми интервалами) и индивидуально испускать пучок под управлением системы управления. В альтернативном варианте несколько соседних точек источника света формируют группу, чтобы индивидуально испускать пучок как группа. Область 280 на фиг. 2 является ROI и может быть областью подозрительного материала, которая помечена системой CT или системой трансмиссионного обследования в предшествующей ступени.

[0046] Фиг. 3 является структурной схемой, иллюстрирующей устройство обследования, обнаруживающее лучи, рассеянные при фиксированном угле, согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения. Как показано на фиг. 3, в плоскости облучения пучка обращенной веерообразной формы, сформированного распределенным источником 210 света, через коллиматор 220 источника света, на дугах с точкой сходимости (началом системы координат) в качестве центра и с разными радиусами, лучи, которые рассеиваются под некоторым углом по отношению к падающему лучу (радиусу), могут сходиться в точке на оси Y. Эти лучи распределены в конической поверхности с вершиной на оси Y и половинным углом раствора конуса, равным

, где θ является углом рассеяния. После того как рассеянные лучи в конических поверхностях сходятся в разных точках на оси Y, рассеянные лучи продолжают расходиться. В этом случае рассеянные лучи все еще распределены в конической поверхности с одной и той же вершиной, одним и тем же коническим углом и противоположным направлением открытия, как показано на фиг. 3, чтобы формировать геометрию воронкообразной формы. Отдельный рассеивающий коллиматор расположен в плоскости XOY для воздействия на рассеянные лучи, так что только рассеянные лучи, которые удовлетворяют вышеописанному условию, могут передаваться в детектор вдоль конической поверхности воронкообразной формы.

[0047] Как показано на фиг. 3, в плоскости облучения (плоскости XOZ) дуга 260 с началом системы координат в центре и с большим радиусом соответствует конусу с вершиной, имеющей большую координату Y, и рассеянные лучи расходятся через вершину сходимости и проецируются на дугу на нижней части детектора 250. В плоскости облучения дуга 270 с началом системы координат в центре и с малым радиусом соответствует конусу с вершиной, более близкой к началу системы координат, и рассеянные лучи расходятся через точку сходимости и проецируются на дугу на верхней части детектора 250. Таким образом, рассеянные лучи из разных положений в плоскости облучения проецируются в разные блоки обнаружения цилиндрического детектора 250. Во взаимодействии с равномерным движением объектов вдоль оси Y устройство обследования имеет способность трехмерного позиционирования для обследуемых объектов и может измерять множество областей ROI в области обнаружения в одно и то же время.

[0048] Область детектора согласно вариантам осуществления настоящего изобретения является гораздо меньшей, чем область в случае параллельных пучков в уровне техники, что уменьшает требуемое количество детекторов. Это вызвано тем, что лучи имеют некоторую характеристику сходимости, и поэтому размер детектора может регулироваться согласно требованиям для пространственного разрешения системы.

[0049] Преимущество устройства обследования согласно вариантам осуществления настоящего изобретения состоит в том, что используется свойство сходимости света обращенной веерообразной формы и квалифицированно применяется структура обнаружения воронкообразной формы. Эта структура может управлять требуемым размером детектора согласно требованиям для пространственного разрешения системы. В варианте осуществления системы, имеющей способность трехмерного позиционирования, устройство согласно настоящему варианту осуществления может обеспечивать высокоэффективное и высоко нечувствительное средство сбора данных при уменьшении требуемой площади детектора.

[0050] В некоторых вариантах осуществления рассеянные лучи распределяются в последовательности коаксиальных конических поверхностей. В некоторых вариантах осуществления рассеивающий коллиматор может быть выполнен в виде последовательности параллельных коаксиальных конических поверхностей, выполненных из поглощающего рентгеновские лучи материала. Таким образом, угол рассеянного света может быть четко определен, так что рассеянный свет при требуемом определенном угле может быть принят с большей точностью. Однако имеются более высокие требования на коллиматор.

[0051] В других вариантах осуществления некоторые параллельные слои могут использоваться, чтобы работать на рассеянном свете. Однако, так как рассеянный свет фактически распределяется в конических поверхностях с некоторым радианом, параллельно пластинчатые коллиматоры с пазами могут привносить некоторое смещение по углу.

[0052] В варианте осуществления, проиллюстрированном на фиг. 4, проиллюстрирована другая конструкция рассеивающего коллиматора. Как показано на фиг. 4, рассеивающий коллиматор состоит из двух частей. Первая часть является двумя коаксиальными вложенными полуцилиндрическими поверхностями 420 и 430 с осью, совпадающей с осью Y (например, полуцилиндрические поверхности находятся только над плоскостью XOY), и вторая часть является пластиной, расположенной в плоскости XOY, которая связана с геометрической моделью воронкообразной формы, используемой в варианте осуществления. По мере того как рентгеновские лучи передаются через объекты, некоторые лучи, рассеянные под углом θ, сходятся на оси Y вдоль разных конических поверхностей и пересекаются с цилиндрическим коллиматором, для формирования множества дуг, распределенных на цилиндрических поверхностях. Согласно геометрии и требованиям для углового разрешения системы последовательность пазов располагаются в соответствующих положениях двух цилиндрических поверхностей, таким образом, что рассеянные лучи, которые падают на конические поверхности под некоторым углом, могут передаваться через пазы. Пластинчатый коллиматор 410, расположенный в плоскости XOY ниже цилиндрического коллиматора, имеет линейный паз 405, расположенный на оси Y, который позволяет рассеянным лучам, которые сходятся на оси Y, передаваться на соответствующие части детектора и облучать их. В варианте осуществления рассеивающего коллиматора, проиллюстрированном на фиг. 4, может быть обеспечено, что лучи, рассеянные под фиксированным углом, могут обнаруживаться детектором в соответствии с геометрией воронкообразной формы, проиллюстрированной на фиг. 3. В некоторых вариантах осуществления детектор (такой как детектор CdZnTe (CZT) или детектор высокой чистоты Ge (HPGe)), имеющий энергетическую разрешающую способность, измеряет рентгеновские лучи, рассеянные под фиксированным углом от разных областей ROI, и может получать изображение когерентного рассеяния (или дифракционную картину) соответствующих материалов в терминах распределения энергии. Информация постоянной кристаллической решетки материалов может быть получена посредством анализа пиковых положений спектра. В устройстве обработки категории материалов могут распознаваться посредством сравнения информации постоянной кристаллической решетки с опорными спектральными линиями различных материалов (таких как взрывчатые вещества) в базе данных.

[0053] Фиг. 5 является структурной схемой рассеивающего коллиматора согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения. Как показано на фиг. 5, рассеивающий коллиматор состоит из двух частей. Структура над плоскостью XOY содержит вложенные сферические поверхности (с центром на оси Y, которая является перпендикулярной к плоскости бумаги). Вершины конических поверхностей, на которых распределяются лучи, рассеянные под фиксированным углом, располагаются на одном и том же диаметре (оси Y) виртуальной сферы. Таким образом, линии пересечения между коническими поверхностями и сферами являются дугами на сферах. С вложенной структурой множество пазов 525 определяют точное направление падения рассеянных лучей. Пластинчатый коллиматор, расположенный в плоскости XOY ниже сферического коллиматора 520, имеет линейный паз на оси Y. Это дополнительно работает, чтобы обеспечивать возможность передачи только рассеянных лучей, которые сходятся на оси Y, на соответствующие части детектора и их облучения.

[0054] Рассеивающий коллиматор согласно вариантам осуществления настоящего изобретения состоит из двух частей, которые обычно работают, чтобы обеспечивать возможность попадания на детектор только рассеянных лучей, которые распределяются в конических поверхностях с определенными вершинами. При геометрии воронкообразной формы детектор расположен в положении ниже точки сходимости света, то есть нижней части воронки (как показано на фиг. 3). В теории более точный вариант осуществления рассеивающего коллиматора может использоваться для снижения угловой ошибки системы. Если рассеивающий коллиматор расположен перед точкой сходимости света, коллиматор с пазами не может использоваться, для работы на рассеянном свете, и когда используется двумерный детектор, может происходить «взаимное влияние» в направлении оси X, что вызывает большую ошибку.

[0055] Фиг. 6 иллюстрирует вид сбоку устройства обследования согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения. Устройство согласно вариантам осуществления настоящего изобретения основывается на технологии когерентного рассеяния рентгеновских лучей и используется в качестве устройства обнаружения для обнаружения взрывчатых веществ в следующей ступени и может соединяться последовательно с системой обнаружения CT в предшествующей ступени. Устройство обнаружения в последней ступени получает информацию положения подозрительных материалов в обследуемых объектах 630 от устройства обнаружения CT. Фиг. 6 иллюстрирует относительные положения различных частей всей системы. Излучающее устройство 610 расположено в верхней части системы в направлении, перпендикулярном к плоскости бумаги, и обследуемые объекты 630 перемещаются с постоянной скоростью по горизонтали вправо, когда обследуемые объекты 630 приводятся в движение транспортировочной лентой 660. Рассеянные лучи проецируются на детектор 650 через рассеивающий коллиматор 640 ниже транспортировочной ленты. Во всем процессе испускание пучка распределенного излучающего устройства и запись информации и обработка детектора для соответствующих частей управляются персональным компьютером (PC) или другой системой обработки. Детекторы 650 и излучающее устройство 610 не нуждаются в механическом перемещении, и транспортировочной ленте 660 не нужно останавливаться, что улучшает эффективность обнаружения всей системы.

[0056] Фиг. 7 иллюстрирует вид сбоку устройства обследования согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения. Структура на фиг. 7 отличается от структуры на фиг. 6 в том, что система имеет рассеивающий коллиматор 740 и имеет детектор 751 и детектор 752 соответственно для разных углов рассеяния на двух сторонах плоскости облучения. Излучающее устройство 710 расположено в верхней части системы в направлении, перпендикулярном к плоскости бумаги, и обследуемые объекты 730 перемещаются с постоянной скоростью по горизонтали вправо, когда обследуемые объекты 730 приводятся в движение транспортировочной лентой 760. Рассеянные лучи проецируются на детекторы 751 и 752 через рассеивающий коллиматор 740 ниже транспортировочной ленты. Таким образом, информация лучей, рассеянных под двумя фиксированными углами, может измеряться в одно и то же время. Рассмотрение этого варианта осуществления состоит в том, что согласно уравнению (1) энергия E рентгеновских лучей, в общем, распределена в диапазоне 20~100 кэВ, и постоянная кристаллической решетки имеет порядок 10^-10 м, и, таким образом, обычный угол рассеяния является малым, и вышеуказанное уравнение может быть аппроксимировано как:

(2)

[0057] где n равняется 1. Согласно уравнению (2) можно видеть, что, когда измерение когерентного рассеяния осуществляется на определенных объектах, если угол θ возрастает, соответствующее пиковое положение полученного энергетического спектра сдвигается влево (то есть снижается), то есть энергия рентгеновского луча, соответствующая характеристическому пику, уменьшается; и когда θ уменьшается, пик спектра сдвигается вправо. Для детектора энергетическая разрешающая способность является высокой для части высокой энергии, но при этом малый угол θ соответствует части высокой энергии, и поэтому соответствующее угловое разрешение

системы ухудшается. Согласно вариантам осуществления и экспериментам с системами система когерентного рассеяния рентгеновских лучей является более чувствительной к угловому разрешению. Поэтому, когда измерение осуществляется при малом угле, полное разрешение будет ухудшаться и качество полученных спектральных линий также будет снижаться. Однако имеется случай, который необходимо рассмотреть, то есть в багаже, когда имеется сильный поглощающий рентгеновские лучи материал на пути рассеянного света, или объекты являются толстыми, часть низкой энергии полихроматического рентгеновского луча будет сильно поглощаться, и увеличение жесткости лучей может влиять на спектральные линии. В этом случае, когда измерение осуществляется при большом угле θ, увеличение жесткости может приводить к серьезному влиянию. Таким образом, в разных случаях багажа результаты, полученные при разных углах, могут быть разными, и имеется относительно подходящий угол. Поэтому структура для осуществления измерения при двух углах в одно и то же время спроектирована, как показано на фиг. 7, где (например, и ). В результате может приниматься решение о том, какой угол является относительно подходящим для измерения, согласно плотности материала и информации положения, полученной системой CT в предшествующей ступени, или какие спектральные линии для двух углов соединяются, что может повышать отношение сигнала к шуму, повышать точность решения и снижать частоту ошибок.

[0058] Фиг. 8 иллюстрирует вид сбоку устройства обследования согласно одному дополнительному варианту осуществления настоящего изобретения. В этом режиме допускается система для измерения кривых энергетического спектра рентгеновских рассеянных лучей при четырех углах в одно и то же время, чтобы получать четыре спектрограммы. Эти четыре спектрограммы могут соединяться (чтобы получать совместные распределения угол-энергия при четырех углах) с тем, чтобы повышать отношение сигнала к шуму данных, подлежащих обработке. Структура на фиг. 8 отличается от структуры на фиг. 6 в том, что система имеет рассеивающий коллиматор 840 и имеет группу детекторов 851 и 852 и группу детекторов 853 и 854 соответственно для разных углов рассеяния на двух сторонах плоскости облучения. Излучающее устройство 810 расположено в верхней части системы в направлении, перпендикулярном к плоскости бумаги, и обследуемые объекты 830 перемещаются с постоянной скоростью по горизонтали вправо, когда обследуемые объекты 830 приводятся в движение транспортировочной лентой 860. Рассеянные лучи проецируются на детекторы 851 и 852 и детекторы 853 и 854 через рассеивающий коллиматор 840 ниже транспортировочной ленты. Таким образом, информация лучей, рассеянных под двумя фиксированными углами, может измеряться в одно и то же время. Как показано на фиг. 8, диапазоны облучения двух групп рассеянных лучей на коллиматоре разделяются на каждой стороне плоскости облучения, чтобы избегать помех друг с другом. Лучи под двумя углами облучают два цилиндрических детектора. После того как получены четыре кривые энергетического спектра, кривая энергетического спектра с наилучшими эффектами может быть выбрана в первую очередь для принятия решения, или четыре кривые для разных углов могут быть соединены для повышения отношения сигнала к шуму кривых.

[0059] Фиг. 9 и 10 иллюстрируют более эффективные структурные схемы, а основная цель состоит в том, чтобы уменьшить размер всего устройства системы. То есть совершенствуется дефект, состоящий в том, что размер всей системы является большим вследствие большого диапазона распределения источника света в дуге или линейном отрезке.

[0060] Фиг. 9 иллюстрирует вариант осуществления U-образной формы (или обращенной U-образной формы). Вариант осуществления характеризуется тем, что система является симметричной слева направо, и не имеется никакого различия в излучаемых лучах для обнаруженных кубических объектов (с прямоугольным сечением). В режиме, проиллюстрированном на фиг. 9, распределенный источник 910 света обращенной U-образной формы и коллиматор 930 источника света расположены в области обнаружения между радиусом круговой орбиты моделирования распределенного источника света/радиусом 960 внешней окружности области обнаружения и радиусом 970 внутренней окружности области обнаружения. Вариант осуществления U-образной формы обеспечивает возможность уменьшения в размере распределенного источника света в направлении, перпендикулярном к направлению транспортировки транспортировочной ленты, и источник света почти примыкает к прямоугольной области обнаружения. Кроме того, этот вариант осуществления обеспечивает значительное уменьшение радиуса внутренней окружности области обнаружения и в то же время уменьшает высоту всей системы.

[0061] В варианте осуществления, так как источник света находится в распределенном режиме, точки источника света расположены с некоторыми угловыми интервалами. Поэтому имеется проблема в отношении интервала дискретизации. Для того чтобы поддерживать угловое разрешение, полевой угол Δγ луча, испущенного каждой точкой источника света, должен быть достаточно малым, как показано на фиг. 9. Анализ в отношении изменения в угловом разрешении вследствие полевого угла каждого луча будет описан ниже. Если предположить, что после того как каждый луч проходит через коллиматор источника света, каждый луч имеет полевой угол, равный Δγ≈0,4°, краевой луч 1-1 луча 1 пересекается с лучом 2 в точке A, и эти лучи могут рассеиваться от объектов в точке A и передаваться в детектор вдоль одной и той же траектории. В этом случае соответствующие углы рассеяния являются разными. Когда рассеивающий коллиматор определяет угол рассеяния, равный 3°, ошибка в угле вследствие

равняется приблизительно без учета ошибки в угле вследствие фактического рассеивающего коллиматора. Если предположить, что рассеивающий коллиматор может точно определять угол падения для детектора, если угол, определяемый рассеивающим коллиматором, изменяется на 2,91°, вследствие ошибки, в результате , возможный диапазон угла рассеяния рассеянных лучей, падающих на детектор, 2,91°~3,09°, и средний угол все еще 3°, с максимальной ошибкой . Однако в случае если угловое разрешение обеспечено, лучи не могут покрывать все участки объектов. В целях исключения или уменьшения коэффициента пропусков вследствие измерения способом неполного покрытия, необходимо обеспечить, чтобы интервал между двумя лучами был достаточно малым. Этот интервал должен устанавливаться согласно диапазону размера объектов, подлежащих фактическому обследованию. В настоящем варианте осуществления предлагается, чтобы интервал между двумя смежными лучами был не более чем 12 мм на дуге внешней окружности области обнаружения. В случае показанного на фиг. 9 и вышеупомянутых параметров, если точки источника света расположены с интервалами 0,6°, то в целом необходимы 227 точек источника света. Тогда максимальный интервал между лучами Δx=10,79 мм. Так как лучи являются сходящимися и фактическая область обнаружения является прямоугольной и находится внутри дуги внешней окружности, в области обнаружения, этот стандарт может быть удовлетворен.

[0062] Кроме того, как показано на фиг. 3, детектор записывает информацию части кольцевой области в плоскости обнаружения, но фактическая отслеживаемая область является всего лишь прямоугольником, вписанным в кольцевую область. Поэтому на цилиндрическом детекторе, как описано выше, имеются некоторые области без полезной информации, например, области I, II, III, IV или подобные, как проиллюстрировано на фиг. 11, и полезная область является всего лишь частью прямоугольной области, которая проецируется через коническую поверхность воронкообразной формы на цилиндрический детектор, например, областью V, проиллюстрированной на фиг. 11 (при симметричном состоянии структуры).

[0063] Фиг. 10 иллюстрирует режим варианта осуществления L-образной формы. Вариант осуществления системы является несимметричным, но базовый принцип и способ измерения одинаковы. В режиме, проиллюстрированном на фиг. 10, распределенный источник 1010 света обращенной L-образной формы и коллиматор 1030 источника света расположены в области обнаружения между радиусом круговой орбиты моделирования распределенного источника света/радиусом 1060 внешней окружности области обнаружения и радиусом 1070 внутренней окружности области обнаружения. В настоящем варианте осуществления детектор расположен в несимметричной форме в положении, которое находится ниже и справа от объектов. Распределение рассеянных лучей из прямоугольной области на детекторе показано как область 1120, проиллюстрированная в блоке согласно фиг. 11 (структуре L-образной формы).

[0064] По сравнению с вариантом осуществления на фиг. 9 в варианте осуществления на фиг. 10 требуемый размер детектора является сопоставимым, то есть размер варианта осуществления на фиг. 9 и размер варианта осуществления на фиг. 10 являются гораздо меньшими, чем размер в режиме параллельного пучка. Вследствие использования распределенного источника света максимальный интервал между точками дискретизации (максимальный интервал между лучами) может быть меньше, чем 12 мм. Вследствие увеличения в R₂, ошибка по углу вследствие

увеличивается. При предположении, что Δγ=0,4°, угол рассеяния, определенный рассеивающим коллиматором, равен 2,85°, и средний угол рассеяния рассеянных лучей равен 3°, ошибка в угле приблизительно , что незначительно хуже, чем ошибка в варианте осуществления U-образной формы. Поэтому имеются более высокие требования для коллиматора источника света, и может возникнуть необходимость в уменьшении. Однако не подходит, чтобы быть слишком малым; в противном случае скорость счета может быть значительно снижена. В отношении формы имеется одно меньшее плечо в L-образной форме, нежели в U-образной форме, и поэтому несимметричный вариант осуществления на фиг. 9 нуждается в уменьшенном количестве точек источника света. Не имеет значения, использовать ли распределение U-образной формы или распределение L-образной формы, варианты осуществления в двух режимах могут уменьшать размер всей системы.

[0065] Варианты осуществления настоящего изобретения предлагают использовать двумерный цилиндрический детектор, так что система может измерять информацию различных точек в плоскости сечения материалов в одно и то же время и оптимизировать способность трехмерного позиционирования. Множество источников света могут излучать в одно и то же время, с тем, чтобы значительно увеличивать интенсивность лучей в плоскости обнаружения. Таким образом, система может иметь более высокое отношение сигнала к шуму и дополнительно повышать эффективность обнаружения. По сравнению со способом, использующим параллельные пучки, требуемый размер детектора в вариантах осуществления настоящего изобретения является меньшим. Между тем, в другой структуре системы варианта осуществления, кривые распределения энергии лучей, рассеянных под двумя разными углами, также могут измеряться в одно и то же время. Поэтому система может использоваться согласно практическим условиям или посредством соединения информации, полученной для двух углов для повышения разрешающей способности материала системы.

[0066] Другие варианты осуществления настоящего изобретения раскрывают систему когерентного рассеяния рентгеновских лучей, использующую распределенный источник света для пучка обращенной веерообразной формы, которая использует детектор, имеющий энергетическую разрешающую способность, чтобы измерять распределение энергии рентгеновских лучей, рассеянных при фиксированном угле, чтобы получать постоянную кристаллической решетки материалов, тем самым, распознавая категории материалов.

[0067] Распределенный источник света распределен по дуге или прямой линии. Лучи проходят через объекты вдоль радиального направления и сходятся в начале системы координат под управлением коллиматора источника света. Информация положения подозрительных материалов из CT в предшествующей ступени принимается системой обработки источника света, которая особым образом управляет несколькими точками источника света в соответствующих положениях, чтобы испускать пучки с целью, облучать соответствующие части для целевого обнаружения.

[0068] Детектор имеет цилиндрическую структуру и используется во взаимодействии с коллиматором, который тщательно спроектирован. Рассеянные лучи из разных положений в плоскости обнаружения облучают разные положения детектора, и информация положения подозрительных материалов из CT в предшествующей ступени принимается системой получения данных, которая особым образом получает сигналы блоков обнаружения в некоторых положениях.

[0069] Коллиматор всей системы разделен на две части, то есть коллиматор источника света и рассеивающий коллиматор (или называемый коллиматором детектора). Цель коллиматора источника света заключается в определении направлений лучей, испущенных из точек источника света в разных положениях, так что лучи, проходящие через коллиматор, находятся в режиме пучка обращенной веерообразной формы, и передаются через область обнаружения и сходятся в начале системы координат. Рассеивающий коллиматор управляет углами рассеянных лучей, которые падают на поверхность детектора, чтобы позволять только лучам, которые рассеиваются под фиксированным углом θ и в некоторой конической поверхности, проходить и регистрироваться посредством детектора.

[0070] Во всем процессе обнаружения объекты непрерывно транспортируются через область обнаружения, когда объекты приводятся в движение посредством транспортировочной ленты. Источник рентгеновского света и детектор не нуждаются в перемещении. После того как получены кривые энергетического спектра рассеянных лучей подозрительных материалов, постоянная кристаллической решетки di может быть вычислена согласно пиковым положениям Ei

и другим фиксированным параметрам, и кривые сравниваются со спектральными линиями различных материалов в данных системы, с тем, чтобы распознавать и в результате определять категории материалов и, таким образом, принимать решение о том, являются ли материалы взрывчатыми веществами.

[0071] В некоторых вариантах осуществления в комбинации с решением варианта осуществления пучка обращенной веерообразной формы и вариантом осуществления распределенного источника света лучи, испущенные источником света, имеют тенденцию сходиться, что может в значительной степени уменьшать площадь детектора по сравнению с режимом параллельного пучка. В некоторых вариантах осуществления, размер детектора в устройстве обследования всего лишь приблизительно 15% от требуемой площади детектора в режиме параллельного пучка, что снижает стоимость системы.

[0072] Кроме того, в некоторых вариантах осуществления используются коллиматор детектора и двумерное устройство обнаружения, которые спроектированы особенным образом , так что детектор и источник света не нуждаются в перемещении в процессе обнаружения багажа в настоящем изобретении, что снижает механическую сложность системы и увеличивает скорость, устойчивость и точность обследования в системе. Между тем, способ обследования согласно настоящему изобретению может использоваться, чтобы измерять множество областей ROI в одно и то же время и индивидуально измерять объект в любом положении багажа. По сравнению с режимом обращенной веерообразной формы в предшествующем уровне техники множество источников света могут испускать лучи в одно и то же время, чтобы значительно повышать интенсивность лучей в плоскости обнаружения. Таким образом, система имеет более высокое отношение сигнала к шуму и эффективность обнаружения.

[0073] В других вариантах осуществления способ распределения источника света U-образной формы или L-образной формы используется, чтобы уменьшать размер всей системы.

[0074] Поэтому вышеизложенное описание и варианты осуществления настоящего изобретения используются лишь для описания устройства обследования, способа обследования и системы обследования согласно вариантам осуществления настоящего изобретения посредством иллюстративных примеров и не предназначены для ограничения объема настоящего изобретения. Кроме того, возможно осуществление вариаций и изменений в отношении вариантов осуществления настоящего изобретения. Другие возможные альтернативные варианты осуществления и эквивалентные варианты элементов в вариантах осуществления являются очевидными для специалистов в данной области техники. Другие вариации и изменения, осуществляемые в отношении вариантов осуществления настоящего изобретения, не выходят за рамки сущности и объема правовой охраны настоящего изобретения.

Реферат

Использование: для обследования объекта на основе технологии когерентного рассеяния рентгеновских лучей с целью определения, включает ли в себя обследуемый объект взрывчатые вещества, опасные предметы или подобное. Сущность изобретения заключается в том, что устройство содержит распределенный источник излучения, содержащий множество точек источника; коллиматор источника света, расположенный на выводящем пучок лучей конце распределенного источника излучения и выполненный с возможностью сведения лучей, сформированных распределенным источником излучения, вдоль веерообразных радиальных линий для формирования пучка лучей обращенной веерообразной формы; рассеивающий коллиматор, выполненный с возможностью позволять проходить только лучам, рассеянным под одним или более определенными углами рассеяния, которые формируются посредством лучей из коллиматора источника света, взаимодействующих с обследуемыми объектами; по меньшей мере один детектор, расположенный за рассеивающим коллиматором, при этом каждый детектор содержит множество блоков обнаружения, которые имеют энергетическую разрешающую способность и расположены по существу в цилиндрической поверхности, чтобы принимать рассеянные лучи, проходящие через рассеивающий коллиматор; и устройство обработки, выполненное с возможностью вычисления информации энергетического спектра рассеянных лучей от обследуемых объектов на основании сигнала, выводимого детекторами. Устройство, описанное выше, измеряет распределение энергии рассеянных рентгеновских лучей при фиксированном угле посредством использования детекторов, имеющих энергетическую разрешающую способность для получения постоянной кристаллической решетки материалов, чтобы распознавать категории материалов. Технический результат: обеспечение высокой разрешающей способности при возможности трехмерного позиционирования устройства относительно обследуемого объекта. 3 н. и 11 з.п. ф-лы, 11 ил.

Формула