材料的成像的制作方法

专利名称：材料的成像的制作方法
材料的成像
本发明涉及用于探测、成像和表征三維空间中的材料的方法和仪器。
本发明特别涉及利用高能辐射，例如X-射线和Y-射线来扫描物体的仪器和方法，其中期望得到关于它们内部内容和/成分的信息。本发明特别涉及根据行扫描原理工作的仪器和方法，其中使三维物体移动通过扫描区，且成像信息被收集。这些原理广泛使用在例如安全行业中以扫描期望得到关于它们的内部内容的信息的物体，但是也可用在其他领域中，例如没有限制地，医疗成像、用于质量控制目的或确定结构的完整性的目的的成像，等等。
利用行扫描原理的成像仪器是众所周知的。典型地，这种仪器将由高能辐射源例如X-射线源组成，且为了例证的目的，在这里进一步的讨论将特别描述X-射线系统。源光束可被校准成通常被称为"幕帘光束"的幕帘(curtain),然后被例如包括线性光电二极管阵列的线性阵列探测器探测到。通过使所关注的物体例如以相对于光束的直角线性移动，并储存从线性阵列得到的X-射线发射信息的连续扫描，来获得图像信息，其中根据X-射线发射信息能够编辑完整的图像帧。
如果正在被扫描的物体可不均匀地发射X-射线辐射，且该扫描的物体例如由相异材料的多个较小物体和/或组件组成或容纳相异材料的多个较小物体和/或组件，且在内容或组件的特定情况下，建立物体的图像是可能的。然后可在观察屏幕上显示图像。这个图像对于例如以上概述的可能应用可能是有用的。特别是，在确定包装物的内容或物体或主体的内部结构方面可能是有用的。
虽然如此，这种X-射线仪器产生的图像是有限的。它最多构成被成像的物体的二维影象图。这可能使得难于进行论释(interpret )。欧洲专利第610084号描述了一种创建用于观看的"2.5D"实体模型图片的方法。使用得自X-射线源的两个发散的幕帘光束来获得立体的X-射线图像对。这些被分成配合的片段，且2.5D图像由因而产生的片段信息构造。
因而产生的图像不是严格的三维图像(尽管通常这样提到)，因为其呈现在二维屏幕上而不是借助于全立体的仪器呈现。这样的2.5D表示实际上包括关于深度的心理暗示，例如线性透视、插入、明暗(shading)和阴影(shadowing),而不是完全三维的图像需要的称为双眼视差或立体视法的全生理深度暗示。
EP610084的方法仍然为用户提供最终图像，该最终图像能够被旋转并从不同方向被观看，且能够给出关于不同物体或混合物的相对布置的相当多的信息。然而它不给出关于已经被定位的物品的性质的信息。
英国专利第2329817和2360685号是能用来产生全立体(foilstereosc叩ic)图像对的方法和系统的例子。它们最终根据在EP0261984中陈述的原理得到。特别是，它们服从在其中的第4栏第31至48行陈述的条件，该条件对探测器和源光束几何结构施加相当大的约束。尽管立体成像可以是相对有效的技术，其使用关于深度信息的全生理暗示，并因此为X-射线仪器的用户提供更容易和明显地识别物体或组件的可能性，但是该技术在实际操作中很复杂。为了使用立体效果，观察者必须在每只眼睛处同时接收不同的图像。这将使得必须使用特殊仪器。此外，全立体技术需要精确地控制关于以上确定的条件的图像收集过程。如果立体视觉对有效，则必须以一定的视差收集各自的图像，该视差严密地近似于观察者的眼睛将容忍的视差。由于这些原因，对这种类型的扫描机器来说，全立体成像没有获得广泛的接受。
不但常规的非立体仪器和方法趋向于给出在第三维中的有限信息，而且它们产生的图像也给出关于材料内容的有限信息。大体上，最简单地，所有被测量的是X-射线透射比。
甚至在最实用的系统中，这也被间接测量。最简单地， 一般线性阵列探测器包括组合地响应于所发射的X-射线的闪烁体材料，然后使该闪烁体材料与半导体探测器(例如基于硅的探测器或基于砷化镓的探测器)结合 而发出较低频率辐射，以及例如在可见区内或周围的光，其中所述半导体 探测器响应于这个较低频率辐射。探测器仅仅收集振幅信息，且不在光谱 上进行区分。
然而，已知来自发射的X-射线的光语信息能用来给出关于正在被扫描 的物体或组件的材料内容的附加信息。这导致双波^殳探测器的发展，双波 段探测器能够单独地识别来自X-射线发射的全光语的低能带和高能带。这 种双能量传感器一般包括夹层的 一对半导体光电二极管阵列或类似物，其 与配置为使得各自的探测器探测低能量X-射线和高能量X-射线的发射的
闪烁体配置相结合。已知任何材料的x-射线吸收特性可在光谱上变化，以 及吸收特性的变化的量特别依赖于原子数。双能量探测器使用这种特征来 一般地区分开较低原子数元素占优势的物体和较高原子数元素占优势的 物体。
当作为安全系统或材料识别系统的部分使用时，能进行非常粗略的近 似，该近似是有机材料趋向于在前一种类中而大多数的无机材料在后一种 类中。然而，即使这样的系统也只具有关于成分的有限信息。有4几/无机的 划分是粗略的和近似的，可能容易被在x-射线路径里添加的物体干扰，并 且不给出关于物体的结晶或多晶性质的信息。
英国专利第2329817号和2360685号并入双能量发射探测器。虽然如 此，装置给出的成分信息仍然有限，例如这是由于低/较高能量两重效应只 能给出有机/无机划分的粗略的近似，并且本身不能区别多晶材料。
由于这个原因，参考资料包括附加的散射探测器。X-射线被其所经过 的材料散射，且这些散射信号可包括可用来识别散射材料的信息。对于这 些探测器来说，这有极大的适用性，因为引起安全问题的很多这些材料例 如爆炸物、药物和半导体材料具有多晶结构，因此产生良好的散射信号。 这种根据散射信号识别材料的技术尽管是可能的，但目前不在商业上使 用，因为额外的散射探测器在系统中引入更大的复杂性，且散射的光束微 弱，因此通过量受到限制。
行扫描X-射线技术在安全应用中广泛使用， 中复杂的和各种各样的形状和成分的物体的探测和区别是重要特征。三维空间中的这种物体的确 切形状和位置的更好解析是在当前技术上的相当大的改进，特别是如果成 分也能^皮更好地表征。
本发明的目的是减轻现有技术行扫描系统的以上缺点中的一些或全部。
本发明的具体目的是提供一种方法和仪器，其用于物体、尤其是多个 物体或包括多个组件的物体的包装物的行扫描，这提供关于三维空间中它 们的形状和/或位置的附加信息。
本发明的具体目的是提供一种方法和仪器，其产生提供关于在三维空 间中的物体的形状和/或位置的信息的图像，该信息不需要特别的观察仪器 但能在二维观看屏幕上有效地呈现。
本发明的具体目的是提供一种方法和仪器，其产生提供关于在三维空 间中的物体的成分的信息的图像，以有助于解析它们在三维空间中的形状 和/或位置
因此，才艮据本发明的一个方面，提供了一种用于产生并显示物体的图
像的仪器，其包括
高能辐射源例如X-射线或Y-射线源和至少两个但优选地三个或更多 个线性辐射探测器的系列(series),例如，在可适用时的X-射线或，射线 探测器，所述探测器与辐射源间隔开以在其间界定扫描区，探测器能够利 用光谱方法解析入射的辐射；
使物体相对于使用中的扫描区移动并移动通过该扫描区的装置；
图像产生仪器，其至少产生来自第 一线性探测器的输出的第 一图像、 来自第二线性探测器的输出的第二图像、以及第三图像，使得每个这种图 像包括利用光谱方法解析的入射的辐射的表示；
图像显示器，其适合于连续地显示至少第一、第二和第三这种图像， 并因此显示图像之间的单眼运动视差。
通过类推，根据本发明的进一步的方面，提供了一种获得物体的图像
10的方法，该方法包括以下步骤
提供高能辐射源，例如X-射线或Y-射线源和至少两个但优选地三个或 更多个线性辐射探测器的系列，例如，在可适用时的X-射线或Y-射线探测 器，所述探测器与辐射源间隔开以在其间界定扫描区，探测器能够利用光 谱方法解析入射的辐射；
1吏物体相对于扫描区移动并移动通过该扫描区；以及由此
由第 一线性探测器的输出至少产生第 一 图像，该图像包括利用光谱方 法解析的入射的辐射的表示；
由第二线性探测器的输出至少产生第二图像，其具有与第一图像不同 的透视图；该图像包括利用光谱方法解析的入射的辐射的表示；
产生至少一个第三图像，第三图像也被利用光谱方法解析；
连续显示至少这种第一、第二和第三图像，并因此显示图像之间的单 眼运动视差。
此外，由于能够以不同的已知能量生成图像，所以以许多不同能量获 得图像是可能的。单眼运动视差效应能够由每个能级或许多能级的组合生 成。
因此，4艮据本发明的第一方面和第二方面的仪器和方法，当在物体和 源/探测器布置之间实现相对运动时，就产生连续的图像。提供合适的装置 来实现物体和扫描区的相对运动，这些装置例如包括物体搬运机 (handler )。物体例如通过合适的物体t般运才几或输送一几而一皮移动经过静止 的扫描区可能常常是方便的，但是应认识到，使物体保持静止以及平移探 测器和源以产生相对运动也是有效的。
由至少 一对间隔开的线性X-射线或其他辐射探测器(以及优选地三个 线性X-射线或其他辐射探测器的系列)生成至少三个图像。本发明的两个 具体特征可协作地操作，以帮助用户解析图像，特别是解析多个物体、组 件或图像的部分。首先，尽管产生多个图像，但图像没有被收集和显示为 成对图像，目的是提供立体效应。更确切地，本发明使用连续图像之间的 单眼运动视差。第二，每个图像包括借助于使用线性X-射线或其他辐射探测器收集的有差异的光谱信息的表示，所述探测器能够利用光谱方法解析 入射的X-射线或其他辐射。这两个效应在帮助图像论释上彼此加强。
单独的单眼运动视差能给出关于位于三维空间中的物体的一些有效 的生理暗示，特别是如果使用连续的图像的多个系列时，虽然这个效应将 对任何图像对呈现。然而，它有优于全立体系统的很多简单的优点。
特别是，图像作为单独的二维图像被连续显示，且不需要特殊的仪器。 系统使用单目艮^L差。没有必要像立体观看的情形那样为用户的每只眼睛同 时产生不同的图像。不需要双目并用的或其他复杂的立体观看仪器。简单 的单眼显示器就足够了。此外，有效地使用双眼视差所必需对图像产生进 行相对严格的控制不适用。例如对于一对有效的双眼视差图像，这些图像 需要用图像之间的视差精密地匹配人类观察者能够忍受的视差的方式产 生。通过对比，能够通过范围大得多的连续图像来产生三维中的运动的有 效单眼视差错觉。没必要遵照光束几何结构的严格条件，这些严格条件应
用到如以上在EP 0261984中提到的用数字陈述的现有技术的立体成像。因 此该技术在实践中可能耐用得多。
因此根据本发明的第 一 方面和第二方面的系统和方法在许多实际环 境里比双眼方法和仪器可能更简单，且值得注意地，本发明趋向于更接近 地适合于具有对现有仪器和技术的有限更改的应用。例如在安全领域中， 其中使用X-射线探测器的线性阵列的X-射线行扫描被广泛使用，根据本 发明的方法产生的图像能在二维视频显示屏上显示，且坐在这样的屏幕处 的用户能够以本质上常规的方式从这样的图像获得信息。
单眼运动视差效应在理论上只在一对图像中呈现，且第三维中的视觉 线索能够从这样的简单的一对图像获得，这些视觉线索能够使用户解析物 体，特别是其中正被扫描的单独的内容和/或组件。然而，如果产生并显示 一系列的多于两个的连续的图像，则此效应增强，特别是可获得在三维中 更有效的运动效果。根据本发明，产生至少三个图像。更优选地产生至少 五个图像，且仍然更优选地产生至少六个图像。
能够产生附加图像的方法有两种。首先，可提供多于两个的线性X-射线或其他辐射探测器的横向间隔开的系列，例如至少三个探测器，且更优选地至少五个探测器。然后可单独使用每个这样的探测器的输出来产生 表示在探测器处收集的数据的图像。
在提供线性探测器的横向间隔开的多个系列的场合，它们之间的间隔 优选地大致恒定，例如因为系列中的相邻的每对线性探测器实质上相等地 横向间隔开和/或相对于X-射线或其他辐射源在实质上相等的角距处。
组成横向间隔开的系列的线性X-射线或其他辐射探测器优选地大致
平行。它们可布置在共同的平面中或沿共同的弧线。每个线性x-射线或其 他辐射探测器可以具有任何合适的配置，例如具有常规的简单或折叠的配置。
优选地，为了维持每个阵列之间恒定的角距，组成横向间隔开的系列 的线性探测器被排列，使得它们之间的距离改变。这对在许多扫描行业里
普遍存在的L形探测器至关重要。当辐射源没有位于每个阵列的中心点时， 这种创新也是至关重要的。
优选地，仪器包括对准(alignment)装置，其允许每个线性探测器如 上所述地被精确对准。
优选地，仪器包括优选地从单个X-射线或其他辐射源传递多个光束的 装置。例如光束指向每一线性探测器。优选地，传递多个光束的装置允许 用户选择相应于多个阵列中的探测器的数量的期望数量的光束。便利地， 仪器包括适合于允许用户从单个辐射源选择两个到五个光束的准直仪。
附加地或可选地，通过内插从相邻的线性探测器收集的图像对可产生 另外的图像。因此，根据本发明的优选实施方式，本方法附加地包括由 至少相邻的一对线性探测器产生至少一个中间图像，以及在适用时优选地 由相邻的多对线性探测器和例如相邻的每对线性探测器，通过处理一对探 测器或所述每对探测器的输出并产生表示介于两个探测的所述输出的中 间的输出的图像，来产生至少一个中间图像。
本发明的仪器优选地包括中间图像产生器，中间图像产生器包括具有 这个功能的装置。
在被探测的相邻的一对图像之间产生单个中间图像的场合，中间图像优选地将中间图像上的图像点外插到两个被探测的图像上等效的图像点 之间的中点。在被探测的一对图像之间提供多个中间图像的场合，这些优 选地基于相似的均匀间隔开的外插。进一步优选地，探测器的相对间隔和 中间图像生成的配置使得所有图像以近似相同的相对运动间隔产生。例如 探测器均匀地间隔开，且相同数量的中间图像在多个阵列的每对之间产 生。
根据前述内容，任一或两种方法用来产生在扫描区里的物体实际上到 不同位置的一些数量的一系列图像。在第一种方法中，多个间隔开的探测 器产生相应的多个直接图像。在第二种方法中，来自相邻的线性探测器的 实际数据用来产生介于直接图像中间的间接图像，并因此表示中间的物体 位置。
任一或两种方法可用来产生图像的连续的系列，借助于每对连续的图 像之间的单眼运动视差，从图像的连续的系列中能够获得关于第三维的信 息，特别是通过第三维的运动的效果。观察简单的二维屏幕的用户需要相 对小数量的图像来产生三维中的有效的动画式的运动。
根据本发明至少产生三个图像。根据前述内容应认识到，第三图像需 要使用第三探测器来产生第三直接图像，或使用内插方法来由单对探测器 的输出产生第三间接图像。实际上，可以一起使用这两个效应，且更大量 的图像可能是优选的，例如至少三个探测器直接地或通过内插方法产生至 少五个图像。然而，不一定需要大量的探测器，可能需要更复杂的仪器。 例如可能期望提供五个或更少的探测器来产生比探测器数量更多的图像。
因此在优选实施方式中，中间图像产生器被配置为使得由五个或更少 的探测器总共产生五个或更多图像且优选地六个或更多图像，以便在任何
情况下产生比探测器数量更多的图像。在这个优选实施方式中，仪器包括 不多于五个的线性X-射线或其他辐射探测器的横向间隔开的系列；直接图 像产生仪器，其被配置为由至少一个探测器且优选地每个线性探测器的输 出产生图像；以及中间图像产生仪器，其配置为由至少相邻的一对线性探 测器且优选地相邻的每对线性探测器产生至少一个中间图像，并适于使得 总共产生至少五个且优选地至少六个图像。在这个优选实施方式中，方法
14包括由至少一个且优选地每个线性探测器的输出产生直接图像；由至少 相邻的一对线性探测器且优选地相邻的每对线性探测器，通过处理上述一
中间的输出的图像，来产生至少一个中间图像；以便总共产生至少五个且 优选地至少六个直接和中间图像。
产生足够的中间图像，以总共生成至少五个且优选地至少六个图像 (也就是说，当汇总从每个探测器的直接探测的输出收集的直接图像和通 过内插产生的中间图像时)。其中期望的附加图像通过在充足的探测器对 之间合成多于一个的实质上间隔开的中间图像来生成，以导致所需数量的 图像。中间图像产生器然后配置为由至少相邻的一对，通过处理上述一对 探测器或所述每对探测器输出并产生表示两个被探测的所述输出之间的 过渡的图像，来产生两个或多个中间图像，所述中间图像显示相邻的每对 所产生的图像之间的过渡。
因此该实施方式为人类观察者的视差效应的最佳解析至少产生至少 五个且优选地六个图像，但是优选地，在所有情况下使用不多于五个的线 性探测器阵列。由简化的仪器产生充足的视觉信息。
才艮据本发明通过第二效应来补充视差效应，该第二效应通过在图像中 有差异地呈现光谱信息(和由此有差异地呈现与成分有关的信息)来有助 于不同物体、组件或图像的部分的解析。
现有技术常规闪烁体-半导体探测器不给出关于发射的X-射线光谱的 任何实际的光谱信息。这些简单的探测器仅仅探测发射的X-射线的存在或 不存在。即使双能量探测器也最终根据同一原理进行操作，尽管它们在光 镨的两个不同波段中探测X-射线的存在或不存在。
然而，根据本发明，系列中的至少一些线性探测器包括能够产生关于 发射的X-射线或其他辐射的光镨信息的探测器。也就是说，探测器在至少 相当大部分的光镨中展示光镨的可变响应，允许重新得到光谱信息。
光谱信息的适当解析具有两个优点。它提供了直接表征不同组件或物 体或图像的部分的成分的可能，以及通过区别开不同成分的物体、组件或部分，例如通过在合成的图像中不同地表示它们(例如用不同的颜色)， 来有助于不同物体、组件或图像的部分的解析。
然而，根据本发明，从每个这样的线性探测器的输出获得的发射的X-
射线或其他辐射的光谱解析(spectroscopic resolution) ^皮表示在产生的图 像中。例如，在收集的数据中的光谱区别在图像中被表示为有区别的颜色、 明暗或记号。例如，在探测器所收集的光谱信息和视觉光镨之间生成函数 映射，并且根据这个函数关系得到彩色图像显示。可选地，使用分波段的 映射，因为光镨^皮分为多个波段，例如在四个和八个波,殳之间，以及不同 的颜色用来表示在显示的图像中的每个这样的波段。仪器便利地包括合适 的图像处理装置来实现这个映射。同样如前面提到的，图像可被显示为单 个能带或能带的组合。
有必要使探测器系统能够用可通过数据处理仪器利用光谱方法解析 的方式来探测辐射。优选地，根据本发明的线性探测器系统或根据本发明 的组成多元件探测器系统的一些或所有分立的探测器元件可固有地适合 于产生光谱解析，因为其展示了直接光谱响应。特别是，由一种材料制造 系统或元件，该材料被选择为对于源光谱的不同部分内在地展示为直接材 料特性、直接可变电响应，并且例如光电响应。例如，^探测器系统或元件 包括直接宽带隙半导体材料。例如，探测器系统或元件包括半导体材料或 优选地形成为大块晶体例如大块单晶体(其中在本上下文中的大块晶体指 示具有至少500 n m并优选地具有至少lmm的厚度)的材料。组成半导体 的材料优选地从碲化镉、碲锌镉(CZT)、碲化锰镉(cadmium manganese telluride ) ( CMT )、锗、溴化镧、溴化钍中选择。II-VI族(group II - VI) 半导体，尤其是那些列出的在这方面是特别优选的。组成半导体的材料优 选地从碲化镉、碲锌镉(CZT)、碲化锰镉(CMT)和其合金中选才奪，并 例如包括结晶的Cd,Ka+b)MnaZnbTe,其中a和/或b可以是零。
可考虑这些和任何其他这种材料的组合，这些材料给出光语探测，而 不是仅仅探测发射的辐射的振幅。
使用根据本发明的具有完整的光谱信息的线性阵列探测器是显著的 增强，因为除了根据光谱学给出成分信息的固有优点以外，这种识别材料的能力将与经由单眼运动视差获得第三维线索的能力协作，以进一步有助 于在第三维中的多个物体、组件或像素的解析。
在连续的阵列中包括至少两个线性阵列探测器以及优选地多个相同 的线性阵列探测器以允许产生多个图像，并且将这些图像看作动画的序列 的基本几何结构对本发明来说在提供诠释物体的形状和构成的增强的能 力方面是十分重要的。
然而，通过使用光谱线性探测器而具有的极大提高的材料识别能力， 这通过许多步骤增强了固有地识别物体的成分的能力和图像中不同物体 的可解析性，这些步骤可以是附加的和补充的。
特别是，例如光谱探测器能够以能量选择方式操作，与从标准现有技 术双能量探测器可得到的两个X-射线或其他辐射能带相比，产生呈现被解
析为显著增加数量的x-射线或其他辐射能带的图像的能力。这个信息能用
来提供比当前可能的高得多的材料识别程度，并且也通过单独地识别合成 图像中的不同成分的物体来提高这种物体的可解析性。
作为附加效应，在整个扫描区中几何结构被布置有连续地排列的多个 线性探测器的方式意味着单个探测器所看到的每个射线路径是不同的。光 谱探测器再次将能够通过这些不同的路径得到多得多的信息。可看到与标
准CT技术中使用的多射线路径技术的某种相似性。
通过使用适当的算法组合以上光谱解析的两个方面的效应，能够获得 被扫描的材料的类型的精确得多的诠释。
便利地，连续图像在观察者的控制下显示，例如因为提供了控制装置， 以使用户能够在控制下且例如以选择的速度和/或以图像显示装置上的正 向和反向顺序显示连续的图像，以便根据图像系列产生第三维线索的有效 处理。例如这允许用户以可变的速度显示连续的图像，以便为人类观察者 实现每个图像之间的平滑过渡和/或以正向和反向顺序展出图像。根据本发 明的方法，连续的图像因此在观察者的控制下以可自定义的刷新率和方向 显示，以有助于进行论释。
显示装置便利地是简单的二维显示屏，例如常规视频显示屏(这个术语旨在包含任何直接显示器或投影系统，其使用任何阴极射线管、等离子 显示器、液晶显示器、硅上液晶显示器、发光二极管显示器或类似技术)。 具体优点是，可设想该方法例如在安全或医疗成像领域中与相当的现有系 统的标准显示屏一起使用以及本发明的仪器合并到相当的现有系统的标 准显示屏中。
辐射源特别优选地是常常出现在常规行扫描仪器中的幕帘光束源。该
源可包括适合于产生一系列光束(例如幕帘光束)的单个初级(primary) 源，这些幕帘光束被校准以例如由适当的分光仪器入射在以适当角距横向 间隔开的连续的阵列中的每个线性探测器上。可选地，可提供多个源，每 个源产生光束，例如入射在连续的阵列中的线性探测器上的幕帘光束。该 源可包括结合两个前述原理的源。
横向间隔开的系列中的每个线性探测器是用于探测发射的X-射线或 其他源辐射的探测器。例如，每个探测器适合于响应于发射的X-射线或其 他源辐射产生电脉沖，因而使数据能够被收集，当使物体移动通过扫描区 时根据该数据可构建图像。每个探测器便利地展示光电响应并例如可包括 光电二极管单元的线性阵列。
在它们的初级操作模式中，线性阵列探测器的横向间隔开的系列被配 置为从源接收多个光束，这些光束可以例如来自单个X-射线源或其他辐射 源。在这个操作模式的具体实施方式
中， 一个或更多个源可用来以适合于 分开的线性探测器的分布的相对角度产生一 系列入射光束，例如幕帘光 束。在这个操作模式中，本发明的方法和仪器可使用前述的优点。
几何结构还允许可选的操作模式。根据这个可选的操作模式，产生单 个初级幕帘光束，其例如通常指向线性阵列探测器的横向间隔开的系列的 中点，特别是在系列的中点处或中点附近的线性探测器的方向上。本发明 的仪器优选地包括合适的准直仪来校准X-射线源或其他辐射源的输出，以 产生这种初级光束。
当物体在适当位置时，该单个初级光束指向探测器的系列中的中央线 性探测器。在这些情况下，这个探测器探测发射的X-射线，而其它探测器 只可探测被衍射的次级(secondary)光束。进行适当的校准，出现在次级探测器上的信号将给出关于散射的X-射线的附加信息。已知散射是多晶材 料的特性，多晶材料的结构与安全探测器仪器可能被用来识别的许多爆炸 物或类似材料相关。因此，在这个操作模式中，提供了这样的物品的探测 能力的显著增强。这在不需要次级散射探测器的情况下实现，而是通过合 适地处理来自次级操作模式的数据。
在具体的优选实施方式中，这两种操作模式可顺序地或紧密连续地或 实际上同时地被应用，以收集最大限度的信息。也就是说，使用被引导通 过由系列中的线性探测器生成的全扫描区的单个初级光束可构造图像，且 顺序地或紧密连续地或实际上同时地，单个被校准的初级光束可指向单独 的线性探测器(例如系列中的通常位于中央的线性探测器)，以及散射信 息被从其他探测器收集。
本发明的具体优点是，由于使用能够利用光谱方法解析信息的探测 器，根据这两种方法收集的数据能够被更容易地解析，以给出对通过系统 的操作可获得的成分信息的大量增加。
对于本发明的方法的操作，必须在被扫描的物体和仪器之间产生相对 运动，以便使待扫描的物体相对于扫描区移动并移动通过该扫描区。在实 践中为了最实用的目的，物体相对于静止的扫描区移动。例如本发明的仪 器包括物体运输装置，以输送待扫描的物体通过扫描区。物体运输装置可 例如包括平面输送机，其优选地在一平面中输送物体，所述平面平行于布 置了线性阵列探测器的系列的平面。例如，输送机是环形带输送机或类似 物。然而，使物体保持静止以及平移探测器和源以产生相对运动也是有效 的。
源必须产生能量分布。优选地，源是x-射线源。鴒是最适当的对象，
但是可以使用其他源。可使用多个源来产生期望的能量分布。
本发明的这些特征中的 一个或更多个可被组合，以便为操作者提供增 加的信息，且以下讨论的具体实施方式
显示这种组合。
参考随附的附图，现在作为例子描述本发明，其中

图1是表示本发明的实施方式的侧视图； 图2示出借助于图1的实施方式产生的连续图像所产生的效应； 图3是在可选的操作模式中本发明的实施方式的侧视图； 图4是图像处理和显示系统的示意性表示。
参考图1,合适的X-射线源1被用于在三个线性阵列探测器3a到3c 的方向上引导X-射线通过扫描区。
在该实施方式中，线性阵列探测器3a到3c包括能够利用光谱方法解 析入射的X-射线的材料，且在特定的实施例中包括碲化镉，尽管技术人员 将认识到其他材料选择可能是适当的。为了使用这种光谱解析，X-射线源 发出跨越宽能谱的X-射线。在该实施例中，使用钨源，尽管技术人员将认 识到其他材料选择可能是适当的。
入射射线路径5a到5c被显示为分别地通过在X-射线源1和探测器3a 到3c之间的扫描区。
环形带输送机7使待扫描的物体9在方向d上移动，以便拦截扫描区 中的射线路径5a到5c。本发明的这个实施方式的所设想的应用是作为安 全扫描仪，且物体9一般被认为是预期容纳各种不同物体的包装物，这对 在组成上进行表征以及在第三维中有效地观看是有用的和合乎需要的。然 而，技术人员将容易认识到，相同的原理可应用于例如为了内部检查目的 的物体的扫描、医疗扫描和相似的应用。
通过建立来自三个探测器3a到3c中的每个探测器的被传输的信息来 产生图像。图像处理系统在图4中示意性表示。
参考图4，当物体通过扫描区时，数据从三个探测器阵列3a到3c被 收集，并传输到数据收集和处理单元21，数据收集和处理单元21集合和 整理数据，并由此产生从每个探测器收集的数据的单独的图像特征。这些 被传递到图像存储寄存器22。
数据收集和处理单元21包括例如以适当的处理软件的形式的直接图 像模块和中间图像模块(未被单独地标识出)。直接图像模块产生代表在
20三个探测器阵列3a到3c的每个探测器处的入射信息数据集的图像数据集。中间图像模块基于探测器阵列3c到3c的相邻的每对的入射信息数据集的数值处理(numerical processing)而产生虚像lt据集。在示出的实施方式中，中间图像产生器配置为根据相邻的每对来产生两个或多个中间图像，通过处理上述一对探测器或所述每对探测器的输出并产生表示两个所述被探测的输出之间的过渡的图像，这些中间图像显示相邻的每对产生的直接图像之间的逐渐过渡。
用本发明设想的方式诠释图像的关键在于图像被显示的方式。提供了一种简单的显示器25,其在这个实施例中包括二维视频显示屏。图像从图像寄存器22传递，以被连续地和顺序地显示在其上。这个连续地顺序的显示的结果是观看屏幕25的观察者能够通过连续的图像之间的单眼运动视差从连续的图像搜集信息，特别是第三维线索。
这个实施例的具体特征由图2示出。当物体9经过入射射线路径5a到5c (见图2a)时，产生三个图像，其中物体相对于X-射线源1被不同地定向。这些图像的连续的显示将使物体看起来如图2b所示出的那样旋转。
实际上，对在第三维中实际上可旋转的物体进行观察的能力可被视为类似于在容积呈现(volume rendered) CT图^^中看到的^L觉效益(visualbenefit )。在假3D中观察物体的能力帮助人类观察者进行关于看得见的物体的正确假设。根据本发明产生的图像提供这些效益作为仪器所提供的多个射线路径的结果，但是具有不比典型CT机复杂的几何结构，且例如可容易在简单线性输送机上实现，例如用在安全扫描系统中。
图2只示出直接收集的图像。由于实施方式有三个探测器，能够产生物体在不同位置的三个直接收集的图像。然而，在优选实施方式中，除了直接获得的图像，图像处理器21还适合于通过直接收集的数据的外插来产生中间图像。
在一种可能的实施方式中，为集合的每对产生单个中间图像。因此数据寄存器22存储能够被顺序地显示的五个图像。在第二种可能的实施方式中，为集合的每对产生两个实质上间隔开的中间图像。因此数据寄存器22存储能够被顺序地显示的至少七个图像。可应用其他阵列和中间图像协议。
当然，本发明的原理不限于三个线性探测器，且不限于由相邻的每对产生的一个或两个中间图像，而是应用于实际上显示在连续变化的位置处的物体的三个或更多个图像的任何序列，且特别优选地六个或更多个图像，尤其是当图像由五个或更少的探测器产生时。
图像在屏幕25上的顺序显示是在通过控制装置27的用户控制下。这允许用户由存储在数据寄存器22上的连续图像产生动画序列，并有效处理图像的集合以从收集的数据得到重要的第三维线索。可选地，为了进一步增强此目的，控制装置27包括控制皮带驱动器29的装置，皮带驱动器29起作用来搡作输送带7，允许物体本身在不确定的情况下经过和再次经过扫描区。
在示出的实施方式中，使用能够利用光谱方法解析发射的X-射线的探测器。这个被解析的光语信息形成随后被处理以提供图像中的物体的材料识别的数据的部分。
本发明优于更复杂的立体系统的具体优点由图1和图4充分显示。不需要特殊的立体观看仪器，而仅仅是二维屏幕25。系统的几何结构仅仅适合于带输送仪器，因此当与常规X-射线扫描仪比较时，本发明的系统在基本仪器特征或使用方法方面需要很少的基本改变。然而，它提供了增强在三维中的物体解析和材料表征的重要的能力，特别是由于图2示出的效应。
图3表示扫描仪的可选的操作模式，并示出物体9在扫描区中的适当位置。
X-射线源1使其输出通过准直仪11被校准到单个幕帘光束13中的输出。单个路径光束指向中间的探测器3b。中间的探测器3b经由射线路径15b接收发射的X-射线。其他的探测器3a和3c经由各自的射线路径15a和15c接收散射的X-射线。因此本发明的仪器通过这个操作模式可容易地适合于同时探测被发射和散射的X-射线，并利用可从其得到的信息来表征多晶材料。不需要单独的散射探测器。在该实施方式中，通过碲化镉探测器而具有的光谱解析来帮助被发射和散射的X-射线的解析。
来自图3表示的操作模式的数据能够与来自以图4示意性示出的方式在图1表示的操作模式的数据一起被收集和处理。例如，这两种操作模式可顺序地、紧密连续地或同时地被操作，以提供被成像物体的成分的增加的表征信息。
根据示例性实施方式，示出串联的三个线性阵列探测器。应理解，甚至一对探测器也将产生一对图像，从这些图像可以获得单眼运动视差，且在实际系统中有可能期望具有串联的更多个探测器。作为示例仅呈现三个探测器。然而，从串联的相对小数量的线性探测器能够获得有效的可处理的和可设动作的图像系列，尤其是如果在成像系统中使用合适的算法以由收集的数据产生中间图像。
权利要求
1.一种用于产生和显示物体的图像的仪器，包括辐射源和一系列的至少两个线性辐射探测器，所述至少两个线性辐射探测器能够利用光谱方法解析入射的辐射并且与所述辐射源间隔开以在其间界定扫描区；使物体相对于使用中的所述扫描区移动并移动通过所述扫描区移动的装置；图像产生仪器，其至少产生来自第一线性探测器的输出的第一图像、来自第二线性探测器的输出的第二图像、以及第三图像，使得每个这种图像包括被利用光谱方法解析的入射的辐射的表示；图像显示器，其适合于连续地显示至少这种所述第一图像、所述第二图像和所述第三图像，并因此显示所述图像之间的单眼运动视差。
2. 根据权利要求1所述的仪器，其中所述图像显示器是适合于连续地将图像显示为单独的二维图像的单眼显示器。
3. 根据权利要求2所述的仪器，其中所述图像显示器是二维视频显示屏。
4. 根据任一前述权利要求所述的仪器，其中组成横向间隔开的系列的所述线性探测器通常是平行的。
5. 根据权利要求1到3中之一所述的仪器，其中组成横向间隔开的系列的所述线性探测器被排列成使得所述线性探测器之间的距离改变，以便维持每个阵列之间恒定的角距。
6. 根据权利要求5所述的仪器，进一步包括对准装置，以允许根据权利要求5对准每个线性探测器。
7. 根据任一前述权利要求所述的仪器，其中提供至少三个线性探测器的横向间隔开的系列，以产生用于连续显示的至少三个图像的系列。
8. 根据任一前述权利要求所述的仪器，进一步包括中间图像产生器，所述中间图像产生器被配置为由至少相邻的 一对线性探测器产生至少一 个中间图像，以及在适用时优选地由相邻的多对线性探测器且例如相邻的 每对线性探测器，通过处理所述一对探测器或所述每对探测器的输出以及 产生代表介于两个被探测的所述输出中间的输出的图像，来产生至少一个 中间图像。
9. 根据权利要求6所述的仪器，包括不多于五个线性探测器的横向 间隔开的系列，以及中间图像产生器，所述中间图像产生器被配置为由相 邻的每对线性探测器产生至少一个中间图像并适于使得总共产生至少五个图像。
10. 根据任一前述权利要求所述的仪器，其中所述中间图像产生器被 配置为由至少相邻的一对探测器产生两个或更多个中间图像，所述中间图 像通过处理所述一对探测器的输出和产生代表两个被探测的所述输出之 间的过渡的图像，来表示由所述相邻的 一对探测器产生的所述图像之间的 逐渐过渡。
11. 根据任一前述权利要求所述的仪器，进一步包括控制装置，以使 用户能够以可变的速度显示连续的图像以便为人类观察者实现每个图像 之间的平滑过渡，和/或以正向和反向顺序显示连续的图像。
12. 根据任一前述权利要求所述的仪器，其中所述横向间隔开的系列 中的每个线性探测器包括光电二极管单元的线性阵列。
13. 根据任一前述权利要求所述的仪器，包括图像处理装置，所述图 像处理装置适合于表示源光谱在所产生的所述图像中的光谱解析。
14. 根据权利要求13所述的仪器，其中所述图像处理装置适合于将利 用光谱方法解析的数据处理到多个波段中并应用不同的颜色表示产生的 所述图像中的每个这种波段。
15. 根据任一前述权利要求所述的仪器，其中所述线性探测器展示直 接光语响应，这是因为所述线性探测器由一种材料制造，所述材料被选择 为对于所述源光谱的不同部分固有地展现为直接材料特性、直接可变的电响应，JU列^口光电p向应。
16. 根据权利要求15所述的仪器，其中所述探测器包括从下述中选择 的一种或多种材料碲化镉、碲锌镉(CZT)、碲化锰镉(CMT)、锗、溴 化镧、溴化钍。
17. 根据权利要求15或16所述的仪器，其中所述探测器包括形成为 大块晶体的一种或多种半导体材料，包括II-VI族半导体材料。
18. 根据任一前述权利要求所述的仪器，包括物体运输装置，所述物 体运输装置以平面输送机的形式输送待扫描的物体通过扫描区，以在一平 面中输送物体，所述平面平行于在其中布置线性阵列探测器的所述系列的 平面。
19. 根据任一前述权利要求所述的仪器，包括X-射线源和与所述X-射线源间隔开的至少两个且不多于五个的线性辐射探测器。
20. 根据权利要求19所述的仪器，包括钨X-射线源。
21. —种获得物体的图像的方法，包括如下步骤提供辐射源和至少两个线性辐射探测器的系列，所述至少两个线性辐 射探测器能够利用光谱方法解析入射的辐射并且与所述辐射源间隔开以 在其间界定扫描区；使物体相对于所述扫描区移动并移动通过所述扫描区；以及由此由第一线性探测器的输出产生至少第一图像，所述第一图像包括利用 光谱方法解析的入射的辐射的表示；由第二线性探测器的输出产生至少第二图像，所述第二图像包括利用 光谱方法解析的入射的辐射的表示；至少产生一个第三图像，所述第三图像包括利用光谱方法解析的入射 的辐射的表示；连续地显示至少这种第一图像、第二图像和第三图像，并因此显示所 述图像之间的单眼运动视差。
22. 根据权利要求21所述的方法，包括进一步的步骤将图像连续地显示为独立的二维图像。
23. 根据权利要求21或22所述的方法，其中提供至少三个线性探测 器的横向间隔开的系列，以产生用于连续显示的至少三个图像的系列。
24. 根据权利要求21到23中之一所述的方法，其中所述方法另外包 括由至少相邻的一对线性探测器产生至少一个中间图像，以及在适用时 优选地由相邻的多对线性探测器且例如相邻的每对线性探测器，通过处理的所述输出中间的输出的图像，来产生至少一个中间图像。
25. 根据权利要求24所述的方法，包括提供不多于五个的线性X-射线探测器的横向间隔开的系列，来自每个线性探测器的输出的直接图 像；由相邻的每对线性探测器产生至少一个中间图像；使得总共产生至少 五个图像。
26. 根据权利要求21到25中之一所述的方法，其中连续的图像在观 察者的控制下以可自定义的刷新率和方向显示，以有助于进行诠释。
27. 根据权利要求21到26中之一所述的方法，其中分波段的映射用 于表示所产生的所述图像中的光谱解析，这是因为X-射线光谱被划分到多 个波段中，且不同的颜色用于表示在所显示的图像中的每个这种波段。
28. 根据权利要求27所述的方法，其中使用来自单个能带的一系列图 像来产生单眼运动视差效应。
29. 根据权利要求27或28所述的方法，其中使用来自能带的组合的 图像来产生单眼运动视差效应。
30. 根据权利要求21到29中之一所述的方法，包括在第一操作模式中，以任何前述权利要求的方式由线性探测器阵列的 横向间隔开的系列产生多个图像；以及进一步在第二操作模式中，产生单个校准的初级幕帘光束，所述初级幕帘光 束指向探测器的所述系列中的特定的线性探测器，使用其它探测器探测衍射的次级光束，处理来自所述其它探测器的这种信息以给出关于散射的x-射线的附加信息。
31. 根据权利要求30所述的方法，其中这两个操作模式顺序地或紧密 连续地或实际上同时地3皮应用。
32. 根据权利要求21到31中之一所述的方法，包括提供X-射线辐射 源和至少两个且不多于五个的线性X-射线探测器的系列。
全文摘要
一种用于产生和显示物体的图像的仪器，其包括辐射源和至少两个线性(3a、3b、3c)探测器的系列，其能够利用光谱方法解析入射的源辐射(1)并与辐射源间隔开以界定其间的扫描区；使物体相对于使用中的扫描区移动并移动通过该扫描区的装置(7)；图像产生仪器，其至少产生来自第一线性探测器的输出的第一图像、来自第二线性探测器的输出的第二图像、以及第三图像，使得每个这种图像包括利用光谱方法解析的入射的辐射的表示；图像显示器，其适合于连续显示至少这种第一图像、第二图像和第三图像，并因此显示图像之间的单眼运动视差。
文档编号G01V5/00GK101641614SQ200880009831
公开日2010年2月3日 申请日期2008年3月28日 优先权日2007年3月29日
发明者马科斯·鲁宾逊 申请人:达拉谟科学性晶体有限公司