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、成像以及在优选实施方式中表征三维空间中的 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诠释(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一见法 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(foil stereoscopic)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^L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-射线的光谱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。这导致双波革殳探测器的发展，双波 段探测器能够单独地识别来自X-射线发射的全频谱的低能带和高能带。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。有机/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，其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，特別是如果成 分也能被更好地表征。
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。
因此，根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-射线源和至少两个且不多于五个线性辐 射探测器(例如，在可适用时X-射线或Y-射线探测器)的系列，所述探测 器与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扫描区移动并移动通过该扫描区的装置；
直接图像产生仪器，其配置为由至少一个线性探测器且优选地每个线 性探测器的输出产生图像；
中间图像产生仪器，其配置成由至少相邻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 生表示介于两个所述探测器输出中间的输出的图像，来产生至少一个中间 图像；
图像产生仪器，其适于使得总共产生至少五个且优选地至少六个图
像；
图像显示器，其适合于连续显示这种图像，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
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-射线和至少两个且不超过五个线性 辐射探测器(例如，在可适用时X-射线或Y-射线探测器)的系列，所述探 测器与辐射源间隔开以在其间界定扫描区；
使物体相对于扫描区移动并移动通过该扫描区；
由至少 一个线性探测器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所述探测 器输出中间的输出的图像，来产生至少一个中间图像；
使得总共产生至少五个且优选地至少六个直接图像和中间图像；
连续显示这种图像，并因此显示图像之间的单眼运动视差。
因此，根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l般运机或输送机而纟皮移动经过静止 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。
由至少间隔开的一对线性X-射线探测器或其他辐射探测器产生至少 五个且优选地至少六个图像(直接和中间)，这些图像连续地反映物体相 对于扫描区的运动。然而，尽管产生多个图像，但图像没有被简单地收集 和显示为成对图像，其目的是提供立体效杲。更确切地，本发明使用连续 图像之间的单眼运动视差。
这个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多个系列的图像，虽然这个效应将对任何一对图像 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。 系统使用单眼视差。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方法和系统在许多实际环 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^L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#:扫描的单独的内容和/或组件。然而，如果产生并显示一系 列的至少五个并优选地至少六个的连续的图像，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，产生至少五个并优选地至 少六个图像。
有两种能够产生附加图像的方法。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。然后 可单独使用每个这种探测器的输出来产生表示在探测器处收集的数据的 图像。然而，大量的线性探测器不一定是期望的，并可能需要更复杂的仪器。
因此根据本发明，通过内插由相邻的线性探测器收集的一对图像来产 生另外的图像。因此，根据本发明，该方法包括由至少相邻的一对线性探测器且优选地多对线性探测器且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。本发明的仪器包括中 间图像产生器，中间图像产生器包括具有这个功能的装置。
产生足够的中间图像，以由不多于五个的探测器总共生成至少五个且 优选至少六个图像(也就是说，当汇总由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)，并优选地使得在任何情况 下产生比探测器数量更多的图像。在只使用两个或三个探测器的场合，附 加图像通过合成足够的探测器对之间的多于一个的实质上间隔开的中间 图像来生成，以产生所需数量的图像。中间图像产生器然后被配置为由至 少相邻的 一对，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 两个被探测的所述输出之间的过渡的图像，来产生两个或更多个中间图 像，所述中间图像显示相邻的每对所产生的图像之间的逐渐过渡。
因此本发明的仪器产生至少五个且优选地至少六个图像，这被视为人 类观察者的视差效应的最佳解析的有效的最小值，但是在具有少于六个线 性探测器阵列的所有情况下并且优选地在产生比探测器阵列数量更多的 图像的所有情况下。由简化的仪器产生足够的视觉信息。
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，使用直接方法和间接方法来产生在扫描区中的物体实 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。这两种方法可用来产生一系列连续的图像，借助于每对连续的图像之 间的单眼运动一见差，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，产生至少五个且优选地至少六个图像，但是作为使用内 插法的结果，由每对探测器的输出产生至少一个间接图像，这需要五个或 更少的探测器。
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 上所述地纟皮精确对准。
优选地，仪器包括优选地从单个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视情况选 两个到五个光束中的任何一种。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。
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，以有助于进行诠释。
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。
X射线或其他辐射源特别优选地是常常出现在常M^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 辐射产生电脉冲，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。探测器/单元可包括直接地并固有地能够对入射的 X-射线或其他辐射产生电子响应的材料，或可包括间接产生这种电子响应 的材料的组合，例如包括响应于入射的X-射线或其他辐射而产生较低频率 电磁辐射的闪烁体层和响应于这种较低频率的入射电磁辐射而产生电信 号的材料。
常规的简单线性探测器是这种后面的类型。使用包括闪烁体材料和一 般基于硅或砷化镓的半导体层的夹层，闪烁体材料一般在入射的X-射线的 可见区中或附近产生光子，半导体层经由来自入射的可见光的光电效应产 生电信号。因此探测器材料一起产生表示入射在夹层上的发射的X-射线的 电脉冲，并由此能够如以上描述的构造图像。
根据本发明的方法或仪器，可使用甚至利用这种类型的简单探测器的连续图像来产生可能重要的第三维线索，这些线索能显著增强由此产生的 图像的用户可解析性，特别是增加关于多个物体、或关于具有多个内容或 组件的物体可获得的信息。然而，没有给出任何成分信息。
在可选的实施方式中，至少一些线性探测器包括双能量探测器。这里 使用的术语指的是可区分开低能量X-射线和高能量X-射线的探测器。复
合探测器的双能量x-射线发射部分例如通过包括如上所述的闪烁体和半
导体材料的夹层结构而能够基于闪烁体材料和光电二极管，或能够基于闪
烁体与光纤。在每种情况下，发出的X-射线频镨过滤到高能区域和低能区 域中，并因此基于原子序数提供一些成分信息(其粗略近似地能够在某种 程度上区分开有机材料和无机材料)。
如果当正在被检查的目标移动通过扫描区时，获得的每个X-射线图像 被双能量传感器探测，那么双能量传感器提供关于物体的性质的信息。这 能够与连续图像间的单眼运动视差所提供的三维线索结合来进一步提供 帮助，以有助于多个物体或组件的解析，特别是在单个二维图像中叠加在 一起的那些物体或组件。
然而，必须强调，常规闪烁体-半导体探测器不给出关于发射的x-射 线光谱的任何真实的光谱信息。这些简单的探测器仅仅探测发射的x-射线 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
们在光谱的两个不同波段中探测x-射线的存在或不存在。
因此根据本发明仪器的特别优选的实施方式，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x-射线或其他辐射源光谱中展示光 谱的可变响应，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。
相应地，根据本方法的优选实施方式，收集的发射数据被利用光谱方法来解析。
根据这个优选实施方式，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"i普解析(spectroscopic resolution) 4皮表示在产生 的图像中。例如，在收集的数据中的光语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谱之间生 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，因为光谱被分为多个波段，例如在四个和八个波段之间，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。
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
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 的材谇牛优选地乂人碲4匕镉、碲《争4鬲(CZT)、碲4匕4孟镉(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)和其合金中选择，并 例如包括结晶的C山-(a+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，这些材料给出光谱探测，而 不是仅仅探测发射的辐射的振幅。
使用具有完整的光谱信息的线性阵列探测器是特别优选的，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^L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。
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。
该优选实施方式的具体优点是，当使用能够利用光谱方法解析信息的探测器时，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4喿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，以使J吏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
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〗象数据集。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图像中看到的视觉效益(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为了清楚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，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七个图像。可应用其他阵列和中间图像协议。
因此，在示出的实施方式中的数据收集和处理单元21由仅仅三个探测器产生至少七个图像。因此数据寄存器22存储能够顺序地显示的至少七个图像。可应用服从基本原理的其他阵列和中间图像协议，该基本原理是表示真实或虚拟位置移动并因此具有相对运动视差的六个或更多的图像由五个或更少的探测器产生。
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起作用来操作输送带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。这个被解析的光谱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l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^f言息。
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。
2权利要求
1.一种用于产生和显示物体的图像的仪器，包括辐射源和至少两个且不多于五个线性辐射探测器的系列，所述线性辐射探测器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的装置；直接图像产生仪器，其被配置为由至少一个线性探测器的输出产生图像；中间图像产生仪器，其被配置成由至少相邻的一对线性探测器，通过处理所述一对探测器的输出并产生代表介于两个探测器的所述输出中间的输出的图像，来产生至少一个中间图像；所述图像产生仪器适于使得总共产生至少五个图像；图像显示器，其适于连续地显示这种图像，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 阵列之间的恒定的角距。
3. 根据权利要求2所述的仪器，进一步包括对准装置，以允许根据 权利要求2对准每个线性探测器。
4. 根据任一前述权利要求所述的仪器，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。
5. 根据任一前述权利要求所述的仪器，包括至少三个但不多于五个 的线性探测器的横向间隔开的系列，以及适合于产生用于连续显示的至少 六个图像的系列的图像产生装置。
6. 根据任一前述权利要求所述的仪器，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。
7. 根据权利要求6所述的仪器，其中所述图像显示器是二维视频显示屏。
8. 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并产生代表两个探测的所述输出之间的过渡的图像，而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。
9. 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稳过渡，和/或以正向和反向顺序显示连续的图像。
10. 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。
11. 根据任一前述权利要求所述的仪器，其中至少一些所述线性探测器包括双重能量探测器。
12. 根据任一前述权利要求所述的仪器，其中至少一些所述线性探测器包括能够产生关于发射的辐射的光谱信息的探测器，这是因为所述探测器在至少相当大部分的源光镨中展示光谱可变响应，允许重新得到光谱信息。
13. 根据权利要求12所述的仪器，包括图像处理装置，所述图像处理装置适合于在产生的所述图像中表示所述源光谱的光谱解析。
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，并应用不同的颜色在产生的所述图像中表示每个这种波段。
15. 根据述权利要求12到14中之一所述的仪器，其中所述线性探测器展示直接光谱响应，因为所述线性探测器由一种材料制造，所述材料被电响应，并例3p光电响应。
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. 根据任一前述权利要求所述的仪器，其中使物体相对于所述扫描区移动并移动通过所述扫描区的所述装置包括物体运输装置，所述物体运输装置以平面输送机的形式输送物体通过由静止的源和探测器阵列界定的扫描区。
18. 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。
19. 根据权利要求18所述的仪器，包括钨X-射线源。
20. —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且不多于五个线性辐射探测器的系列，所述线性辐射探测器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；由至少 一 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，通过处理所述一对探测器的输出并产生表示介于两个探测器的所述输出中间的输出的图像，来产生至少 一个中间图像；使得总共产生五个图像；连续地显示这种图像，并因此显示所述图像之间的单眼运动视差。
21. 根据权利要求20所述的方法，其中所述图像被连续地显示为单独的二维图像。
22. 根据权利要求20或21所述的方法，其中提供至少三个但不多于五个线性探测器的横向间隔开的系列，以产生用于连续地显示的至少六个图像的系列。
23. 根据权利要求20到22中之一所述的方法，其中所述方法包括由至少相邻的一对产生至少两个中间图像，以及在适用时，由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和所述每对探测器的输出并产生代表介于两个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。
24. 根据权利要求20到23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。
25. 根据权利要求20到24中之一所述的方法，其中由至少一些所述线性探测器产生的图像被解析到两个能带中。
26. 根据权利要求20到25中之一所述的方法，其中由至少一些所述线性探测器产生的图像在至少相当大部分的源光谱中被利用光谱方法解析，以及从每个这种线性探测器的所述输出获得的被发射的辐射的光镨解析被表示在显示的所述图像中。
27. 根据权利要求26所述的方法，其中分波段的映射被用于表示所产生的所述图像中的光谱解析，因为所述源光谱被划分多个波段，且不同的颜色用于在显示的所述图像中代表每个这种波段。
28. 根据权利要求20到27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，处理来自其它探测器的这种信息以给出关于散射的辐射的附加信息。
29. 根据权利要求28所述的方法，其中两种操作模式顺序地或紧密连续地或实际上同时地被应用。
30. 根据权利要求20到29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线性X-射线探测器的系列。
全文摘要
一种用于获得物体(9)的图像的仪器和方法。该仪器包括辐射源(1)和两个到五个线性探测器(3a、3b、3c)的系列，所述探测器与辐射源间隔开以界定扫描区；使物体相对于扫描区移动并移动通过该扫描区的装置(7)；直接图像产生仪器，其由线性探测器的输出产生图像；间接图像产生仪器，其配置成由相邻的一对线性探测器，通过处理一对探测器的输出并产生表示介于两个所述探测器输出中间的输出的图像，来产生至少一个中间图像；图像仪器，其适于使得总共产生至少五个且优选地至少六个图像；图像显示器，其适合于连续地显示这种图像，并因此显示图像之间的单眼运动视差。
文档编号G01V5/00GK101657738SQ200880010146
公开日2010年2月24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