JP2005512025A

JP2005512025A - ２つの異なる対象物経路を有する三次元立体視ｘ線システム

Info

Publication number: JP2005512025A
Application number: JP2003541323A
Authority: JP
Inventors: スウィフト、デイビッド; ファリス、サデグ、エム．
Original assignee: ヴレックス、インク．
Priority date: 2001-10-31
Filing date: 2002-10-31
Publication date: 2005-04-28
Also published as: WO2003039213A3; US6904122B2; US20030081720A1; WO2003039213A2; KR20040062604A; EP1440566A2; CN1611065A; AU2002348143A1

Abstract

【課題】
【解決手段】本発明は、従来の単一ビームの二次元Ｘ線システムを増強又はアップグレードし、三次元立体視の出力を生成する手段を提供する。このシステムは、単一源Ｘ線ユニットにおけるビームの断面的相違を利用し遠近視の情報を作成する。これは、スキャンの間に断面ビーム面に平行に前記対象物をシフトさせることにより前記対象物を２度スキャンすることによって達成される。結果として得られるこの２度のスキャンは、三次元立体視表示システムに表示され、前記対象物の三次元立体視画像表示を生成し、全３方向の奥行き寸法が明らかにされる。本発明は、二次元Ｘ線システムのＸ線生成部分、オプティクス部分又は検出システム部分の変更を必要とせずに、前記二次元Ｘ線システムを三次元Ｘ線システムに変更する方法を含む。この方法は、二次元処理器に三次元立体視画像処理器を接続する工程と、機械シフトシステムをインストールする工程と、この機械シフトシステムを前記三次元立体視画像処理器及び対象物保持装置に接続する工程とを含む。

Description

本出願は、仮特許出願第６０／３３４，８６５号、２００１年１０月３１日に出願され、発明の名称「３ＤＳｔｅｒｅｏｓｃｏｐｉｃＸ−ｒａｙＳｙｓｔｅｍａｎｄＭｅｔｈｏｄ」に関するものであり、この引用により本願明細書に組込まれる。

本発明は立体視Ｘ線システムに関するものであり、特に、手荷物検査のための立体視Ｘ線システム、及びＸ線源の追加を必要としない既存の二次元Ｘ線検査システムの変更に関するものである。

従来のＸ線スキャンシステムは、単一の定常Ｘ線ビーム（薄く広がる平面形状のビーム）を用い、このビーム中を移動する対象物をスキャンするようになっている。その結果、前記対象物を通した前記Ｘ線ビームの透過強度を示す前記対象物の二次元平面投影像を得る。多くのシステムでは、異なるＸ線出力における前記対象物の様々な吸収特性の識別に役立つように複数の感度センサが提供される。これらのシステムによって作成された二次元画像は、二次元の空間的な情報を提供するだけである。第３の空間的次元（奥行き方向）は、従来のシステムでは提供されない。警備及び検閲のような用途においては、この不足している第３の次元が原因で情報が失われたり誤って解釈されたりすることがある。

従来から２つのＸ線ビームを使用して第３の次元を捕らえるためのシステムが開発されてきた。これらの装置は実証に成功している。これら２つのビームシステムでは、前記Ｘ線装置に新しい構成が必要とされ、従来の単一ビーム装置が取替えられることを必要とする。本発明は、既存の二次元のＸ線の機能と並列するシステムとして機能するので、従来の単一ビーム式のものの再構成を必要としない。

本発明は、従来の単一ビームの二次元Ｘ線システムを増強又はアップグレードし、三次元立体視の出力を生成する手段を提供する。このシステムは、単一源Ｘ線ユニットにおけるビームの断面を取る場所の相違を利用し遠近視の情報を作成する。これは、スキャンの間に断面ビーム面に平行に前記対象物をシフトさせ前記対象物を２度スキャンすることによって達成される。結果として得られるこの２度のスキャンは、三次元立体視表示システムに表示され、前記対象物の三次元立体視画像表示を生成し、全３方向の奥行き寸法が明らかにされる。

本発明は、二次元Ｘ線のＸ線生成部分、オプティクス部分又は検出システム部分の変更を必要とせずに、二次元Ｘ線システムを三次元Ｘ線システムに変更する方法を含む。この方法は、二次元処理器に三次元立体視画像処理器を接続する工程と、機械シフトシステムをインストールする工程と、この機械シフトシステムを三次元立体視画像処理器及び対象物保持装置に接続する工程とを含む。

図１は、従来の単一ビームＸ線装置１００の正面図を示すものである。Ｘ線源１０２は、コリメータ１０４によって薄い平面形状のビームに整形されたＸ線を生成する。前記平面ビームは、対象物保持装置又はコンベヤーベルト１０６及びスキャン対象物１０８を通過して、線形Ｘ線センサ１１０によって検出される。典型的なセンサは、高エネルギー及び低エネルギー両方の粒子に応答する。前記コンベヤーベルト１０６は、前記対象物１０８を、走査ビームを通過するように移動させる。図２は、図１に示されたシステムの側面図を示すもので、図１と同一の構成要素を示す参照番号２０２〜２１０を用いている。

図３は、既存の三次元立体視Ｘ線ソルーション３００を示すもので、単一Ｘ線源３０２がコリメータ３０４によって２つに分岐した平面ビームにコリメートされている状態を示している。各ビームは、異なるセンサ３１０及び３１２に向かう。対象物３０８が両方のビームを通過する時、前記対象物の２つの視点像が、わずかに異なる回転軸を持って作成される。一旦処理されると、これらの２つの視点像により、Ｘ線透過／吸収の特性に応じた対象物の三次元立体視画像が形成される。このシステムは、従来のＸ線装置が２つのセンサ、すなわちセンサＡ３１０及びセンサＢ３１２を含むように変更されることを必要とする。

本発明は、三次元立体視Ｘ線画像を作成するシステム及び既存の二次元Ｘ線システムを増強或いは変更する手段を提供するものである。従来のＸ線装置を使用して対象物を２度スキャンし、スキャンの間に前記対象物を僅かに横方向にシフトさせることによって、２つの画像を捕らえ、これを三次元立体視画像に合成する。図４は、従来の二次元Ｘ線システムを使用して対象物をスキャンした後、前記対象物を横方向にシフトさせ、それから再び前記対象物をスキャンする工程を示している４００。対象物４０６は、図１及び図２に示されたＸ線源とコンベヤーとセンサとによって、第１通過スキャン４００Ａ中の第１の位置にある。ここで留意すべきことは、第２通過スキャン４００Ｂに示されるように、第２のスキャンのために前記対象物４０６がその前の対象物の位置４１０から右４１２に僅かにシフトされることであり、ここにおいてＸ線源４０２、コンベヤー４０４及びセンサ４０８は変更を要しない。この横シフトは、対象物に関してＸ線エミッタの原点をシフトさせる効果をもつ。前記横シフトは、Ｘ線スキャンビーム面の範囲内で起きる。前記Ｘ線ビームの位置決め平面は、前記平面に対して直交するベクトルで示される。前記対象物は、この直交ベクトルに対して直交にシフトされる。前記第１及び第２通過スキャンが対象物の同一位置を用いて重ね合わされると、図５に示されるように三次元立体視画像が作成されることが明らかになる。有効ステレオベース（ｓｔｅｒｅｏｂａｓｅ）は、対象物５０８の第２のスキャン位置と相対的な前記対象物５０８の第１のスキャン位置５０４に基づく。前記有効ステレオベースは、スキャン間の横シフトの量と同じである。必要とされる横シフトの量は、当業者にとって周知である立体カメラアルゴリズムを用いて計算される所望のステレオベースと同じである。

図６は、横シフト方法６００の上面図を示している。第１のスキャンの間、対象物６０２は経路Ａ６０６に沿ってセンサ６０４下を通過する。前記第１のスキャンの後、対象物シフトシステム６０８は経路Ｂ６１０に沿って右に前記対象物を動かし、前記コンベヤーベルトを逆走させ前記対象物を経路Ｃ６１２に沿って前記センサで再スキャンするようになっている。前記第１及び第２のスキャンの結果を結合することにより三次元立体視画像を得ることができる。前記第１のスキャンは右透視像を生成し、前記第２のスキャンは左透視像を生成する。左右一対の画像から立体視画像を生成する処理は、三次元立体視画像処理技術において周知である。

図７は、スキャン対象物を保持するトレイの実施例７００を示している。このトレイ７０２は１つ又はそれ以上の複数の金属或いは他の高密度材料の位置決めマーク７０４を含み、それらは最終スキャン画像に表示される。これらの位置決めマーク７０４は前記三次元ステレオ画像処理器により左右一対の画像を位置合わせするために用いられる。左右の画像を位置決めする処理は当業者にとって周知である。

図８は、表示モニタ上に前記対象物の進行方向間の違いを示している８００。従来のＸ線システム８０２は、スキャンされた対象物を表示するが、このときコンベヤーの進行方向８０４を前記モニタの水平軸に沿うものとして表示する。本提案に係る発明８０６は、三次元立体視画像ベースがコンベヤーベルトの進行方向に対して垂直であるので、前記スキャンされた対象物を、前記コンベヤーベルトの進行方向が前記モニタの垂直軸に沿うものとして表示する。

図９は、このスキャン工程のフローチャートを示している。前記対象物がスキャンされ９０４、その結果の画像を前記三次元立体視画像処理により画像Ａとして保存する９０６。オペレータは、選択的に任意に二次元画像を検討し９０８、第２のスキャンが必要かどうか決定する９１０。第２のスキャンが必要でない場合、次の対象物がスキャンされる。この第２のスキャン決定ポイント９１０は、三次元立体視画像出力が全てのスキャンに必要とされる場合には省略することができる。前記対象物が再スキャンされて三次元画像を形成する場合９１２、前記トレイシフト機構が前記コンベヤー上で前記対象物の横シフトに用いられ９１４、前記対象物の２度目のスキャンがなされ９１６、その結果の画像は画像Ｂとして保存される９１８。それから、画像Ａ及び画像Ｂは三次元に位置決めされ（当技術分野で周知のように）９２０、三次元立体ディスプレイ装置に最後に表示される９２２。

図１０は、前記提案されたシステムのブロック図１０００を示している。５つの箱すなわち、破線の箱１０１１の外側にある標準処理器１００２と、コンベヤー制御１００４と、センサ１００６と、Ｘ線システム１００８と、二次元ディスプレイ１０１０とは、標準のＸ線処理システムを示すものである。前記標準処理器１００２は前記コンベヤーシステム１００４を制御し、前記Ｘ線システム１００８によって生成されるＸ線ビームを通過して対象物を動かす。前記センサ１００６はＸ線強度をデジタル形式に変換し、前記標準処理器１００２は二次元画像に変換する。この二次元画像は二次元ディスプレイ１０１０に表示される。

図１０の破線の箱１０１１は、改良された三次元の立体機能を図示するものである。前記三次元立体視画像処理器１０１２は、前記標準Ｘ線処理器に指示して前記対象物をスキャンさせ、次に前記機械シフトシステム１０１４を有効にして前記対象物を横シフトさせ、次に、前記標準処理器１００２に指示して前記対象物を再スキャンさせる。前記三次元立体視画像処理器１０１２は、前記標準処理器から前記スキャン画像を受け取るか、又は任意で、データが前記二次元ディスプレイに表示される前にそのデータをインターセプトする（破線の情報進路１０１６によって示されるように）。次に前記三次元立体視画像処理器１０１２は、左目画像と右目画像（２回のスキャンで得られた）を位置決めし、前記三次元ディスプレイシステム１０１８上にそれらを表示する。任意の三次元画像記憶システム１０２０を使用して、将来の参照のために前記のスキャンされた三次元Ｘ線画像のコピーを保存することもできる。

別の実施例は、二次元Ｘ線システムを三次元立体視システムに変更する方法であって、前記二次元システムは、Ｘ線源と、コリメータと、対象物保持コンベヤーシステムと、二次元処理器と、センサと、二次元ディスプレイとを含む。前記方法は、三次元ステレオアド・オンシステムを追加する工程を含む。前記アド・オンシステムは、前記二次元処理器に接続した三次元立体視画像処理器と、前記三次元立体視画像処理器に電気的に接続し、前記対象物保持装置に機械的に接続した機械シフトシステムと、前記三次元立体視画像処理器に接続した三次元画像記憶装置と、前記三次元立体視画像処理器に接続した三次元ディスプレイとを含み、前記三次元ステレオアド・オンシステムは、前記二次元Ｘ線システムのＸ線生成部分、オプティクス部分又は検出システム部分の変更を必要としない。

前記三次元立体視Ｘ線システムの更なる実施例において、前記システムによるスキャンとスキャンの間で前記対象物の位置の角度が変更される。１回目の通過では、前記対象物が検出システムを通過する時に第１の位置にあり、２回目の通過の前に前記対象物が移動方向の軸を中心に数度分、２度から５度の角度で回転される。前記対象物が回転された状態で２回目の通過が実行される。立体視の効果は、上述された立体視アルゴリズムと類似するものを用いて得られる。

本願明細書において記載されている三次元立体視Ｘ線システムの主な用途は、交通・輸送業界における手荷物及び小包のセキュリティである。しかし、他の用途として、医療、品質管理、及び材料検査が含まれる同じ原理が、船舶貨物やトラック貨物用の大型Ｘ線スキャナにも使用可能である。もう１つの三次元立体視Ｘ線システムの特徴は、可動部分が前記三次元立体視画像では乱れとして現れるということである。前記左右の画像は、異なる時点で撮られるので、三次元画像を用いると時計仕掛けのもの又は他の可動装置が見易くなる。

上記のシステム及び変更方法は、単なる一例である。前記のシステム及び変更方法の他の実施例は、当業者であれば容易に考案されるものであると理解される。全てのこのような実施例及び変更は、添付の請求項によって定義される本発明の範囲と趣旨内にあると見なされる。

最良の形態と下記の図面により、本発明の様々な実施例が説明される。
図１は、従来のＸ線システム（正面図）の正面図を示す。図２は、従来のＸ線システムの側面図を示す。図３は、既存の三次元立体視Ｘ線ソルーションを図で示す。図４は、三次元立体視Ｘ線を形成するための横シフト方法を図で示す。図５は、横シフト方法を使用して結果として生じたステレオベースを図で示す。図６は、横シフト方法のための２つのスキャン方法を図で示す。図７は、位置決めマークを有する対象物保持トレイを図で示す。図８は、対象物の進行方向及びステレオベース方向を図で示す。図９は、改良されたスキャン処理のフローチャートである。図１０は、前記の改良されたシステムのブロック図である。

Claims

対象物をスキャンするための立体視Ｘ線システムであって、
Ｘ線源と、
コリメータと、
対象物保持装置と、
センサと、
対象物シフトシステムと
を有する立体視Ｘ線システム。
請求項１に記載のシステムにおいて、前記対象物シフトシステムは前記対象物を第１の経路に沿って前記センサ下を通過させることによって、第１のスキャンを実行し、
前記システムは前記対象物を第２の経路に沿って右に動かすことによって第２のスキャンを実行し、前記コンベヤーベルトを逆走させ前記対象物を第３の経路に沿って前記センサで再スキャンするようになっている。
請求項２に記載のシステムにおいて、前記第１及び第２のスキャンの結果は三次元立体視画像に結合されるようになっている。
請求項３に記載のシステムにおいて、前記第１のスキャンは右透視像を生成し、前記第２のスキャンは左透視像を生成する。
請求項１に記載のシステムにおいて、前記対象物シフトシステムは前記対象物を第１の経路に沿って前記センサ下を通過させることによって、第１のスキャンを実行し、
前記システムは前記第１の経路の軸回りに前記対象物を２度〜５度の角度で回転させることによって第２のスキャンを実行し、前記コンベヤーベルトを逆走させ前記対象物を第２の経路に沿って前記センサで再スキャンするようになっている。
請求項５に記載のシステムにおいて、前記第１及び第２のスキャンの結果は三次元立体視画像に結合されるようになっている。
請求項６に記載のシステムにおいて、前記第１のスキャンは右透視像を生成し、前記第２のスキャンは左透視像を生成する。
請求項１に記載のシステムにおいて、前記対象物保持装置は１つ又はそれ以上の複数の金属或いは他の高密度材料の位置決めマークを含む。
請求項８に記載のシステムにおいて、前記位置決めマークは最終スキャン画像に表示される。
請求項９に記載のシステムにおいて、前記位置決めマークは三次元立体視処理器により前記左右透視像を位置合わせするために用いられる。
二次元のＸ線システムを三次元の立体視システムに変更するための三次元ステレオアド・オンシステムであって、前記二次元システムはＸ線源と、コリメータと、対象物保持コンベヤーシステムと、二次元処理器と、センサと、二次元ディスプレイとを有し、前記アド・オンシステムは、
前記二次元処理器に接続された三次元立体視画像処理器と、
前記三次元立体視画像処理器及び前記対象物保持装置に接続された機械シフトシステムと、
前記三次元立体視画像処理器に接続された三次元画像記憶装置と、前記三次元立体視画像処理器に接続された三次元ディスプレイとを有するアド・オンシステムであり、前記三次元ステレオアド・オンシステムは前記二次元Ｘ線システムのＸ線生成部分、オプティクス部分又は検出システム部分の変更を必要としないものである、システム。
請求項１３に記載のシステムにおいて、前記対象物シフトシステムは前記対象物を第１の経路に沿って前記センサ下を通過させることによって、第１のスキャンを実行し、
前記システムは前記対象物を第２の経路に沿って右に動かすことによって第２のスキャンを実行し、前記コンベヤーベルトを逆走させ前記対象物を第３の経路に沿って前記センサで再スキャンするようになっている。
請求項９に記載のシステムにおいて、前記第１及び第２のスキャンの結果は三次元立体視画像に結合されるようになっている。
請求項１３に記載のシステムにおいて、前記第１のスキャンは右透視像を生成し、前記第２のスキャンは左透視像を生成する。
請求項１１に記載のシステムにおいて、前記対象物シフトシステムは前記対象物を第１の経路に沿って前記センサ下を通過させることによって、第１のスキャンを実行し、
前記システムは前記第１の経路の軸回りに前記対象物を２度〜５度の角度で回転させることによって第２のスキャンを実行し、前記コンベヤーベルトを逆走させ前記対象物を第２の経路に沿って前記センサで再スキャンするようになっている。
請求項１５に記載のシステムにおいて、前記第１及び第２のスキャンの結果は三次元立体視画像に結合されるようになっている。
請求項１６に記載のシステムにおいて、前記第１のスキャンは右透視像を生成し、前記第２のスキャンは左透視像を生成する。
請求項１１に記載のシステムにおいて、前記対象物保持装置は１つ又はそれ以上の複数の金属或いは他の高密度材料の位置決めマークを含む。
請求項１８に記載のシステムにおいて、前記位置決めマークは最終スキャン画像に表示される。
請求項１９に記載のシステムにおいて、前記位置決めマークは三次元立体視処理器により前記左右透視像を位置合わせするために用いられる。
二次元のＸ線システムのＸ線生成部分、オプティクス部分或いは検出システム部分に変更を必要としない、前記二次元のＸ線システムを三次元のＸ線システムに変更する方法であって、
三次元の立体視画像処理器を二次元の処理器に接続する工程と、
機械シフトシステムをインストールする工程と、前記シフトシステムを前記三次元立体視画像処理器及び対象物保持装置に接続する工程とを有する方法。
請求項２１に記載の方法において、三次元の画像記憶装置は前記三次元の立体視画像処理器に接続される。
請求項２１に記載の方法において、前記機械シフトシステムは１つ又はそれ以上の複数の位置決めマークを含む。