CN101221136A - 用于分类物质的系统和方法 - Google Patents

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CN101221136A CNA2007101532405A CN200710153240A CN101221136A CN 101221136 A CN101221136 A CN 101221136A CN A2007101532405 A CNA2007101532405 A CN A2007101532405A CN 200710153240 A CN200710153240 A CN 200710153240A CN 101221136 A CN101221136 A CN 101221136A
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Abstract

处理器(190)配置为基于同时处理根据多个信号所确定的多个参数来分类未知物质(82)，所述多个信号由至少一个检测器(17、18)测量，其中所述至少一个检测器位于成像系统(10)的台架(12)内。

Description

用于分类物质的系统和方法
技术领域
本发明总的涉及一种成像系统并且更特别地涉及用于分类物质的系统和方法。
背景技术
一般地，多件行李穿过两个或更多的级。第一级通常包括透射计算断层照相法(CT)系统，其能够处理在一个包裹中检查的大量行李物品。在包裹中包含的材料通常由它们的衰减系数来识别。衰减系数与表格进行比较并且被分类为危害或危险材料和无害材料。但是第一级的结果可能是不明确的。在已经发现被分类为危害、危险、和无害的材料的情况下，基于CT数据的判断有时是不可靠的，并且假警报会在危险材料不存在的情况下被触发。在包裹已经引起警报的情况下，包裹被传递到具有低的假警报率的第二级，在这里警报被解决。
在第二级中，具有多波长能量分布的x射线穿过横膈膜以在扇平面中创建中心x射线束，扇平面被投影到用于照射包裹横截面的检查区域。取决于包裹中结晶和/或多结晶材料的存在，包裹的各个子区域沿着横截面衍射x射线束。用检测器来捕获衍射的x射线平面扇形束的能量谱，该检测器用于将捕获的能量谱转换为可在数据处理装置中使用的信号。但是，在第二级，整个包裹必须被重新扫描，并且重新扫描花费长的时间并且降低了包括第一和第二级的包裹检查系统的速度和效率。而且，包裹是否被传递到第二级取决于第一级的不明确结果。
发明内容
在一个方面中，提供了一种用于分类未知物质的方法。该方法包括基于同时处理根据多个信号所确定的多个参数来分类未知物质，所述多个信号由至少一个检测器测量。所述至少一个检测器位于成像系统的台架内。
在另一个方面中，提供了一种用于分类未知物质的处理器。该处理器配置为基于同时处理根据多个信号所确定的多个参数来分类未知物质，所述多个信号由至少一个检测器测量。所述至少一个检测器位于成像系统的台架内。
在又另一个方面中，提供了一种用于分类未知物质的成像系统。该成像系统包括被配置成在至少一个检测器处生成能量的源，和与所述源耦合的处理器，该处理器配配置为基于同时处理根据多个信号所确定的多个参数来分类未知物质，所述多个信号由至少一个检测器测量。所述至少一个检测器位于成像系统的台架内。
附图说明
图1是用于分类物质的系统的实施例的等距视图。
图2是图1的系统的实施例的框图。
图3是用于分类物质的方法的实施例的流程图。
图4示出了由图2的系统的处理器生成的衍射剖面图。
图5示出了由图2的系统的处理器生成的虚直线和实曲线。
图6是图3的流程图的继续。
图7是图6的流程图的继续。
图8示出了通过应用图3、6和7的方法而生成的独立原子模型曲线。
图9示出了通过应用图3、6和7的方法而生成的分子干涉函数的实施例和逼进函数的实施例。
图10是用于分类物质的系统的实施例的前视图的框图。
图11是图7的流程图的继续。
具体实施方式
图1是用于分类物质的系统10的实施例的等距视图。系统10包括台架12。台架12包括初级准直仪14、透射检测器17、散射检测器18和次级准直仪76。散射检测器是分段的半导体检测器。
透射检测器17包括多个透射检测器单元或透射检测器元件，比如透射检测器元件20和21。散射检测器18包括用于检测相干散射的多个散射检测器元件22、24、26、28、30、32、34和36。散射检测器18包括任何的数量的散射检测器元件，比如从且包括5到1200。例如散射检测器18在与z轴平行的z方向上包括数量比如从且包括5到40个散射检测器元件，并且在与y轴平行的y方向上包括数量比如从且包括1到30个散射检测器元件。x轴、y轴和z轴都位于xyz坐标系内。x轴垂直于y轴和z轴、并且y轴垂直于z轴，并且x轴平行于x方向。系统10的多个x射线源58、60、62、64、66、68、70、72和74以及透射检测器17形成反向单程多聚焦成像系统。x射线源58、60、62、64、66、68、70、72和74具有反向扇形射束几何结构，其包括相对于z轴的x射线源的对称位置。
散射检测器18和透射检测器17位于相同的yz平面中。yz平面由y轴和z轴形成。散射检测器18通过很短的距离或者从且包括30毫米(mm)到60毫米的间隙在z方向上与透射检测器17分开。
台架12内的射线源58、60、62、64、66、68、70、72和74与圆弧75平行且一致。注意到，在一个可替换的实施例中，系统10包括比图1所示更高数量，比如10或20个，或者可替换地更低数量的比如4或6个x射线源。透射检测器17的中心位于具有弧75的圆的中心。每个x射线源58、60、62、64、66、68、70、72和74是包括阴极和阳极的x射线源。可替换地，每个x射线源58、60、62、64、66、68、70、72和74是包括阴极的x射线源，并且x射线源58、60、62、64、66、68、70、72和74共享一个共同的阳极。每个x射线源58、60、62、64、66、68、70、72和74的例子包括多波长x射线源。
容器79位于x射线源58、60、62、64、66、68、70、72和74和散射检测器18之间的支架80上。容器79和支架80位于台架12的开口65内。容器79的例子包括袋子、盒子和空运货物容器。容器79包括未知物质82。未知物质82的例子包括有机爆炸物、结晶度小于百分之二十五的非晶体物质、结晶度至少等于百分之二十五并小于百分之五十的准非晶体物质、和结晶度至少等于百分之五十并小于百分之百的的部分结晶物质。非晶体、准非晶体、和部分结晶物质的例子包括胶质炸药、浆状炸药、包括硝酸铵的炸药和特殊核材料。特殊核材料的例子包括钚和铀。支架80的例子包括桌子和传送带。散射检测器18的例子包括由锗制造的分段检测器。
x射线源66在能量范围内发射x射线束67，该范围取决于由电源向x射线源66施加的电压。初级准直仪14在准直来自x射线源66的x射线束67时生成初级射束83。初级射束83穿过设置在支架80上的容器79内的未知物质82上的点85，以生成散射辐射88。
次级准直仪76位于支架80和散射检测器18之间。次级准直仪76包括多个准直仪元件，比如薄板、裂缝或叠片，以确保到达散射检测器18的散射辐射88的部分98相对于初级射束83具有恒定的散射角并且散射检测器18的位置允许确定容器79中引起散射辐射88的深度。例如，次级准直仪76的准直仪元件被布置成与部分98的方向平行以吸收散射辐射88中不与准直仪元件的方向平行的那些。
所提供的次级准直仪76中准直仪元件的数量等于或可替换地大于散射检测器18的检测器元件的数量，并且准直仪元件如此布置使得相邻准直仪元件之间的散射辐射入射到检测器元件之一上。次级准直仪76的准直仪元件由辐射吸收材料制成，比如铁、铜、银或钨。
在支架80下面布置了透射检测器17，其在透射检测器17的点92处测量初级射束83的强度。而且，在支架80下面布置了散射检测器18，其测量由散射检测器18接收的部分98的光子能量。散射检测器18通过输出多个电子输出信号来以能量敏感方式测量由散射检测器18接收的部分98内的x射线光子，所述多个电子输出信号线性取决于从散射辐射88的部分98内检测的x射线光子的多个能量。
散射检测器18检测部分98以生成多个电子输出信号。散射检测器16检测在由第二准直仪76准直散射辐射88时生成的部分98。散射角96在初级射束83和散射辐射88之间形成。散射角96包括从且含0.025弧度到0.045弧度的角度。在可替换的实施例中，系统10不包括初级准直仪14和次级准直仪76。
图2是用于分类物质的系统10的实施例的框图。系统10包括透射检测器元件20、散射检测器元件22、24、26、28、30、32、34和36、多个脉冲高度整形放大器(PHSA)102、104、106、108、110、112、114、116和118、多个模拟到数字(A到D)转换器120、122、124、126、128、130、132、134和136、允许获取脉冲高度频谱的多个谱存储器电路(SMC)138、140、142、144、146、148、150、152和154、多个校正设备(CD)156、158、160、162、164、166、168和170、处理器190、输入设备192、显示设备194和存储设备195。如这里所使用的，术语处理器不限于仅仅是在本领域中称为处理器的那些集成电路，而广义地指计算机、微控制器、微型计算机、可编程逻辑控制器、特定用途集成电路、和任何其它可编程电路。计算机可包括诸如软盘驱动或CD-ROM驱动的设备，用于从诸如软盘、压缩盘——只读存储器(CD-ROM)、磁光盘(MOD)或数字通用盘(DVD)的计算机可读介质读取用于分类物质的方法的数据。在另一个实施例中，处理器190执行存储在固件中的指令。显示器设备194的例子包括液晶显示器(LCD)和阴极射线管(CRT)。输入设备192的例子包括鼠标和键盘。存储设备195的例子包括随机访问存储器(RAM)和只读存储器(ROM)。每个校正设备156、158、160、162、164、166、168和170的例子包括除法器电路。每个谱存储器电路138、140、142、144、146、148、150、152和154包括加法器和诸如RAM或ROM的存储设备。
透射检测器元件20耦合到脉冲高度整形放大器102，并且散射检测器元件22、24、26、28、30、32、34和36分别耦合到脉冲高度整形放大器104、106、108、110、112、114、116和118。透射检测器元件20通过检测初级射束83来生成电子输出信号196，并且散射检测器元件22、24、26、28、30、32、34和36通过检测部分98来生成多个电子输出信号198、200、202、204、206、208、210和212。例如散射检测器元件22为入射到检测器元素22上的每个散射x射线光子生成电子输出信号198。每个脉冲高度整形放大器放大从检测器元件接收的电子输出信号。例如脉冲高度整形放大器102放大电子输出信号196并且脉冲高度整形放大器104放大电子输出信号198。脉冲高度整形放大器102、104、106、108、110、112、114、116和118具有由处理器190确定的增益系数。
从检测器元件输出的电子输出信号的幅度与由检测器元件为生成电子输出信号而检测的x射线量子的累积强度成比例。例如，电子输出信号196的幅度与由透射检测器元件20检测的初级射束83中的x射线量子的累积强度成比例。电子输出信号198的幅度与由透射检测器元件22检测的部分98内的x射线量子的累积强度成比例。
脉冲高度整形放大器通过放大从检测器元件生成的电子输出信号来生成放大的输出信号。例如，脉冲高度整形放大器102通过放大输出信号196来生成放大的输出信号214，并且脉冲高度整形放大器104通过放大输出信号198来生成放大的输出信号216。类似地，生成多个放大的输出信号218、220、222、224、226、228和230。模拟到数字转换器将放大的输出信号从模拟形式转换为数字形式以生成数字输出信号。例如，模拟到数字转换器120将放大的输出信号214从模拟形式转换为数字形式以生成数字输出信号232。类似地，由模拟到数字转换器122、124、126、128、130、132、134和136分别生成多个数字输出信号234、236、238、240、242、244、246和248。由模拟到数字转换器生成的数字输出信号的数字值表示放大的输出信号的脉冲的能量幅度或强度幅度。每个脉冲由x射线量子，比如x射线光子生成。例如，由模拟到数字转换器122输出的数字输出信号234的数字值是放大的输出信号216的脉冲幅度值。
谱存储器电路的加法器将数字输出信号中的多个脉冲相加。例如，当由模拟到数字转换器122将放大的输出信号216的脉冲转换成数字输出信号234以确定放大的输出信号216的脉冲幅度时，谱存储器电路140内的加法器将谱存储器电路140的存储设备内的值增加1。由此，在未知物质82的x射线检查结束时，谱存储器电路内的存储设备存储由检测器元件检测的多个x射线量子。例如，谱存储器电路142内的存储设备存储由散射检测器元件24检测的多个x射线光子，并且每个x射线光子具有由模拟到数字转换器124确定的能量幅度或强度幅度。
校正设备接收具有一个能量范围并存储在谱存储器电路140、142、144、146、148、150、152和154之一的存储设备内的多个x射线量子，并且将该数量除以具有从谱存储器电路138的存储设备接收的能量范围的x射线量子的数量。例如，校正设备156接收来自谱存储器电路140的存储设备的能量范围的多个x射线光子，并且将该数量除以具有从谱存储器电路138的存储设备接收的范围的x射线光子的数量。每个校正设备输出校正输出信号，该校正输出信号表示由检测器元件接收的x射线量子内的能量范围。例如，校正设备156输出校正输出信号280，该校正输出信号280表示由散射检测器元件22检测的x射线量子内的能量谱或强度谱。作为另一个例子，校正设备158输出校正输出信号282，该校正输出信号282表示由散射检测器元件24检测的x射线量子内的能量谱。类似地，多个校正输出信号284、286、288、290、292和294分别由校正设备160、162、164、166、168和170生成。
处理器190从由散射检测器18检测的部分98内的x射线量子的能量E的能量谱r(E)接收校正输出信号280、282、284、286、288、290、292和294以生成以逆纳米(nm-1)测量的动量转移x。处理器190通过应用
x＝(E/hc)sin(θ/2)               ...(1)
来生成动量转移x，其中c是光速，h是Planck常数，θ表示由散射检测器18检测的部分98的x射线量子的恒定散射角，比如散射角96。处理器190通过方程式(1)将能量E联系到动量转移x。次级准直仪16的机械尺寸限定了散射角θ。次级准直仪16限制了散射辐射88中不具有角度θ的那些。处理器190经由输入设备192从用户或人们接收散射角θ以通过应用方程式(1)来生成动量转移x。处理器190根据校正输出信号280、282、284、286、288、290、292和294来生成衍射剖面D(x)。
注意到脉冲高度整形放大器102、104、106、108、110、112、114、116和118的数量随着检测器元件20、22、24、26、28、30、32、34和36的数量而变化。例如，如果5个脉冲高度整形放大器用于放大五个检测器元件接收的信号。另一个例子，四个脉冲高度整形放大器用于放大四个检测器元件接收的信号。类似地，模拟到数字转换器120、122、124、126、128、130、132、134和136的数量随着检测器元件20、22、24、26、28、30、32、34和36的数量而变化，并且谱存储器电路138、140、142、144、146、148、150、152和154随着检测器元件20、22、24、26、28、30、32、34和36的数量而变化。
图3是用于分类物质的方法的实施例的流程图，图4示出了由处理器190生成401的曲线图400，并且图5示出了由处理器190生成的虚直线450和实曲线452。曲线图400是衍射剖面D(x)的例子。曲线图400是在动量转移x的多个动量转移值，比如x1、x2和x3处x射线光子的数量的直方图。例如，当x射线源66的工作电压是160千伏特时，处理器190通过应用方程式1来计算为160千电子伏特(KeV)的能量E的能量值E1，通过应用方程式1来计算为140KeV的能量E的能量值E2，并且通过应用方程式1来计算为光子能量120KeV的能量E的能量值E3。在该例子中，光子能量值E1、E2和E3通过方程式1分别对应于4个逆纳米的x1、3.5个逆纳米的x2、和3个逆纳米的x3。曲线图400表示由散射检测器18检测的x射线光子数量相对于x射线光子的动量转移x的直方图。由散射检测器18检测的光子数量沿着纵坐标402绘制，并且动量转移x沿着横坐标404绘制。作为例子，横坐标404从零且含零逆纳米延伸到最多10逆纳米。在纵坐标402上绘制的x射线光子数量的二进制总数的例子位于64到1024之间。每次检查由散射检测器18检测的x射线光子数量的例子位于1000和100000之间。
从x≥3nm-1起的曲线图400由来自未知物质82的自由原子的相干散射来决定。在尖峰区域，从x1到x3扩展曲线图400，部分98的强度与未知物质82的有效密度与未知物质82的有效原子序数的功率的乘积成比例，所述功率比如在2.5到3.5范围之间。
处理器190根据衍射剖面D(x)确定403未知物质82的结晶度Cu。处理器190将傅立叶变换施加到衍射剖面D(x)以将衍射剖面D(x)从动量转移域变换到频域。在频域中，未知物质82的非晶体部分具有多个非晶体频率，其不同于未知物质82的结晶部分的多个结晶体频率。傅立叶变换具有这样的频带，在该频带中，表示未知物质82的结晶性质的多个峰值基值或幅度与表示未知物质82的非晶体性质的多个峰值基值不同。处理器190向频带施加逆傅立叶变换以生成非晶体动量转移域曲线407和结晶体动量转移域曲线409。曲线图400是非晶体动量转移域曲线407和结晶体动量转移域曲线409的和。根据衍射剖面生成非晶体动量转移域曲线和结晶体动量转移域曲线的计算机软件的例子包括“OptiFit”计算机软件，其在Rabiej M的“Determination of theDegree of Crystallinity of Semicrystalline Polymers by Meansof the″OptiFit″Computer Software，POLIMERY 6”的423-427页(2002)中描述。
处理器190确定结晶体动量转移域曲线409之下的结晶面积并确定曲线图400之下的总面积。处理器190将结晶面积除以总面积以确定403未知物质82的结晶度Cu。应用傅立叶变换来根据衍射剖面确定结晶度的例子在“Percentage Crystallinity Determination by X-rayDiffraction，XRD-6000 Application Brief，Kratos Analytical(1999)”中提供。
处理器190绘制了实曲线452，其表示总自由原子散射横截面的比率和原子序数Z之间的理论关系，总自由原子散射横截面的比率被称作为总散射横截面或累积散射横截面。作为例子，处理器190按照在Hubbell，J.H.，Veigele，W.J.，Briggs，E.A.，Brown，R.T.，Cromer，D.T.，Howerton，R.J.，的 “Atomic  Form  Factors，Incoherent  Scattering  Functions and Photon ScatteringCross-sections，Journal of Physics and Chemical ReferenceData，Volume 4，page 471(1975)”，勘误表：Atomic Form Factors，Incoherent Scattering Functions，and Photon Scattering CrossSections，Journal of Physics and Chemical Reference Data，卷6，615页(1977)中提到的理论关系的例子来绘制实曲线452。作为另一个例子，理论关系包括为8的氧原子序数值，对应于为氧计算的0.68的总散射横截面比率。作为另一个例子，理论关系包括为6的碳原子序数值，对应于为碳计算的0.73的总散射横截面比率。作为又另一个例子，处理器190计算在动量转移值x3处的氢的总散射横截面和在动量转移值x2处的氢的总散射横截面的比率，并且在实曲线452上绘制该比率。作为另一个例子，处理器190计算在动量转移值x2处的氟的总散射横截面和在动量转移值x1处的氟的总散射横截面的比率，并且在实曲线452上绘制该比率。作为又另一个例子，处理器190计算在动量转移值x2处的碳的总散射横截面和在动量转移值x1处的碳的总散射横截面的比率，并且在实曲线452上绘制该比率。处理器190生成虚直线450以作为对理论关系的线性拟合或线性回归。
多个总散射横截面的比率沿着纵坐标454来绘制并且多个原子序数Z沿着横坐标456来测量。例如，虚直线450上的多个原子序数值从原子序数为1的氢延伸到原子序数为9的氟。在本例子中，在多个频带408和410的第一区域集合内的动量移动值处计算多个总散射横截面的比率，并且在频带408和410的第二区域集合内的动量移动值处计算总散射横截面。
在曲线图400下面的频带408内表示用x1和x2之间的动量转移值散射的多个x射线光子。处理器190通过对横坐标404上的动量转移值x1和x2之间的光子数量进行累积求和来确定频带408内的x射线光子累积数量。x2和x3之间的动量转移值散射的多个x射线光子位于曲线图400下面的频带410内。处理器190通过对横坐标404上的动量转移值x2和x3之间的x射线光子数量进行累积求和来确定频带410内的x射线光子累积数量。
处理器190计算频带408和410内的x射线光子累积数量的比率。例如，处理器190确定R1是频带408内的x射线光子累积数量与频带410内的x射线光子累积数量的比率。处理器190通过使用实曲线452来确定458与频带408内的x射线光子累积数量与频带410内的x射线光子累积数量的比率对应的有效原子序数Zeffu。作为一个例子，处理器190垂直地将与横坐标456平行的水平线从比率R1延伸到交点460处的相交实曲线452，并且将与纵坐标454平行的直线从交点460延伸到在有效原子序数值Zeffu1处垂直相交的横坐标456。可替换地，处理器190通过使用虚直线450确定与频带408内的x射线光子累积数量与频带410内的x射线光子累积数量的比率对应的有效原子序数Zeffu。作为例子，处理器190垂直地将与横坐标456平行的水平线从比率R1延伸到交点处的相交虚直线450，并且将与纵坐标454平行的直线从交点延伸到在有效原子序数值Zeffu2处垂直相交的横坐标456。
图6和7是分类物质的方法的实施例的流程图，图8示出了由处理器190生成的独立原子模型(IAM)曲线500的实施例，并且图9示出了由处理器190生成的多个曲线图s(x)和I(x)的多个实施例。曲线图s(x)表示分子干涉函数并且曲线图I(x)表示逼进函数。
处理器190根据曲线图400确定504峰值位置pu。例如处理器190确定曲线图400在x4的动量转移值处具有作为峰值位置pu的例子的峰值面积。在本例子中，处理器190通过生成曲线400相对于动量转移x的导数并确定在曲线图400的导数为0处的动量转移值x4来确定动量转移值x4。如果处理器190确定了在曲线图400的导数为0处的动量转移x的多个动量转移值，则处理器190选择在曲线图400上的动量转移值之一，在该动量转移值处，曲线图400上的x射线光子数量多于在曲线图400上绘制且对应于曲线图400上的剩余动量转移值的剩余x射线光子数量。例如，当处理器190确定动量转移值x4和动量转移值x5是曲线图400上曲线图400的导数为0处的值时，处理器190选择在曲线图400上具有动量转移值x4的x射线光子数量多于在曲线图400上具有动量转移值x5的x射线光子数量。
处理器190确定504与峰值位置pu对应的多个x射线光子作为峰值面积au。例如处理器190通过将与纵坐标402平行地直线垂直地从x4延伸到曲线图400以在曲线图400上生成交点而将峰值面积确定为x射线光子的数量n1，并且将与横坐标404平行的直线从该交点水平地延伸到纵坐标402。
处理器190根据图5中说明的有效原子序数Zeffu来确定506 IAM曲线500的总散射横截面。例如，在由处理器190确定有效原子序数值Zeffu1为有理数，比如6.3时，处理器190生成与相邻原子序数6和7对应的多个IAM函数的加权平均。在本例子中，处理器190生成加权平均，比如1/3[IAM(6)]+2/3[IAM(7)]，其中IAM(6)是碳的总散射横截面并且IAM(7)是氮的总散射横截面。与相邻原子序数对应的IAM函数的例子在Hubbell，J.H.，Veigele，W.J.，Briggs，E.A.，Browr，R.T.，Cromer，D.T.，Howerton，R.J的“Atomic Form Factors，IncoherentScattering Functions and Photon Scattering Cross-sections，Journal of Physics and Chemical Reference Data，Volume 4”，471页(1975)，勘误表：Atomic Form Factors，IncoherentScattering Functions，and Photon Scattering Cross Sections，Journal of Physics and Chemical Reference Data，卷6，615页(1977)中可得。加权平均是在506确定的IAM曲线500的总散射横截面的例子。
可替换地，替代生成加权平均，而是在由处理器190确定有效原子序数值Zeffu1为有理数时，处理器190生成与原子序数值对应的IAM曲线的最接近总散射横截面，所述原子序数值是最接近有理数的整数，并且相对于y轴402绘制最接近总散射横截面。在又另一个可替换的实施例中，不是生成加权平均，而是在由处理器190确定有效原子序数值Zeffu1为有理数时，处理器190通过缩放在图8中的IAM曲线500的动量转移x来生成I AM曲线的通用总散射横截面。作为一个例子，图8中的横坐标404通过将IAM曲线500的动量转移x与0.02Zeffu1+0.12相乘来缩放以生成通用总散射横截面。
处理器190将506中确定的总散射横截面507乘以初始幅度或初始高度以生成第一迭代周期自由原子曲线。例如，处理器190将506中确定的总散射横截面的每个值与初始高度相乘以生成第一迭代周期自由原子曲线。处理器190经由输入设备192从用户接收初始高度。处理器190通过将由非晶体动量转移域曲线407表示的x射线光子数量除以第一迭代周期自由原子曲线来计算508分子干涉函数s(x)。作为一个例子，处理器190通过将具有位于非晶体动量转移域曲线407上的动量转移值x1的x射线光子数量除以具有位于第一迭代周期自由原子曲线的动量转移值x1的x射线光子数量来生成分子干涉函数s(x)的分子干涉值s1(x)。作为另一个例子，处理器190通过将具有位于非晶体动量转移域曲线407上的动量转移值x2的x射线光子数量除以具有位于第一迭代周期自由原子曲线的动量转移值x2的x射线光子数量来生成分子干涉函数s(x)的分子干涉值s2(x)。
处理器190按照
I(x)＝[s(x)-1]2                               ...(2)
来计算512逼进函数I(x)。
处理器190通过使I(x)的积分最小化来确定513IAM曲线500的下一迭代周期幅度Imin或下一迭代周期高度，I(x)的积分表示为
∫ 0 x max I ( x ) dx . . . ( 3 )
其中xmax是非晶体动量转移域曲线407和IAM曲线500的横坐标404上的x的最大值。例如处理器190通过第一和第二所计算值中选择最小值来确定下一迭代周期高度Imin。处理器190通过应用507、508、512和方程式(3)到初始高度来确定第一所计算值。处理器190通过应用507、508、512和方程式(3)到改变的高度而不是初始高度来确定第二所计算值。例如，处理器190将506中确定的总散射横截面乘以改变的高度以生成第二迭代周期自由原子曲线，通过将由非晶体动量转移域曲线407表示x射线光子数量除以第二迭代周期自由原子曲线来计算分子干涉函数s(x)，根据方程式(2)计算逼进函数I(x)，并且通过应用方程式(3)来生成第二所计算值。处理器190通过修改，比如增加或减少初始高度来生成改变的高度。作为另一个例子，处理器190通过从诸如三个的多个所计算值，比如第一所计算值、第二所计算值和第三所计算值中选择最小值来确定下一迭代周期高度Imin。处理器190以与生成第一和第二所计算值的类似方式来生成第三所计算值。例如，处理器190在增加或可替换地减少改变的高度后生成第三所计算值。
处理器190通过应用
X 2 S = ∫ 0 ∞ x 2 I min ( x ) dx ∫ 0 ∞ I min ( x ) dx . . . ( 4 )
来确定514I(x)的第二力矩X2S。
处理器190确定516未知物质82的敛集率ηu，其与第二力矩X2S线性成比例，比如相等。当未知物质82在武器、炸药和违禁品检测有关的非晶体材料η的范围上包括多个相同硬度的球体时，敛集率ηu与第二力矩X2S线性成比例。线性比例关系的例子包括：
ηu＝a(X2S)                    ...(5)
其中a是由处理器190经由输入设备192从用户接收的系数，其范围从且含0.1到0.2。
图10是用于分类物质的系统10的实施例的前视图的框图，并且图11是用于分类物质的方法的实施例的流程图。系统10包括台架12、处理器190、输入设备192、显示设备194和存储设备195。台架12包括用于放置容器79、次级准直仪76、和散射检测器18的开口。台架12包括电源602、x射线生成控制单元604、x射线源58、60、62、64、66、68、70、72和74、数据采集系统(DAS)606、和透射检测器17。可替换地，电源602位于台架12的外侧。
x射线生成控制单元604包括脉冲生成器(未示出)，其耦合到处理器190并从电源602接收电力。电源602耦合到x射线源58、60、62、64、66、68、70、72和74以向x射线源58、60、62、64、66、68、70、72和74提供电力。
处理器190发出命令，比如第一接通命令、第二接通命令、第一关断命令和第二关断命令。在从处理器190接收到第一接通命令时，脉冲生成器生成脉冲并将脉冲传送到x射线源66。在从脉冲生成器接收到脉冲时，x射线源66在电源602提供的电位下生成x射线束67。类似地，在从处理器190接收到第一关断命令时，脉冲生成器停止传送脉冲到x射线源66并且x射线源66停止生成x射线束67。而且在从处理器190接收到第二接通命令时，脉冲生成器生成并发送脉冲到剩余的x射线源58、60、62、64、68、70、72和74之一，并且剩余的x射线源58、60、62、64、68、70、72和74之一生成x射线束。例如，在从处理器190接收到第二接通命令时，脉冲生成器生成并发送脉冲到x射线源68，并且x射线源68生成x射线束608。在从处理器190接收到第二关断命令时，脉冲生成器停止将脉冲传送到剩余的x射线源58、60、62、64、68、70、72和74之一，并且剩余的x射线源58、60、62、64、68、70、72和74之一停止生成x射线束。例如，在从处理器190接收到第二关断命令时，脉冲生成器停止将脉冲传送到x射线源68，并且x射线源68停止生成x射线束608。
当通过顺时针或逆时针顺序地激活x射线源58、60、62、64、66、68、70、72和74而进行扫描时，DAS606采样从透射检测器17的包括透射检测器元件20和21的透射检测器元件生成的投影数据和模拟数据，并将模拟数据转换成多个数字信号或数字化数据以供后续处理。处理器190接收来自DAS6 06的数字化数据并且执行图像重构以生成未知物质82的x射线图像，比如计算断层照相法(CT)图像。图像重构的例子包括过滤的反投影(FBP)和迭代重构(IR)。x射线图像可显示在显示设备194上并存储在存储设备195中。x射线图像可包括以Hounsfeld单位(HU)测量的多个CT数。x射线图像中的每个像素由CT数表示。例如，表示x射线图像内的一部分未知物质82的像素具有表示为CTpixel的CT数。
处理器190根据像素的CT数CTpixel来确定610由未知物质82的x射线图像的像素表示的物质82的线性衰减系数μpixelu。处理器190通过应用
μ pixelu = ( CT pixel 1000 × μ water ) + μ water . . . ( 6 )
来确定610未知物质82的线性衰减系数μpixelu。其中μwater是水的线性衰减系数。
由此，处理器190确定了多个参数，比如结晶度Cu、衍射剖面D(x)、峰值位置pu、峰值面积au、有效原子序数Zeffu、敛集率ηu和线性衰减系数μpixelu。处理器190可确定未知物质82的任何数量的，比如从且含5到100的范围的参数。在一个可替换的实施例中，处理器190不确定线性衰减系数μpixelu并且确定结晶度Cu、衍射剖面D(x)、峰值位置pu、峰值面积au、有效原子序数Zeffu、和敛集率ηu的至少一个。在另一个可替换的实施例中，处理器190确定至少一个线性衰减系数μpixelu、结晶度Cu、衍射剖面D(x)、峰值位置pu、峰值面积au、有效原子序数Zeffu、和敛集率ηu。
用户经由输入设备192向存储设备195提供612一张表，并且该表包括多个已知物质的多个规范，比如结晶度Ck、峰值位置pk、峰值面积ak、有效原子序数Zeffk、敛集率ηk和线性衰减系数μpixelk。例如，用户经由输入设备192向存储设备195提供已知物质中第一个的结晶度值Ck1、峰值位置值pk1、峰值面积值ak1、有效原子序数值Zeffk1、敛集率值ηk1和线性衰减系数值μpixelk1。作为另一个例子，用户经由输入设备192向存储设备195提供已知物质中第二个的结晶度值Ck2、峰值位置值pk2、峰值面积值ak2、有效原子序数值Zeffk2、敛集率值ηk2和线性衰减系数值μpixelk2。已知物质的例子包括环三亚甲基三硝胺、三叠氨三硝基苯、苦味酸铵、氧、铁、钢、棉、聚酯、塑料、海洛因、吗啡和类固醇。用户经由输入设备192向处理器190提供614已知物质的类别，并且处理器190将类别存在表中。
已知物质的类别包括多个类，比如威胁和良性物质。例如，环三亚甲基三硝胺、三叠氨三硝基苯、苦味酸铵、海洛因、吗啡、炸药、武器、乱用药物、特殊核材料、钞票、和类固醇分类为威胁物质，而将棉、氧、和聚酯分类为无害物质。威胁物质被称为有害物质，并且良性物质被称为无害物质。
处理器190将至少一个已知物质的至少一个规范616与未知物质82的至少一个参数比较以分类未知物质82。例如，处理器190通过应用ΔQ1＝[(Cu-Ck1)2+(pu-pk1)2+(au-ak1)2+(Zeffu-Zeffk1)2+(ηu-ηk1)2+(μpixelu-μpixelk1)2]1/2，                    ...(7)
通过应用
Q1＝[Ck1 2+pk1 2+ak1 2+Zeffk1 2+ηk1 2+μpixelk1 2]1/2，     ...(8)
通过应用
ΔQ2＝[(Cu-Ck2)2+(pu-pk2)2+(au-ak2)2+(Zeffu-Zeffk2)2+(ηu-ηk2)2+(μpixelu-μpixelk2)2]1/2，                    ...(9)
通过应用
Q2＝[Ck2 2+pk2 2+ak2 2+Zeffk2 2+ηk2 2+μpixelk2 2]1/2，     ...(10)
来应用最小二乘拟合，计算比率ΔQ1/Q1和比率ΔQ2/Q2，确定每个比率ΔQ1/Q1和比率ΔQ2/Q2是在第一阈值内还是可替换地在第二阈值内，第一阈值最多等于M，第二阈值最多等于N，其中N大于M。M的一个例子包括0.05并且N的一个例子包括0.075。M的另一个例子包括0.02并且N的另一个例子包括0.05。用户经由输入设备192向处理器190提供M和N。
在确定每个ΔQ1/Q1和ΔQ2/Q2在第一阈值内时，处理器190确定未知物质82是已知物质中的第一个并且将未知物质82分类在已知物质的第一个的类别中。另一方面，在确定ΔQ1/Q1和ΔQ2/Q2在第二阈值内而不在第一阈值内时，处理器190确定未知物质82是已知物质中的第二个并且将未知物质82分类在已知物质的第二个的类别中。而且，在确定ΔQ1/Q1在第二阈值内而不在第一阈值内，并且ΔQ2/Q2在第一阈值内时，处理器190确定未知物质82是不唯一识别的，其中未知物质82要么是已知物质的第一个要么是已知物质的第二个，并将未知物质82分类在已知物质的第一个或第二个的类别中。而且，在确定ΔQ1/Q1在第一阈值内，并且ΔQ2/Q2在第二阈值内而不在第一阈值内时，处理器190确定未知物质82是不唯一识别的，并将未知物质82分类在已知物质的第一个或第二个的类别中。此外，在确定ΔQ1/Q1在第一和第二阈值外并且ΔQ2/Q2在第一和第二阈值外时，处理器190确定未知物质82不能被识别并将未知物质82分类为未识别的。
注意到，在可替换的实施例中，方程式(7)包括(Cu-Ck1)2，(pu-pk1)2，(au-ak1)2，(Zeffu-Zeffk1)2，(ηu-ηk1)2，和(μpixelu-μpixelk1)2中的至少一个，方程式(8)包括对应的Ck1 2，pk1 2，ak1 2，Zeffk1 2，ηk1 2，和μpixelk1 2中的至少一个，方程式(9)包括对应的Cu-Ck2)2，(pu-pk2)2，(au-ak2)2，(Zeffu-Zeffk2)2，(ηu-ηk2)2，和(μpixelu-μpixelk2)2中的至少一个，并且方程式(10)包括对应的Ck2 2，pk2 2，ak2 2，Zeffk2 2，ηk2 2，和μpixelk2 2中的至少一个。例如，如果方程式(7)包括(Cu-Ck1)2和(pu-pk1)2且不包括(au-ak1)2，(Zeffu-Zeffk1)2，(ηu-ηk1)2，和(μpixelu-μpixelk1)2，则方程式(8)包括Ck1 2和pk1 2，且不包括ak1 2，Zeffk1 2，ηk1 2，和μpixelk1 2，方程式(9)包括(Cu-Ck2)2和(pu-pk2)2，且不包括(au-ak2)2，(Zeffu-Zeffk2)2，(ηu-ηk2)2，和(μpixelu-μpixelk2)2，并且方程式(10)包括Ck2 2和pk2 2，且不包括ak2 2，Zeffk2 2，ηk2 2，和μpixelk2 2。
作为另一个例子，处理器190通过应用
ΔR1＝[WC(Cu-Ck1)2+Wp(pu-pk1)2+Wa(au-ak1)2+WZ(Zeffu-Zeffk1)2+Wη(ηu-ηk1)2+Wμ(μpixelu-μpixelk1)2]1/2，        ...(11)
来应用加权方法，其中每个Wc，Wp，Wa，Wz，Wη，Wμ是由用户经由输入设备192提供给处理器190的权重或实数。在该例子中，当处理器190确定结晶度Cu至少为百分之五十且最多为百分之九十时，用户将较高的权重Wp指派给未知物质82的峰值位置pu。用户将较高的权重Wp与权重Wc，Wa，Wz，Wη，和Wμ比较。而且，在本例子中，处理器190继续通过应用R1＝[WCCk1 2+Wppk1 2+Waak1 2+WZZeffk1 2+Wηηk1 2+Wμμpixelk1 2]1/2，                ...(12)
通过应用
ΔR2＝[WC(Cu-Ck2)2+Wp(pu-pk2)2+Wa(au-ak2)2+WZ(Zeffu-Zeffk2)2+Wη(ηu-ηk2)2+Wμ(μpixelu-μpixelk2)2]1/2，    ...(13)
通过应用
R2＝[WCCk2 2+Wppk2 2+Waak2 2+WZZeffk2 2+Wηηk2 2+Wμμpixelk2 2]1/2，                 ...(14)
来应用加权方法，计算比率ΔR1/R1和比率ΔR2/R2，确定每个比率ΔR1/R1和比率ΔR2/R2是在第一限制内还是可替换地在第二限制内，第一限制最多等于r，第二限制最多等于s，其中s大于r。r的一个例子包括0.03并且s的一个例子包括0.06。r的另一个例子包括0.02并且s的另一个例子包括0.05。用户经由输入设备192向处理器190提供r和s。
在确定每个ΔR1/R1和ΔR2/R2在第一限制内时，处理器190确定未知物质82是已知物质中的第一个并且将未知物质82分类在已知物质的第一个的类别中。另一方面，在确定ΔR1/R1和ΔR2/R2在第二限制内而不在第一限制内时，处理器190确定未知物质82是已知物质中的第二个并且将未知物质82分类在已知物质的第二个的类别中。而且，在确定ΔR1/R1在第二限制内而不在第一限制内，并且ΔR2/R2在第一限制内时，处理器190确定未知物质82是不唯一识别的，并将未知物质82分类在已知物质的第一个或第二个的类别中。而且，在确定ΔR1/R1在第一限制内，并且ΔR2/R2在第二限制内而不在第一限制内时，处理器190确定未知物质82是不唯一识别的，并将未知物质82分类在已知物质的第一个或第二个的类别中。此外，在确定ΔR1/R1在第一和第二限制外并且ΔR2/R2在第一和第二限制外时，处理器190确定未知物质82不能被识别并将未知物质82分类为未识别的。
注意到，在可替换的实施例中，当方程式(11)包括Wc(Cu-Ck1)2，Wp(pu-pk1)2，Wa(au-ak1)2，Wz(Zeffu-Zeffk1)2，Wη(ηu-ηk1)2，和Wμ(μpixelu-μpixelk1)2中至少一个时，方程式(12)包括至少一个对应的WcCk1 2，Wppk1 2，Waak1 2，WzZeffk1 2，Wηηk1 2，和Wμμpixelk1 2，方程式(13)包括对应的Wc(Cu-Ck2)2，Wp(pu-pk2)2，Wa(au-ak2)2，Wz(Zeffu-Zeffk2)2，Wη(ηu-ηk2)2，和Wμ(μpixelu-μpixelk2)2中的至少一个，并且方程式(14)包括对应的WcCk2 2，Wppk2 2，Waak2 2，WzZeffk2 2，Wηηk2 2，和Wμμpixelk2 2中的至少一个。例如，如果方程式(11)包括Wc(Cu-Ck1)2，Wp(pu-pk1)2和Wa(au-ak1)2，且不包括Wz(Zeffu-Zeffk1)2，Wη(ηu-ηk1)2，和Wμ(μpixelu-μpixelk1)2，则方程式(12)包括WcCk1 2，Wppk1 2和Waak1 2，且不包括WzZeffk1 2，Wηηk1 2，和Wμμpixelk1 2，方程式(13)包括Wc(Cu-Ck2)2，Wp(pu-pk2)2，和Wa(au-ak2)2，且不包括Wz(Zeffu-Zeffk2)2，Wη(ηu-ηk2)2，和Wμ(μpixelu-μpixelk2)2，并且方程式(14)包括WcCk2 2，Wppk2 2，和Waak2 2，且不包括WzZeffk2 2，Wηηk2 2，和Wμμpixelk2 2。作为另一个例子，处理器190将最大近似逼近应用于参数中的至少一个和对应规范中的至少一个以分类未知物质82。处理器190同时地或在同一时间处理来自透射检测器17和来自散射检测器18的电输出信号，以及来自透射检测器17的投影数据，以便分类物质82。
这里描述的用于分类物质的系统和方法的技术效果包括基于至少一个参数和对应规范中的至少一个之间的比较来分类未知物质82。未知物质82不被逐点或顺序地被分类而是在比较参数中的至少一个与规范中的至少一个时同时被比较。例如，系统10不基于参数中的第一个，比如线性衰减系数μpixelu与规范中对应的第一个，比如μpixelk之间的比较来分类未知物质82，并接着基于参数中的第二个，比如Ck与规范中的第二个，比如Cu之间的比较来重新分类未知物质82。其它技术效果包括与通过逐点分类的检测相比，检测威胁物质的更高能力和检测威胁物质的更低的虚假警报率。
尽管已经按照特定实施例描述了本发明，本领域技术人员将认识到本发明可在权利要求的精神和范围内通过修改来实施。
零件列表
  10  系统
  12  台架
  14  初级准直仪
  16  次级准直仪
  17  透射检测器
  18  散射检测器
  20  透射检测器元件
  21  检测器元件
  24  散射检测器元件
  26  散射检测器元件
  28  散射检测器元件
  30  散射检测器元件
  32  散射检测器元件
  34  散射检测器元件
  36  散射检测器元件
  58  X射线源
  60  X射线源
  62  X射线源
  64  X射线源
  65  开口
  66  X射线源
  67  X射线源
  68  X射线源
  70  X射线源
  72  X射线源
  74  X射线源
  75  圆弧
  76  次级准直仪
  79  容器
  80  支架
  82   未知物质
  83   初级射束
  85   点
  88   散射辐射
  92   点
  96   散射角
  98   部分
  102   脉冲高度整形放大器(PHSA)
  104   脉冲高度整形放大器
  106   脉冲高度整形放大器
  108   脉冲高度整形放大器
  110   脉冲高度整形放大器
  112   脉冲高度整形放大器
  114   脉冲高度整形放大器
  116   脉冲高度整形放大器
  118   脉冲高度整形放大器
  120   脉冲高度整形放大器
  122   模拟到数字(A到D)转换器
  124   模拟到数字(A到D)转换器
  126   模拟到数字(A到D)转换器
  128   模拟到数字(A到D)转换器
  130   模拟到数字(A到D)转换器
  132   模拟到数字(A到D)转换器
  134   模拟到数字(A到D)转换器
  136   模拟到数字(A到D)转换器
  138   谱存储器电路(SMC)
  140   谱存储器电路
  142   谱存储器电路
  144   谱存储器电路
  146   谱存储器电路
  148   谱存储器电路
150 谱存储器电路
152 谱存储器电路
154 谱存储器电路
156 校正设备(CD)
158 校正设备
160 校正设备
162 校正设备
164 校正设备
166 校正设备
168 校正设备
170 校正设备
190 处理器
192 输入设备
194 显示设备
195 存储设备
196 电子输出信号
198 电子输出信号
200 输出信号
202 输出信号
206 输出信号
208 输出信号
210 输出信号
212 输出信号
214 放大的输出信号
216 放大的输出信号
218 放大的输出信号
220 放大的输出信号
222 放大的输出信号
224 放大的输出信号
228 放大的输出信号
230 放大的输出信号
  232   数字输出信号
  236   数字输出信号
  238   数字输出信号
  240   数字输出信号
  242   数字输出信号
  244   数字输出信号
  246   数字输出信号
  248   数字输出信号
  280   校正输出信号
  282   校正输出信号
  284   校正输出信号
  286   校正输出信号
  288   校正输出信号
  290   校正输出信号
  292   校正输出信号
  294   校正输出信号
  400   曲线图
  401   生成未知物质的衍射剖面
  402   纵坐标
  403   确定未知物质的结晶度
  404   横坐标
  407   动量转移域曲线
  408   频带
  409   动量转移域曲线
  410   频带
  450   虚直线
  452   实曲线
  454   纵坐标
  456   横坐标
  458   确定
  460   交点
  500   独立的原子模型(IAM)曲线
  504   根据衍射剖面来确定峰值位置和峰值面积
  506   确定总的散射横截面
  507   将总的横截面乘以初始高度
  508   计算分子干涉函数s(x)
  512   计算I(x)＝[s(x)-1]2
  513   确定独立原子模型的下一迭代周期高度
  514   确定s(x)的第二力矩
  516   根据第二力矩确定敛集率
  602   电源
  604   控制单元
  606   数据采集系统(DAS)
  608   X射线束
  610   确定线性衰减系数
  612   提供包括多个规范的表
  614   提供多个已知物质的分类
  616   将至少一个规范与多个对应参数中的至少一个比较以分类未知物质

Claims (21)

1.一种用于基于同时处理根据多个信号所确定的多个参数来分类未知物质的方法，所述多个信号由至少一个检测器测量，其中所述至少一个检测器位于成像系统的台架内。
2.根据权利要求1的方法，其中所述至少一个检测器包括至少一个x射线检测器。
3.根据权利要求1的方法，其中所述至少一个检测器包括透射检测器和散射检测器。
4.根据权利要求1的方法，其中所述参数包括结晶度、峰值位置、峰值面积、有效原子序数、敛集率和线性衰减系数中的至少两个。
5.根据权利要求1的方法，其中所述参数包括结晶度、峰值位置、峰值面积、有效原子序数和敛集率中的至少两个。
6.根据权利要求1的方法，其中所述至少一个检测器包括透射检测器和散射检测器，并且其中所述透射和散射检测器都位于成像系统的台架内。
7.根据权利要求1的方法，其中所述分类未知物质包括将未知物质分类为威胁物质、无害物质、和不可识别物质之一。
8.一种配置为基于同时处理根据多个信号所确定的多个参数来分类未知物质的处理器，所述多个信号由至少一个检测器测量，其中所述至少一个检测器位于成像系统的台架内。
9.根据权利要求8的处理器，其中所述至少一个检测器包括至少一个x射线检测器。
10.根据权利要求8的处理器，其中所述至少一个检测器包括透射检测器和散射检测器。
11.根据权利要求8的处理器，其中所述参数包括结晶度、峰值位置、峰值面积、有效原子序数、敛集率和线性衰减系数中的至少两个。
12.根据权利要求8的处理器，其中所述参数包括结晶度、峰值位置、峰值面积、有效原子序数和敛集率中的至少两个。
13.根据权利要求8的处理器，其中所述至少一个检测器包括透射检测器和散射检测器，并且其中所述透射和散射检测器都位于成像系统的台架内。
14.根据权利要求8的处理器，还配置为将未知物质分类为威胁物质、无害物质、和不可识别物质之一。
15.一种用于分类未知物质的成像系统，所述系统包括：
配置为生成能量的源；
至少一个检测器；和
处理器，与所述源耦合并被配置为基于同时处理根据多个信号所确定的多个参数来分类未知物质，所述多个信号由所述至少一个检测器测量，其中所述至少一个检测器位于所述成像系统的台架内。
16.根据权利要求15的成像系统，其中所述至少一个检测器包括至少一个x射线检测器。
17.根据权利要求15的成像系统，其中所述至少一个检测器包括透射检测器和散射检测器。
18.根据权利要求15的成像系统，其中所述参数包括结晶度、峰值位置、峰值面积、有效原子序数、敛集率和线性衰减系数中的至少两个。
19.根据权利要求15的成像系统，其中所述参数包括结晶度、峰值位置、峰值面积、有效原子序数和敛集率中的至少两个。
20.根据权利要求15的成像系统，其中所述至少一个检测器包括透射检测器和散射检测器，并且其中所述透射和散射检测器都位于所述成像系统的台架内。
21.根据权利要求15的成像系统，其中所述处理器还配置为将未知物质分类为威胁物质、无害物质、和不可识别物质之一。
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