CN101382508A - 一种检查航空货运集装箱中违禁物品的装置和方法 - Google Patents

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CN101382508A CNA2007101214031A CN200710121403A CN101382508A CN 101382508 A CN101382508 A CN 101382508A CN A2007101214031 A CNA2007101214031 A CN A2007101214031A CN 200710121403 A CN200710121403 A CN 200710121403A CN 101382508 A CN101382508 A CN 101382508A
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Abstract

本发明公开了一种检查航空货运集装箱中违禁物品的装置，包括：转台，用于承载被检物体并带动该被检物体转动；物体输送系统；扫描系统，该扫描系统包括辐射源和探测器，该辐射源和探测器可沿竖直方向同步移动；转台驱动/控制系统，该转台驱动/控制系统驱动并控制转台的转动，使得该转台可绕其转动轴线连续转动或转动至任意预定角度位置；扫描驱动/控制系统，该扫描驱动/控制系统驱动并控制所述辐射源和探测器沿竖直方向的同步移动，使得所述辐射源和探测器可沿竖直方向连续移动或者移动至任意预定竖向位置。本发明的装置可以以多种扫描方式对被检物体进行扫描成像，从而满足不同的需要。本发明的装置是一种多功能综合检查系统。

Description

一种检查航空货运集装箱中违禁物品的装置和方法
技术领域
本发明涉及货物安全检查领域，更具体地说，涉及一种检查航空货物中违禁物品的装置和方法。
背景技术
目前在航空货物(例如航空集装箱)检查领域内仍然以人工检查和X光机(只能通过小型航空集装箱)透射为主要检查方式。也有使用CT(计算机断层扫描-computed tomography)技术进行货物检查的装置，例如史密斯公司(其采用X光机)和华立兴公司(其采用放射源)的产品。由于X光机的穿透能力较低，放射源在使用管理上的严格控制使得这两类产品在使用上有很多局限。特别是，这些装置均采用水平通过式扫描进行CT成像检查，即被检物品水平通过，扫描系统围绕该被检物品的通过路径进行旋转，这使得这些CT检查系统的货物通过率较低。而且，这种CT检查系统受到结构尺寸及穿透能力的严格限制，因此不能检查较大规格的航空集装箱。例如，现有的装置都不能检查长、宽各2米以上的航空集装箱。而且，上述水平通过式扫描方式需要在货物通道左右两侧占用相等的占地面积，因此这样的装置占有空间较大。
另外，现有技术中已提出多种辐射成像方式，例如透视成像、多视角成像以及CT成像等，这些不同的成像方式通常对应于扫描系统对货物进行的不同扫描方式。上述现有的检查装置通常仅能实现其中一种扫描方式，从而限制了成像方式的选择。但是，在货物检查过程中有时需要对同一货物进行不同方式的扫描成像，现有的检查装置不能满足这种需要。
发明内容
本发明的目的在于解决上述现有技术缺陷中的至少一个缺陷。
为了实现上述目的，本发明提供一种检查航空货运集装箱中违禁物品的装置，包括:
转台，该转台处于物体检测位置，用于承载被检物体并带动该被检物体转动；
物体输送系统，用于沿水平方向将被检物体输送至转台上并在检测完成之后将被检物体输送离开转台；
扫描系统，该扫描系统布置在转台周围，用于对被检物体进行扫描并获取成像数据，该扫描系统包括辐射源和探测器，该辐射源和探测器可沿竖直方向同步移动；
转台驱动/控制子系统，该转台驱动/控制子系统驱动并控制转台的转动，使得该转台可绕其转动轴线连续转动或转动至任意预定角度位置；
扫描驱动/控制子系统，该扫描驱动/控制子系统驱动并控制所述辐射源和探测器沿竖直方向的同步移动，使得所述辐射源和探测器可沿竖直方向连续移动或者移动至任意预定竖向位置；
主控计算机，提供一人机交互界面，以便根据操作员指令控制该装置的工作，并根据成像数据进行成像并显示。
在本发明的装置中，该转台可以连续转动或转动至任意预定角度位置，扫描系统(包括辐射源和探测器)可沿竖直方向连续移动或者移动至任意预定竖向位置。通过转台与扫描系统的不同运动方式的组合，本发明的装置可以以多种扫描方式对被检物体进行扫描，操作员可以根据实际情况选取一种或多种扫描方式来对被检物体进行扫描，然后配合相应的算法，对被检物体进行不同方式的成像，从而满足不同的需要。因此，本发明的装置是一种多功能综合检查系统。
附图说明
图1是一个实施例中本发明装置的侧视图。
图2是图1所示实施例中该装置的俯视图。
图3是图1所示实施例中该装置的左视图。
具体实施方式
参见图1至图3，其示出了本发明的用于检查航空货运集装箱中违禁物品的装置的一个实施例。如图所示，该装置包括转台11，该转台处于物体检测位置，用于承载被检物体(未示出，如航空集装箱)并可带动该被检物体转动。该装置还包括物体输送系统(未示出)，用于沿水平方向将被检物体输送至转台上并在检测完成之后将被检物体输送离开转台，这是本领域技术人员所熟知的。物体输送系统和该转台一起可被称为传送系统。该转台11处于该物体输送系统的输送路径上。在一个实施例中，该转台11为复合回转传送工作台。本申请人的中国专利申请NO.200610169797.3中记载了这样一种复合回转传送工作台，在此将该文献全文引入作为参考。该复合回转工作台既能将该被检物体输送通过扫描通道，又能够支承并带动该被检物体在扫描通道内回转。这样，当要对被检物体进行旋转扫描时，就允许扫描系统(下文将要详细描述)不围绕该被检物体进行转动，而是由该被检物体自身进行转动。
该装置还包括用于转台的转台驱动/控制子系统(未示出)，该转台驱动/控制子系统驱动并控制转台的转动，使得该转台可绕其转动轴线连续转动或转动至任意预定角度位置。该转台驱动/控制子系统通常包括电机以及用于该电机的伺服控制器。
该装置还包括扫描系统，该扫描系统布置在转台周围，用于对被检物体进行扫描并获取成像数据。如图所示，该扫描系统包括布置在转台11两侧的辐射源6和探测器17，该辐射源6和探测器17可沿竖直方向同步移动，保证由辐射源6出来的水平射线面16与探测器17所在平面始终处于同一水平面上。该辐射源6发出可控X射线或伽马射线，可以是电子直线加速器、同位素源或X光机。该探测器17负责将通过被检物体的射线转化为电信号，可以是固体探测器、气体探测器；结构形式上可以使用一个或多个直线或弧线阵列，也可以使用高低能探测器。该扫描系统还可包括数据采集器，负责将探测器的电信号转化为数字信号并通过总线或以太网传送到主控计算机。该探测器17本身可带有该数据采集器。
该扫描系统还包括用于安装辐射源6的辐射源安装结构以及用于安装探测器17的探测器安装结构，该辐射源安装结构和探测器安装结构设置在转台11的两侧。该辐射源安装结构或该探测器安装结构包括一个或多个立柱组件。在一个实施例中，辐射源安装结构和探测器安装结构分别包括一个或多个立柱组件。在一个实施例中，每一立柱组件具有基本相同的结构。在图1至图3中，辐射源安装结构优选包括单个立柱组件，而探测器安装结构优选包括两个立柱组件，从而构成一种三立柱形式的扫描架构。这样的三立柱结构在保证探测器和辐射源稳定安装的情况下最大限度地减少了占地面积。另外，为了进一步减小占地面积，设置在两个立柱组件的探测器优选为平面探测器阵列，平面形式的探测器阵列比曲面形式的探测器阵列的占地面积更小。
在图1至图3中，该立柱组件包括沿竖直方向设置的立柱8、1或10。其中，对于辐射源安装结构来说，其立柱组件包括立柱8；对于探测器安装结构来说，其所具有的两个立柱组件分别包括立柱1和立柱10。在每一立柱上，沿立柱延伸方向设有的升降机构，该升降机构由该立柱支承，而辐射源或探测器则安装在该升降机构上。该升降机构包括沿立柱设置的滚柱丝杠12以及升降平台7、2或9，其中，在图1至图3中，用标号7表示辐射源安装结构中的一个立柱组件中的升降平台，用标号2和9分别表示探测器安装结构中的两个立柱组件中的升降平台。该升降平台7、2或9安装在丝杠12上并与其成螺纹连接，辐射源6或探测器17相应地固定安装在该升降平台上。这样，当丝杠12旋转时，升降平台7、2或9通过与丝杠的螺纹相互作用而可沿丝杠作升降运动。在一个实施例中，升降平台可通过螺母与丝杠成螺纹连接，其中，该螺母与丝杠螺纹连接，升降平台与螺母固定连接。在另一个实施例中，该升降平台自身可包括一贯穿其的螺纹通道，该螺纹通道与丝杠螺纹连接。该升降机构还可包括沿立柱设置的至少一根导轨，升降平台可沿该导轨滑动，以便引导该升降平台的升降运动。如图所示，该升降机构优选包括设在丝杠12两侧的两个导轨13。在一个实施例中，升降平台通过滑块与导轨滑动连接，其中，该滑块与导轨滑动连接，而升降平台与该滑块固定连接。在另一个实施例中，该升降平台可包括贯穿其的通道，该导轨延伸穿过该通道。
当探测器安装结构或者辐射源安装结构包括多个立柱组件时，为了实现立柱组件之间的结构稳定性，该安装结构还可包括连接在每对相邻立柱之间的连接梁。如图1至图3所示，在探测器安装结构中，在立柱1和10之间连接有连接梁3。
当探测器安装结构包括多个立柱组件时，该安装结构还可包括连接在每对相邻升降平台之间的横梁，其中，探测器(优选为平面探测器阵列)固定安装在横梁上，并经由该横梁固定安装至升降平台。如图1至图3所示，在该探测器安装结构中，横梁4连接在升降平台2和9之间，探测器17连接至该横梁4。由于机械结构的刚性特点，为了降低对该刚性结构的制造精度、尤其是安装精度的要求，该探测器横梁4采用了一端固定铰接，另一端弹性联结的安装方式将横梁4的两端分别连接到探测器升降平台2、9的连接点上。使得探测器横梁4在扫描运行过程中能够正常同步运行。
在本发明的装置中还包括扫描驱动/控制子系统，该扫描驱动/控制子系统驱动并控制辐射源和探测器沿竖直方向的同步移动，使得辐射源和探测器可沿竖直方向连续移动或者移动至任意预定竖向位置。该扫描驱动/控制子系统包括:伺服驱动电机5，用于驱动各立柱组件中的丝杠12；以及伺服同步控制器(未示出)，用于控制各伺服驱动电机5的同步运行。当本发明的装置为三立柱架构时，该伺服同步控制器为三轴伺服同步控制器。
本发明的装置还可包括主控计算机。对于转台驱动/控制子系统和扫描驱动/控制子系统中的控制部分，在具体实施时可以由单个控制系统来实现，该单个控制系统例如可以由该主控计算机以及该主控计算机中的专用软件来实现。该主动计算机还可提供一人机交互界面，以便根据操作员指令控制该装置的工作，并根据成像数据进行成像并显示。例如，操作员可通过该人机交互界面向该转台驱动/控制子系统以及扫描驱动/控制子系统输入一些参数，如转台的连续转动角度或者预定角度位置、辐射源和探测器的连续移动长度或者预定竖向位置，等等。这样，操作员就可以控制该装置对被检物体进行不同方式的扫描。而且，该主控计算机可利用扫描系统所获得的成像数据，根据一定数据处理算法来进行成像。
如前所述，本发明的装置可以以多种工作模式对被检物体进行检查。这些模式例如可包括:
(1)透视平面成像模式，其中，转台将被检物体带动到至少一个预定角度位置处，当所述被测物体处于每一预定角度位置处时，辐射源和探测器沿竖直方向同步扫描一次，获得各预定角度位置处的透视图像数据，该装置根据各预定角度位置处的透视图像数据分别形成该被检物体处于各预定角度位置处时的二维透视图像；
(2)多视角三维成像模式，其中，转台将所述被检物体带动至多个预定角度位置处，当该被测物体处于每一预定角度位置处时，该辐射源和探测器沿竖直方向同步扫描一次，获得各预定角度位置处的透视图像数据，该装置根据各预定角度位置处的透视图像数据重建出该被检物体的三维图像；其中，该多视角三维成像模式所用算法例如可参见本申请人的中国专利申请No.200610076574.2，该文献在此全文引入作为参考。
(3)CT平面(切片或断层)成像模式，其中，该辐射源和探测器被定位在至少一个预定竖向位置处，当所述辐射源和探测器处于每一预定竖向位置处时，该转台带动所述被检物体连续旋转，获得各预定竖向位置处的CT投影数据，该装置根据各预定竖向位置处的CT投影数据分别重建出在各预定竖向位置处该被检物体的二维断层图像；
(4)CT螺旋扫描成像模式，其中，该辐射源和探测器沿竖向从第一预定竖向位置移动至第二预定竖向位置处，同时，该转台带动所述被检物体连续旋转，从而对该被检物体进行螺旋扫描，获得该被检物体在第一预定竖向位置与第二预定竖向位置之间的CT螺旋扫描投影数据，所述装置根据该CT螺旋扫描投影数据重建出该被检物体的处于第一预定竖向位置与第二预定竖向位置之间的三维断层(体数据)图像。
上面这些模式只是示例性的，而非穷举。注意到，该转台可以连续转动或转动至任意预定角度位置，而扫描系统(包括辐射源和探测器)可沿竖直方向连续移动或者移动至任意预定竖向位置。本领域技术人员可通过研究本发明装置中转台与扫描系统的运动方式的不同组合，从而得到各种本发明装置的各种可能的工作模式。操作员可以从各种可能的工作模式中选取一种或多种模式对被检物体进行检查。
采用本发明的装置，可对标准尺寸的航空集装箱等大中型货物进行快速检测，提供反映航空箱内所装货物形状和密度分布的辐射图像，如透视平面图像、CT切片平面图像以及三维体数据图像(利用多视角成像方法或螺旋CT方法)。检查人员通过分析该装置提供的被检物体的特征信息，最终可快速判断出货物与申报是否相符以及有无违禁品，从而实现准确、有效的安全检查。
下面描述本发明装置的一个示例性工作过程:
步骤(1):将被检物体传送至转台11。
在步骤(2)～(4)中利用本发明的装置以透视平面成像模式对被检物体进行检查。
步骤(2):转台11静止，辐射源6和探测器17在竖直方向上同步地进行一次扫描，获得该被检物体在当前角度位置的透视图像数据。
步骤(3):转台11旋转90度，重复执行一次步骤(2)，获得另一个透视图像数据。
步骤(4):将步骤(2)和(3)中的透视图像显示在计算机屏幕上，由操作员通过这两个透视图像进行分析，如发现嫌疑区域转步骤(8)。
在步骤(5)～(7)利用本发明的装置以多视角三维成像模式对被检物体进行检查。
步骤(5):转台11旋转一个较小的角度，例如例如10度～30度之间的一个角度，重复执行一次步骤(2)。
步骤(6):重复执行十次步骤(5)。
步骤(7):通过以上得到的12幅透视图像数据，通过数据处理重建出物体的三维图像，如发现嫌疑区域则转到步骤(8)，否则物体通过检测。
在步骤(8)中，利用本发明的装置以CT平面(切片或断层)成像模式或CT螺旋扫描成像模式对嫌疑区域进行扫描。具体地，将辐射源6和探测器17定位到嫌疑区域所在高度，转台11带动物体连续旋转。对于CT平面(切片或断层)成像模式来说，辐射源6和探测器17保持不动，获取当前位置的CT投影数据，并通过数据处理重建出二维断层图像。对于CT螺旋扫描成像模式来说，辐射源6和探测器17在竖直方向上在嫌疑区域的范围内沿竖直方向进行扫描，从而获取嫌疑区域的CT投影数据，并通过数据处理重建出三维断层体数据图像。
步骤(9):操作员通过断层图像给出最终判断。

Claims (24)

1.一种检查航空货运集装箱中违禁物品的装置，包括:
转台，该转台处于物体检测位置，用于承载被检物体并可带动该被检物体转动；
物体输送系统，用于沿水平方向将被检物体输送至转台上并在检测完成之后将被检物体输送离开转台；
扫描系统，该扫描系统布置在转台周围，用于对被检物体进行扫描并获取成像数据，该扫描系统包括辐射源和探测器，该辐射源和探测器可沿竖直方向同步移动；
转台驱动/控制子系统，该转台驱动/控制子系统驱动并控制转台的转动，使得该转台可绕其转动轴线连续转动或转动至任意预定角度位置；
扫描驱动/控制子系统，该扫描驱动/控制子系统驱动并控制所述辐射源和探测器沿竖直方向的同步移动，使得所述辐射源和探测器可沿竖直方向连续移动或者移动至任意预定竖向位置。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述装置设置成以多种工作模式中的至少一种模式对同一被检物体进行检查。
3.根据权利要求1所述的装置，其中，所述装置设置成以多种工作模式中的至少两种模式对同一被检物体进行检查。
4.根据权利要求2或3所述的装置，其中，所述多种工作模式中的至少一种工作模式选自:
透视平面成像模式，其中，所述转台将所述被检物体带动至至少一个预定角度位置处，当所述被测物体处于每一预定角度位置处时，所述辐射源和探测器沿竖直方向同步扫描一次，获得各预定角度位置处的透视图像数据，所述装置根据各预定角度位置处的透视图像数据分别形成该被检物体处于各预定角度位置处时的二维透视图像；
多视角三维成像模式，其中，所述转台将所述被检物体带动至多个预定角度位置处，当所述被测物体处于每一预定角度位置处时，所述辐射源和探测器沿竖直方向同步扫描一次，获得各预定角度位置处的透视图像数据，所述装置根据各预定角度位置处的透视图像数据重建出该被检物体的三维图像；
CT平面成像模式，其中，所述辐射源和探测器被定位在至少一个预定竖向位置处，当所述辐射源和探测器处于每一预定竖向位置处时，所述转台带动所述被检物体连续旋转，获得各预定竖向位置处的CT投影数据，所述装置根据各预定竖向位置处的CT投影数据分别重建出在各预定竖向位置处该被检物体的二维断层图像；和
CT螺旋扫描成像模式，其中，所述辐射源和探测器沿竖向从第一预定竖向位置移动至第二预定竖向位置处，同时，所述转台带动所述被检物体连续旋转，从而对该被检物体进行螺旋扫描，获得该被检物体在第一预定竖向位置与第二预定竖向位置之间的CT螺旋扫描投影数据，所述装置根据该CT螺旋扫描投影数据重建出该被检物体的处于第一预定竖向位置与第二预定竖向位置之间的三维断层体数据图像。
5.根据权利要求1所述的装置，其中，所述转台为复合回转传送工作台。
6.根据权利要求1所述的装置，其中，所述扫描系统还包括用于安装所述辐射源的辐射源安装结构以及用于安装所述探测器的探测器安装结构。
7.根据权利要求6所述的装置，其中，所述辐射源安装结构或所述探测器安装结构包括至少一个立柱组件；或者
所述辐射源安装结构和所述探测器安装结构分别包括至少一个立柱组件。
8.根据权利要求7所述的装置，其中，每一所述立柱组件包括:
沿竖直方向设置的立柱；
沿立柱设置的升降机构，该升降机构由所述立柱支承，所述辐射源或探测器安装在该升降机构上。
9.根据权利要求8所述的装置，其中，所述升降机构包括:
沿立柱设置的丝杠；
升降平台，该升降平台安装在所述丝杠上并与所述丝杠成螺纹连接，所述辐射源或探测器固定安装在该升降平台上；
其中，当丝杠旋转时，所述升降平台通过与丝杠的螺纹相互作用而可沿丝杠作升降运动。
10.根据权利要求9所述的装置，其中，所述升降平台通过一螺母与所述丝杠成螺纹连接，所述螺母与所述丝杠螺纹连接，所述升降平台与所述螺母固定连接；或者
所述升降平台包括一贯穿其的螺纹通道，该螺纹通道与所述丝杠螺纹连接。
11.根据权利要求9所述的装置，其中，所述升降机构还包括沿立柱设置的至少一根导轨，所述升降平台可沿所述导轨滑动，以便引导所述升降平台的升降运动。
12.根据权利要求11所述的装置，其中，所述升降平台通过滑块与所述导轨滑动连接，所述滑块与所述导轨滑动连接，所述升降平台与所述滑块固定连接；或者
所述升降平台包括贯穿其的通道，以便容纳所述导轨。
13.根据权利要求7所述的装置，其中，所述辐射源安装结构包括单个立柱组件。
14.根据权利要求7或13所述的装置，其中，所述探测器安装结构包括多个立柱组件。
15.根据权利要求14所述的装置，其中，所述探测器安装结构还包括连接在所述多个立柱组件中的多根立柱中每对相邻立柱之间的连接梁。
16.根据权利要求14所述的装置，其中，所述探测器安装结构还包括连接在所述多个立柱组件中的多个升降平台中每对相邻升降平台之间的横梁，所述探测器固定安装在所述横梁上，并经由所述横梁固定安装所述升降平台上。
17.根据权利要求16所述的装置，其中，所述横梁的一端固定铰接在所述相邻升降平台之一上，另一端弹性联接在另一所述相邻升降平台中的另一个上。
18.根据权利要求14所述的装置，其中，所述探测器安装结构包括两个立柱组件。
19.根据权利要求9所述的装置，其中，所述扫描驱动/控制子系统包括:
伺服驱动电机，用于驱动各立柱组件中的丝杠；
伺服同步控制器，用于控制各伺服驱动电机同步运行。
20.根据权利要求1所述的装置，其中，还包括主控计算机，其提供一人机交互界面，以便根据操作员指令控制该装置的工作，并根据成像数据进行成像并显示。
21.根据权利要求1所述的装置，其中，所述探测器为平面形式的探测器阵列。
22.一种检查航空货运集装箱中违禁物品的方法，用于利用一检查装置对被检物体进行检查，该检查装置包括转台和扫描系统，该转台处于物体检测位置，用于承载被检物体并可带动该被检物体转动，并且该转台设置成可绕其转动轴线连续转动或转动至任意预定角度位置；该扫描系统布置在转台周围，用于对被检物体进行扫描并获取成像数据，该扫描系统包括辐射源和探测器，该辐射源和探测器设置成可沿竖直方向同步移动，并可连续移动或者移动至任意预定竖向位置；
其中，该方法包括利用同一检查装置以多种工作模式对被检物体进行检查，该多种工作模式选自下列中的至少一种:
透视平面成像模式，其中，所述转台将所述被检物体带动至至少一个预定角度位置处，当所述被测物体处于每一预定角度位置处时，所述辐射源和探测器沿竖直方向同步扫描一次，获得各预定角度位置处的透视图像数据，所述装置根据各预定角度位置处的透视图像数据分别形成该被检物体处于各预定角度位置处时的二维透视图像；
多视角三维成像模式，其中，所述转台将所述被检物体带动至多个预定角度位置处，当所述被测物体处于每一预定角度位置处时，所述辐射源和探测器沿竖直方向同步扫描一次，获得各预定角度位置处的透视图像数据，所述装置根据各预定角度位置处的透视图像数据重建出该被检物体的三维图像；
CT平面成像模式，其中，所述辐射源和探测器被定位在至少一个预定竖向位置处，当所述辐射源和探测器处于每一预定竖向位置处时，所述转台带动所述被检物体连续旋转，获得各预定竖向位置处的CT投影数据，所述装置根据各预定竖向位置处的CT投影数据分别重建出在各预定竖向位置处该被检物体的二维断层图像；和
CT螺旋扫描成像模式，其中，所述辐射源和探测器沿竖向从第一预定竖向位置移动至第二预定竖向位置处，同时，所述转台带动所述被检物体连续旋转，从而对该被检物体进行螺旋扫描，获得该被检物体在第一预定竖向位置与第二预定竖向位置之间的CT螺旋扫描投影数据，所述装置根据该CT螺旋扫描投影数据重建出该被检物体的处于第一预定竖向位置与第二预定竖向位置之间的三维断层体数据图像。
23.根据权利要求22所述的方法，其中，所述多种工作模式选自所列出的工作模式中的至少两种。
24.根据权利要求22或23所述的方法，其中，该方法包括如下步骤:
第一步骤，使用透视平面成像模式对被检物体进行检查，如发现嫌疑区域则跳至第三步骤；
第二步骤，使用多视角三维成像模式对被检物体进行检查，如发现嫌疑区域则进行第三步骤。
第三步骤，使用CT平面成像模式或CT螺旋扫描成像模式对被检物体进行检查。
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