CN102105815A - 驾驶通过扫描系统 - Google Patents

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Abstract

一种驾驶通过扫描系统，包括：辐射产生部件(10，12)，被安排为以两个不同的能量水平产生辐射，并将其导向扫描空间；检测部件(16)，被安排为在辐射通过扫描空间(18)后检测该辐射；以及控制部件，被安排为标识在所述扫描空间内的车辆的一部分，以将车辆的所述部分分配为多个类别之一，并根据分配给车辆的所述部分的类别来控制所述辐射产生部件并选择所述能量水平中的一个或多个。

Description

驾驶通过扫描系统
技术领域
本发明涉及扫描系统。其具体应用于在对货物(cargo)的扫描系统中，但是也可以用于其他应用的扫描器中。
背景技术
需要检查货物来检测违法材料和设备。当前，进行这种检查的常用方式是通过使用X射线筛查(screen)装置。
在此装置中，将高能量的X射线源(通常4MV到9MV的X射线线性加速器)校准为扇形波束，其在基本线性配置中辐射通过被检查的货物项到达一组X射线检测器。
为了从该组一维投影数据形成二维图像，需要通过X射线束来扫描货物项。这可以通过将货物项放置在移动底面上而实现，该移动底面以受控制的速度移动货物项通过X射线束。或者，可以将X射线系统放置在轨道上，在货物项静止时，可以沿着轨道扫描X射线系统以形成图像。或者，X射线系统可以被安放在车辆上，可以驾驶该车辆经过静止的货物项以形成图像。或者，可以使用拖车牵引货物项通过静止的X射线束。
发明内容
本发明提供了一种驾驶通过扫描系统，包括：辐射产生部件，被安排为产生辐射，并将其导向扫描空间；检测部件，被安排为在辐射通过扫描空间后检测该辐射；以及控制部件，被安排为标识在所述扫描空间内的车辆的一部分，以将车辆的所述部分分配为多个类别之一，并根据分配给车辆的所述部分的类别来控制所述辐射产生部件。
所述类别可以包括以下中的至少一个：装有人的类别、未装人的类别以及货物类别。所述类别还可以包括装有动物的类别或者装有动物或人的类别。
所述辐射产生部件可以被安排为以两个不同的能量水平产生辐射，并且所述控制部件被安排为根据分配给车辆的所述部分的类别来控制所述产生部件以工作在所述能量水平之一。所述两个能量水平可以对应于两个不同的能量谱(energy spectra)，例如一个具有比另一个更高的峰值能量或更高的平均能量。这可以是高水平和低水平，以使能够例如对车辆的含有货物的部分进行高能量扫描，并对车辆的装有人或动物的部分进行低能量扫描。或者，辐射水平之一可以有效地为0，使得例如仅对车辆的未占用的部分扫描。
所述辐射产生部件可以包括被安排为以所述两个不同的能量水平产生辐射的两个辐射源，或者可以存在三个或更多的能量水平，并且可选地存在相应的三个或更多源。
所述控制部件可以被安排为接收来自所述检测部件的信号并至少部分地基于那些信号来标识车辆的所述部分。另外，或者可替换地，所述控制部件可以被安排为接收来自所述感测部件的信号，并至少部分地基于那些信号来标识车辆的所述部分。
本发明还提供了扫描车辆的方法，包括移动车辆通过根据任一前述权利要求的扫描系统。
附图说明
现在将参考附图仅通过例子描述本发明的优选实施例，在附图中：
图1是根据本发明的实施例的扫描系统的示意图；
图2是图1的系统的检测器的数据获取电路的图；
图3是示出图2的电路的操作的时序图；
图4a和4b是使用中的图1的系统的示意图；
图5示出图1的系统中使用的许多驾驶员指令信号；
图6是图1的系统的示意平面图；
图7是本发明的另一实施例的红外线感测器系统的示意图；
图8是与图7的感测器系统的每个感测器相关的检测器电路的图；以及
图9是工作中的图7的感测器系统的正面示意图。
具体实施方式
在本发明中，认识到如果可以由车辆的正常驾驶员(driver)来驾驶货物项通过静止的X射线检查系统，将是有利的。但是，在大多数商用工作环境下，当使用高能量X射线源来成像时，在此扫描处理期间将被驾驶员累积的射线剂量(dose)将处于不可接受的水平。
从线性加速器输出的典型的射线剂量率在1米处处于范围10到50Gy/hr内。对于0.25m/s的扫描速率，从X射线源传递到在3米处的驾驶员的射线剂量可以计算为处于300到1500μSv的范围内。每次扫描的该射线剂量通常是不可接受的。
但是，参考图1，在本发明的一个实施例中，扫描系统包括以线性加速器形式的高能量X射线源10、以及低能量X射线源12。低能量X射线源12可以是工作在60kVp到450kVp的高电压电势的静止的或旋转的阳极X射线管。通常，160kVp的电子管电压(tube voltage)提供了在辐射剂量、图像质量、系统可靠性和系统成本之间的良好平衡。高能量X射线源可以包括静止的阳极X射线管。该阳极通常工作在地电势处或其附近，并且阴极通常工作在负电势。然后利用油、水或者其他适当的冷却剂来冷却阳极。在低能量源12的低功率X射线管中，阳极通常工作在高的正电势，阴极通常工作在高的负电势，并且不提供直接的阳极冷却。
检测器系统14包括多个检测器16，被安排为检测来自源10、12两者的X射线。检测器16以垂直阵列20和水平阵列22被安排在扫描空间18的周围，其中该垂直阵列20在其与源10、12的相对侧上在扫描空间18的一侧向下延伸，并且水平阵列22在扫描空间的顶部之上延伸。源10、12位于彼此靠近，并且两者在与检测器阵列相同的平面中。源10、12的每个被安排为产生在共同平面内的扇形波束的X射线。在低电压X射线产生器12的输出处的射线剂量率充分小于来自线性加速器10的射线剂量率。例如，来自具有1mA的束电流、工作在160kVp的标准X射线源的射线剂量率在1米处通常大约0.3Gy/hr。对于0.25m/s的扫描速率，从X射线源传递到在3米处的驾驶员的射线剂量可以计算为每次扫描时大约10μSv。
在本发明的一个实际实施例中，仅使用低能量X射线源12开始对包括驾驶员的驾驶室和货箱的车辆的扫描。随着车辆被驾驶通过扫描空间，在驾驶员的驾驶室经过X射线束时，收集图像数据。一旦驾驶员的驾驶室经过了该射线束，就接通高能量X射线线性加速器10，并关闭低能量X射线源12。将用来自线性加速器10的全强度的高电压X射线束来检查主要的货物负载以提供高水平的检查。
在此混合成像系统中，驾驶员通常将坐在车辆的驾驶室内，并且该驾驶室将为驾驶员提供一些附加的保护，该保护将使驾驶员的射线剂量还要进一步降低。
处于160kVp束质量的X射线束将能够穿透驾驶员和10-20mm的钢铁，因此提供对包括轮胎、门板和顶部的驾驶员的驾驶室的许多部分的检查能力，尽管在主要的发动机舱中提供很小的检查能力。
货物筛查系统中的检测器16中的检测器元件将通常被调整为使得其满额标度(full scale)匹配可以从X射线线性加速器10传递的峰值强度。该检测器元件进一步被设计为实现100,000量级的动态范围(即满额标度范围的每百万的大约10部分的噪声水平)。
在没有物体出现在射线束中时，取决于如何调整检测器16，来自传统X射线产生器12的输出将等于满额标度的近似0.05％到0.3％。在被驾驶员和10mm的钢铁衰减后，预期在检测器16处的信号、即X射线强度下降进一步的因子1000。这给出了满额标度的1/20,000的在检测器处的信号，其仍然在检测器16的合理动态范围内。
参考图2，该扫描系统还包括数据获取系统，其能够获取并合并分别由来自两个源10、12的X射线产生的、来自检测器16的两组X射线图像数据。参考图2，对于每个检测器16，前置放大器/积分器电路30被提供有在感测器16和模拟到数字转换器(ADC)32之间并联的两个独立的积分器电路：A侧和B侧。每个积分器通过简单的复用器馈送到共用的ADC32。
每个前置放大器/积分器电路30包括与电容器36和复位开关38并联的放大器34。对放大器的输入通过积分开关40连接到感测器16，并且来自放大器的输出通过数字化开关42连接到ADC。可以通过来自控制器44的控制信号闭合(close)每个开关。闭合积分开关开始对来自感测器的信号的电路积分，增加电容器36上的电荷，并且断开(open)该开关停止积分。闭合数字化开关将电容器38连接到ADC，ADC将存储的电压转换为数字输出信号。然后可以通过在下一积分前闭合复位开关36来对电容器放电。
如图3所示，当来自控制器40的控制信号Aint高时，A侧上的积分时间短，而当来自控制器40的控制信号Bint高时，B侧上的积分时间长。在每种情况下，积分时间对应于接通适当的源10、12的时间，同样在控制器40的控制下，在相关积分时间的开始时接通源，并在相关积分时间的结束时关闭源。因此交替接通源10、12。如从图3可见，这意味着低能量源12接通达相对长的时段，并关闭达较短的时段，并且在低能量源关闭时高能量源10仅接通达短时段。周期时间通常是10ms的量级，A侧积分时间通常是10μs，并且B侧积分时间通常是9.990ms。在每种情况下，通过来自控制器40的适当的控制信号Adigitize或Bdigitize中的短脉冲来闭合数字化开关，以在已经发生积分的积分时间的结束时将积分的信号数字化。
当用低能量X射线源12来成像时，使用B侧的数字化的数据来读出主要信号。当用线性加速器源10时，使用A侧数字化的数据来读出主要信号。将认识到，上述时序使得交替使用两个源以形成交替的二维图像片(slice)，或者关闭两个源之一使得仅一个源用于产生一系列二维图像片。
在本发明的此实施例的操作的一个模式中，当用高能量X射线源10来成像时，低能量X射线产生器12关闭。但是，B侧数字化的数据被用于逐脉冲(pulse-by-pulse)收集暗偏移量数据以提供对成像信号的校正来校正暗噪声，其中该暗偏移量数据是与来自A侧的图像数据相关的时间和位置，并从成像信号减去为暗噪声，
参考图4，X射线源16和多元件检测器阵列20、22位于固定的支架(housing)50内，该支架50稳固附连于地并在扫描空间之上形成的拱形。该系统还包括交通控制系统，该交通控制系统包括发信号系统52，这包括交通灯54和信号显示器56，该发信号系统52被安排用于为车辆的驾驶员提供信号以调整驾驶车辆通过扫描器的速度和/或时刻。交通控制系统还包括一个或多个速度检测器，在此情况下是雷达枪58，被安排用于测量车辆的速度。参考图6，交通控制系统还包括在扫描器的一侧的第一相机60以及在扫描器的另一侧的第二相机62。如图4a所示，驾驶员驾驶包括卡车70和货物负载72的车辆通过检测系统，遵循经由交通灯系统提供的速度指示。如图4b所示，卡车70和货物负载72经过在X射线源10、12和检测器阵列20、22之间的X射线束。
为了维持高质量图像，优选地，被检查的物体、在此情况下是车辆的速度应该在对物体的整个扫描中保持为基本恒定。为此目的提供交通控制系统。雷达速度枪58被安排为持续监视包括负载72的车辆的速度，并反馈到控制安装在路旁的可视显示器56的控制单元，该可视显示器56可以有利地被安排为提供如图5A所示的多个显示信号。在图5的左手侧，当驾驶员处于最佳速度时，即在预定速度范围内时，水平箭头80点亮为绿色。当卡车运行过快时，将显示向下指向的橙色箭头82。相反，当负载运行得太慢时，将显示向上指向的箭头84。如果对于继续扫描而言负载的速度变得太慢，或者如果负载停止，将显示红色的“！”标志86，并将终止扫描(见图5中间的图形)。当负载前进得太快时，将显示红色“手形”标志88，并将终止扫描(见图5的右手侧图形)。可以使用其他交通控制系统，例如给出期望的车辆速度的数字显示。
交通灯54(带有红色、黄色和绿色指示器)被安排为控制通过扫描器要被检查的每辆车的移动。这种交通控制手段的使用充分降低了与货物负载的扫描协作所需的人为。这有利在于降低了操作的成本以及降低了雇员受辐射射线剂量照射。
在本发明的另一方面中，需要控制成像系统以便控制在扫描车辆期间以及在对不同车辆的扫描之间的所有时间时应该接通两个X射线源10、12中的哪个。为了便于此处理，少量视频摄像机60、62被安装在X射线装备周围，通常如图6所示。一个摄像机60在车辆接近扫描器时观察其前端。另一摄像机62在车辆离开扫描器时观察其后端。第三摄像机64向下观察车辆检测器阵列20和最远离X射线源10、12的负载侧之间。第四摄像机64向下观察最靠近X射线源10、12的负载侧和车辆支撑结构50之间。
在车辆进入图像检查区之前，所有的X射线源10、12一般被关断。随着车辆进入图像检查区，车辆观察摄像机64、66被用于监视车辆的准确位置，并在车辆的前端距车辆成像面大约10cm时控制打开低能量X射线束。谨慎地，利用诸如红外光束的一个或多个次级感测器来验证车辆相对成像面的位置。随着车辆移动通过扫描面，车辆观察摄像机64、66继续监视车辆的位置，寻找以确定驾驶员的驾驶室70的后缘何时经过X射线束。一旦检测到该特征，X射线线性加速器源10就准备好工作，但是不允许该源产生脉冲，直到视频摄像机60、62、64、66检测到货物负载72的前缘已经进入成像面时。在此时间点，激活X射线线性加速器以产生高能量X射线束，并关闭低能量X射线源12。现在可以继续扫描直到摄像机62、64和66都确认货物负载72已经离开成像面。在此时间点，X射线源10、12两者关闭。
作为第二安全特征，提供红外光幕帘(curtain)来照射接近并平行于成像面的面以确立车辆的出现，并确定在成像面内的车辆的部分的车辆轮廓以便帮助确定车辆的哪个部分处于成像面中。参考图7，在此实施例中，从红外光发光二极管80形式的一系列光源被排列在垂直线性阵列中。控制电路82连接到每个LED 80并包括每个连接到相应一个LED 80的一组可寻址开关。控制电路82被安排为依次对每个光源80寻址以将其打开，并且激活的光源被供应(pulsed)通常是10kHz的频率的时钟脉冲。每个光源通常一次打开1ms。在带有20个光源的阵列中，则能够每20ms或者等效为以50Hz的重复率来扫描系统。
一系列红外线敏感的光电二极管84被安排到相对于LED的车辆的通路的相对侧的垂直线性阵列中，每个红外线敏感的光电二极管具有其自己的高速放大器。如图8所示，每个放大器86的输出经过带通滤波器88，该带通滤波器88被调整到相关发光二极管80的激励频率，例如10kHz。此滤波器88的输出是可以被传递到低通滤波器90(带有1kHz左右的带宽)中的切换电势，该低通滤波器90用于对该高频切换信号积分。然后低通滤波器90的输出被输入到比较器92中以将其与固定阈值比较，来给出关于接收器84是否被照射到的简单的二进制决定。对于所有检测器84的该二进制值被复用输出到单个数据线94用于向前的处理。
带有随之的a.c耦合的高频切换信号的使用被设计以向该安全关键信号提供与周围温度无关的良好噪声抑制。
每个发光二极管80被安排为产生在垂直面中的红外辐射的扇形束，使得其将照射多个接收器84。能够通过在每个光源80依次激活期间确定最低照射的光接收器84来确定在如图9所示的光束的平面中的任何对象的高度并在某种程度上确定其轮廓。
关于来自光幕帘的输出94的数据被输入到处理器44，通过该处理器44，该数据被处理并与来自视频数据的数据结合，以便确立驾驶室70的后缘何时经过检查面以及负载72的前缘何时到达。
将认识到，在光幕帘中可以使用其他波长的电磁辐射、例如可见光以及IR辐射。
在对本发明的此实施例的另一修改中，当以逐脉冲基础收集X射线数据时，X射线数据本身由控制器44分析并被翻译，以确定驾驶员的驾驶室70的后缘何时经过扫描器以及货物负载72的前沿何时进入扫描器的成像面。在此修改中，现在存在独立地指示并应该都相关以确认驾驶员的驾驶室70的后端以及货物负载72的前端的经过的三种类型的信息：(1)视频数据，(2)红外光幕帘数据以及(3)X射线图像数据。这些冗余信号足够建立对于驾驶员控制的货物检查系统的操作的安全情况。
在此系统的实际实施例中，很可能非货物负载不经意经过该检查系统。例如，可能选择筛查运载乘客的公共汽车或者长途车。在此情况下，不应该进行高能量X射线筛查以最小化对乘客的射线剂量。可以看出，在此情况下，三种方式的冗余数据分析系统不应挑选(pick up)驾驶员的驾驶室的后缘(因为不会出现后缘)，也不应挑选货物负载的前端(因为这些中也没有货物负载)。这意味着将不会打开高能量X射线系统，但是仍然需要使用低能量源合理程度地扫描负载。
应当理解，在同一天提交的我们的相关专利申请中记录的特征等同地可应用于此案，具体专利申请号GB0803646.9(代理案号ASW42823.GBA)，GB0803640.2(代理案号ASW42822.GBA)，GB0803641.0(代理案号ASW42820.GBA)以及GB0803644.4(代理案号ASW42818.GBA)。

Claims (16)

1.一种驾驶通过扫描系统，包括：辐射产生部件，被安排为以两个不同的能量水平产生辐射，并将其导向扫描空间；检测部件，被安排为在辐射通过扫描空间后检测该辐射；以及控制部件，被安排为标识在所述扫描空间内的车辆的一部分，以将车辆的所述部分分配为多个类别之一，并根据分配给车辆的所述部分的类别来控制所述辐射产生部件并选择所述能量水平中的一个或多个。
2.根据权利要求1的系统，其中所述类别包括以下中的至少一个：装有人的类别、未装人的类别以及货物类别。
3.根据权利要求1或2的系统，其中所述辐射产生部件包括被安排为以所述两个不同的能量水平产生辐射的两个辐射源。
4.根据任意一项前述权利要求的系统，其中所述控制部件被安排为接收来自所述检测部件的信号并至少部分地基于那些信号来标识车辆的所述部分。
5.根据任意一项前述权利要求的系统，还包括感测部件，其中所述控制部件被安排为接收来自所述感测部件的信号，并至少部分地基于那些信号来标识车辆的所述部分。
6.根据权利要求5的系统，其中所述感测部件包括摄像机。
7.根据权利要求5或权利要求6的系统，其中所述感测部件包括光束感测器，该光束感测器包括：光束产生部件，被安排为产生辐射的光束；和检测部件，被安排为检测光束何时断掉。
8.根据任意一项前述权利要求的系统，还包括：显示部件，被安排为向车辆的驾驶员显示指令，其中所述控制部件被安排为控制所述显示部件。
9.根据权利要求8的系统，其中所述显示部件被安排为向驾驶员显示指示、关于车辆的速度或操纵的指示。
10.根据任意一项前述权利要求的系统，其中所述控制部件被安排为感测通过所述扫描空间的车辆的运动并根据所述运动来控制所述辐射检测部件或者所述辐射产生部件。
11.根据权利要求10的系统，其中所述控制部件被安排为根据车辆的速度或位置来控制所述辐射检测部件或所述辐射产生部件。
13.根据任意一项前述权利要求的系统，其中所述检测部件具有可变灵敏度，并且所述控制部件被安排为根据辐射的能量来选择所述灵敏度。
14.根据任意一项前述权利要求的系统，其中所述检测部件包括：至少一个检测器，被安排为产生至少一个检测信号；以及积分部件，被安排为在至少两个不同长度的积分时间中对所述至少一个检测器信号积分。
15.根据权利要求14的系统，其中所述积分部件包括第一积分电路和第二积分电路，这两个积分电路被安排为在不同的积分时间中进行积分。
16.根据权利要求14或15的系统，其中所述控制部件被安排为在源被激活时的第一时段以及源被去激活时的第二时段中对所述检测器信号进行积分，以从所述第一时段产生检测器读数以及从所述第二时段产生对所述读数的校正。
17.一种扫描车辆的方法，包括：提供驾驶通过扫描系统，该系统包括辐射产生部件，辐射检测部件和控制部件；产生导向扫描空间的辐射；在该辐射通过所述扫描空间后检测所述辐射；标识在所述扫描空间内的车辆的一部分；将车辆的所述部分分配为多个类别之一；以及根据为车辆的所述部分分配的类别来控制所述辐射产生部件。
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