CN102483965A - 识别特定目标项目的x 射线层析检查系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了改进的扫描装置，其具有：固定的X射线源，设置为从围绕扫描区域的多个X射线源位置生成X射线；第一探测器组，设置为探测透射穿过所述扫描区域的X射线；以及至少一个处理器，设置为处理来自所述第一探测器组的输出以生成层析图像数据。所述X射线检查系统与其它检查技术结合使用，其它检查技术例如基于NQR的检查、基于X射线衍射的检查、基于X射线反向散射的检查、或者基于追踪探测的检查。

Description

识别特定目标项目的X 射线层析检查系统

相关申请的交叉引用

本申请基于2009年5月26日提交的美国专利临时申请No.61/181,070，用作优先权。

本申请还是2009年6月16日提交的美国专利申请No.12/485,897的部分继续申请，美国专利申请No.12/485,897是2005年10月25日提交的美国专利申请No.10/554,656的继续，且现在被授予美国专利号7,564,939，其是2004年4月23日提交的PCT/GB04/01729的371国家阶段申请且继而基于2003年4月25日提交的英国申请No.0309387.9，用作优先权。

本申请还是2009年2月16日提交的美国专利申请No.12/371,853的部分继续申请，美国专利申请No.12/371,853是2005年10月25日提交的美国专利申请No.10/554,975的继续，且现在被授予美国专利号7,512,215，其是2004年4月23日提交的PCT/GB2004/01741的371国家阶段申请且继而基于2003年4月25日提交的英国专利申请No.0309383.8，用作优先权。

本申请还是2010年1月3日提交的美国专利申请No.12/651,479的部分继续申请，美国专利申请No.12/651,479是2005年10月25日提交的美国专利申请No.10/554,654的继续，且现在被授予美国专利号7,664,230，其是2004年4月23日提交的PCT/GB2004/01731的371国家阶段申请其继而基于2003年4月25日提交的英国专利申请No.0309371.3，用作优先权。

本申请还是2009年2月2日提交的美国专利申请No.12/364,067的部分继续申请，美国专利申请No.12/364,067是2008年2月19日提交的美国专利申请No.12/033,035的继续，且现在被授予美国专利号7,505,563，其是2005年10月25日提交的美国专利申请No.10/554,569的继续，且现在被授予美国专利号7,349,525，其是2004年4月23日提交的PCT/GB04/001732的371国家阶段申请且继而基于2003年4月25日提交的英国专利申请No.0309374.7，用作优先权。

本申请还是2010年4月12日提交的美国专利申请No.12/758,764的部分继续申请，美国专利申请No.12/758,764是2008年9月16日提交的美国专利申请No.12/211,219的继续，且现在被授予美国专利号7,724,868，其是2005年10月25日提交的美国专利申请No.10/554,655的继续，且现在被授予美国专利号7,440,543，其是2004年4月23日提交的PCT/GB2004/001751的371国家阶段申请且继而基于2003年4月25日提交的英国专利申请No.0309385.3，用作优先权。

本申请还是2010年1月29日提交的美国专利申请No.12/697,073的部分继续申请，美国专利申请No.12/697,073是2005年10月25日提交的美国专利申请No.10/554,570的继续，且现在被授予美国专利号7,684,538，其是2004年4月23日提交的PCT/GB2004/001747的371国家阶段申请且继而基于2003年4月25日提交的英国专利申请No.0309379.6，用作优先权。

本申请还是2008年6月13日提交的美国专利申请No.12/097,422，以及2008年6月19日提交的美国专利申请No.12/142,005的部分继续申请，这两个申请均为2006年12月15日提交的PCT/GB2006/004684的371国家阶段申请，其继而基于2005年12月16日提交的英国专利申请No.0525593.0，用作优先权。

本申请还是2009年6月4日提交的美国专利申请No.12/478,757的部分继续申请，美国专利申请No.12/478,757是2009年2月2日提交的美国专利申请No.12/364,067的继续，美国专利申请No.12/364,067是2008年2月19日提交的美国专利申请No.12/033,035的继续，且现在被授予美国专利号7,505,563，其是2005年10月25日提交的美国专利申请No.10/554,569的继续，且现在被授予美国专利号7,349,525，其是2004年4月23日提交的PCT/GB04/001732的371国家阶段申请且继而基于2003年4月25日提交的英国专利申请No.0309374.7，用作优先权。此外，美国专利申请号基于2008年7月15日提交的英国专利申请号0812864.7，用作优先权。

本申请还是2010年2月25日提交的美国专利申请No.12/712,476的部分继续申请，美国专利申请No.12/712,476基于2009年2月26日提交的美国临时专利申请No.61/155,572以及2009年2月25日提交的英国专利申请No.0903198.0，用作优先权。

本申请还是2009年7月20日提交的美国专利申请No.12/505,659的部分继续申请，美国专利申请No.12/505,659基于2008年7月18日提交的美国专利申请No.12/175,599，其继而是2004年9月29日提交的美国专利申请No.10/952,665的继续。

通过引用将上述每个PCT、外国和美国申请、及其任何相关申请的全部内容合并于此。

技术领域

本发明涉及X射线扫描，并且特别地涉及对违禁品(contraband)和可疑对象(例如尖锐对象、刀具、核材料、烟草、货币、毒品(narcotics)和液体)的行李(baggage)和包裹(package)的安全检查(screening)。

背景技术

多年以来，已将X射线计算层析(断层扫描)(CT)扫描仪用于机场的安全检查。传统系统包括绕轴旋转的X射线管，以及围绕同一个轴以同样的速度旋转的弓形(arcuate)X射线探测器。在其上运载行李的传送带被放置于围绕中央旋转轴的适合孔径(aperture)内，并在旋转射线管时沿着轴运动。X射线辐射的扇形束从源穿过待检查的对象，到达X射线探测器阵列。

X射线探测器阵列沿着其长度，在多个位置记录穿过待检查对象的X射线强度。在多个源角度中的每一个上记录一组投影数据。根据这些记录的X射线的强度，可以形成层析(tomographic)(横截面)图像，通常采用滤波反投影(filtered back projection)算法。可以看出，为了产生对象(例如包或包裹)的准确层析图像，存在X射线源穿过通过对象的每个平面的要求。在如上所述的布置中，这通过X射线源的旋转扫描以及其上运载对象的传送器的纵向运动来实现。

在这种类型的系统中，可以收集X射线层析扫描的速度取决于支撑X射线源和探测器阵列的台架(gantry)的旋转速度。在现代CT台架中，整个管探测器组件和台架将完成每秒两到四转。这允许每秒分别收集至多四或八个层析扫描。

由于技术水平的发展，X射线探测器的单环已被探测器的多环所替代。这允许同时扫描许多切片(slice)(通常为8个)，并使用从单一扫描机器中适配的滤波反投影方法重建所述切片。随着传送器穿过成像系统的连续移动，源描述了围绕对象的螺旋扫描运动。这允许应用更成熟的锥形束图像重建方法，其原则上可以提供更准确的体积(volume)图像重建。

在另一个发展中，在医疗应用中展示了扫描电子束扫描仪，由此消除了X射线源和探测器的机械扫描运动，其被围绕检查下的对象的X射线探测器的连续环(或多个环)以及由于围绕弓形阳极扫描电子束而生成的移动X射线源所取代。但是，由于电子源位于旋转轴上，这样的扫描束扫描仪与本身靠近并平行于旋转轴通过的传送系统不兼容。

本发明提供用于检查项目(item)的X射线扫描系统，该系统包括：X射线源，其围绕扫描体积延伸，并定义多个源点，来自所述源点的X射线可被引导穿过扫描体积；X射线探测器阵列，其也围绕扫描体积延伸，并被设置为探测来自源点的已穿过扫描体积的X射线，以及根据探测到的X射线产生输出信号；以及设置为传送项目穿过扫描体积的传送器(conveyor)。

本发明还提供了网络化检查系统，其包括X射线扫描系统、工作站以及设置为将扫描系统连接到工作站的连接装置，所述扫描系统包括：X射线源，其围绕扫描体积延伸，并定义多个源点，来自所述源点的X射线可被引导穿过扫描体积；X射线探测器阵列，其也围绕扫描体积延伸，并被设置为探测来自源点的已穿过扫描体积的X射线，以及根据探测到的X射线产生输出信号；以及设置为传送项目穿过扫描体积的传送器。

本发明还提供了将项目分类的分类系统，该系统包括层析扫描仪，其被设置为扫描每个项目的多个扫描区域，从而产生扫描仪输出；分析装置，其被设置为分析扫描仪输出，并且至少部分地基于扫描仪输出而将每个项目分配给多个类别之一；以及分类装置，其被设置为至少部分地基于项目所分配的类别而将项目分类。

本发明还提供了X射线扫描系统，包括：X射线源，其设置为从围绕扫描区域的多个X射线源位置生成X射线；第一探测器组，其设置为探测透射穿过扫描区域的X射线；第二探测器组，其设置为探测扫描区域内的X射线散射；以及处理装置，其设置为处理来自第一探测器组的输出，以生成定义扫描区域图像的图像数据，从而分析图像数据以识别图像内的对象，并且处理来自第二探测器组的输出以生成散射数据，并将部分散射数据与对象相关联。

本发明还提供了从X射线扫描仪中收集数据的数据收集系统，该系统包括：存储器，其具有多个区域，每个区域与图像的相应区域相关联；数据输入装置，其设置为以预定的顺序从多个X射线探测器中接收输入数据；处理装置，其设置为从输入数据生成与图像的每个区域相关联的X射线透射数据和X射线散射数据，并将X射线透射数据和X射线散射数据存储在适当的存储器区域中。

本发明还提供X射线扫描系统，其包括：扫描仪，设置为扫描对象以生成定义对象的层析X射线图像的扫描数据；以及处理装置，设置为分析扫描数据以提取图像数据的至少一个参数，并基于所述至少一个参数将对象分配到多个类别之一中。

此外，存在因为爆炸性材料和爆炸装置的存在而检查行李和货物项目的要求。这样的扫描通常必须高速执行(如以行李和货物项目的吞吐量度量)，并具有高标准的探测性能和降低的错误警报水平。生成的错误警报需要进一步的检查，这可能涉及在人工搜查之前将行李或货物项目与该项目的所有者一起进行再确认(reconciliation)。这样的处理昂贵且耗时。

也存在将高吞吐量层析系统与能够特定地探测爆炸装置的二次系统相结合的需要。在一个或多个不同的投影角上以高速(通常具有0.5m/s的传送器速度)获得一个或多个二维X射线图像。自动算法为可能的威胁材料或装置的存在而分析这些图像。在发现这样的装置或材料的情况下，将该行李或货物项目路由到二次系统，该二次系统可以形成穿过项目的一个或多个层析成像切片重建。由于已知系统的速度慢，所以仅有一小部分行李和货物项目可以用这种方式检查。层析图像(或多个图像)接着被自动爆炸物检测算法所分析。该算法常常会引起对行李或货物项目的警报，并且图像数据就必须由操作人员查看。此时继续引起警报的部分项目接着被再确认和人工搜查。

发明内容

本发明关注识别例如货物或行李的容器中的对象的系统，其包括第一检查系统和第二检查系统。第一检查系统包括：固定的X射线源，其设置为从围绕扫描区域的多个X射线源位置生成X射线；第一探测器组，其设置为探测透射穿过扫描区域的X射线；第二探测器组，其设置为探测扫描区域内散射的X射线；至少一个处理器，其配置为处理来自第一探测器组的数据输出，并生成至少一个层析图像，以及处理来自第二探测器组的数据输出，以生成散射图像数据。并且第二检查系统包括基于NQR的检查系统、基于X射线衍射的检查系统、基于X射线反向散射的检查系统或者基于追踪探测的检查系统中的至少一个。

可选地，所述至少一个处理器输出指示容器中的可疑对象的数据。可疑对象是作为操作X射线扫描系统的人感兴趣的主题的任何对象，例如威胁对象、非法对象、违禁品、武器、毒品、核材料、货币、烟草、刀具、炸弹，以及其它此类项目。仅在所述第一检查系统在所述容器内识别出可疑对象的情况下，所述至少一个处理器输出指示所述容器应该受制于所述第二检查系统的信号。仅在所述第一检查系统在所述容器内未识别出可疑对象的情况下，所述至少一个处理器输出指示所述容器不应该受制于所述第二检查系统的信号。所述第二检查系统输出指示容器中是否存在可疑对象的信号，并且所述第二检查系统的输出、所述层析图像数据和所述散射图像数据被用于确定该可疑对象是否合法。

所述第一检查系统与所述第二检查系统并行操作。所述第一检查系统与所述第二检查系统串行操作。所述第一检查系统分析所述层析图像数据或散射图像数据中的至少一个，以确定包裹(容器，enclosure)内的目标的材料类型。所述第二检查系统基于由所述第一检查系统确定的材料类型，进行核四极矩测量。所述第二检查系统基于由所述第一检查系统生成的层析图像，进行基于X射线衍射的检查。所述固定的X射线源是电子扫描的X射线源。

在另一个实施例中，本发明包括识别容器内的对象的系统，其包括第一检查系统和将容器移动到第二检查系统的传送器系统。所述传送器可以是任何移动机构，包括传统的传送带、推车(cart)、手动操作托盘(pallet)、升降机(lift)，或者其它结构。所述第一检查系统包括：固定的X射线源，其设置为从围绕扫描区域的多个X射线源位置生成X射线；第一探测器组，其设置为探测透射穿过扫描区域的X射线；至少一个处理器，其配置为处理来自第一探测器组的数据输出并生成至少一个层析图像；以及传送系统，用以将所述容器从第一检查系统移动到第二检查系统，其中所述第二检查系统包括基于NQR的检查系统、基于X射线衍射的检查系统、基于X射线后向散射的检查系统、或者基于追踪探测的检查系统中的至少一个。

可选地，所述至少一个处理器输出指示容器内的可疑对象的数据。仅在所述第一检查系统在所述容器内识别出可疑对象的情况下，所述至少一个处理器输出指示所述容器应该受制于所述第二检查系统的信号。所述第二检查系统输出指示所述容器中是否存在可疑对象的信号，并且其中所述第二检查系统的输出和所述层析图像数据被用于确定所述可疑对象是否是威胁。所述第一检查系统与所述第二检查系统并行操作。所述第一检查系统与所述第二检查系统串行操作。所述第一检查系统分析层析图像数据，以确定包裹内的对象的材料类型。所述第二检查系统基于所述第一检查系统确定的材料类型，进行核四极矩测量。所述第二检查系统基于所述第一检查系统生成的层析图像，进行基于X射线衍射的检查。

附图说明

现在参考附图仅示例性地描述本发明的实施例，其中：

图1为根据本发明第一实施例的实时层析安全扫描系统的纵向剖面；

图1a为图1的系统的X射线源的透视图；

图2为图1的系统的平面图；

图3为图1的系统的示意侧视图；

图4为形成图1的系统的部分的数据获取系统的示意图；

图5为形成图1的系统的部分的威胁检查系统的示意图；

图6为根据本发明的实施例的包括图1的扫描系统的行李分类系统的示意图；

图7为根据本发明另一个实施例的行李分类系统的示意图；

图8a为根据本发明其它实施例的行李分类系统的示意图；

图8b为根据本发明其它实施例的行李分类系统的另一个示意图；

图8c为根据本发明其它实施例的行李分类系统的另一个示意图；

图9为根据本发明另一个实施例的网络化行李分类系统的示意图；

图10为根据本发明另一个实施例的独立扫描系统的示意平面图；

图11为图10的系统的示意侧视图；

图12为根据本发明另一个实施例的模块化扫描系统的示意侧视图；

图13为X射线散射事件的图解；

图14为根据本发明另一个实施例穿过安全扫描系统的纵向剖面；

图15为穿过图14的系统的另一个纵向剖面，示出了如何探测不同的散射事件；

图16为穿过图14的系统的横截面；

图17为图14的扫描系统的数据获取系统的示意图；

图18为根据本发明另一个实施例的双能量扫描仪的局部视图；

图19为图18的扫描仪的另一个局部视图；

图20为本发明另一个实施例的双能量X射线源的示意图；

图21为根据本发明另一个实施例的扫描仪的探测器阵列的示意图；

图22为根据本发明另一个实施例的扫描仪的探测器阵列的示意图；

图23为图21的实施例的数据获取电路的电路图；

图24为本发明另一个实施例的数据获取电路的电路图；

图25为具有转向循环的行李处理系统的一个实施例；

图26为具有有转向循环的行李处理系统的另一个实施例；

图27为包括NQR探测系统的确认传感器的一个实施例；

图28a为NQR探测系统的脉冲序列的第一示例图；

图28b为NQR探测系统的脉冲序列的第二示例图；

图29为标准X射线管的示例X射线谱；

图30a为非晶材料(例如水)和多晶材料(例如爆炸物)的指示性X射线衍射谱的第一示例；

图30b为非晶材料(例如水)和多晶材料(例如爆炸物)的指示性X射线衍射谱的第二示例；

图31为作为确认传感器使用的X射线衍射系统的示例性实施例；

图32为由一次(primary)束和二次(secondary)准直束的交叉所定义的检查区域；

图33描绘了连接到具有脉冲整形能力的适合读出电路的探测器；

图34描绘了设置为基本平行地位于传送器运动方向的衍射检查包裹；

图35描绘了固定到控制系统上的构架(boom)，其允许衍射束从基本垂直的方向旋转到基本水平的方向；

图36描绘了示例性反向散射系统；以及

图37描绘了示例性追踪探测系统。

具体实施方式

参考图1至图3，大厅行李扫描系统6包括扫描单元8，所述扫描单元包括多焦点X射线源10和X射线探测器阵列12。所述源10在所述源上相应间隔的位置上包括大量源点14，并且所述源点14被设置为围绕系统的X-X轴的完整360度环形阵列。将认识到，也可以使用覆盖角度小于完整360度的阵列。

参考图1a，所述X射线源10由多个源单元11构成，该多个源单元11在垂直于传送器移动方向的平面内，以基本环形的布置围绕扫描区域16间隔设置。每个源单元11包括具有两侧的导电金属抑制器(suppressor)13、以及在抑制器两侧之间延伸的发射元件15。在抑制器13上方支撑垂直于发射元件15的栅格线17形式的若干栅格元件。在栅格线的、与发射元件相对的一侧上的另一平面中，支撑聚焦线19形式的若干聚焦元件。所述聚焦线19平行于栅格线17，并以与栅格线相等的间距彼此间隔开，每个聚焦线19与相应的一个栅格线17对齐。

在平行于发射元件15延伸的两个支撑轨21上支撑所述聚焦线19，并且所述聚焦线19与抑制器13间隔开。支撑轨21是导电的，使得所有聚焦线19电连接在一起。支撑轨21之一连接到连接器23，以为聚焦线19提供电连接。每个栅格线17在抑制器13的一侧向下延伸并且连接到各自的电连接器25，所述电连接器25为每个栅格线17提供独立的电连接。

在栅格线17和聚焦线19上方支撑阳极27。阳极27被形成为杆，通常是镀钨或银的铜杆，并且平行于发射元件15延伸。栅格线17和聚焦线19因而在发射元件15和阳极27之间延伸。电连接器29向阳极27提供电连接。

除了连接到正电势的两条栅格线，其它栅格线17全部连接到负电势。这些正电栅格线从发射元件15的区域中提取电子束，并且通过聚焦线19的聚焦，将电子束指向阳极27上的点，其形成针对这对栅格线的X射线源点。因而可以切换栅格线的电势以选择在任一时间哪对栅格线是活动的，并因而选择在任何时间阳极27上的哪个点是活动的X射线源点。

因此，可以控制源10，以从每个源单元11中的每个源点14单独地生成X射线，并且，再次参考图1，来自每个源点14的X射线被向内引导穿过环形源(circular source)10内的扫描区域16。通过控制单元18控制源10，所述控制单元18控制施加于栅格线17的电势，并因此控制从每个源点14的X射线发射。在WO 2004/097889中描述了其它合适的X射线源设计。

多焦点X射线源10允许使用电子控制电路18来及时地选择在任何时刻多焦点X射线源内的许多独立的X射线源点14中的哪个是活动的。因此，通过电扫描多焦点X射线管，在没有机械部件物理移动的情况下产生了X射线源运动的错觉。在这种情况下，可以使源旋转的角速度增加到不能简单地用传统旋转X射线管组件实现的水平。该快速旋转扫描转换为等价的提速数据获取处理以及后续的快速图像重建。

探测器阵列12也是环形的并且被围绕X-X轴设置在轴向上与源10略微偏离的位置上。源10被设置为将它产生的X射线引导穿过扫描区域16并朝向扫描区域相对侧上的探测器阵列12。因此，X射线束的路径18在基本或者几乎垂直于扫描仪X-X轴的方向上穿过扫描区域16，并在轴附近彼此交叉。因此，被扫描和成像的扫描区域的体积的形状是垂直于扫描仪轴的薄切片。扫描源使得每个源点发射X射线相应的时段，所述发射时段以预定的顺序排列。当每个源点14发射X射线时，从探测器12中产生取决于入射在探测器上的X射线的强度的信号，并且在存储器中记录信号提供的强度数据。当源已经完成它的扫描时，可以处理探测器信号，以形成被扫描体积的图像。

传送带(传送器)20平行于扫描仪的X-X轴，从左向右移动穿过成像体积，如图1所示。在主X射线系统的上游和下游，围绕传送带20布置X射线散射屏蔽22，以防止由散射X射线产生的对操作者的剂量。X射线散射屏蔽22在其开口端包括铅芯橡胶条帘子24，使得检查下的项目26被拖动进入检查区域时通过一个帘子，并在离开检查区域时通过一个帘子。在所示集成系统中，主电子控制系统18、处理系统30、电源32以及散热架34被显示为安装在传送器20下方。传送器20被设置为通常以恒定传送速度的连续扫描运动操作，并且在成像体积内通常具有碳纤维框架组件。

参考图4，处理系统30包括电子数据获取系统和实时图像重建系统。X射线探测器阵列12包括以简单的线性模式(pattern)(例如1乘16)配置的独立X射线探测器50的群。也可以是多个环模式(例如8乘16)。每个探测器50输出取决于其探测到的X射线强度的信号。多路复用块52复用来自于每个输入X射线探测器50的输出数据信号，执行数据滤波、增益和偏移校正，并且将数据格式化为高速串行流。选择块53从所有多路复用块52获取输入，并且只选择全部X射线数据中图像重建所需的一部分。选择块53还为适合的X射线源点确定未衰减的X射线束强度Io(对于多焦点X射线管内的每个X射线源点，其会变化)，通过形成结果log₀(Ix/Io)而处理来自多路复用块52的X射线强度数据Ix，并且接着将该结果与适合的1-D滤波器进行卷积。得到的投影数据被记录为正弦图(sinogram)，在该正弦图中，数据被设置在阵列中，其中像素号沿着一个轴(在该情况中为水平轴)，源角度沿着另一个轴(在该情况下为垂直轴)。

接着将数据从选择块53并行地传递到一组反投影求和(summation)处理器元件54。使用具有预先计算的系数的查找表将处理器元件54映射到硬件中，以选择必要的卷积后的X射线数据和加权因子，用于快速反投影和求和。格式化块55从多个处理器元件54中获取表示独立的重建图像片(tile)的数据，并且将最终的输出图像数据格式化为适合于在显示屏上生成适当格式化的三维图像的形式。可以足够快地生成该输出，使得实时生成图像，用于实时或离线查看，因此该系统被称为实时层析(RTT)系统。

在这个实施例中，在软件中编码多路复用块52，在固件中编码选择块53和格式化块55两者，并且处理器元件被映射在硬件中。但是，基于特定系统的要求，这些组件中的每一个都可以是软件或硬件。

参考图5，接着处理系统30中的威胁检测处理器60处理每个行李项目的每个最终输出图像，该处理系统30被设置为判定成像的行李项目是否代表威胁。在威胁检测处理器60中，输入X射线层析扫描图像数据62被传递到一组低层(level)参数提取器63(层1)中。参数提取器63识别图像中的特性，诸如恒定灰度级的区域、纹理和统计。某些提取器在独立的2维图像或切片的数据上工作，某些在3维图像上工作，某些在正弦图数据上工作。可能时，每个提取器并行地在同一组输入数据上工作，并且每个提取器被设置为执行不同的处理操作以及确定不同的参数。在处理结束时，由参数提取器63确定的参数被向上传递到一组决策树64(层2)。被提取的参数的细节如下给出。决策树64每个获取多个(通常是全部)低层参数，并且构造相应的具有关联的统计数据的更高层信息，诸如关于连续体积的信息。在顶层(层3)，数据库搜索器65将层2产生的更高层参数映射到存在威胁的“红色”概率Pr(威胁)以及检查下的项目安全的“绿色”概率Pr(安全)。处理系统30用这些概率将扫描的项目分配到适当的安全类别，以及产生自动分类控制输出。此自动分类控制输出可以是指示项目被分配到过关(clear)类别的第一“绿色”输出、指示项目被分配到“不过关(not clear)”类别的第二“红色”输出、或者指示不能充分可靠地执行自动分类以将项目分配到“过关”或“不过关”类别的第三“黄色”输出。特别地，如果Pr(安全)在预定值之上(或者Pr(威胁)在预定值之下)，则将产生具有第一信号形式的自动分类输出，指示项目应被分配到绿色通道。如果Pr(威胁)在预定值之上(或者Pr(安全)在预定值之下)，则将产生具有第二信号形式的自动分类输出，指示项目应被分配到红色通道。如果Pr(威胁)(或者Pr(安全))在两个预定值之间，则产生具有第三信号形式的自动分类输出，指示项目即不能被分配到红色通道也不能被分配到绿色通道。所述概率也可以被输出为其它输出信号。

将由参数提取器63确定的参数通常涉及2维或3维图像的分离区域内的像素的统计分析。为了识别图像中的分离区域，使用统计边缘检查方法。这始于一个像素并接着检查相邻像素是否是同一区域的一部分，从而随着区域的增长而向外移动。在每一步中，通过计算区域内的像素的平均强度，确定区域的平均强度，并且将与该区域相邻的下一像素的强度与该平均值相比较，以确定对于像素要被添加到该区域而言，其强度是否足够接近该平均值。在这种情况下，确定区域内的像素强度的标准偏差，并且如果新像素的强度在标准偏差内，则将该像素添加到该区域中。如果不是，则不将它添加到该区域，并且其定义了区域的边缘，该边缘是该区域中的像素与已被检查但未被添加到该区域中的像素之间的边界。

一旦图像已被划分为区域，则可以测量区域的参数。一个这样的参数是区域内像素强度的变化的度量(measure)。如果变化较高，则可能指示粗糙(lumpy)材料，例如可以在自制炸弹中发现该材料，而如果变化较低，则将会指示均匀材料，例如液体。

测量的另一参数是区域内像素值的分布的偏斜度(skewedness)，其通过测量像素值的直方图的偏斜度来确定。高斯(即非偏斜)分布指示该区域内的材料是均匀的，而更高偏斜的分布指示区域中的非均匀性。

如上所述，将这些低层参数向上传递到决策树64，在决策树64中，构造更高层信息并且确定更高层参数。一个这样的更高层参数是识别的区域的表面积与体积的比率。另一个是在区域的形状和系统中存储的模板形状之间的相似性(在该情况下，是互相关性)的度量。将模板形状设置为对应于体现安全威胁的项目(例如枪或雷管)的形状。如上所述，使用这些高层参数来确定成像的对象体现的威胁的级别。

参考图6，同轴(in-line)实时层析成像行李分类系统包括图1中的具有穿过其的传送器20的扫描系统6。在扫描系统6的下游设置分类设备40，以从传送器20接收行李物品，并且将它们移动到过关或“绿色”通道传送器42、或者不过关或“红色”通道传送器44上。分类设备40由经由控制线46来自处理系统30的自动分类输出信号控制，所述信号指示处理系统30关于项目是否过关的决定，并且分类设备40也由来自经由线45连接的工作站48的信号控制。来自扫描系统6的图像和来自处理系统30的信号(指示红色和绿色概率以及处理系统30的标称(nominal)决定)也被提供给工作站48。工作站48被设置为在屏幕47上显示图像，使得操作人员可以查看所述图像，并且工作站48被设置为还提供指示绿色和红色概率以及标称自动分类决定的显示。工作站处的用户可以浏览该图像和概率以及自动分类输出，并且决定接受还是否决(override)扫描系统的决定(如果扫描系统的决定是将项目分配到红色或绿色类别)，或者决定是否输入决定(如果扫描系统的决定是将项目分配到“黄色”类别)。工作站48具有用户输入49，其使得用户能够向分类设备40发送信号，该信号可以被分类设备识别为否决扫描系统的决定。如果分类设备接收了否决信号，则分类设备否决扫描系统的决定。如果没有接收到否决信号，或者如果的确从工作站接收到确认扫描系统决定的确认信号，则分类设备在扫描系统的决定的基础上将项目分类。如果分类系统从有关项目的扫描系统接收了“黄色”信号，则其最初将该项目分配到“红色”类别以被放入红色通道。但是，如果分类系统在对项目分类之前从工作站接收到指示该项目应在“绿色”类别中的信号，则分类系统将项目分类到绿色通道。

在对图6的系统的修改中，分类可以是全自动的，其中处理系统给出仅有的两个分类输出(“过关”和“不过关”)之一，并将项目要么分配到绿色通道要么分配到红色通道。处理系统也可以利用一个阈值确定仅一个概率Pr(威胁)，并且根据概率高于还是低于该阈值而将项目分配到两个类别之一。在这种情况下，分配仍然是暂时的，并且操作者仍然有否决自动分类的选择。在另一修改中，将扫描系统的自动分类分配用作最终分配，完全没有用户输入。这提供了完全自动化的分类系统。

在图6的系统中，扫描速度与传送器速度匹配，从而行李可以以恒定速度从将其装载到传送器20上的装载区穿过扫描系统6而移动到分类设备40上。传送器20在扫描系统6的出口和分类设备40之间延伸距离L。在行李项目在传送器20上行进距离L期间，操作者可以查看检查下项目的图像数据，以及由扫描系统确定的初始类别分配，并确认或拒绝RTT系统的自动决定。通常，行李接着将被接受进入过关通道并向前传送准备运输，或者行李将被拒绝而进入不过关通道用于进一步调查。

在该RTT多焦点系统中，RTT扫描单元8能够以完全的行李带速度操作，并因此无需行李排队或其它转移(divert)机制用于最佳系统操作。在这样的集成系统中，传统旋转源系统的有限吞吐能力是重要的约束。这通常意味着并行地放置多个传统CT机器，并用复杂的行李处理系统来将项目切换到下一个可用的机器以进行检查。利用图6的设置，可以避免这种复杂性。

参考图7，本发明的第二实施例包括冗余系统，其中在同一传送器74上连续摆放两个RTT扫描系统70、72，使得如果一个系统停止服务，则另一个可以继续扫描行李。在任一情况下，传送器74都会继续以标准操作带速度穿过两个扫描系统70、72。

参考图8a，在第三实施例中，提供了更复杂的冗余系统，其中两个RTT系统82、84并行操作。第一主传入传送器86将所有待分类项目输送到第一分类设备88，第一分类设备88可以将项目传递到另两个传送器90、92中的任一个上。这两个传送器90、92中的每个穿过扫描系统82、84中相应的一个，扫描系统82、84将扫描项目并且使得能够做出是否使该项目过关的决定。在两个传送器90、92的每个上各自提供另一分类设备94、96，分类设备94、96被设置为将行李分类到公共(common)“绿色通道”传送器98上向前运输，或者如果行李不过关，则将它分类到“红色通道”传送器100，在传送器100上其可以接受进一步的检查。在这种配置下，可以以比RTT传送器速度高的速度运行输入传送器86以及“绿色通道”传送器，通常高至其速度的两倍。例如，在这种情况下，主传入传送器86和公共“绿色通道”传送器以1m/s的速度移动，而扫描传送器82，84以一半的速度(即0.5m/s)运行。当然可以用更多并行RTT系统扩展该系统，其中，主传入传送器的速度与扫描仪传送器的速度之比等于或者基本上等于并行扫描仪的数量，不过，分类设备在主传送器速度超过约1m/s时可能变得不稳定。

参考图8b，在另一实施例中，行李分类系统包括大量RTT扫描仪81b、82b、83b，通常高至约一个系统60个，每个RTT扫描仪与相应的登记处(check-in desk)相关联。分类设备84b，85b，86b与各个RTT扫描仪相关联，并且行李在传送器上从每个RTT扫描仪传送到其关联分类设备。每个分类设备84b、85b、86b响应于来自其扫描仪的信号而将行李分类到公共过关通道传送器88b、或者公共拒绝通道传送器87b上。在拒绝通道传送器87b上提供与分类设备90b相关联的另一个后备RTT扫描仪89b，分类设备90b可以在拒绝通道传送器87b上放下行李，或者将其转送到过关通道传送器88b。

在正常操作下，主扫描仪81b，82b，83b中的每个将行李分类，并且后备或者冗余扫描仪89b简单地对被分类到拒绝通道中的项目提供进一步的检查。如果扫描仪确定行李项目代表无威胁或者充分低的威胁，则将它转送到过关通道。如果主扫描仪中之一不能工作或者出错，则设置与它相关联的分类设备来将来自该扫描仪的所有行李分类到拒绝通道。接着，后备扫描仪89b扫描所有行李并且控制其在过关和拒绝通道之间的分类。这使得当出故障的扫描仪维修或替换时，所有登记处能够继续工作。

参考图8c，在另一实施例中，经由多个分离的传送器将来自每个登记处的行李运送到中心循环或环形传送器81c上，并在其上不断地循环。各自设置多个分类设备82c、83c、84c来将行李项目从环81c转送到通向相应的RTT扫描仪85c、86c、87c的相应传送器上。分类设备82c、83c、84c由扫描仪控制，以控制将行李项目提供到每个扫描仪上的速度。传送器将所有行李项目从扫描仪运送到通向另一个分类设备89c的公共出口传送器88c。这由所有扫描仪控制，以将每个行李项目在过关通道90c和拒绝通道91c之间分类。

为了追踪每个行李项目的运动，给每个项目提供6位ID、以及在其第一次进入系统时记录的其在传送器上的位置。扫描仪因此可以识别任一时刻正在扫描哪个行李项目，并且将扫描结果与适当的项目相关联。分类设备因此也可以识别独立的行李项目并且基于它们的扫描结果将其分类。

在该系统中，设置扫描仪数量和传送器速度，使得在一台扫描仪不运转的情况下，其余扫描仪可以处理从登记处提供到环81c上的所有行李。

在对该实施例的修改中，选择将哪些项目运送到每个扫描仪的分类设备82c、83c、84c并非由扫描仪控制，而是各自被设置为从环81c中选择项目，以便将它们以预定的速度提供到相应的扫描仪。

参考图9，根据另一个实施例的网络化系统包括三个与图6类似的扫描系统108、以及四个操作者工作站148。经由相应的高带宽点对点(point-to-point)视频链路将来自三个RTT扫描系统108的视频图像输入连接到为原始图像数据提供临时存储的实时磁盘阵列109，进而连接到冗余视频交换机(switch)110。磁盘阵列109接着连接到每个工作站148。因此视频交换机110能够将从每个扫描系统108输出的原始视频图像从其临时存储器发送到任何一个工作站148，在工作站148中原始视频图像可以用于创建3维视频图像，该3维视频图像可以被离线查看。来自扫描系统的针对红色/绿色概率信号和自动分类分配信号的输出被连接到冗余的传统以太网交换机112，以太网交换机112也连接到每个工作站。以太网交换机被设置为将每个概率信号和分类分配信号作为关联视频信号交换到同一工作站148。这允许来自多个机器的图像数据与自动分配以及分配到该分配的概率一起被交换到操作者工作站148群，在工作站148中操作者可以既监测行李检查系统的性能，又确定分配了黄色威胁等级的行李的目的地。

替代地，网络化系统包括连接到服务器和工作站148的单个扫描系统108。来自扫描系统108的视频图像输出连接到实时磁盘阵列109，其为原始图像数据提供临时存储。磁盘阵列109继而连接到工作站148。将概率信号和分配信号输出与要被操作者监测的关联视频图像输出一起发送到工作站148。网络化的单个扫描系统可以是具有多个扫描系统的网络化系统的一部分。

参考图10和11，在另一个实施例中，同轴(in-line)扫描仪具有与主散射屏蔽162一样长的传送器160。在这样的独立系统配置中，待检查项目被放置于传送器160上，并且项目被装载到系统中。接着通过扫描仪机器164扫描项目并且生成图像。通常，在传统系统中，通过简单的透射X射线系统预检查项目，以在对象的选定平面的计算层析检查之前识别可能的威胁区域。对于实时多焦点系统，这样的应用容易处理。这里，不使用预检查，而是将获得完整项目的真正三维图像。

在某些实施例中，多焦点X射线源的源点轨迹将在仅180度加上扇形束角度(通常在40到90度的范围内)的角度范围的弧上延伸。有利地，选择离散源点的数量以满足尼奎斯特(Nyquist)采样定理。在某些实施例中，如在图1中，使用完全360度环的源点。在这种情况下，对于给定扫描速率，每个源点的停留时间增加，超过180+扇形束配置，并且这对于改善重建的图像的信噪比是有利的。

图1的扫描仪系统是集成扫描仪系统，其中，控制单元18、处理单元30、电源单元32和冷却单元34被容纳在具有扫描系统8和屏蔽22的单元中。参考图12，在另一个实施例中，提供了一种模块化系统，其中控制机架(rack)218、处理机架230、电源机架232和冷却机架234中的某些或全部位于包括多焦点X射线源和传感器阵列的扫描单元208的远程处。使用模块化设计有利于方便安装，尤其是在行李处理大厅环境中，其中，系统可能从天花板悬挂，或者被悬挂在限制可达的区域中。替代地，完整的系统可以被配置为在单个壳体内具有一起布置的子组件单元的集成单元。

在某些实施例中，包括图1，使用单个X射线探测器环。其构建成本低，并且与简单的扇形束图像重建算法一起提供了足够的信噪比性能，即使在高图像扫描速度时也是如此。在其它实施例中(尤其是对于大图像重建圆环直径)，优选使用多环传感器阵列，其具有沿着系统的轴与源偏离相隔布置的多个圆环或部分圆环传感器组，传感器组中的传感器彼此相邻设置。这使得可以在处理系统中使用更复杂的锥形束图像重建算法。多环传感器的使用增加了每个源点的停留时间(dwell-time)，这导致更大的集成信号大小，并继而改善了重建图像中的信噪比。

上述使用基于多焦点X射线源的计算层析系统的实施例的设计的核心是源旋转角速度与穿过扫描仪的传送器系统的速度之间的关系。在传送器是静止的极限情况下，重建图像切片的厚度完全由X射线焦点的大小和X射线探测器阵列的独立元素的面积决定。随着传送器速度从零开始增加，检查下的对象将在X射线束的旋转期间穿过成像切片，并且附加的模糊(blurring)将被引入到重建图像中切片厚度的方向上。理想地，X射线源旋转将比传送器速度快，使得最小化切片厚度方向上的模糊。

用于行李检查的基于多焦点X射线源的计算层析系统，针对检查下的项目中的威胁材料和对象的高概率探测的目的，提供了源旋转角速度与传送器线速度的良好比率。例如，在图1的实施例中，如机场系统中所常见的，传送器速度为0.5m/s。该源每秒可以实现围绕传送器的240次源旋转，因此检查下的对象在扫描期间将穿过成像切片移动2.08mm的距离。在源旋转每秒4转的传统系统中，在相同的传送器速度下，检查下的对象在扫描期间将穿过成像切片移动62.5mm的距离。

用于探测威胁材料的检查系统的主要目标是准确地探测到威胁材料的存在并且毫不怀疑地通过所有其它材料。由扫描期间传送器的运动造成的切片方向上的模糊越大，重建图像像素中的部分容积假象(artifact)越大，并且重建图像密度越不精确。重建图像密度的精度越差，系统越可能对无威胁材料提供警报而对真实的威胁材料不发生警报。因此，基于多焦点X射线源技术的实时层析(RTT)系统可以在传送器速度快时提供比传统机械旋转X射线系统大大增强的威胁探测能力。

由于在多焦点X射线源中使用延伸的弓形(arcuate)阳极，所以可以切换电子源，使得其在阳极的整个长度上跳跃，而不是顺序扫描以模拟传统计算层析系统中观察到的机械旋转。有利地，X射线焦点将被切换为最大化当前的阳极辐射位置与所有之前的辐射位置之间的距离，以便将阳极上的瞬时热负荷最小化。X射线发射点的这种瞬时扩张对于最小化由传送器运动而导致的部分容积效应是有利的，从而进一步改善了重建的像素精度。

RTT系统的高时间分辨率允许在自动的威胁检查中获得高级别准确性。利用此高级别准确性，RTT系统可以在无人值守(unattended)模式中操作，产生简单的二态输出指示，其中一个状态对应于绿色或过关分配，另一个状态对应于红色或不过关分配。绿色行李过关以向前运送。红色行李代表高级别威胁，而且应当与该乘客一起进行再确认(reconcile)，并禁止乘客旅行。

现在将描述本发明的另一个实施例，其中关于X射线散射的数据以及关于透射的X射线的数据被记录并用于分析扫描的行李项目。

参考图13，当X射线束300穿过对象302时，某些X射线直接透射穿过它，并且射出对象在与它们进入相同的方向上行进。某些X射线以散射角θ散射，散射角θ是它们进入对象的方向与离开对象的方向的差。众所周知，出现两种散射：相干(coherent)或布拉格(Bragg)散射，其集中在5度的散射角周围，通常在4度到6度的范围内；以及非相干(incoherent)或康普顿(compton)散射，其中X射线以更大的角度散射。布拉格散射随对象的原子序数线性增加，并遵从以下公式：

nλ＝2dsinθ

其中n为整数，λ为X射线的波长，并且d为对象内的原子间距离。

因此布拉格散射的量给出了关于对象的原子结构的信息。但其不随着原子序数平滑变化。

康普顿散射的量取决于对象的电子密度，并随着对象的电子密度平滑变化，因此较高散射角的散射量给出关于对象的电子密度的信息，并因此给出关于其原子序数的信息。

参考图14，根据本发明另一个实施例的安全扫描系统包括与图1相同的多焦点X射线源410，以及也与图1相同的环形探测器阵列412和传送器420。但是，在此实施例中，系统包括另一个探测器圆柱形阵列422，其也以与环形探测器阵列412相同的半径围绕传送器延伸，但在轴向上其在源410的另一侧。环形探测器阵列412被设置为探测透射穿过对象426的X射线，而圆柱形探测器阵列422被设置为探测在对象中散射的X射线。散射探测器阵列422由多个探测器环形阵列或环422a、422b构成，并且每个环中的探测器围绕传送器等距间隔，使得它们被设置在扫描仪轴向延伸的多个直行中。

散射探测器阵列422中的探测器是能量分辨探测器，从而与每个探测器的独立X射线相互作用产生指示X射线能量的探测器输出。这样的探测器可以由宽带隙III-V或II-IV半导体材料(例如砷化镓(GaAs)、碘化汞(HgI)、碲锌镉(CdZnTe)或者碲化镉(CdTe))、窄带隙半导体(例如锗(Ge))、或者复合闪烁(scintillation)探测器(例如具有光电倍增管读出的NaI(Ti))制造。

参考图15，在散射探测器422前面提供准直器(collimator)428。准直器428提供阻止X射线到达每个探测器的阻碍(barrier)，除非该X射线来自于特定的接收方向。对于阵列422中的每个探测器，接收方向穿过扫描仪的中心纵轴X-X，如图16中可以看出的。但是，接收方向并不与X-X轴垂直，而是在朝向源410方向上向探测器环422a、422b的平面倾斜大约5度，如图15中可以看出的。

参考图15将认识到，入射在阵列422的任何一个探测器上的X射线一定已经从薄成像体积内的相应小子体积散射，所述薄成像体积位于X射线束路径中并且位于探测器422的接收方向的直线中。对任何相干散射X射线，探测它的探测器的轴向位置将由与发生散射的活动X射线源点的距离来确定。在轴向上最靠近源41的探测器将探测在距离活动的X射线源点最远处散射的X射线。例如，从距离活动的X射线源点410a最近的x点散射的X射线，相对于从距离活动的X射线源点更远的z点散射的X射线而言，将由距离源410更远的探测器探测。因此，在任何时刻，当可以识别活动的X射线源点时，探测散射X射线的探测器的轴向位置可以用于确定散射沿着X射线束方向的位置。

由图15还将认识到，为了该系统工作，重要的是：X射线束应该狭窄地聚焦在扫描仪的轴向上。束在横向上的扩散，例如在横向上使用扇形束扩散，将仍然可以进行相干散射事件的该定位。

参考图16，由于准直器428指向扫描仪的轴，所以来自活动源点410a的经历相干散射X射线将仅由相对于活动源点在扫描仪轴的相反侧上的探测器行422a探测，并且取决于准直器聚焦有多狭窄，而可能由在任一侧上靠近探测器行422a的一行或多行探测。如果X射线被限制到笔直狭窄的“笔形”束，则以较大角度非相干散射的X射线将完全不会被探测到，因为它们将被准直器428切断。这样的X射线的例子由图16中的箭头“a”所示。但是，如果从活动的源点410a产生X射线的扇形束，该扇形束在垂直于扫描仪的轴的方向上扩散地穿过成像体积切片，则被引导更远离扫描仪的轴的X射线可以经历非相干散射，并且到达与活动的源点相对的探测器行422a的任一侧上的探测器。这样的X射线的例子由箭头b和c所示。将注意到，为了到达任何探测器422b，散射事件必须发生在穿过扫描仪的轴和该探测器422b的平面内。这意味着：对于给定的活动源点和特定的探测器，可以将探测到的X射线的散射事件的位置识别为在穿过扫描仪的轴和该探测器的平面内。如果要确定散射事件的准确位置，则需要其它信息。例如，如果可获得关于成像体积内的对象位置的信息(例如从层析成像数据中获得)，那么散射可以与最可能的对象相关联，更多细节如下所述。

根据布拉格散射数据，对于每个探测到的散射事件，可以使用X射线能量和散射角的组合来确定其中发生散射事件的材料的原子间距离d。实际上，可以假设散射角是常数，并且能量被用于区分不同的材料。对于康普顿散射，来自扫描体积的每个体积的散射水平给出了该体积中材料密度的指示。康普顿散射与相干散射之比也可以被确定，并且用作另一用于表征成像对象的材料的参数。

由于每个X射线源点的短停留时间，因此，针对每个源点所探测到的散射X射线的数量始终很低，通常小于5。为了形成合理的散射信号，必须收集层析扫描内的所有源点的散射数据，并接着为成像体积的每个子体积累积(accumulate)结果。对于具有500个源点、以及每次扫描在每个子体积中平均具有一个相干衍射散射结果的扫描仪，则在数据集累积之后，每个子体积将具有与其关联的500个结果，该500个结果对应于该子体积内的500个散射事件。典型的子体积占据成像平面内的几平方厘米的区域，并具有几毫米的体积厚度。

参考图17，设置为从图14至图16的扫描仪的散射探测器阵列422累积数据的数据获取系统包括与每个探测器422相关联的多通道分析器500。将每个MCA 500设置为从探测器中接收输出信号，并将探测到的每个X射线分配到多个X射线能量范围或通道中的一个，并输出指示探测到的X射线所落入的能量范围的信号。多路复用器(MUX)502被设置为接收来自每个MCA 500的输出。还提供查找表504，该查找表具有针对给定的源点和探测器识别其中X射线被散射的成像体积内的子体积的条目。系统还包括图像存储器506，其包括多个存储器区域508，每个存储器区域与扫描仪成像平面内的相应子体积相关联。

在查找表504的指引下，数据被多路复用器502自动地载入到每个存储器区域508中。在扫描之前，向查找表加载将探测器422和MCA 500的每个组合映射到相应的图像位置508的系数，每个X射线源位置一个查找表条目。假设向前方向上(即，大致在光子在任何相互作用之前从源行进的方向上)的那些像素(即探测器422)记录约为4-6度的小光束角的相干散射光子。假设不在向前方向上的那些像素422记录由康普顿散射效应导致的非相干散射光子。因此，图像存储器506实际上是“三维的”——两个维度表示图像中的位置，而第三个维度为相干散射(低8位)和非相干散射(高8位)保存散射能量谱。查找表504还将在每个投影中关于为每个MCA 500收集的数据的类型指示多路复用器502，以便填充合适的存储器空间。

一旦已经为给定扫描收集了散射数据，就利用主RTT数据获取系统(RTT DAQ)512，通过的投影定序器(sequencer)510将数据传输并同步，如上所述并参考图4。因此，重建的图像数据和散射数据被同时传递到威胁探测系统，威胁探测系统可以使用其来确定用于分析的适合参数。

对于每次扫描，来自透射探测器412的层析图像数据针对图像的每个像素产生关于X射线衰减的数据，所述像素继而对应于层析成像体积的相应子体积。这如上参考图4所述获得。如上所述，来自散射探测器422的数据提供有关每个子体积内的相干散射的量的数据、以及有关每个子体积内的非相干散射的量的数据。因此，可以在与图5类似的威胁探测处理器中分析该数据。在这种情况下，被提取的数据的参数可以涉及图像数据、或者散射数据、或者两种或更多种类型的数据的组合。从该数据中提取的参数的例子为相干散射与非相干散射的比率、如从相干散射数据确定的材料类型、如从非相干散射数据确定的材料密度、CT图像像素值与散射数据的相关性。还可以为散射数据确定对应于上述针对透射数据的参数的参数。

参考图18，在本发明另一实施例中，用于生成层析图像数据的透射探测器512被设置为测量不同能量范围上的X射线透射。这通过具有两组探测器512a、512b来实现，每组探测器形成围绕传送器的环。所述两个组沿着传送器运动方向在不同轴向位置上，在此情况下，它们在轴向上彼此相邻。第一组512a前面没有滤波器，但第二组512b在其与X射线源510之间布置了金属滤波器513。因此，第一探测器组512a在宽能量范围上探测透射的X射线，而第二组512b仅在该范围的高能量端的狭窄部分中探测X射线。

由于待扫描的项目沿传送器移动，所以它的每个薄体积或切片可以用第一探测器组512a扫描一次，并接着使用第二组512b再次扫描。在所示实施例中，用同一源510同时扫描两个相邻体积，其中每个的数据由探测器组512a、512b中相应的一个收集。在项目的体积已经移动经过两个这探测器组512a、512b并被扫描两次之后，可以使用两个不同的X射线能量范围形成两组图像数据，每个图像包括图像的每个像素的透射(因此衰减)数据。可以通过从第一探测器组512a的图像数据组中减去第二探测器组512b的图像数据组来组合这两组图像数据，产生针对低能量X射线分量的相应图像数据。

可以为图像的每个像素记录每个独立能量范围的X射线透射数据、以及两个不同范围(例如高能量和低能量)的数据之间的差。接着可以用该数据提高CT图像的精度。也可以用它作为威胁检查算法中的另一参数。

将认识到，可以用其它方法获得针对不同X射线能量范围的透射数据。在对图18和19的系统的修改中，可以对两个探测器组使用对称滤波器(balanced filter)。选择所述滤波器，使得通过它们传输的能量都具有狭窄的窗口。于是可以组合两个探测器组的图像数据，以获得狭窄能量窗口的透射数据。这使得能够获得化学特定成像。例如，可以通过使用围绕钙的K边(K-edge)能量对称的滤波器产生骨骼特定图像。显然，该化学特定数据可以被有效地用于威胁检查算法中。

在另一个实施例中，并非使用分离的滤波器，而是使用对不同能量X射线敏感的两组探测器。在这种情况下，使用迭式(stacked)探测器，包括薄的前探测器，其对低能量X射线敏感，但允许更高能量的X射线穿过它；以及厚的后探测器，其对穿过前探测器的高能量X射线敏感。仍然可以使用不同能量范围的衰减数据来提供能量特定图像数据。

在另一个实施例中，利用两个不同的X射线束能量对对象的每个切片进行两次扫描，通过使用X射线源中的不同管电压(例如160kV和100kV)来实现两个不同的X射线束能量。不同的能量产生相对于彼此偏移的X射线能量谱。由于谱在能量范围的部分上相对平坦，所以谱在该范围的很大部分上是相似的。然而，谱的部分会显著变化。因此，可以通过比较针对两个管电压的图像来识别对象中衰减在两个图像之间显著变化的部分。因此，这识别了在图像之间变化的谱狭窄部分中具有高衰减的图像区域。因此，这是为扫描体积中的每个子体积获得能量特定的衰减数据的替代方法。

参考图20，在本发明的另一实施例中，通过在具有两种不同材料的目标区域602、604的X射线管中提供阳极600，产生两个不同的X射线能量谱。在这种情况下，例如，阳极包括具有一个钨的目标区域602和一个铀的目标区域604的铜基座606。电子源610具有多个源点612，它们可以被独立地激活。在电子束616的路径的相对侧上提供一对电极612、614，其可以被控制来将电场开启或关断，以控制电子束的路径，从而电子束撞击在目标区域602、604的一个或另一个上。取决于电子束616撞击在哪个目标区域上，阳极上产生的X射线能量谱将不同。

该实施例使用与图1a类似的X射线源，其中不同的目标区域被形成为沿阳极27延伸的平行条。对于每个活动的电子源点，取决于使用哪个目标材料，可以产生两个不同的X射线谱。对于每个活动的电子源点，可以将该源设置为在两个目标区域之间切换。替代地，可以两次执行沿阳极27的扫描，一次针对一个目标材料，一次针对另一个目标材料。在任一情况下，可能还需要其它的电子束聚焦线来确保在同一时间仅目标材料的一个或另一个被电子束照射。

取决于从阳极中提取X射线束的角度，在某些情况下，可以将来自两个目标区域602、604的束设置为穿过同一成像体积，并由共同的探测器阵列探测。替代地，可以将它们设置为穿过成像体积的相邻切片，并被分离的探测器阵列探测。在这种情况下，当项目以与图18的设置类似的方式沿着传送器行进时，成像项目的部分可以被扫描两次。

参考图21，在另一个实施例中，在单个扫描仪中提供两个探测器阵列，它们在轴向上彼此相邻，其中一个为探测器阵列710，其对应于图1的探测器阵列，并被设置为形成RTT图像，另一个为探测器阵列712，其具有更高的分辨率，并被设置为产生扫描对象的高分辨率投影图像。在该实施例中，高分辨率探测器阵列712包括两个平行的线性阵列714、716，其中每个被设置为探测不同能量的X射线，从而可以产生双能量投影图像。在图22的实施例中，高分辨率阵列812包括两个迭式阵列：一个顶端的薄阵列，被设置为探测较低能量的X射线并且对较高能量的X射线是透明的；以及一个下方的较厚阵列，被设置为探测较高能量的X射线。在两种情况下，将两个探测器阵列在轴向上足够靠近地布置在一起，以能够探测来自单个线性阵列的源点的X射线。

为了提供投影图像，当仅有一个源点活动时，需要从高分辨率阵列712、812中的所有探测器捕获数据。参考图23，为了实现这一点，将高分辨率阵列中的每个探测器718、818连接到积分器750。该积分器包括与电容754并联的放大器752。在探测器718和放大器752之间提供输入开关756，跨越放大器的输入端提供复位开关758，并且跨越电容754连接另一个复位开关759，以及在积分器和模数转换器ADC之间提供多路复用开关760。

在操作中，当不要求探测器718为活动时，合上除多路复用开关760以外的所有其它开关。这确保电容754不被充电并保持该状态。接着，在要求探测器收集数据的时段开始时，合上两个复位开关758、759，使得任何由探测器718探测的X射线都造成电容754上的电荷的增加，这导致来自探测器718的信号的积分。当数据收集时段已经结束时，输入开关756被断开，从而电容保持已充电。接着，为了使积分信号从积分器读出，合上输出开关760以将积分器连接到ADC。这向ADC提供了由电容754上电荷的电平所决定的模拟信号，该模拟信号并因此指示在探测器718连接到积分器期间由探测器718探测到的X射线的数量。ADC接着将该模拟信号转换为数字信号，用于输入到数据获取系统。为了产生单个投影图像，当X射线源点之一活动时，同时使用全部高分辨率探测器收集数据。

参考图24，在另一个实施例中，将每个探测器718连接到两个并联的积分器750a、750b，其中每个都与图23中的积分器相同。将来自这两个积分器的输出经由它们的输出开关760a、760b连接到ADC。这使得能够将每个积分器设置为将来自探测器718的、在X射线源扫描的不同点上的信号进行积分，并因此收集分离图像的数据，这两个图像来自于不同X射线源点的不同角度。例如，这可以被用于产生可以被用于建立高分辨率的3维图像的来自正交方向上的投影图像，根据该三维图像，可以三维地确定成像的包裹中的特征的位置。

当与RTT图像结合时，高分辨率图像可以是有用的，因为其可以帮助识别需要更高分辨率的项目，例如精细线。

在本发明另一个实施例中，公开了能够以完全的传送器速度检查行李和货物项目的高速层析扫描仪。这通过将在已知安全检查系统中使用的机械扫描台架替换为电子扫描X射线源以及关联的探测方法来实现。在自动检测算法定位可疑的材料或装置的情况下，这种系统的性能特性在具有后续人眼图像可视化的单扫描通道中提供对炸药和爆炸装置的自动检查。

本发明由与高扫描吞吐量组合的高图像质量来表征。本发明范围内的扫描仪可以在所有三维中获得2mm或更小的量级的空间分辨率，其中三维图像中的重建像素大小在所有三维中为1.5mm或更小。扫描仪可以被配置为当与传送器同时操作时获得这样的图像分辨率特性，其中，扫描速度为0.25m/s及以上，重建图像的信噪比大于50且通常大于100时。该图像质量提供足够的信息来确定性地确定潜在的爆炸性材料的体积和形状，其中材料的线性衰减系数的测量精度通常为1％。

虽然这样的系统有高图像质量、高扫描吞吐量和交互式三维图像显示的能力，但仍然存在爆炸性材料或爆炸装置被怀疑的情形，并且将得益于附加的检查。特别地，已经用本发明的高速电子扫描X射线源扫描仪检查的行李或货物项目中的可疑爆炸性材料或装置，还可以由二次方法进一步检查，以确认爆炸性材料的存在或不存在。

为了提高高速X射线系统的检查能力，二次传感器必须探测材料本身的一个或多个化学特性，并且必须接着将由该探测生成的特定信号向后与通过X射线检查处理已经探测到的爆炸性材料的形状、体积和预期类型相关。

此外，为了最大化二次传感器的性能，必须使用详细的X射线图像来使二次确认(confirmatory)传感器以检查下的行李或货物项目的特定区域为目标。

如图25中所示，一般要求行李处理系统2500将检查下的对象从高吞吐量X射线系统重新布置到二次扫描区域中。行李和货物项目(例如机场环境中被检查的行李)由左侧2501进入系统2500。使用高速X射线扫描仪2503检查行李和货物项目，高速X射线扫描仪2503包括电子开关的X射线源以及关联的X射线探测、图像重建和威胁探测子系统，如以上所公开的。

行李跟随传送器系统2511到分类设备2505，分类设备2505被配置为循环(loop)，行李和货物项目保持在该循环上，直至它们已安全过关以向前行进，在此点，分类系统2505可能将行李或货物项目弹出到多个目的地2507之一。在机场中，每个目的地优选地对应于特定离港航班的方向。

在X射线扫描、自动检查和人眼可视化之后被标记为威胁的行李和货物项目被传送器系统和分类设备2511、2505路由到二次确认传感器2509。在该设计中有利的是，允许确认传感器2509用相当长的一段时间来分析行李或货物项目，而不阻碍行李和货物项目流流通到它们的目的地。

在某些情况下，仅允许过关的包裹进入主分类系统是有利的。参考图26，为确认传感器2609提供二次循环2617。此处，从左侧2601进入的已经通过X射线系统2603过关的行李和货物项目直行穿过转向点2615并且前进到主分类循环2605以及它们的最终目的地2607。已经被X射线系统2603标记为潜在地具有一个或多个威胁项目的行李随后被操作者查看，同时行李和货物项目继续朝向传送器系统2611上的转向点2615。如果操作者直到此点2615还没有使行李或货物项目过关，则项目自动地转向到侧循环(side loop)2617中，侧循环2617包含确认传感器2609。仍然需要附加人工检查的行李或货物项目可以被转送到检查区域2613，而过关的行李可以被向前发送到主分类循环2605。

在上述两个实施例中，传送器系统有利地由多个短的传送器段(通常为1.5m到2m长)形成，从而多个项目可以排队进行扫描。优选地，使得可以获得5到20个行李和货物项目的排队狭缝。一次一个项目地将行李和货物项目传送到确认传感器中。如果当行李或货物项目在排队时操作人员完成了他们对该行李或货物项目的检查，并且将项目标记为过关，则可以将该行李或货物项目直接传送穿过确认扫描仪，而没有额外的延迟和返回到主分类循环2505、2605中。仍然被保持归类为威胁项目的那些项目接着接受确认传感器2509、2609的检查。

如果确认传感器2509、2609使一个项目过关，则其返回到主分类循环2505、2605，并且继续它到最终目的地的行程。在确认传感器2509、2609确认了威胁行李或货物项目的事件中，该项目穿过转向点2619而传到再确认室2613中，在再确认室中，可以将该行李或货物项目与乘客或项目所有者一起进行再确认，并随后由适当的职权人员进行人工搜查。

X射线系统以高置信度探测爆炸装置和材料，但一般引起所有已检查的行李和货物项目的通常10％至30％之间的错误警报率。这些拒绝项目由一个或多个操作者查看，所述操作者通常能够解决由X射线系统中的自动爆炸物检测算法识别出的所有威胁的90％到99％。因此，其余项目是需要被确认传感器扫描的项目。

因此，在一个实施例中，对于入口处每小时有1800个项目的行李或货物线，每小时有多达600个项目可以被X射线系统的自动爆炸物检测算法识别为潜在的威胁项目，并被指定给视觉检查。在这些之中，每小时有多达60个项目可以被检查者标记为潜在威胁。在另一个实施例中，每小时有少至180个项目可以被X射线系统自动爆炸物检测算法识别为潜在威胁项目，并被指定给视觉检查。在这些之中，每小时有至多2个项目可以被检查者用视觉检查标记为潜在威胁。

因此，二次确认传感器应被设计为仅用很少的几分钟结束它的分析并确认该行李或货物项目中识别的材料的性质。对任何行李或货物项目，这将允许未受阻挡的行李和货物项目流在不超过几分钟的延迟的情况下通过系统，其目的是高完整性(integrity)的安全检查。因此，本发明采用二次确认系统的高吞吐量实施例。

确认传感器的第一实施例：核四极矩共振(NQR)

在一个实施例中，确认传感器包括执行核四极矩共振(nuclear quadrupoleresonance，NQR)测量的系统。此处，已知某些原子核(特别是氮和氯)具有显著的磁四极矩(magnetic quadruple moment)。通常，材料样品中的独立自旋核的磁四极矩以随机取向排列。在施加强外加磁场下，检查下的材料中的核的独立磁四极矩与外加的磁场排成一行，从而形成在外加场的相反方向上起作用的弱磁场。外加场可能在10到100毫特斯拉的范围中，而整齐排列的核产生的场可能仅在飞特斯拉的范围内。一旦外加磁场关闭，磁偶极子就开始离开整齐排列，而且组合磁场的幅度开始减小。

磁场强度首先取决于核的种类和检查下的材料中该核的含量。核导致的场在外加磁场的影响下建立的速率、以及其在外加磁场消除后如何再次消失取决于检查下的材料内的核的局部化学环境和晶格结构。

由于感兴趣的样品中的核在外加磁场的作用下的整齐排列产生的磁场大小较小，所以由产生的场导致的信号的测量一般噪音较大。因此，为了在测量中建立信噪比，重复测量多次以及将跟随每个外加场激励的信号处理为一个集合(collective)信号是有利的。

参考图27，示出了NQR确认传感器2700的激励线圈和关联电路。此处，将线圈2702显示为延伸到适当距离的单圈，使得待检查的项目可以被包含于线圈的三维包络内，该外围包络被定义为内部区域2703。优选地，由低阻材料制造线圈2702，以简化调谐线圈的谐振电路并减小线圈2702中电功率消耗，电功率消耗可以导致不希望的发热。适合的线圈材料为铜。

使用信号发生器2708(优选地为数字可编程信号发生器)来经由具有合适带宽(通常高达10MHz)的功率放大器2710驱动线圈2702。优选地，功率放大器2710通过快速工作的功率开关2705来驱动线圈2702。该功率开关2705在高电流的外加磁场与灵敏放大器2704之间提供隔离(isolation)，灵敏放大器2704用于探测检查下的材料所导致的磁信号。

通过反应耦合组件2705将高增益、高灵敏度的放大器2704连接到用于激励材料的线圈2705。该放大器2704通常被设计为从其模拟输出信号中抑制共模信号以及不在感兴趣的频率范围内的环境信号。随后的信号处理器单元2706将来自高增益放大器2704的模拟信号数字化，并对应用合适的数字滤波，例如对探测到的信号的包络拟合指数衰减函数。系统确定感生磁四极矩信号的弛豫时间。该弛豫时间取决于核本身以及核所处的化学环境和晶格结构。

通常以预定的脉冲序列使外加磁场脉冲化，以最大化感生信号，并且在脉冲之间提供时间用于记录感生信号以及适当处理信号。图28a和28b分别示出了施加的信号和输出的示例性脉冲序列。参考图28a，施加的信号通常保持400微秒的量级。这为信号建立到接近其饱和电平提供了时间。在施加的激励去除之后，跟随一个短的死时间(dead time)，用于线圈中的残留涡电流在信号获取之前消失，如图28b所示。输出信号通常定时在500到1000微秒的时段上。因此脉冲序列的周期通常在200Hz到2kHz的范围内。为了提供高水平的爆炸物探测，通常采用1秒至5秒的总测量时间。

为可能感兴趣的每种爆炸材料特别地设计脉冲序列和关联的数字滤波。因此，如果要搜索一组四或五个组合物(compound)，则总测量时间可能延长到30秒。

由于在该组合系统中，X射线数据将已经提供了可能存在的爆炸性材料的类型的先验估计，所以核四极矩测量首先把预测的爆炸性材料作为目标，并且如果未找到匹配，则可以检查相关组合物。这有助于最小化检查时间，这是有利的。

为了提供对环境电磁噪声源的良好抗干扰性，有利地，通过传导通道将待检查的行李或货物项目传送到检查区域，该传导通道的尺寸大大小于线圈大小。

确认传感器的第二实施例：X射线衍射

在另一个实施例中，确认传感器包括X射线衍射系统。在10keV到200keV范围内的X射线具备与已知材料中的晶格间距相称的关联波长。10keV的X射线的波长为1.24×10^-10m(1.24埃)，而200keV的X射线的波长为6×10^-12m(0.06埃)。在波的波长和波传播通过的散射对象的间距与波长相近的情形下，则波的衍射将根据布拉格衍射条件发生：

nλ＝2dsinθ

其中n＝衍射图案的级数，λ＝波的波长，d＝晶格间距，并且θ＝衍射角。

在X射线的情况下，可以用布拉格衍射确定晶格间距并因此确认材料类型。在实际X射线系统中，X射线源不是仅产生一个能量，而且产生多个能量，通常在从10keV直到施加在管上的最大加速电压(通常到200keV)的能量范围内。这些能量在整个能量范围上散布，某些能量比其它能量的可能性更大。

图29提供来自标准X射线管的示例X射线谱。此处，最大X射线能量2905由施加在X射线管上的加速电压来限定。如果用160kV的加速电压操作X射线管，那么可能的最大X射线能量为160keV。当然，最有可能的X射线能量远远低于此能量。最小X射线能量2910理论上接近于零，但实际上最小X射线能量被真空支撑窗口的材料类型和厚度限定，X射线束通过所述真空支持窗口从所述X射线靶传播到检查下的对象。

如果检查下的材料仅包括单一晶格参数，则可以看到：对于X射线谱的所有分量，将生成不同的衍射谱。与使用单能量X射线源的情况相比，净效果为宽衍射峰。类似地，实际材料一般为多晶或者甚至为非晶，在该情况下，将发生衍射谱的进一步展宽。然而，衍射谱强度和能量的经验测量可以为均匀相似的材料提供非常好的材料特性化。图30a和30b中分别提供了非晶材料(如水)和多晶材料(例如爆炸物)的指示性X射线衍射谱，用于参考。

图31中提供了在高速电子扫描X射线层析成像系统中作为确认传感器使用的X射线衍射系统的示例性实施例。此处，由X射线管3105发射的X射线束经由准直器3110准直为矩形或圆形截面的束，通常在1mm到50mm直径的范围内。射线束越小，测量可能越精确，但扫描会花费更长时间才完成。一组探测器3130位于源3105对面，但在待检查对象3120的相对侧。每个探测器3130位于二次准直器3125后面，二次准直器3125被设计为屏蔽来自检查下的对象3120的除与一次束体积相交的经准直射线束的较小体积之外的所有部分的散射辐射。该相交区域构成该特定探测器的检查体积3115。每个探测器3130具有特定的二次准直器3125的设计，使得其沿着一次束体积的长度检测(interrogate)特定检查体积3115。优选地，将每个准直的探测器元件3130配置为对一次束体积的不同部分进行采样。以这种方式，可以在检查下的对象3120和一次X射线束之间的所有相交体积中实现并行数据获取。

以线性构造设置二次准直器3125和X射线探测器3130，使得它们各自相对于一次束的轴基本上对向(subtend)相同的散射角。适当的散射角在3度到10度的范围内，最佳角度通常为6度。

如图32所示，由一次束3210和二次准直束3230的交点描述的检查区域3220的长度通常在10mm到100mm的范围中，而且作为检查效率、扫描时间和系统成本的折衷，可以将检查区域的长度有利地设置为50mm。

有利地，X射线探测器提供适当的能量分辨率，使得可以将每个探测到的X射线分配到测量到的X射线谱在每个探测点的特定区域。合适的探测器是无机闪烁晶体，例如CsI的NaI(Tl)，其连接到具有脉冲整形能力的合适读出电路。图33中示出了示例性读出电路，其中光电倍增管3301将光电倍增管中的光学信号转换为电信号。选择电容Cf 3302，以给出适当的增益，而选择电阻Rf 3303，以给出适当的脉冲持续时间，通常在50微秒到1000微秒的范围中。接着将来自第一级放大器3304的输出传送通过脉冲整形网络3305，脉冲整形网络3305包括时间常数通常在0.1微秒到2微秒范围中的CR-RC滤波器，精确值被选择为在保持良好噪声性能的同时给出可接受的计数率性能。来自图33所示的电路的输出被传送到模数转换器(未示出)以及建立脉冲高度谱的直方图数字存储器。典型的闪烁晶体的大小在10mm到50mm直径的范围中，并且厚度高至10mm。

可以从半导体探测器中选择具有改善的能量分辨率的替代探测器，特别是超纯锗，其优选在液氮(77K)温度下操作；或者CdZnWO4，其通常在室温下操作。半导体探测器往往使用起来更昂贵并且在操作中呈现出某些额外的复杂性，例如需要使用液氮。

一旦来自检查体积中特定点的光谱已被累积，则可以将该信息与经验得到的参考谱数据库进行对比，例如通过使用归一化的测量谱对一组参考谱的最小平方拟合。一旦确定拟合处于某个阈值内，则可以理解两个谱线形状之间的差别极小，并因此可以断定非常可能存在爆炸性材料。

在本发明的实际实施例中，高速X射线系统提供有关预测的威胁材料的位置和形状的大量信息。X射线衍射系统基本上沿着穿过对象的特定线进行分析。因此认识到：三维X射线图像数据可以用于以穿过待检查对象的X射线衍射系统束的最适当轨迹为目标。

在一个实施例中，来自X射线层析系统的图像数据用于重建准确限定待检查对象的外表形状的三维表面集。一旦待检查对象到达X射线衍射确认传感器，包裹取向将与收集X射线图像数据时的不同。因此，向X射线衍射系统提供一系列摄像机3401，如图34所示，其可以一起被用于为待检查对象重建三维外表面。

使用由X射线层析计算的对象外表和由摄像机计算的对象外表的三维图像，可以计算出描述两个探测系统之间的对象相对取向的三维矩阵。给定三维X射线层析图像的高空间分辨率，可以计算X射线衍射束穿过待检查对象的最优路径。由于描述两个检查系统中包裹的相对取向的矩阵是已知的，所以在可操纵的衍射探头的情况下，可以将衍射束设置为沿着最优路径穿过对象。

例如，已知衍射传感器可以发现很难探测在一个维度上比在其它维度上小的构造中的爆炸性材料。在本发明中，基于来自三维X射线层析图像中的先验信息，可以瞄准X射线束，以最优地检测对象。

参考图34，提供刚性但可移动的构架(boom)3402以允许X射线传感器和X射线管在二维上运动。如图34所示，将衍射探测包3403设置为基本上平行于传送器3404的运动方向。在一个实施例中，探测包为200mm到1200mm长，并仍然符合紧凑的设备覆盖区。这对于在空间受限的环境(如机场行李大厅)中使用设备是很重要的。X射线源3405及其关联的准直器(未示出)固定到同一个刚性但可移动的构架上，使得探测器包3403、X射线源3405及其准直器之间的关系保持独立于构架的位置而固定。

参考图35，将构架固定到控制系统，控制系统允许衍射束从基本垂直的方向旋转到基本水平的方向。而且，控制系统允许构架在垂直方向上上移和下移。这个控制系统包括用于调整高度的升降器3501，以及在X射线源3503和探测器包3504之间提供期望的运动的旋转轴承组件3502。本领域普通技术人员将认识到：在图中提供的布局仅为一个例子，而且可以采用其它构架和控制系统构造来实现同样的结果。

在此束操控构造中，通过使用由对象轮廓的视频分析确定的矩阵、利用已经从参考的X射线衍射系统框架变换的一组射线束检测三维X射线层析图像，来计算优化的束路径。一旦优化的束轨迹已被计算出来，X射线衍射探头(probe)被调整到适当的位置，并且用传送器移动对象，直至实现最优化扫描线。此时，开启X射线束，并且数据收集时段开始。在合适的时间之后，通常在1到5分钟之间，将X射线衍射信号与已知的参考谱对比。如果观察到过关匹配，则终止扫描。如果没有，则将射线束再次开启，而且围绕检查下的对象中的预测检查点移动机械组件，通常在垂直方向上小于100mm，并在旋转平面中至多10度。在这个可能占用几分钟的过程中，始终评估数据。在检查期间结束时，如果没有观察到与已知威胁匹配的衍射数据，则终止扫描并且检查下的行李或货物过关以向前运输。

在本发明另一个实施例中，检查下的对象周围的通道形成核四极矩测量系统的线圈组件，而且X射线衍射探头分析穿过线圈组件的对象。核四极矩共振和X射线衍射这两组数据可以被同时获取或者在时间许可的情况下顺序地获取。

确认传感器的第三实施例：X射线反向散射(backscatter)成像

在另一个实施例中，确认传感器包括X射线反向散射成像系统。

当X射线经历康普顿相互作用时，产生X射线反向散射。此处，散射的X射线剩下比碰撞之前更小的能量，能量之差被传递给检查下的材料中的电子。X射线散射很有可能被散射回其到来的方向上，而且这个反向散射的X射线可以被与X射线源相邻布置的一个或更多个X射线传感器探测。散射的X射线的方向独立于输入射线束的方向，而且因此在来自特定对象的反向散射信号与反向散射信号的探测信号之间仅有弱空间相关性。

因此，优选地将准直器合并到系统中，位于X射线源和检查下的对象之间，其可以产生X射线的一维扫描笔形束。当该束扫描时，探测器信号与当前束位置相关，因此形成检查下的对象的一维图像。如果接着经过X射线束的平面扫描对象，并且来自X射线探测器的数据也与传送器的扫描速度相关，那么将产生检查下的对象的二维X射线反向散射图像。有效的笔形束宽度在1mm到10mm范围内，而且为了在空间分辨率和信噪比之间提供良好的平衡，优选地将笔形束宽度设置为2mm。传送器速度为0.5m/s时，优化的系统将使用具有四个准直孔的斩波轮，以每秒60转的旋转速度进行操作。

X射线优先被高原子序数的材料散射，但也优先被高原子序数的材料吸收。因此，反向散射信号由来自低原子序数的材料的信号主导，而且可以被用于观察靠近最接近X射线源的对象表面的低原子序数材料。

在本发明一个实施例中，参考图36，扫描轮准直器3605通过准直来自X射线源3615的X射线发射，提供X射线笔形束，其扫描穿过待检查的行李或货物项目3645的顶表面3655。在货物中反向散射的X射线3635在相邻的X射线探测器块3625中被探测。这些探测器块3625可以位于扫描区域的末尾，或者优选地，它们可以平行且相邻于扫描线，在围绕图36所示的取向旋转90度的取向上。当扫描行李或货物项目3645时，形成可以与位于三维X射线图像中的特性相关的图像。

优选地，为了两组图像数据可以相关，使反向散射系统中的行李或货物项目的取向与其穿过X射线层析扫描仪时的取向一致。虽然这样的探头将不自动确认爆炸性材料的存在，但可以将其用于针对由X射线层析单元生成的图像，提供相对原子序数的确认。

确认传感器的第四实施例：追踪探测

在另一个实施例中，确认传感器包括追踪化学探测器。

某些爆炸性材料通过在室温下从材料中发出的蒸气而发射化学标记(signature)。此蒸气通常在待检查的行李或货物项目周围的空气中以百万分之几到十亿分之几的比例出现。标记分子的实际浓度取决于材料本身的蒸气压以及在待检查的行李或货物项目和周围空气之间的气体交换率。例如，收缩包装的行李项目将减少行李内的爆炸性材料和周围空气之间的气体交换。

在一个实施例中，用传送器系统将待检查项目传入腔中。图37示出了具有传送器3705穿过的示例腔3701。参考图37，腔3701用适合的机构密封，例如门3702、3703，其打开和关闭以分别密封腔的入口端和出口端；或者下拉以关闭腔的卷帘。连接到腔的是小真空泵3704。泵3704操作使得一旦门关闭，腔3701可以降低到低真空(通常在50到100mBar范围内)。在这一刻，截获的空气和行李或货物项目中的其它气体被抽出到主腔体积中。接着，一个或多个追踪探测系统分析腔3701中的残留气体，以检查爆炸性化学物质的存在。

在空气的初步净化后，将腔封闭，以确保来自于检查下的物品的蒸气保留在腔内，而不是外泄到大气中。在适合的时间之后，通常为10秒到5分钟，来自追踪探测设备的信号分析将完成，并且可以与三维层析图像系统中预测的爆炸性材料的存在相关。

如果存在强相关性，则行李或货物项目可以被标记为拒绝，并根据要求将其传到再确认区域。如果识别出X射线系统未预测的爆炸性材料，则该项目可以再次被标记为拒绝。如果追踪探测系统没有识别出爆炸性材料，则可以做出人工搜查行李或者将项目标记为过关并继续向前运送的决定。

在本发明的另一方面中，此处描述的追踪探测设备的使用可以与X射线衍射传感器系统和/或核四极矩共振系统相结合。在一个实施例中，可以同时和在同一设备中使用多至三个独立方法，用于探测爆炸性材料和装置。而且可以接着使用算法确定可以以何种确定性释放可疑的行李或货物项目继续向前运送。例如，每个独立传感器可以在第一轮检查中将可疑的非法对象分类为“不存在”、“可能存在”和“肯定存在”。如果获得一个或多个“肯定存在”的测量，则该项目应被限制继续向前运送。如果所有传感器响应均为“不存在”，则该项目可以过关以继续向前运输。如果两个或更多个传感器的响应为“可能存在”，则该项目应被限制继续向前运送，等等。这样的表决系统在决定释放可疑行李或货物项目继续向前运输上提供了高度确定性。

对于本领域的普通技术人员应该很清楚：在威胁材料之外，使用相同的传感器但具有扩展的数据库的这种多层化方法也可以以完全相同的方式用于探测违禁品，例如毒品、烟草制品和货币。

以上例子仅是对本发明的系统的许多应用的说明。虽然在此处仅描述了本发明的少量实施例，但应理解，本发明可能在许多其它具体形式中实施，而不脱离本发明的精神或范围。因此，当前例子和实施例被认为是说明性的而非限制性的，并且可以在所附权利要求的范围内修改本发明。

Claims (20)

1.一种识别容器内的对象的系统，包括：

a、第一检查系统，包括：

i.固定的X射线源，设置为从围绕扫描区域的多个X射线源位置生成X射线；

ii第一探测器组，设置为探测透射穿过所述扫描区域的X射线；

iii.第二探测器组，设置为探测所述扫描区域内散射的X射线；

iv.至少一个处理器，配置为处理来自所述第一探测器组的数据输出并生成至少一个层析图像，以及处理来自所述第二探测器组的数据输出以生成散射图像数据；以及

b、第二检查系统，包括基于NQR的检查系统、基于X射线衍射的检查系统、基于X射线反向散射的检查系统、或者基于追踪探测的检查系统中的至少一个。

2.如权利要求1所述的系统，其中所述至少一个处理器输出指示所述容器内的可疑对象的数据。

3.如权利要求1所述的系统，其中仅在所述第一检查系统在所述容器内识别出可疑对象的情况下，所述至少一个处理器输出指示所述容器应该受制于所述第二检查系统的信号。

4.如权利要求1所述的系统，其中仅在所述第一检查系统在所述容器内未识别出可疑对象的情况下，所述至少一个处理器输出指示所述容器不应该受制于所述第二检查系统的信号。

5.如权利要求1所述的系统，其中所述第二检查系统输出指示所述容器中是否存在可疑对象的信号，并且其中所述第二检查系统的输出、所述层析图像数据和所述散射图像数据被用于确定所述可疑对象是否非法。

6.如权利要求1所述的系统，其中所述第一检查系统与所述第二检查系统并行操作。

7.如权利要求1所述的系统，其中所述第一检查系统与所述第二检查系统串行操作。

8.如权利要求1所述的系统，其中所述第一检查系统分析所述层析图像数据或散射图像数据中的至少一个，以确定容器内的对象的材料类型。

9.如权利要求8所述的系统，其中所述第二检查系统基于由所述第一检查系统确定的材料类型，进行核四极矩测量。

10.如权利要求1所述的系统，其中所述第二检查系统基于由所述第一检查系统生成的层析图像，进行基于X射线衍射的检查。

11.如权利要求1所述的系统，其中所述固定的X射线源是电子扫描的X射线源。

12.一种识别容器内的对象的系统，包括：

a、第一检查系统，包括：

i.固定的X射线源，设置为从围绕扫描区域的多个X射线源位置生成X射线；

ii第一探测器组，设置为探测透射穿过所述扫描区域的X射线；

iii.至少一个处理器，配置为处理来自所述第一探测器组的数据输出，并生成至少一个层析图像；以及

b、传送系统，以将所述容器从所述第一检查系统移动到第二检查系统，其中所述第二检查系统包括基于NQR的检查系统、基于X射线衍射的检查系统、基于X射线后向散射的检查系统、或者基于追踪探测的检查系统中的至少一个。

13.如权利要求12所述的系统，其中所述至少一个处理器输出指示所述容器内的可疑对象的数据。

14.如权利要求12所述的系统，其中仅在所述第一检查系统在所述容器内识别出可疑对象的情况下，所述至少一个处理器输出指示所述容器应该受制于所述第二检查系统的信号。

15.如权利要求12所述的系统，其中所述第二检查系统输出指示所述容器中是否存在可疑对象的信号，并且其中所述第二检查系统的输出和所述层析图像数据被用于确定所述可疑对象是否是威胁。

16.如权利要求12所述的系统，其中所述第一检查系统与所述第二检查系统并行操作。

17.如权利要求12所述的系统，其中所述第一检查系统与所述第二检查系统串行操作。

18.如权利要求12所述的系统，其中所述第一检查系统分析所述层析图像数据，以确定容器内的对象的材料类型。

19.如权利要求18所述的系统，其中所述第二检查系统基于所述第一检查系统确定的材料类型，进行核四极矩测量。

20.如权利要求12所述的系统，其中所述第二检查系统基于所述第一检查系统生成的层析图像，进行基于X射线衍射的检查。

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