CN102713584A - 针对航空安全威胁来检查人鞋的基于x射线的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了用于针对非法物质扫描鞋的系统。系统包括用于将X射线束投射到鞋上的X射线源、用于检测透射过鞋的X射线的检测器阵列和用于检测鞋中金属的至少一个金属检测器线圈。该系统通过处理检测到的X射线从至少一个金属检测器线圈获得的数据而产生鞋的射线照相影像。其他实施例涉及其他筛查技术，包括毫米波筛查技术。

Description

针对航空安全威胁来检查人鞋的基于X射线的系统和方法
相关申请的交叉引用
本发明要求美国临时专利申请61/262,176的优先权，其标题为“X-RayBased System and Methods for Inspecting a Person′s Shoes for Aviation SecurityThreats”，并于2009年11月18日递交，该申请通过引用以其全部内容合并与此。此外，本发明要求美国临时申请61/313,772的优先权，标题为“Walk-Through People Screening System”并于2010年3月14日递交，该申请通过引用以其全部内容合并与此。
技术领域
本发明通常涉及用于检测隐藏物体的辐射能量成像系统，且更具体地涉及用于检查人的鞋是否存在安全威胁的X射线检查系统
背景技术
在固定建筑物、其他地点的进出口处，除了行李和货物以外，对人的检查也是必须的。除了货物车辆，例如爆炸物、武器、毒品、危险化学物质和核放射性材料这样的违禁品也会隐藏在人身体上，用于非法运输。
因有报告称个别人企图通过引爆隐藏在他的鞋中的爆炸物而毁坏飞行中的商业飞机，因此需要乘客脱掉其鞋以被X射线系统单独检查。鞋脱去过程会在检查点处造成非常大的不便且耗时。全身或鞋金属检测器可检测金属武器，但是由于普遍使用金属鞋弓垫（shoe shanks）而造成大的误报率。
存在用于检测人身上隐藏物体的现有技术系统，但是不适于有效地筛查乘客的鞋。例如，美国专利5,181,234(以下称为“′234专利”，其转让给本发明的受让人，且该申请通过引用以其全部内容合并与此）描述了“笔形射束的X射线扫描被检查的人身体的表面。从主体的身体发散或反射的X射线被检测器检测。通过这种发散的X射线检测器产生的信号随后用于调整影像显示装置，以生产主体的影像和通过主体携带的任何隐藏物体的影像。检测器组件构造为自动地且均匀增强低原子序数(低Z)隐藏物体的影像边缘，以有助于其检测。提供存储器件，通过该存储器件，以前获得的影像可与现在的影像对比，用于分析与现在影像的相似性方面的变化，并提供用于形成被检查身体的一般表示同时消除主体解剖特征的手段，以使得对主体隐私的侵犯最小化。”
此外，美国专利6,094,472(以下称为“′472”专利，也转让给本发明的受让人且通过引用合并与此）描述了用于使用X射线反向散射成像系统来搜索主体的隐藏物体的方法，其包括的步骤是：让主体在通道中运动，通道具有入口和出口；在主体进入通道时启动至少一个X射线源的运行；在通道中的多个扫描位置处产生具有低剂量的且朝向扫描区域的X射线的笔形射束；在扫描区域上扫描X射线的笔形射束；对所述多个扫描位置跟踪所述X射线的笔形射束，其中跟踪基本上与主体通过通道的前进过程协调；使用多个检测器，在多个扫描位置的每一个扫描位置检测由于与主体的相互作用而从所述笔形射束向回散射的X射线；和显示代表检测到的向回散射的X射线的数字影像。
其他的文献（包括专利7,826,589、7,796,733、7,110,493和6,665,373，它们通过引用合并于此）和技术包括毫米波技术，类似地没有教导筛查个人的鞋的改进方法。因此，需要迅速且低误报率的检查系统用于扫描人的鞋，而不需要人脱去其鞋。
还需要整合的全身、金属和鞋扫描系统，其可将鞋金属弓垫与真正有我写的物品区别开。
附图说明
在结合附随附图考虑时通过参照以下详细描述可以更好地理解本发明的这些和其他特征和优点，其中：
图1A是透射X射线源和检测器阵列的视图，其用在本发明的鞋检查系统的一个实施例中；
图1B是从不同大小的鞋弓垫选择的样本信号的图；
图1C是用不同材料制造的物体的图示显示信号，进一步显示了不同信号相位；
图1D是是透射X射线源和检测器阵列的视图，其用在本发明的鞋检查系统的一个实施例中，进一步显示了准直仪旋转；
图1E是透射X射线源和检测器阵列的视图，其用在本发明的鞋检查系统的一个实施例中；
图1F是透射X射线源和检测器阵列的视图，其用在本发明的鞋检查系统的一个实施例中，其中采用X射线的圆锥形射线束和大区域检测器；
图1G是透射X射线源和检测器阵列的视图，其用在本发明的鞋检查系统的一个实施例中，其中采用X射线斩光轮源和大区域检测器；
图1H是本发明的鞋检查系统的示例性构造的俯视平面图；
图2A是用于检查鞋的根据本发明一个实施例的反向散射X射线检查系统的例子，其中采用两个反向散射检查模块；
图2B是用于检查鞋的根据本发明一个实施例的反向散射X射线检查系统的例子，其中采用两个反向散射检查模块；
图3是根据本发明实施例的用于检查鞋的整合透射和反向散射X射线检查系统；
图4A是与的本发明的鞋检查系统整合的全身扫描机的另一实施例的视图；
图4B是与图4A所示的本发明鞋检查系统整合的全身扫描机的俯视平面图；
图4C是根据另一实施例的与单侧全身扫描机整合的单侧鞋扫描机的俯视平面图；
图5A是根据另一实施例的与本发明的鞋检查系统整合的全身扫描机的视图；
图5B是本发明的鞋检查系统的一个实施例的检测器的视图，进一步配备有可选金属检测设备；
图5C是的本发明的鞋检查系统的另一实施例的视图；
图6A是检测器阵列的视图，该检测器阵列包括单侧准直仪，用于实现射线照相影像中散射的减少；
图6B是检测器阵列的视图，该检测器阵列包括双侧准直仪，用于实现射线照相影像中散射的减少；
图7是较小的可动检测器的视图，其用于实现散射减少；
图8是显示全身扫描机数据获得系统的图示，其被修改以适应鞋扫描系统数据获得模块；和
图9是本发明的另一实施例的视图。
具体实施方式
本发明涉及基于X射线的筛查系统，以筛查人的鞋，找出危险物品。本发明在一个实施例中采用光栅束前向成像(Rastered Beam Forward Imaging：RBFI)和金属检测，用于筛查人的鞋且能检测隐藏在鞋中的爆炸物和危险品(金属的和非金属的)。
在一个实施例中，本发明涉及基于X射线的筛查系统，以筛查人鞋是否有违禁品、爆炸物或其他非法物质，且该系统与全身扫描机整合。在一个实施例中，本发明涉及与全身扫描机整合的鞋扫描系统，其中鞋扫描机部分有利地使用通过全身扫描机产生的X射线束与置于脚下方的其自身的检测器相结合来捕获向前的射线束（forward beam）。
在一个实施例中，本发明涉及与全身扫描机整合的鞋扫描系统，其中鞋扫描机部分具有其自身的专用X射线源和检测器布置结构。
在一个实施例中，本发明涉及单独的鞋扫描机。在一个实施例中，本发明涉及单独的鞋扫描机，其使用基于透射的X射线光谱技术（transmissionbased X-ray spectroscopy）。在一个实施例中，本发明涉及单独的鞋扫描机，其使用反向散射检测技术（backsactter detection techniques）。
在一个实施例中本发明涉及单独的鞋扫描机，其采用透射和反向散射检测技术的组合。
在一个实施例中，本发明涉及鞋扫描机，其与毫米波身体扫描机整合。美国专利7,385,549、7,170,442、7,248,204、7,194,236和6,937,182通过引用合并于此。
在一个实施例中，本发明涉及与全身扫描机整合的鞋扫描系统，其采用单个用户界面，由此其不需要额外的操作者。
在另一实施例中，本发明涉及基于透射的X射线鞋扫描机，其与全身扫描机整合，其中X射线束是从全身扫描系统产生的光栅前向射线束。
在又一实施例中，本发明涉及基于与全身扫描机整合的基于反向散射检测的鞋扫描机。
在再一实施例中，本发明涉及与全身扫描机整合的、基于透射X射线的鞋扫描机和基于反向散射检测的鞋扫描机两者，其中透射X射线束是从全身扫描系统产生的光栅前向束。
可选地如上所述的所有实施例也可在本发明的鞋扫描机中采用金属检测。在一个实施例中，本发明涉及可与全身扫描机整合的鞋扫描系统，从而不增加全身扫描机总的整体封装。
在一个实施例中，本发明的鞋危险品检测方法通过首先在计算平台上接收从鞋扫描系统而来的的目标影像来操作，其中所述鞋扫描系统至少包括辐射源和相应的检测器阵列，以检测透过受检查的鞋传递的或从受检查的鞋向回散射的辐射。
在一个实施例中，本发明的鞋扫描机部分提供基于RBFI的影像以及金属检测两者，它们组合以允许高度可靠地、低误报率地检测爆炸物和武器。本发明的系统有利之处在于其允许检测金属的和非金属的武器，且能检测爆炸物，而不管其化学成分、挥发性和形成因素如何。
在一个实施例中，在与仅使用金属检测器相比时，本发明具有低误报率，因为其能将金属鞋弓垫与实际的危险品区别开（例如武器），能检测非-金属的武器、爆炸物和炸弹。在一个实施例中，本发明具有改进的影像质量、更高的金属检测敏感性和改进的左右不对称检测。由此，例如左右鞋异常和/或因对鞋的改造引起的异常可通过由本发明的系统所产生的射线照相影像而轻易地发现。具体说，本发明的系统能通过有利地使用鞋影像的左右不对称性来检测置于一个鞋中的块状和板状爆炸物的存在。
在一个实施例中，本发明的鞋扫描机消除了在安全检查站让人（且特别是乘飞机旅行的乘客）脱去其鞋的需要，由此增加了检查站的吞吐量，增强乘客感受并改善安全性。在一个实施例中，鞋扫描机扫描时间为0.5秒。
本发明涉及多个实施例。提供以下的公开内容以便使得本领域技术人员能实行本发明。用在本说明书中的语言不应该被认为是对任何一个具体实施例的一般否认或用于在本文使用的术语含义以外限制权利要求。本文限定的一般原理可以应用于其他实施例和应用场合而不脱离本发明的精神和范围。还有，使用的术语和措辞是用于描述示例性实施例的目的而不应该被认为是限制性的。由此，本发明应被解读为最宽的范围，其涵盖与所公开的原理和特征相符的许多替换例、修改例和等效例。出于清楚的目的，与本发明相关的技术领域中已知的技术材料的细节不详细描述，从而不会对本发明造成不必要的障碍。
图1A是根据本发明一个实施例的用于检查鞋的透射X射线检查系统。图1A显示了用于将X射线的笔形射束107投射到人鞋115上的透射X射线源105。X射线源105在一个实施例中是单个能量源。然而，在替换实施例中，使用双能量或光谱的透射X射线源。在一个实施例中，在本发明的鞋检查系统用作独立装置时，X射线源能量范围是80-140kV，且特别是采用双能量或光谱技术时。在一个实施例中，本发明的鞋检查系统采用的X射线源具有60到120kV范围的能量。
透射过鞋115的X射线被直线检测器阵列110检测，以生产人鞋的射线照相影像（未示出)。在一个实施例中，采用分段的和堆叠的检测器，例如图1A、1D和1E中所示的那些，特别是双量能应用的情况。对于图1F和如后文详述的系统，在一个具体实施例中，采用的检测器是平板检测器，如用于医疗应用中的数控射线照相的检测器。
如图1A所示，源105旋转充分大的角度120(“Z”)，以覆盖鞋，同时运动同步检测器阵列110(被置于鞋下方)与旋转的源同步地沿轴线直线平移或运动，以捕获从鞋115发射的未衰减X射线，所述轴线沿鞋的长度。
在一个实施例中，包括一个或多个金属检测线圈108的金属检测器被置于鞋下方，以检测隐藏在鞋中的金属。在一个实施例中，置于本发明的鞋扫描机中的金属检测器或鞋扫描机金属检测器(Shoe Scanner Metal Detector：SSMD)采用静态检测，其中主体在测量期间是静止的。在SSMD的一个实施例中，金属检测器包括位于同一面板上的场产生和场检测线圈。在一个实施例中，线圈系统包括在同一面板上的三个场产生和六个检测线圈。线圈被设计为使得它们能检测金属物体的不同方位。
静态检测的一个结果是用于减少慢信号背景漂移的高通过滤不能被使用。为了克服这种不利影响，在扫描机不被占用时背景信号被连续测量。在鞋扫描/测量之后，背景信号被减去，形成净信号。背景信号测量和减去分别针对每一个检测线圈执行。
静态检测的第二个不期望的影响是，在测量区域的每一个空间点，需要充分的检测敏感以用于所有目标。对于该线圈系统设计来说，这种充分的3D敏感性分布的要求是额外的困难。在场产生和检测线圈在同一平面上时，它们之间的联接会很高，由此限制检测的动态范围。尽管联接通常可通过适当的线圈几何设计而被最小化，但是敏感性分布所需求的几何限制条件使得难以实现这种情况。由此，使用场产生线圈和场检测线圈之间分开的变压器来减少联接。
如上所述，例如左右鞋异常和/或因对鞋的改造而引起的异常可通过由本发明的系统所产生的射线照相影像而能被轻易地发现。使用分开的但是相同的检测线圈用于左鞋和右鞋，从左右鞋两者的测量而产生分开的金属信号。这些信号随后分别使用并与来自不同鞋弓垫的信号相比从而分析异常，且用于比较左鞋和右鞋的信号。为了实现对所有物体的好的敏感性而不管形状或方位如何，本发明的SSMD中的线圈系统包括分开和不连续的线圈组，其具有沿正交方位的占主导的敏感性。为了确保左右检测线圈对相同物体的信号差异最小，在一个实施例中，场产生线圈覆盖两只鞋。
系统从每一个接收(RX)线圈和求积部件产生两个信号，所述接收线圈是与发射(TX)线圈同相位的部件。在一个实施例中，信号以100Hz的速率产生。从这些部件，可以生产用于每一个RX线圈的幅度和相位值。幅度与金属大小成比例且相位对金属类型敏感。
图1B是从不同大小的鞋弓垫选择的样本信号的图。信号130表明用在所有的被测量弓垫中的材料具有相同类型的金属，因为所有相位被限制为狭窄的扇形。不同的金属尺寸如所示的在向量长度方面不同。相反，如图1C所示，用不同材料制造的物体的信号显示不同的相位。信号132是钢物体的样本信号，信号134是铝物体的样本信号，且信号136是不锈钢物体的样本信号，它们都具有不同的相位，表明金属检测器将检测到被置于鞋中的危险物品同时不会对小的鞋弓垫产生警报。
图1D是用于检查鞋的透射X射线检查系统的另一实施例，其采用具有旋转准直仪106的源（而非旋转源）。
图1E是用于检查鞋的透射X射线检查系统的另一实施例，其采用直线检测器阵列110，所述检测器阵列110置于鞋115下方，该阵列沿轴线123直线地运动或平移，所述轴线沿鞋的宽度，所述检测器阵列通过从115a到115b的距离限定，且与X射线源105同步，以捕获从鞋115发出的透射X射线。
图1F显示了X射线鞋检查系统的另一实施例，其中源105将圆锥形X射线束107投射鞋115上，且其中透射X射线被大区域检测器110检测。通过使用圆锥形射线束107，大区域检测器110能在单次扫描中生产鞋115的射线照相影像。还示出了金属检测器，其包括至少一个且优选地包括一个或多个金属检测线圈108。
图1A、1D和1E所示的实施例使用具有相关的复杂性的运动部件，而图1F所示的实施例使用两个大的用于圆锥形射线束的、静止大区域检测器，平衡了较高的成本。采用至少一个大区域检测器的图1F所示的实施例有利之处在于其允许更高的空间解析度（大约1mm)，由此实现危险品检测。如下所述，在采用笔形射束的所有其他实施例中，空间解析度大约为5mm。
图1G是用于检查鞋的透射X射线检查系统的另一实施例，其采用X射线的笔形射束和大区域检测器。如图1G所示，源105经由具有至少一个孔的斩光轮（chopper wheel）125投射X射线的笔形射束107，同时大区域检测器110用于捕获穿过鞋115的透射X射线。在一个实施例中，检测器是非常宽的射线照相区域检测器，其在单次扫描中产生鞋的射线照相影像。在一个实施例中，检测器足够宽以覆盖至少一个鞋。在一个实施例中，使用一对检测器从而可产生鞋的完整影像。在一个实施例中，检测器为8″乘20″的。在一个实施例中，检测器足够宽以覆盖一对鞋且能产生该一对鞋的完整影像。在一个实施例中，检测器为28″乘20″的且覆盖两只鞋。但是，在使用一个检测器时，存在额外的散射和成本问题。
在一个实施例中，用于每一个鞋的一个或多个金属检测线圈108置于鞋下方，以检测隐藏在鞋中的金属。
图1H是本发明的鞋检查系统的示例性构造的俯视平面图。图1H显示了用于每一个鞋115的金属检测线圈108，检测器110置于鞋下方(X射线源未示出)。在一个实施例中，源定位在人鞋的上方，从而X射线束107从上方投射到鞋115。还有，检测器110被置于人鞋115的下方以捕获透射X射线。在替换实施例中，源被置于鞋的一侧上而检测器110定位相对的侧上。
在另一实施例中，本发明的鞋扫描机是反向散射检查系统。在一个实施例中，反向散射检查鞋扫描机是单独的系统。在另一实施例中，反向散射检查鞋扫描机与全身扫描机整合，如后文详述且在图2A中所示的。
图2A是根据本发明一个实施例的用于检查鞋的反向散射X射线检查系统的例子，其中采用一个反向散射检查模块。反向散射检查系统200从底部或从下面扫描人鞋215。在一个实施例中，反向散射系统包括X射线源205（例如如上所述的斩光轮）、射线束扫描机构202和X射线反向散射检测器203，所述射线束扫描机构用于让源从左运动到右和从右运动到左。在一个实施例中，人鞋被沿鞋的长度扫描。在一个实施例中X射线检测器203包括光电倍增管且位于反向散射系统200的最靠近鞋的区域中。反向散射检查模块进一步包括射线束扫描机构，所述射线束扫描机构包括用于冷却系统部件的冷却件211、用于让X射线源203平移和/或旋转的旋转件212和适当地使源射线束准直的准直仪213。
在一个实施例中，由于射线束接近在检查点或鞋下方的物体，本发明的反向散射检查鞋扫描机能产生高解析度的影像，其大约为小于1mm。在射线束靠近鞋时，存在更少的射线束发散，且由此通过更大的影像空间解析度。
图2B是根据本发明一个实施例的用于检查鞋的反向散射X射线检查系统的例子，其中采用两个反向散射检查模块260、265。反向散射检查系统250包括第一反向散射模块260和第二反向散射模块265，第一反向散射模块从顶部扫描人鞋215，第二反向散射模块从底部或从下面扫描人鞋215。在一个实施例中，反向散射模块260、265包括X射线源、射线束扫描机构和X射线检测器，针对图2在上文对它们已做详细描述。在一个实施例中，X射线检测器包括光电倍增管，其用于检测向回散射的X射线270且位于反向散射模块260、265上的前面板附近。可选地，包括一个或多个金属检测线圈的金属检测器（如上所述）被置于鞋下方，以检测隐藏在鞋中的金属。
在另一替换实施例中，采用多个反向散射模块。由此，一个反向散射模块用于鞋的底部或鞋底，另一反向散射模块用于扫描鞋的顶侧，而又一反向散射模块用于扫描鞋的右侧，且再一反向散射模块用于扫描鞋的左侧。由此，可以采用任何数量的反向散射模块以便扫描人的整个鞋。
图3是根据本发明实施例的用于检查鞋的整合透射和反向散射X射线检查系统。在一个实施例中，系统300使用透射和反向散射射线照相信息的组合来改进危险品检测。在一个实施例中，透射影像和反向散射影像被分开处理和分析。在一个实施例中，影像经数据融合（data-fused）。X射线检查系统300包括反向散射模块310，其从顶部投射X射线的笔形射束307到人鞋315上。大区域检测器311例如但不限于闪烁器，且该检测器带有光电倍增管且定位在与反向散射模块310相对的侧上，以捕获透射过鞋315的X射线309。在一个实施例中，大区域检测器是塑料闪炼器，其用聚乙烯甲苯(PVT)制造，其用大约1″的PVT与共面PMT制造。在一个实施例中，检测器311被置于鞋315下方。反向散射模块310包括X射线源、射线束扫描机构和X射线检测器。在一个实施例中，X射线检测器包括光电倍增管，其用于检测向回散射的X射线320且位于反向散射模块310的前面板附近。可选地，包括一个或多个金属检测线圈的金属检测器（如上所述）被置于鞋下方，以检测隐藏在鞋中的金属。
图1A、1D、1E、1F、1G、1H、2和3所示的系统在人经过身体金属检测器之前摆放好。在一个实施例中，金属检测器设置为使得它们不针对鞋中的金属做出警报，由此减少总的误报率。在本文中应注意鞋的影像（其使用全身扫描机获得）通常具有非常低的解析度。由此，全身扫描机不能被单独用以检测包含在鞋中的危险物品。从而需要额外的鞋扫描机。
图4A是与本发明的鞋检查系统整合的全身扫描机的一个实施例，其中鞋检查系统是分开的模块，其具有自己的源和检测器阵列，且被承装在全身扫描机中。在一个实施例中，鞋检查模块是基于透射的X射线检查系统。在替换实施例中，如上所述的反向散射检查鞋扫描机模块与全身扫描机整合。
图4B是与图4A所示的本发明的鞋检查系统整合的全身扫描机的另一实施例的俯视平面图。现在参见图4A和4B，在一个实施例中，源模块408、409在整个身体系统开始对人405扫描时在扫描区域以外。在全身扫描机401首先扫描人405（其位于区域415中）的第一侧时，鞋扫描机的源模块408开始运动就位。其后，全身扫描机402扫描人405的第二侧。在人405的第二侧被扫描之后，鞋扫描机的源模块409开始运动就位，同时源模块408扫描人的鞋406。一旦整个身体扫描完成，源模块408开始向回到其原始位置，同时源模块409扫描人的鞋406。一旦扫描完成，人405被告知离开该区域同时源模块409向回运动到其原始位置。应理解部件的所述时间错开的运动是为了减少时间才这样做的。在另一实施例中，源模块408和409可在身体的两侧都被扫描之后运动就位。在另一实施例中，仅存在一个源模块408或409。
图4C是根据本发明另一实施例的与单侧全身扫描机整合的本发明鞋扫描机的俯视平面图。在该具体实施例中，仅存在一个鞋扫描模块408，其被置于单侧全身扫描机402的相对侧。一旦全身扫描机402完成人405的扫描，则鞋扫描机模块408扫描的人的鞋。人随后被告知转圈并重复该过程。
在一个实施例中，接受检查的人所站立的平台415被升高到地面高度以上大约2英寸的高度。在一个实施例中，平台和轨道用于防止绊跌和/或摔落。
美国专利5,181,234（转让给本发明的受让人）、“标题为″X-rayBackscatter Detection System″且于1993年1月19日公开，其通过引用以其全部内容合并与此。
此外，美国专利申请12/887,510（也转让给本发明的受让人）、标题为“Security System for Screening People”、于2010年9月22日递交且通过引用以其全部内容合并与此。
进一步地，美国专利7,826,589（也转让给本发明的受让人）、标题为“Security System for Screening People”、于2010年11月2日公开且通过引用以其全部内容合并与此。
进一步，美国专利7,418,077和7,660,388（也转让给本发明的受让人）、标题为“Integrated Carry-On Baggage Cart and Passenger Screening Station”、分别于2008年8月25日和2010年2月9日公开且通过引用以其全部内容合并与此。此外，美国专利申请12/643,021、标题为“Integrated Carry-OnBaggage Cart and Passenger Screening Station”且于2009年12月21日递交（也转让给本发明的受让人）且通过引用以其全部内容合并与此。
图5A是根据另一实施例的与全身扫描机500整合的本发明的鞋检查系统的侧视图。在一个实施例中，全身扫描机500是双侧系统，其包括第一扫描亭501和第二扫描亭502，它们装有X射线源和至少一个反向散射检测器，用于扫描人505的身体。图5B是本发明的鞋检查系统一个实施例的视图，其进一步配备有可选金属检测器。
在本文中应注意尽管本发明的鞋扫描系统的实施例针对与双侧全身扫描系统的整合进行了描述，但是本发明的鞋扫描系统也可与单侧全身扫描系统整合。由此，在一个实施例中，系统500是单侧扫描机，其中在一时刻人被从一侧扫描。
现在参见图5A和5B，在一个实施例中，检测器515被置于脚下方(或在全身扫描机的地板部分上，如图5C更详细示出的）以捕获切向X射线507射线束。在一个实施例中，通过全身扫描机产生的X射线的笔形射束507被投射到人鞋506上。大区域闪烁器515（带有光电倍增管516）被置于鞋506下方，以检测从扫描笔形射束507而来的透射X射线信号。在一个实施例中，检测器被并入到与全身扫描系统相同的电子架构中并采用共同的部件和通信接口。
在替换实施例中，反向散射检查鞋扫描机模块（如上所述）与全身扫描机整合。
如果反向散射模块靠近脚，则从源到脚的所需距离很小，从而射线束发散很低，形成良好的空间解析度(其中射线束宽度是影响空间解析度的主要因素）。
在本发明的另一替换实施例中，前向笔形射束（基于透射的)的X射线鞋扫描系统和反向散射检测能力（如上详述的）与全身扫描机整合。在一个实施例中，反向散射模块被置于脚下方。
在一个实施例中，射线束507的能量（其强度和/或扫描时间在脚的高度处增加以允许透过鞋和鞋金属区域的更高的穿透）也在后文详述。
现在参见图5B，可选地，包括一个或多个金属检测线圈517的金属检测器置于鞋下方，以检测隐藏在鞋中的金属。从金属检测线圈517针对每一个鞋而来的信息与X射线射线照相信息整合，用于改进危险品检测，如在下文进一步详述的。
图5C是与全身扫描机500整合的本发明的鞋检查系统的侧视图，进一步显示了鞋检查系统540的剖切视图。在一个实施例中，鞋检查系统540的部件被承装在窄小的包封物中并置于全身扫描机的地面结构内部，具有适于方便且安全操作的斜坡。在一个实施例中，检测器是塑料闪烁器，其被包含在乘客所站立的地面结构中。在一个实施例中，位于地面的检测器配置为检测前向透射的X射线束，而不是向回散射的X射线。
在操作中，本发明的鞋扫描系统的金属检测器部分首先执行半秒的测量。其次，扫描身体的第一侧，该第一侧包括具有鞋的脚。紧接着，扫描身体的第二侧。鞋ATR（如在下文详述的）在身体第一侧被扫描之后开始且在身体第二侧被扫描之后在小于一秒的时间内完成，同时经历全身扫描ATR。
在一个实施例中，全身扫描机X射线源的水平和/或垂直扫描速度、射线束解析度、射线束电流和/或电压可选地被调整，以允许改善鞋的影像质量。在进一步实施例中，以第二能量扫描鞋，以允许获得双能量信息。在一个实施例中，第二能量是比第一能量更高的能量。
在一个实施例中，影像质量使用以下中的至少一个改进：增强解析度、减小散射和减小噪声。在一个实施例中，改进解析度通过使用大约4.7mm的X射线束实现。在一个实施例中，改进解析度通过调整X射线管的焦点大小来实现，该焦点大小在一个实施例中为1.4mm。
在一个实施例中，噪声减少通过减少射线束孔大小且降低射线束强度来实现。在一个实施例中，垂直扫描速度在脚区域中按系数四减小，使得信号按照系数二增加。
鞋检测器通常是大区域检测器，其从两侧覆盖脚的完整投影。除了检测前向的笔形射束，在一个实施例中，在检测器阵列中测量从脚和鞋而来的大部分散射。散射增加了观察到的前向信号，由此减少影像对比度。散射对主射线束的比随着衰减增加，因此带有更高衰减的像素最受影响。
在一个实施例中，在射线照相影像中散射的减少通过使用适当的准直来实现，如图6A和6B所示。如图6A所示，每一个鞋检测器600包括单侧准直仪602，该准直仪包括准直仪窗叶603。笔形射束604投射到准直仪窗叶603的侧面603a，由此对其衰减。在一个实施例中，由于射线束的低能量，其大约为小于70keV，采用包括准直仪窗叶（其具有小于1mm的厚度和小于20mm的长度）且准直仪窗叶间距约为25mm的准直仪。在一个实施例中，为了防止阴影，准直仪窗叶603在图6A所示的每个位置与射线束平行。
在使用图6A所示的单侧准直仪时，系统不从其他侧生产影像，因为准直仪将从该角度阻挡射线束且也需要仔细的对准和强度校准以避免阴影。由此，在一个实施例中，准直仪旋转以面向检查侧。在另一实施例中，准直仪是双侧准直仪612，其包括如图6B所示的准直仪窗叶613a、613b，其中准直仪窗叶的第一半部613a面对第一方向614a且准直仪窗叶613的第二半部613b面对第二方向614b。这种方式允许从侧面通过最高的前向信号而产生最好的影像质量。
在一个实施例中，准直仪窗叶603用非导电材料制造，以避免与金属检测器的干扰。在一个实施例中，准直仪窗叶包括与环氧基树脂混合的钨粉末且铸造为板件。
在另一实施例中，散射减少通过减少检测器的大小而实现。因为射线束运动，所以检测器将不得不因此运动，以与射线束相交。如图7所示，在这种方式中，两个小的检测器705（在每一个脚下方有一个）被采用且被置于运动机构上，借此在一个实施例中，检测器沿宽度710运动，该宽度对应于鞋的宽度。在一个实施例中，检测器跟随射线束707的垂直运动。在一个实施例中，检测器705是塑料闪烁器，其具有下列尺寸：8″×18″和1.5″的厚度。在另一实施例中，检测器是塑料闪烁器，其具有下列的尺寸：沿脚宽度为8″，沿脚长度为1.5″且厚度为1.5″。因为笔形射束运动，所以必须让检测器运动，从而穿过脚的射线束被检测器持续捕获。
在按照系数12减少检测器的大小时，可以显著减少散射，尤其在一些具有高衰减的区域。此外，较小的检测器大小能实现具有更高密度和更高原子序数的闪烁器的使用，例如Nal(Tl)、CsI(Tl)、BGO、LaBr3，其中Nal(Tl)在所有无机闪烁器中是最低成本的，且由此是最成本有效的。由于更高的效率，检测器可被制造为较小，由此进一步减少散射，且最后，减少鞋扫描机的高度。
在另一实施例中，散射减少通过使用散射减除算法实现。算法经常用在射线照相术和计算机断层扫描中，以修正散射效应，其通常使用大区域检测器在影像被观察。在一个实施例中，通过遮蔽检测器的大部分，散射被作为各种鞋/脚的位置的函数而被估计。检测器的被遮蔽部分将仅产生透射结果，而未遮蔽的检测器将产生透射和散射结果。未覆盖的区域被运动到不同位置，以映射散射场，其通过从为遮蔽的检测器(透射加散射)减去带有检测器遮蔽(仅透射)效果的信号而确定。最终的散射和透射映射图用于确定散射减除函数。
在另一实施例中，增加鞋和检测器之间的距离(“空气隙”)将减少散射；然而，这增加了平台的高度且将由此增长所需的操作斜坡。
在一个实施例中，全身扫描机和整合的鞋扫描机两者使用同一数据获得系统。如图8所示，全身扫描机数据获得系统800通过采用两个额外的检测卡805而被修改，以适应整合鞋扫描系统数据获得模块802，所述检测卡电连接到鞋扫描机的两个光电倍增管(PMT)810。
两个实时端口允许鞋扫描机获得板增加到现有系统中。在一个实施例中，来自鞋扫描机的信号与全身反向散射信号同时收集且传递到计算系统830。一旦数据可用，则其被处理到影像（该影像通过计算系统显示）。
本领域技术人员应理解，在本发明中如上所述的数据获得和影像处理特征可在任何计算平台上操作，包括但不限于：笔记本或平板电脑；个人电脑；个人数据助手；手机服务器；嵌入处理器；主机、DSP芯片或专门的成像装置。另外，编程码可被编译(前编译或“适时”编译)到单个应用程序中，所述应用程序在单个计算机上执行，或分布在几个不同的彼此间局部或远程的计算机操作中。进一步应理解本文公开的所有方法步骤（包括任何和所有处理或分析功能）在存储于存储器中的这样的编程码中实施且通过计算平台中的至少一个处理器执行。
在一个实施例中，用于本发明的鞋扫描机的软件在Windows平台上开发。在一个实施例中，软件包括用于让操作者控制和观察系统输出的用户界面。进一步地，按钮被设置在用户界面上，用于启动扫描序列和观察扫描序列的结果。此外，用户界面被设计为提供关于系统和子系统健康的信息以及扫描状态。在一个实施例中，用户界面支持不同用户访问等级，由此监督人被授权访问现场数据和历史报告。此外，界面提供经建立的标准小部件，用于简单的开发循环。
在一个实施例中，用于本发明的鞋扫描机的软件还控制扫描序列。由此，射线束控制、主检测器和次检测器的同步以及鞋扫描机模式中的参数切换通过软件控制。在一个实施例中，系统能让每一个检测功能打开和关闭。
在一个实施例中，扫描软件经由服务器（其中存储原始影像）与扫描硬件通信。
在一个实施例中，数据库存储与扫描和影像有关的信息。现场数据（例如操作者登记时间、操作者表现、事件日志和影像）在数据库可用。
在一个实施例中，如上所述的不同软件任务使用标准插槽连接和使用通信库彼此通信。
在一个实施例中，影像处理和检测算法在本发明鞋扫描系统的软件部件中执行，其中存储的原始影像被访问和处理。一旦影像被处理，则结果返回到用户界面用于显示。
在一个实施例中，本发明的检测算法使用在射线照相和金属检测器影像之间的数据融合，以提供自动检测(威胁/安全决定)或屏幕辅助显示。
在一个实施例中，射线照相影像在显示器上提供给操作者（本地或远程），用于分析和/或用于生产自动警报和/或提供指示给操作者，使其注意到角落区域。在一个实施例中，从全身扫描机而来的影像信息被显示在第一屏幕或显示窗口上。在另一实施例中，从整合鞋扫描机而来的影像信息）例如从金属检测器线圈而来的金属信号）显示在第二屏幕或显示窗口上。
在双能量或光谱方法中，影像被处理为仅显示金属物体或仅显示低原子序数的物质。这通过切换影像或通过分开的窗口来实现。这允许除去一些影像混乱现象，包括但不限于在分析异常（例如金属）的存在时人骨头的影响。
在一个实施例中，如下所述，检测算法基于通过操作者做出的自动危险品识别(ATR)和影像检查。在一个实施例中，检测算法完全地基于ATR。在自动方法中，系统搜索异常，其可以表明与鞋存在改造，例如但不限于高密度区域（其表明是爆炸物、导线、雷管），从透射影像获得的鞋和总的鞋重量之间的不对称。如上所述，隐藏在一个鞋中的金属危险品可经由不对称性检测。此外，在一个实施例中，被置于鞋中的爆炸物（块状或板状）被自动地通过比较鞋的平均衰减来检测。
金属不对称性也会在相同的鞋不关于系统中心线对称放置时被“检测”，由此造成假警报。为了应对这种假警报，鞋的位置从获得的影像自动地确定且金属信号幅度因此被调整。在金属不对称性不被识别时，金属危险品可通过针对每个线圈分析金属信号的幅度和相位而被检测，如上所述。
通过改进影像质量，可以确定通过在最终影像中高度衰减物体而识别的金属危险品的位置，实现金属检测误报率的减少。如果这些物体不在鞋弓垫的期望位置中出现，则系统将警报。在一些情况下，高密度物体将基于形状警报。
在一个实施例中，本发明的系统具有常规人解剖学结构库(特别是脚的)和鞋构造库，从而信息可被评估，以确定被乘客所穿的鞋袜中异常的出现，而不使用不对称检测。应注意脚、手和头是人解剖结构中受身体质量指数变化影响最小的区域。因此，透过脚的影像衰减轮廓被认为与脚的大小相关。鞋和脚的衰减模型由此被产生，以收集用于穿着各种鞋的从小到大的脚的范围的数据。随后，衰减的分布作为脚大小的函数形成。本发明的鞋扫描机能在影像中提供充分的信息以执行下列中的至少一个：测量受到检查的脚的大小；测量所穿鞋袜的特点；和/或确定沿脚长度且横过脚宽度的衰减轮廓。
通过测量脚的长度和宽度，可以将如上产生的期望衰减轮廓拟合到测量的衰减轮廓，以确定透过脚和鞋的经测量衰减是否与隐藏的炸药材料一致以及是否存在额外的衰减物质。在一个实施例中，脚/鞋的大小通过分析影像而自动地确定。在一个实施例中，沿脚的长度横过脚的宽度以及脚作为一个整体获取多个测量，以确定是否在鞋中已经隐藏了额外的衰减物质。这种过程类似于将鞋与里面的脚进行权衡。此外，在使用本发明的检测算法时，也可以针对轮廓形状中不期望的改变而分析衰减轮廓（其可以是隐藏爆炸物的特性)。
其他影像处理特征也可被采用且包括第一粗分步骤和以下中的至少一个：形成分段区域、确定平均值、确定标准偏差和形成值的直方图。所选特征的质量与影像的质量和使用的算法关联。
以上例子仅仅是本发明系统的许多应用的说明。其他能量源可被使用，包括但不限于基于辐射的源，例如伽马辐射；毫米波浪、兆赫和嗅探。例如，图9显示了毫米波扫描机905，其中整合了鞋扫描机902或靠近扫描机905的中心基部。毫米波在它们绕身体旋转时同时地从天线发射。从身体或身体上的其他物体向回反射的波能量用于建造三维影像，其显示在远距监视器上用于分析。在一个实施例中，鞋扫描机902包括定位在静止的或旋转构造（位于个人的扫描位置下方）中的镜像或反射表面。在一个实施例中，鞋扫描机902包括与金属检测器组合的毫米波扫描机。
虽然仅在本文描述了本发明的很少的实施例，应理解本发明可以许多其他具体的形式实施，而不脱离本发明的精神或范围。因此，目前的例子和实施例应被认为是说明性的而非限制性的，且本发明可以在所附权利要求的范围内进行修改。

Claims (21)

1.一种用于扫描鞋的系统，包括：
X射线源，用于投射X射线束到鞋上；
直线检测器阵列，用于检测透射过鞋得X射线，检测器阵列在预定路径上运动，其中检测器阵列的运动与X射线源的运动同步；和
至少一个金属检测器线圈，用于检测鞋中的金属；其中该系统通过处理检测到的X射线和从至少一个金属检测器线圈获得的数据而产生鞋的射线照相影像。
2.如权利要求1所述的用于扫鞋的系统，与第二系统联接，该第二系统用于扫描穿着鞋的人的身体，该第二系统包括用于投射X射线的至少一个X射线源和用于检测透射过人的X射线的至少一个检测器，其中第二系统至少产生人身体的第一射线照相影像和鞋的第二射线照相影像。
3.如权利要求1所述的系统，其中X射线源是单能量源、双能量源或立体透射源中的至少一个。
4.如权利要求1所述的系统，其中X射线源根据预定角度旋转。
5.如权利要求1所述的系统，其中X射线源是静止的。
6.如权利要求5所述的系统，进一步包括旋转准直仪。
7.如权利要求1所述的系统，其中直线检测器阵列沿预定路径运动，用于捕获透射过鞋的X射线，其中预定路径覆盖鞋的一个或多个侧面。
8.如权利要求1所述的系统，其中X射线源投射X射线的圆锥形射束到鞋上，其中透射过鞋的X射线通过至少一个X射线区域检测器检测，用于在单次扫描中产生鞋的射线照相影像。
9.如权利要求8所述的系统，其中至少一个X射线区域检测器为约8英寸乘20英寸。
10.如权利要求1所述的系统，其中X射线源投射X射线的笔形射束到鞋上，其中透射过鞋的X射线通过至少一个X射线区域检测器检测，用于产生鞋的射线照相影像。
11.如权利要求1所述的系统，其中射线照相影像在显示器上提供给操作者用于分析。
12.如权利要求1所述的系统，其中射线照相影像用于产生自动警报。
13.一种射线照相成像系统，包括：
用于扫描人身体的第一系统，该第一系统包括用于投射X射线在人身体上的至少一个X射线源和用于检测从身体发出的未衰减X射线的至少一个检测器；
用于扫描被人穿着的鞋的第二系统(使用同一源)，所述系统包括用于投射X射线在鞋上的至少一个X射线源和用于检测透射过鞋的X射线的至少一个检测器；
其中从所述第一系统和所述第二系统而来的数据被组合，以生产人和鞋的射线照相影像。
14.一种射线照相成像系统，包括：
用于扫描人身体的第一系统，该第一系统包括用于投射X射线在人身体上的至少一个X射线源和用于检测从身体发出的未衰减X射线的至少一个检测器；
用于扫描被人穿着的鞋的第二系统，其中所述系统包括定位在人下方的至少一个检测器，用于检测透射过鞋的X射线。
15.如权利要求14所述的射线照相成像系统，其中透射过鞋的所述X射线最初从所述至少一个X射线源发出。
16.如权利要求14所述的射线照相成像系统，其中所述第二系统还包括至少一个金属检测线圈，其中所述至少一个金属检测线圈定位在人下方。
17.一种用于扫描鞋的方法，包括：
将鞋置于扫描区域中；
启动第一反向散射模块，所述第一反向散射模块包括X射线源、射线束扫描机构和多个第一X射线检测器；
使用所述多个第一X射线检测器检测从鞋散射的辐射；
启动第二反向散射模块，所述第二反向散射模块包括X射线源、射线束扫描机构和多个第二X射线检测器；
使用所述多个第二X射线检测器检测从鞋散射的辐射；
其中第一反向散射模块被置于鞋顶部部分上方的位置且第二反向散射模块被置于鞋底部部分下方的位置。
18.如权利要求18所述的系统，其中X射线源将X射线的笔形射束投射到鞋。
19.一种用于筛查个人的射线照相成像系统，包括：
用于扫描人身体的第一系统，该第一系统限定一扫描区域，人在扫描过程中站立在该区域中；和
用于在人穿着鞋时扫描人的鞋的第二系统，其中所述第二系统在扫描过程中位于人站立的区域下方。
20.如权利要求19所述的射线照相成像系统，其中第二系统使用X射线源。
21.如权利要求19所述的射线照相成像系统，其中第二系统是基于毫米波的扫描系统。
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