CN106062540A - 依赖于角度的x射线衍射成像系统及其操作方法 - Google Patents

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Abstract

一种具有系统轴线的x射线衍射成像（XDI）系统，包括至少一个x射线源，其被配置为生成朝向包括至少一种物质的对象引导的x射线。至少一个x射线源还被配置为利用从多个方向到达的x射线来照射在对象内限定的至少一个体元，每一个方向由相对于系统轴线的入射角来限定。该系统还包括至少一个检测器，其被配置为在x射线已经穿过对象之后检测经散射的x射线。该系统还包括耦合到至少一个检测器的至少一个处理器。该处理器被编程为生成对象体元的多个XDI轮廓。每一个XDI轮廓是相关联的入射角的函数。

Description

依赖于角度的X射线衍射成像系统及其操作方法
背景技术
本文描述的实施例一般涉及x射线衍射成像（XDI）系统，并且更具体地涉及依赖于角度的XDI系统。
已知的安全检测系统被用在出行检查点处以针对隐蔽武器、毒品和/或爆炸物审查随身携带的行李和/或托运的行李。至少一些已知的安全检测系统包括x射线成像系统。在x射线成像系统中，x射线源将x射线朝向检测器透射经过对象或容器，诸如行李箱，并且处理检测器输出以识别容器中的一个或多个对象和/或一种或多种材料。
至少一些已知的安全检测系统包括XDI系统，例如多检测器逆扇形射束（MIFB）XDI系统，其使用逆扇形射束几何结构（大型源和小型检测器）和多焦点x射线源（MFXS）。相比于由其它已知的x射线成像系统所提供的材料辨别力，至少一些已知的XDI系统通过测量材料中的微晶体的晶格面之间的d间距而提供了改进的材料辨别力。另外，x射线衍射可以从可用于识别容器中的其它材料（诸如液体）的分子干涉函数产生数据。
已知的MIFB XDI系统的特征在于发射多重x射线射束的x射线多重源，使得从若干不同方向照射每一个对象体元，并且使得这些系统测量非均匀的扩展对象的组成体元的空间分辨的x射线衍射轮廓（profile）。然而在当前，属于相同对象体元的所有光子仅仅被加和以产生平均XDI轮廓。该平均XDI轮廓具有四重维数，即限定体元位置的三个空间维度和一个动量维度。因此，当前没有针对单独地存储关于所测量的光子的角度维度信息所做出的规定。这样的角度维度信息涉及主射束相对于系统轴线照射某一对象体元的方向。因此，由于假定角度是各项同性的，所以在以针对相同体元从不同照射方向所获取的XDI轮廓的形式的可能差异的威胁/无威胁分类过程中并没有进行使用。
对于液体、非晶和微晶粉末样本，不存在优选取向方向并且XDI轮廓独立于照射角度。然而，包含相当数量的单晶材料的体元具有统计上变化的优选取向方向，并且XDI轮廓根据主x射线射束与其该取向方向的相对角度且根据体元信号中所包括的微晶数目而改变。XDI轮廓随角度变化的物质的一个示例是各向异性物质（包括粗粒粉末）的分类。因为这样的各向异性物质相比诸如精细粉末之类的各向同性物质具有相对高程度的单晶材料。不运用这种各向异性本性可能导致欠佳的检测性能。
发明内容
在一方面中，提供一种x射线衍射成像（XDI）系统。该系统具有轴线并且包括至少一个x射线源，所述至少一个x射线源被配置为生成朝向包括至少一种物质的对象引导的x射线。所述至少一个x射线源还被配置为利用从多个方向到达的x射线来照射在所述对象内限定的至少一个体元，每一个方向由相对于系统轴线的入射角所限定。所述系统还包括至少一个检测器，其被配置为在x射线已经穿过所述对象之后检测经散射的x射线。所述系统还包括耦合到所述至少一个检测器的至少一个处理器。所述处理器被编程为生成对象体元的多个XDI轮廓。每一个XDI轮廓是相关联的入射角的函数。
在另一方面中，提供一个或多个非暂时性计算机可读存储介质，具有体现在其上的计算机可执行指令的。当由至少一个处理器执行时，所述计算机可执行指令使处理器生成对象体元的多个XDI轮廓。利用朝向包括至少一种物质的对象引导的x射线来照射所述对象体元。所述x射线具有多个入射角，以使得每一个XDI轮廓是相关联的入射角的函数并且每一个入射角是相对于系统轴线而限定的。而且，当由至少一个处理器执行时，所述计算机可执行指令使所述处理器比较所述多个XDI轮廓并且作为所述多个XDI轮廓的比较的函数而将所照射的对象辨别为潜在威胁和潜在非威胁之一。
在另一方面中，提供一种执行对包括至少一种物质的对象的安全筛选的方法。所述方法包括生成对象体元的多个XDI轮廓。利用朝向所述对象引导的x射线来照射对象体元。所述x射线具有多个入射角，以使得每一个XDI轮廓是相关联的入射角的函数并且每一个入射角是相对于系统轴线而限定的。所述方法还包括比较所述多个XDI轮廓并且作为所述多个XDI轮廓的比较的函数而将所照射的对象辨别为潜在威胁和潜在非威胁之一。
附图说明
图1-4示出本文描述的系统和方法的示例性实施例。
图1是示例性安全检测系统在X-Z平面中的示意图。
图2是图1中所示的安全检测系统在X-Y平面中的示意图。
图3是利用来自多个方向的光子照射的示例性体元以及相关联的XDI轮廓的示意图。
图4是操作图1和2中所示的安全检测系统的示例性方法的流程图。
具体实施方式
本文中描述的依赖于角度的多检测器逆扇形射束（MIFB）x射线衍射成像（XDI）系统促进了角度数据的成本有效的增强整合，由此增强了安全扫描系统的总体性能。具体地，与许多已知的安全扫描系统相对照，如本文中描述的MIFB XDI安全筛选系统促进了利用在主射束与系统轴线之间的一定范围的角度上所获取的依赖于角度的MDI数据，而不是仅仅使用单个角度。更具体地，如本文中描述的使用依赖于角度的XDI筛选的MIFB XDI安全筛选系统增强了从不同照射方向所测量的XRD轮廓进行变化所针对的材料的检测性能。因此，如本文中描述的MIFB XDI安全筛选系统促进了向威胁和/或非威胁物质中的分类，该分类明确地将以针对相同体元从不同照射方向所获取的XDI轮廓的形式的XDI数据的角度依赖性考虑在内。因此，物质的检测，诸如各向异性物质（包括具有随角度变化的XDI轮廓的粗粒粉末）的分类，这是由于各向异性物质相比于各项同性物质（诸如精细粉末）具有相对高程度的单晶材料。
图1是示例性安全检测系统10在X-Z平面中的示意图。图2是安全检测系统10在X-Y平面中的示意图。在示例性实施例中，安全检测系统10是多检测器逆扇形射束x射线衍射成像（MIFB XDI）系统。可替换地，安全检测系统10是使得能够实现如本文中描述的系统10的操作的任意XDI系统。安全检测系统10包括多焦点x射线源（MFXS）12、检验区域14、配置成支撑对象的支撑体16、主准直器18和副准直器20。安全检测系统10还包括两种类型的检测器：透射检测器22的阵列和多个离散的相干x射线散射检测器24。透射检测器22在z轴方向上从相干x射线散射检测器24偏移。
在示例性实施例中，MFXS 12能够从多个焦点顺序地发射x射线辐射，如下文所述，所述多个焦点沿着MFXS 12在基本上平行于与z轴垂直的y轴的方向上分布。在示例性实施例中，MFXS 12具有九（9）个焦点，如图2中所示。在可替换实施例中，MFXS 12具有近似40至100个焦点。而且可替换地，MFXS 12可以包括任何适当数目的焦点，其使得能够实现如本文中描述的安全检测系统10的操作。
另外，在示例性实施例中，MFXS 12位于下支撑表面（诸如在地板处或地板附近）上或者于其耦合，而透射检测器22和相干x射线散射检测器24位于上支撑结构（诸如在天花板处或附近）上或者与其耦合。在可替换实施例中，MFXS 12位于上支撑结构（诸如在天花板处或附近）上或者与其耦合，而透射检测器22和相干x射线散射检测器24位于下支撑表面（诸如在地板处或附近）上或者与其耦合。另外，在示例性实施例中，MFXS 12、透射检测器22和相干x射线散射检测器24是静止的，支撑体16是能够在基本上平行于z轴的方向上前后移动的输运带，并且检验区域14是输运带移动经过的行李通道。在可替换实施例中，MFXS 12、透射检测器22和相干x射线散射检测器24能够至少在平行于z轴的方向上协调移动，并且支撑体16是静止的。在某些可替换实施例中，MFXS 12、透射检测器22、相干x射线散射检测器和支撑体16全部能够移动。
在可替换实施例中，MFXS 12被配置为从MFXS 12的每一个焦点发射x射线扇形射束32。每一个扇形射束32以相对于与z轴和y轴垂直的竖直x轴的角度33而基本上位于平面中。每一个扇形射束32被引导在透射检测器22处。在示例性实施例中，角度33近似为十度。在可替换实施例中，角度33近似为十五度。在另外的可替换实施例中，角度33是使得安全检测系统10能够如本文中描述的那样起作用的任何适当角度。
此外，MFXS 12被配置为从MFXS 12的每一个焦点经过主准直器18发射x射线笔形射束34的集合。每一个笔形射束34被引导在位于与MFXS 12相同的X-Y平面中的对应汇聚点35处。另外，每一个汇聚点35被定位在相同的X坐标值处，但是处在不同的Y坐标值处。因为每一个笔形射束34在相同X-Y平面中被发射，所以仅一个笔形射束34（并且仅一个汇聚点35）在图1的X-Z截面视图中是可见的。
来自每一个笔形射束34的x射线辐射的一部分典型地在与检验区域14中的容器（未示出）接触时在各种方向上被散射。副准直器20被配置为促进确保到达每一个相干x射线散射检测器24的经散射辐射36的一部分具有相对于经散射辐射36所源于的对应笔形射束34的恒定散射角度。在某些实施例中，散射角度近似为0.04弧度。相干x射线散射检测器24可以被定位在笔形射束34与扇形射束32之间以确保仅检测到来自前者而不是后者的经散射辐射。例如，副准直器20被配置为吸收不与经散射辐射36的方向平行的经散射辐射（未示出）。另外，尽管在示例性实施例中，副准直器20和相干x射线散射检测器24被定位在笔形射束34相对于z轴的一侧上，但是在可替换实施例中，副准直器20和相干x射线散射检测器24可以被定位在笔形射束34相对于z轴的另一侧上或者两侧上。
在可替换实施例中，透射检测器22是电荷积分检测器，而相干x射线散射检测器24是脉冲计数能量分辨检测器。透射检测器22和每一个相干x射线散射检测器24与数个通道40进行电子通信，数个通道40例如是数目N 个通道C 1 , … C N ，其中基于安全检测系统10的配置来选择N 。通道40将由透射检测器22和每一个相干x射线散射检测器24所收集的数据以电子方式传送给数据处理系统42。在示例性实施例中，数据处理系统42将来自透射检测器22的输出与来自相干x射线散射检测器24的输出进行组合以生成关于检验区域14内所定位的对象的内容的信息。例如但不作为限制，数据处理系统42可以生成检验区域14中的容器（未示出）的多视图投影和/或区段图像，其识别了由XDI分析所检测到的具体材料在容器中的位置。
在示例性实施例中，数据处理系统42包括与透射检测器22和相干x射线散射检测器24电气通信的处理器44。处理器44被配置为从相干x射线散射检测器24接收表示所检测的x射线量的输出信号，并且从由相干x射线散射检测器24所检测的经散射辐射内的x射线量的能量谱E 生成动量传递值x 的分布。
如本文中使用的，术语“处理器”和“处理设备”不仅仅限于在本领域中称为计算机的那些集成电路，而且宽泛地指代微控制器、微计算机、可编程逻辑控制器（PLC）、专用集成电路和其它可编程电路，并且这些术语在本文中可互换地使用。在本文描述的实施例中，存储器可以包括但不限于诸如随机存取存储器（RAM）之类的计算机可读介质，以及计算机可读非易失性介质，例如固件，诸如闪速存储器。可替换地，也可以使用软盘、致密盘-只读存储器（CD-ROM）、磁光盘（MOD）和/或数字多用盘（DVD）。而且，在本文描述的实施例中，附加的输入通道可以是但不限于与操作员接口相关联的计算机外围设备，诸如鼠标和键盘。可替换地，也可以使用其它计算机外围设备，其可以包括例如但不限于扫描仪。此外，在示例性实施例中，附加的输出通道可以包括但不限于操作员接口监控器。
如本文描述的处理器44和其它处理器（未示出）处理从多个电气和电子设备（包括但不限于透射检测器22）所传输的信息。存储器设备（未示出）和储存设备（未示出）存储和传送要由处理器44执行的指令和信息。这样的存储器设备和储存设备还可以被用于在由处理器44执行指令期间存储临时变量、静态（即非易失性和非改变的）信息和指令或其它中间信息并将其提供给处理器44。所执行的指令包括但不限于从透射检测器22所传输的信号的分析结果。指令序列的执行不限于硬件电路和软件指令的任何具体组合。
进一步参照图2，在一个实施例中，多检测器逆扇形射束（MIFB）50沿着x轴52被投影到X-Y平面上。在一个实施例中，MFXS 12从多个焦点54顺序地发射辐射。更具体地，MFXS12包括阳极56以及沿着阳极56的长度与MFXS 12的y轴58共线地布置的多个焦点54。每一个焦点54被顺序地激活以发射x射线扇形射束。例如，焦点F 1 发射扇形射束MIFB 50，其在相干x射线散射检测器D1与相干x射线散射检测器D13之间延伸并且由x射线散射检测器D1到（且包括）相干x射线散射检测器D13检测，并且扇形射束MIFB 50包括多个笔形主射束60。用巡标（running index）i将焦点54表示为F 1 , F 2 , … F i , … F n 。主准直器18被配置为从每一个焦点54处所发射的辐射选择主射束，所述主射束被引导到以巡标j标记为O 1 , O 2 , …, O j ,… O m 的一系列汇聚点62，而不管哪个焦点54被激活。在图2中示出了十个主射束60，其中从焦点F 1 发射的每一个主射束60在坐标X = L处被引导到沿着平行于y轴的线定位的对应汇聚点O 1 , O 2 , …, O j ,… O m ，其中焦点F 1 被激活。
作为以巡标j标记为离散相干x射线散射检测器D 1 , D 2 , … D j , … D k 的多个离散相干x射线散射检测器在沿着z轴的方向上被定位在距对应汇聚点62的适当或期望距离处，以在离散相干x射线散射检测器D j 中以与主射束P ij 的角度θ 来记录相干散射。在一个实施例中，该距离对于在散射中心与对应相干x射线散射检测器D j 之间的大约750mm的距离处的大约0.037弧度的散射角度而言为大约30mm。MFXS和离散相干x射线散射检测器的组合促进了检验定位在检验区域内的对象的体积而没有检测或测量不到XDI信号的任何死区。
当标记为P ij 的主射束60传播经过定位在检验区域14内的对象（未示出）时，主射束P ij 与对象相互作用以产生可以在例如相干x射线散射检测器D j+1 , D j+2 , D j-1 和/或D j-2 中检测到的相干散射。从焦点F 1 发射主射束P 11 , P 12 , P 13 , P 14 , P 15 , … P 1m 并且将其分别引导到对应汇聚点O 1 , O 2 , O 3 , O 4 , O 5 , … O m 。当每一个主射束P 11 , P 12 , P 13 , P 14 , P 15 , … P 1m 移动经过检验区域14时，每一个主射束P 11 , P 12 , P 13 , P 14 , P 15 , … P 1m 与定位在检验区域14内的对象（未示出）碰撞和/或相互作用以产生相干散射（未示出），该相干散射在例如一个或多个相干x射线散射检测器D 1 , D 2 , D 3 , D 4 , D 5 , … D k 处是可检测的。
在一个实施例中，MFXS 12被定位在卡迪尔坐标系的y轴（x=0）上。每一个焦点54具有在具有间距P s 的网格上的位置。另外，汇聚点62在坐标X=L处位于与y轴平行，并且每一个汇聚点62具有在具有间距P t 的网格上的位置。在特定实施例中，对于XDI托运行李筛选系统而言，L具有在大约2000毫米（mm）到大约2500mm之间的范围中的值，P s 为大约25mm，并且P t 为大约50mm到大约200mm。多个相干x射线散射检测器24被定位在与汇聚点62相同的y坐标处。一对相干x射线散射检测器24可以与对应汇聚点62相关联，其中该对相干x射线散射检测器24被定位在X-Y平面的两侧上。在另外的实施例中，十三（13）个汇聚点被用于允许若干汇聚点位置布置结合不同数目的相干x射线散射检测器24。如果所有汇聚点62具有检测器对，则安全检测系统10可以包括二十六（26）个相干x射线散射检测器24。在可替换实施例中，更少的相干x射线散射检测24可以被定位在汇聚点位置1、3、5、7、9、11和13处、定位在汇聚点位置1、4、7、10和13处、或者定位在汇聚点位置1、5、9和13处以计及制造和/或成本约束。包括在总计2000mm的Y方向上跨越一定宽度的13个汇聚点的MIFB配置要求在y轴方向上从每一个焦点54的大约55°的扇形角。
最右边的检测器D 13 检测来自由主准直器18所透射的来自MFXS 12的每一个焦点54（标记为F 1 , F 2 , … F i , … F 9 ）的多个主射束60（标记为P 113 , P 213 , … P ij , … P 913 ），其在本文中可替换地称为主射束的逆扇形射束捆束70。逆扇形射束捆束70显著地窄于检验区域14的宽度。如图2中所描绘的，出于清楚起见，没有按照比例示出MFXS 12，并且MFXS 12可能比所示出的更小。此外，尽管如以上所描述的仅示出了13个汇聚点62，但在实践中，汇聚点62的数目可以大得多。另外，散射信号与并入到安全检测系统10中的相干x射线散射检测器24的数目成比例。
朝向对应汇聚点O j 引导的主射束的若干逆扇形射束捆束70由对应的相干x射线散射检测器D j 来检测。在扫描检验区域14内定位的对象期间（在此期间，MFXS 12的每一个焦点54被顺序地激活），对象区段被完全照射并且从对象的整个宽度测量散射信号。在该实施例中，不要求机械运动来实现对象的完整2-D扫描。MFXS 12以仅沿着y轴的小x射线源维度来实现这一点。在示例性实施例中，MFXS沿着y轴具有小于大约500mm的长度。小x射线源维度从成本和可靠性的角度来看是有利的。
在一个实施例中，对象区段中的每一个点由至少M个相干x射线散射检测器所看到。可以示出的是，当相邻的相干x射线散射检测器之间的规则间隔P 满足以下等式时，达到该冗余条件：
等式1
其中W s 是多个焦点的横向范围，U 是从MFXS 12的y轴58到检验区域14的顶表面72的距离，并且V 是从顶表面72到X = L处的相干x射线散射检测器的距离。
在适于随身携带行李筛选的一个实施例中，W s 是近似400mm，U 是近似1400mm并且V 是近似700mm。因而，来自等式1的相干x射线散射检测器间距或间隔P 对于M = 1是200mm并且对于M = 2是100mm。在M = 1的情况下，通过由多个焦点发射到一个相干x射线散射检测器D j 上的多个主射束中的至少一个来扫描对象区段的所有点。在M = 2的情况下，通过由多个焦点发射到一个相干x射线散射检测器D j 上的多个主射束中的至少两个来扫描对象区段的所有点。
检测器阵列的总体横向范围，即从相干x射线散射检测器D 1 到相干x射线散射检测器D 13 的距离，近似是2200mm，并且对应于具有100mm的检测器间距或间隔的23个相干x射线散射检测器24。相邻的相干x射线散射检测器24之间的间隔是足够大的，以使得由与主射束P ij 被引导到的相干x射线散射检测器D j 相邻的相干x射线散射检测器D j+1 所测量的来自某个主射束P ij 的串扰散射具有使得其相关散射贡献可以被忽略的这样大的散射角度。
图3是利用来自多个方向的光子102照射的示例性体元100及相关联的XDI轮廓110、120和130的示意图。体元100是包括至少一种物质的对象的体积部分（均未示出）。光子102通过（在图2中示出的）主射束60照射体元10。具体地，光子104、光子106和光子108从不同的预定方向照射体元100，每一个方向由相对于系统轴线52的入射角χ来限定。因此，在MIFB XDI安全检测系统10中，在主射束60与系统轴线52之间的一定范围的入射角χ上获取数据，而不是仅仅使用单个角度。
将光子104、106和108散射到（在图1和2中示出的）离散相干x射线散射检测器24之一上。（在图1中示出的）处理器44生成依赖于角度的XDI轮廓110、120和130。XDI轮廓110、120和130分别与光子104、106和108相关联。每一个XDI轮廓110、120和130包括五个布拉格尖峰（Bragg peak），其示出了作为散射角度（横坐标）的函数的光子强度（纵坐标）。XDI轮廓110、120和130不相似并且尽管每一个尖峰1、2、3、4和5在强度（即高度）方面可以变化，但是这些尖峰基本上处于相似的散射角度值处。
在示例性实施例中，MIFB XDI安全检测系统10是五维系统。通过在一定范围的不同照射方向χ上获取的相同对象体元100的依赖于角度的XDI轮廓110、120和130的单独测量和存储，将五个维度限定为三个正交空间维度（x, y和z）、动量维度（q）和入射角χ维度。属于相同照射方向χ的XDI轮廓110、120和130作为入射角χ的函数而被单独地存储（x, y, z,q, χ）以保存关于光子104、106和108相对于系统轴线52所源于的主射束60的方向的信息。
一般地，对于液体、非晶和微晶粉末样本，不存在优选取向方向并且相关联的XDI轮廓独立于照射角度。然而，包含相当量的单晶材料的体元具有统计上变化的优选取向方向，并且XDI轮廓根据主x射线射束与该取向方向的相对角度且根据体元信号中所包括的微晶数目而改变。因此，XDI轮廓110、120和130的非相似性的一个可能起因可能是在体元100中存在微晶的各向异性布置。XDI轮廓随角度变化的物质的一个示例是各向异性物质（包括粗粒粉末）的分类。相比于各项同性物质（诸如精细粉末），它们具有相对高程度的单晶材料。在示例性实施例中，粗粒材料占据体元100。通过MIFB XDI安全检测系统10进行的依赖于角度的XDI筛选增强了从不同照射方向所测量的XRD轮廓进行变化所针对的材料的检测性能。因此，MIFB XDI安全检测系统10促进了一种XDI方法，通过该XDI方法，XDI轮廓104、106和108的角度依赖性在威胁和/或非威胁分类过程中被明确地考虑到。
在示例性实施例中，由MIFB XDI安全检测系统10使用的分类过程结合了通过相互比较依赖于角度的XDI轮廓104、106和108而导出的“相似性”特征。
明确计及角度信息的分类过程的一个示例包括考虑到可以通过相互比较三个XDI轮廓104、106和108而提取的“相似性”特征。可能的“相似性”度量由交叉相关系数Fab(q)来提供，该交叉相关系数Fab(q)在标准统计工作中被描述。函数a(q)和b(q)是要确定的其相似性的那些函数；并且q是动量变量。总共存在三种可能性，即F104-106(q)、F104-108(q)和F106-108(q)。在该示例中，交叉相关系数的值是：F104-106(q) = 0.85、F104-108(q) = 0.89和F106-108(q) = 0.79。通过取三个值的平均，总体“相似性”为0.84。
单位（1）的“相似性”值表明XDI轮廓104、106和108独立于照射方向并且较低的“相似性”值表明在不同角度处测量的轮廓彼此不同。当“相似性”值为低时，分类过程表明布拉格尖峰的相对高度不再是对材料本性的可靠指导。在该情况下，“相似性”值的知识可以促进避免源于欺骗性尖峰高度确定中的错误分类。此外，根据该信息，已知为呈递高“相似性”特征的材料的分类可以从进一步评估完全排除，例如非晶材料，诸如液体、乳状剂和小颗粒微晶材料。“相似性”特征提供附加信息，其与其它特征相结合而对于改进针对一些材料的分类过程的检测性能而言是有价值的。针对已知物质的XDI测量结果的库必须被扩展成连同其它特征一起包括“相似性”信息。
图4是操作（在图1和2中示出的）安全检测系统10的示例性方法200的流程图，即执行包括至少一种物质（未示出）的对象（未示出）的安全筛选的方法200。在方法200中，生成202（在图3中示出的）对象体元100的（全部在图3中示出的）多个XDI轮廓110、120和130。利用朝向对象引导的（全部在图3中示出的）x射线104、106和108来照射对象体元100。x射线104、106和108具有多个入射角χ。每一个XDI轮廓110、120和130是相关联的入射角χ的函数，并且每一个入射角χ相对于（在图3中示出的）系统轴线52来限定。作为入射角χ的函数而相互比较204 XDI轮廓110、120和130以确定XDI轮廓110、120和130之间的相似性的数值测量结果。在具有高相似性值的至少一个各项同性物质与具有低相似性值的至少一个各向异性物质之间做出辨别206以作为多个XDI轮廓110、120和130的比较的函数而确定所照射的对象是否为潜在威胁和潜在非威胁之一。
在本文中描述的上述依赖于角度的多检测器逆扇形射束（MIFB）x射线衍射成像（XDI）系统促进了角度数据的成本有效的增强整合，由此增强了安全扫描系统的总体性能。具体地，与许多已知的安全扫描系统相对照，如本文中描述的MIFB XDI安全筛选系统促进了利用在主射束与系统轴线之间的一定范围的角度上所获取的依赖于角度的MDI数据，而不是仅仅使用单个角度。更具体地，如本文中描述的使用依赖于角度的XDI筛选的MIFB XDI安全筛选系统增强了从不同照射方向所测量的XRD轮廓进行变化所针对的材料的检测性能。因此，如本文中描述的MIFB XDI安全筛选系统促进了向威胁和/或非威胁物质中的分类，该分类明确地将以针对相同体元从不同照射方向所获取的XDI轮廓的形式的XDI数据的角度依赖性考虑在内。因此，物质的检测，诸如各向异性物质（包括具有随角度变化的XDI轮廓的粗粒粉末）的分类，这是由于各向异性物质相比于各项同性物质（诸如精细粉末）具有相对高程度的单晶材料。
本文中描述的系统和方法的技术效果包括以下中的至少一个：（a）利用在主射束与系统轴线之间的一定范围的角度上获取的依赖于角度的XDI数据，而不是仅仅使用单个角度；（b）增强了从不同照射方向所测量的XRD轮廓进行变化所针对的材料的检测性能；（c）促进了向威胁和/或非威胁物质中的分类，该分类明确地将以针对相同体元从不同照射方向所获取的XDI轮廓的形式的XDI数据的角度依赖性考虑在内；以及（d）促进了包括具有随角度变化的XDI轮廓的粗粒粉末的各向异性物质的检测。
在上文详细地描述了依赖于角度的多检测器逆扇形射束（MIFB）x射线衍射成像（XDI）系统的示例性实施例。方法和系统不限于本文中描述的具体实施例，相反，方法的步骤和/或系统的组件可以与本文描述的其它步骤和/或组件独立地以及分离地利用。例如，方法也可以与其它检测系统和方法组合地使用，并且不限于仅利用如本文中描述的检测系统和方法来进行实践。相反，示例性实施例可以与许多其它XDI安全筛选系统应用相结合地实现和利用。
尽管可能在一些附图中示出本发明的各种实施例的具体特征而在其它附图中没有示出，但是这仅出于便利起见。依照本发明的原理，附图的任何特征可以与任何其它附图的任何特征组合地被引用和/或被要求保护。
此书面描述使用示例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使得本领域技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何设备或系统以及执行任何所结合的方法。本发明的可取得专利权的范围由权利要求限定，并且可以包括本领域技术人员所想到的其它示例。如果这样的其它示例具有与权利要求的字面语言并无不同的结构要素，或者如果这样的其它示例包括具有与权利要求书的字面语言的非实质性差异的等同结构要素，则这样的其它示例意图处于权利要求书的范围内。

Claims (20)

1.一种具有系统轴线的x射线衍射成像（XDI）系统，所述系统包括：
至少一个x射线源，其被配置为生成朝向包括至少一种物质的对象引导的x射线，其中所述至少一个x射线源进一步被配置为利用从多个方向到达的x射线来照射在所述对象内限定的至少一个体元，每一个方向由相对于系统轴线的入射角来限定；
至少一个检测器，其被配置为在x射线已经穿过所述对象之后检测经散射的x射线；以及
至少一个处理器，其被耦合到所述至少一个检测器，所述至少一个处理器被编程为生成对象体元的多个XDI轮廓，其中每一个XDI轮廓是相关联的入射角的函数。
2.根据权利要求1所述的XDI系统，其中所述XDI系统是五维系统，五个维度被限定为三个正交空间维度、动量维度和入射角维度。
3.根据权利要求1所述的XDI系统，还包括耦合到所述至少一个处理器的至少一个存储器设备，其中：
所述至少一个处理器被配置为作为入射角的函数而对所述多个XDI轮廓进行分类；并且
所述至少一个存储器设备被配置为作为入射角的函数而存储所述多个XDI轮廓。
4.根据权利要求3所述的XDI系统，其中所述至少一个处理器还被配置为使用作为入射角的函数而存储的多个XDI轮廓来促进将所照射的对象辨别为潜在威胁和潜在非威胁之一。
5.根据权利要求3所述的XDI系统，其中所述至少一个处理器还被配置为作为入射角的函数而比较至少一个体元的多个XDI轮廓以确定所述多个XDI轮廓之间的相似性的数值测量结果。
6.根据权利要求5所述的XDI系统，其中所述至少一个处理器还被配置为在具有高相似性值的至少一种所照射物质与具有低相似性值的至少一种所照射物质之间进行辨别。
7.根据权利要求5所述的XDI系统，其中所述至少一个处理器还被配置为在各项异性物质和各向同性物质之间进行辨别。
8.根据权利要求1所述的XDI系统，还包括被配置为容纳所述对象的检验区域，其中：
所述至少一个x射线源包括多焦点x射线源（MFXS）；并且
所述至少一个检测器包括相对于所述检验区域定位的多个相干x射线散射检测器，所述多个相干x射线散射检测器被配置为在多个主射束传播经过定位于所述检验区域内的对象时，检测来自所述多个主射束的相干散射射线。
9.根据权利要求8所述的XDI系统，其中所述MFXS包括阳极以及沿着所述阳极的长度与正交于所述系统轴线的所述MFXS的轴线共线地布置的多个焦点，所述多个焦点中的每一个焦点被配置为被顺序地激活以发射包括多个主射束的x射线扇形射束。
10.根据权利要求1所述的XDI系统，其中所述XDI系统是多逆扇形射束（MIFB）XDI系统。
11.具有体现在其上的计算机可执行指令一个或多个非暂时性计算机可读存储介质，其中在由至少一个处理器执行时，所述计算机可执行指令使所述处理器：
生成对象体元的多个XDI轮廓，其中利用朝向包括至少一种物质的对象引导的x射线来照射所述对象体元，所述x射线具有多个入射角，每一个XDI轮廓是相关联的入射角的函数，每一个入射角相对于系统轴线来限定；
比较所述多个XDI轮廓；以及
作为所述多个XDI轮廓的比较的函数而将所照射的对象辨别为潜在威胁和潜在非威胁之一。
12.根据权利要求11所述的具有体现在其上的计算机可执行指令的一个或多个非暂时性计算机可读存储介质，其中在由至少一个处理器执行时，所述计算机可执行指令使所述处理器在五维系统内存储XDI轮廓数据，五个维度被限定为三个正交空间维度、动量维度和入射角维度。
13.根据权利要求11所述的具有体现在其上的计算机可执行指令的一个或多个非暂时性计算机可读存储介质，其中在由至少一个处理器执行时，所述计算机可执行指令使所述处理器作为入射角的函数而比较至少一个体元的多个XDI轮廓以确定所述多个XDI轮廓之间的相似性的数值测量结果。
14.根据权利要求13所述的具有体现在其上的计算机可执行指令的一个或多个非暂时性计算机可读存储介质，其中在由至少一个处理器执行时，所述计算机可执行指令使所述处理器在具有高相似性值的至少一种所照射物质与具有低相似性值的至少一种所照射物质之间进行辨别。
15.根据权利要求14所述的具有体现在其上的计算机可执行指令的一个或多个非暂时性计算机可读存储介质，其中在由至少一个处理器执行时，所述计算机可执行指令使所述处理器在具有高相似性值的至少一种各项同性物质和具有低相似性值的至少一种各向异性物质之间进行辨别。
16.一种执行包括至少一种物质的对象的安全筛选的方法，所述方法包括：
生成对象体元的多个XDI轮廓，其中利用朝向所述对象引导的x射线来照射所述对象体元，所述x射线具有多个入射角，每一个XDI轮廓是相关联的入射角的函数，每一个入射角相对于系统轴线来限定；
比较所述多个XDI轮廓；以及
作为所述多个XDI轮廓的比较的函数而将所照射的对象辨别为潜在威胁和潜在非威胁之一。
17.根据权利要求16所述的方法，还包括在五维系统内存储XDI轮廓数据，五个维度被限定为三个正交空间维度、动量维度和入射角维度。
18.根据权利要求16所述的方法，还包括作为入射角的函数而比较至少一个体元的多个XDI轮廓以确定所述多个XDI轮廓之间的相似性的数值测量结果。
19.根据权利要求16所述的方法，还包括在具有高相似性值的至少一种所照射物质与具有低相似性值的至少一种所照射物质之间进行辨别。
20.根据权利要求19所述的方法，还包括在具有高相似性值的至少一种各项同性物质和具有低相似性值的至少一种各向异性物质之间进行辨别。
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