CN108169254A - 检查设备和检查方法 - Google Patents

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Abstract

公开了一种检查设备和检查方法。该检查方法包括步骤：对被检查物体进行X射线扫描以产生被检查物体的图像；对所述被检查物体的图像进行分割以确定至少一个感兴趣区域；探测宇宙射线与所述感兴趣区域的相互作用，得到探测值；基于所述感兴趣区域的尺寸信息和所述探测值计算宇宙射线在所述感兴趣区域的散射特性值和/或吸收特性值；以及利用所述散射特性值和/或吸收特性值分辨所述感兴趣区域的材料属性。利用上述方案，能够对提高检查的准确性和检查效率。

Description

检查设备和检查方法
技术领域
本公开涉及对辐射检测技术，具体涉及一种对诸如集装箱卡车之类的被检查物体进行检查的设备和方法。
背景技术
随着世界经济和国际贸易的发展，集装箱/车辆货物运输在各国经济中的应用越来越广泛。同时，也为恐怖分子运输核材料、爆炸物或毒品等违禁品和危险品带来便利，严重威胁着世界各国人民的生命安全。例如，核弹原料铀235或钚239达到一定量(如铀12-16kg、钚6-9kg)就可引起武器级的核爆炸。此外，爆炸物和毒品的非法扩散造成的犯罪事件和经济损失，也给个人、家庭和整个社会带来了巨大的危害。因此，必须加强对集装箱/车辆货物运输的无损检查，严格控制和管理上述材料的非法扩散。
现有技术中的检查核材料和/或毒品的技术存在检测准确度不高，或者是效率低下的问题。
发明内容
考虑到现有技术中的一个或多个问题，提出了一种检查诸如集装箱之类的被检查物体的检查设备和检查方法。
在本发明的一个方面，提出了一种检查方法，包括步骤：对被检查物体进行X射线扫描以产生被检查物体的图像；对所述被检查物体的图像进行分割以确定至少一个感兴趣区域；探测宇宙射线与所述感兴趣区域的相互作用，得到探测值；基于所述感兴趣区域的尺寸信息和所述探测值计算宇宙射线在所述感兴趣区域的散射特性值和/或吸收特性值；以及利用所述散射特性值和/或吸收特性值分辨所述感兴趣区域的材料属性。
根据一些实施例，所述被检查物体的图像包括如下图像中的至少之一：单能透射图像、衰减系数图像、CT值图像、电子密度图像、原子序数图像。
根据一些实施例，利用所述散射特性值分辨一个感兴趣区域的材料属性，用吸收特性值分辨另一个感兴趣区域的材料属性。
根据一些实施例，所述的检查方法还包括步骤：通过执行非参数检验来判断所述感兴趣区域中是否包含核材料。
根据一些实施例，所述检查方法还包括步骤：利用参数重建所述被检查物体的三维图像。
根据一些实施例，当所述被检查物体的材料属性满足预定条件的情况下，发出报警信号。
根据一些实施例，利用所述散射特性值和/或吸收特性值分辨所述感兴趣区域的材料属性的步骤包括：利用事先创建的分类曲线或者查找表，根据所述散射特性值和/或吸收特性值确定所述感兴趣区域中材料的原子序数值。
根据一些实施例，所述的检查方法还包括步骤：监控所述被检查物体的运动轨迹并且基于所述运动轨迹计算表示宇宙射线与被检查物体的相互作用结果的探测值。
根据一些实施例，对所述被检查物体进行扫描包括如下至少之一：
对所述被检查物体进行背散射扫描；
对被检查物体进行单能透射扫描；
对所述被检查物体进行单能CT扫描；
对被检查物体进行双能X透射扫描；
对被检查物体进行双能CT扫描。
根据一些实施例，基于所述感兴趣区域的尺寸信息和所述探测值计算宇宙射线在所述感兴趣区域的散射特性值和/或吸收特性值的步骤包括：
通过下式计算散射特性值：
其中，σθ为散射角的均方根，p为入射粒子的平均动量，L为所述尺寸信息，具体为通过X射线扫描获得的材料厚度；
通过下式计算阻挡能力值作为吸收特性值：
其中，Nscatter/(ascatter·tscatter)表示在tscatter时间内ascatter成像面积或体积上探测到的与物质发生散射作用的粒子个数Nscatter，Nstop/(astop·tstop)表示在tstop时间内astop成像面积或体积上与物质发生阻挡作用的粒子个数Nstop，p为入射粒子的平均动量，L为所述尺寸信息，具体为通过X射线扫描获得的材料厚度。
在本发明的另一方面，提出了一种检查设备，包括：X射线源，发出X射线以对被检查物体进行扫描；探测和采集装置，探测和采集穿透所述被检查物体的X射线，得到探测数据；数据处理装置，基于所述探测数据产生所述被检查物体的图像，并且对所述被检查物体的图像进行分割以确定至少一个感兴趣区域；宇宙射线探测装置，探测宇宙射线与所述感兴趣区域的相互作用以得到探测值，并基于所述感兴趣区域的尺寸信息和所述探测值计算宇宙射线在所述感兴趣区域的散射特性值和/或吸收特性值；其中，所述数据处理装置还被配置为利用所述散射特性值和/或吸收特性值分辨所述感兴趣区域的材料属性。
根据一些实施例，所述的检查设备还包括：定位设备，确定被检查物体的运动路径，其中将宇宙射线探测装置得到的探测值与所述运动路径匹配得到感兴趣区域的探测值。
利用上述方案，能够对提高检查的准确性和检查效率。
附图说明
为了更好地理解本发明，将根据以下附图对本发明进行详细描述：
图1示出了根据本公开实施例的检查设备的结构示意图；
图2示出了如图1所示的计算设备的结构示意图；
图3A示出了根据本公开实施例的检查设备的侧视图；
图3B示出了根据本公开实施例的检查设备的俯视图；
图3C示出了根据本公开实施例的检查设备中的X射线扫描子系统的示意图；
图4A示出了根据本公开实施例的检查设备中宇宙射线探测器的结构示意图；
图4B是描述根据本公开另一实施例的宇宙射线探测器的侧面示意图；
图4C是描述根据本公开另一实施例的宇宙射线探测器的左视图；
图4D是描述根据本公开另一实施例的宇宙射线探测器的另一左视图；
图5是描述根据本公开实施例的检查方法的示意性流程图；
图6是描述根据本公开实施例的另一检查方法的示意性流程图。
具体实施方式
下面将详细描述本发明的具体实施例，应当注意，这里描述的实施例只用于举例说明，并不用于限制本发明。在以下描述中，为了提供对本发明的透彻理解，阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本发明。在其他实例中，为了避免混淆本发明，未具体描述公知的结构、材料或方法。
在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本发明至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“在一个实施例中”、“在实施例中”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和/或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当理解，这里使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。
针对现有技术中的一个或多个问题，本公开的实施例提出了一种利用X射线和宇宙射线检查集装箱车辆的方法。根据该实施例，被检查物体通过X射线成像系统扫描，获取内部物体的结构、厚度及灰度等信息。然后，利用宇宙射线系统对被检查物体进行检测。宇宙射线系统所用射线源为天然宇宙射线，穿透能力强，无需外加辐射源即可穿过重核材料被探测。针对宇宙射线的成像效果受纵深方向的材料厚度影响较大的问题，本公开的实施例中将X射线成像系统提供的厚度和灰度作为先验信息来进行宇宙射线成像/材料识别过程。这样的实施例可以提高宇宙射线成像技术对物质的分类效果，更准确地判断其内包含的重核材料、爆炸物和毒品等危险品或违禁品。
通常，对被检查物体可以利用X射线进行检查。X射线穿透能力强、测量时间短、分辨率高，常用于机场、海关等地的集装箱货物检查，如X射线透射成像、背散射成像和X-CT扫描等。但对于高Z(原子序数)物质，如铅屏蔽的辐射源、受屏蔽或不受屏蔽的核材料等，几厘米厚的铅屏蔽层即可阻挡X射线，常规的X射线无法穿透重核材料进行识别。
在本公开的实施例中，提出使用宇宙射线产生的次级粒子对被检查物体进行检查。宇宙射线经过大气层到达海平面时的主要粒子为缪子(μ)和电子(e)，数量比例约为10：1。缪子平均能量强，约为3/4GeV，质量约为负电子的206倍，通量约为10000/(minute*m2)。经测量，能量为4GeV的缪子在铅等高Z物质中的最大穿透深度超过一米，而更高能量的缪子可穿透数十米的岩石和金属，故宇宙线缪子可穿透集装箱车辆/货物可能存在的重核物质进行检测。
此外，根据本公开的实施例，μ子穿过物质时会发生多次库仑散射，偏离其原先的轨道，散射角度和物质的原子序数存在对应关系，故可通过测量μ子穿过物质后的散射角分布进行材料识别。宇宙线中的电子散射作用明显，在探测区域内穿过一定厚度的中/低Z物质容易发生大角度偏转或被吸收，可以分析毒品/爆炸物等低Z物质的分布情况。例如事先建立散射角度和/或吸收特性与各种原子序数的物质之间的对应关系或者分类曲线，然后在实际检查过程中通过采集得到的被检查物体的散射角和/或吸收特性得到相应的原子序数值，从而确定被检查物体中的材料属性。
图1示出了根据本公开实施例的检查设备的结构示意图。如图1所示的检查设备100包括X射线源110、X射线探测和数据采集设备130、控制器140、计算设备160、监控设备150和宇宙射线探测和数据采集设备170，对诸如集装箱卡车之类的被检查物体120进行安全检查，例如判断其中是否包含了核材料和/或毒品等违禁品。虽然在该实施例中，将X射线探测器和数据采集装置集成在一起称为X射线探测和数据采集设备，但是本领域技术人员可以想到将X射线探测器和数据采集装置分开形成。类似地，虽然在该实施例中，将宇宙射线探测器和数据采集装置集成在一起称为宇宙射线探测和数据采集设备，但是本领域技术人员可以想到将宇宙射线探测器和数据采集装置分开形成。
根据一些实施例，上述的X射线源110可以是同位素，也可以是X光机或加速器等。所执行的扫描方式可以是透射，也可以是背散射或CT等。X射线源110可以是单能，也可以是双能。这样，通过X射线成像系统对被检查物体120进行初检。例如在被检查物体120行进过程中，操作人员借助于计算设备160的人机交互界面，通过控制器140发出指令，命令X射线源110发出射线，穿过被检查物体120后被X射线探测和数据采集设备130接收，可以快速获知被检查物体120的图像，进而得知结构和/或尺寸等信息，为后续宇宙射线系统的检查过程提供先验知识。同时，根据X射线衰减/灰度/原子序数可以得到的透明度灰度图分割出可疑区域(也称感兴趣区域)，如X射线无法穿透的高Z区和/或分辨能力有限的爆炸物/毒品低Z区。
图2示出了如图1所示的计算设备的结构示意图。如图2所示，X射线探测器130探测的信号通过数据采集器采集，数据通过接口单元167和总线163存储在存储器161中。只读存储器(ROM)162中存储有计算机数据处理器的配置信息以及程序。随机存取存储器(RAM)163用于在处理器165工作过程中暂存各种数据。另外，存储器161中还存储有用于进行数据处理的计算机程序，例如物质识别程序和图像处理程序等等。内部总线163连接上述的存储器161、只读存储器162、随机存取存储器163、输入装置164、处理器165、显示装置166和接口单元167。
在用户通过诸如键盘和鼠标之类的输入装置164输入的操作命令后，计算机程序的指令代码命令处理器165执行预定的数据处理算法，在得到数据处理结果之后，将其显示在诸如LCD显示器之类的显示装置167上，或者直接以诸如打印之类硬拷贝的形式输出处理结果。
X射线探测和数据采集设备130获得的数据存储在计算设备160中进行图像处理等操作，例如确定感兴趣区域(高Z区域或者低Z区域或者难穿透区域等)的尺寸和位置等信息，为后续通过宇宙射线探测提供先验信息。根据其他实施例，上述的X射线系统可以替换为X射线CT设备，也可以是双能系统，这样就能够获得被检查物体120的原子序数图像/衰减系数图像/电子密度图像/CT值图像等等。例如在双能CT系统的情况下，X射线源110能够发出高能和低能两种射线，探测器130探测到不同能量水平下的投影数据后，由计算设备160的处理器166进行双能CT重建，得到被检查物体120的各个断层的等效原子序数和密度数据。在这种情况下，计算设备166可以获得被检查物体120的图像信息，并且在此基础上进行分割，得到感兴趣区域(高Z区域或者低Z区域或者难穿透区域等)的尺寸和位置等信息，为后续的宇宙射线检查提供较为准确的位置依据和其他先验信息。
图3A示出了根据本公开实施例的检查设备的侧视图，以及图3B示出了根据本公开实施例的检查设备的俯视图。图3C示出了根据本公开实施例的检查设备中的X射线扫描子系统的示意图。如图3A所示，被检查物体120自左向右通过检查区域，在控制箱190中的控制器140和计算设备160的控制下，先进行X射线扫描过程，然后进行宇宙射线扫描过程。虽然图3C中示出的X射线扫描中使用的是包括X射线源110和X射线探测和数据采集设备130的透射扫描系统，但是本领域的技术人员应该想到，上述的透射扫描系统可以用CT扫描系统或者背散射扫描系统替换。
在车辆行进过程中诸如摄像头之类的监控设备(图1中的150和图3A和3B中的151和152)可以监控被检查物体120的行进路径。围绕车辆设置的宇宙射线探测和数据采集设备170探测穿过被检查物体的宇宙射线的信息，例如位置、时间、强度等等，从而可对整个车体/货物进行检查，也可以仅对X射线成像系统提供的可疑区域深入分析。根据本公开的实施例，用于宇宙射线成像的宇宙射线是缪子和/或电子。对于集装箱车辆检查的大面积位置灵敏探测器，可用的宇宙线带电粒子探测器有漂移管或漂移室、RPC(Resistive PlateChamber：阻性板室),MRPC(Multi-gap Resistive Plate Chamber：多气隙电阻板室)、闪烁体或闪烁光纤等。如图3A所示，本公开实施例中的宇宙射线探测器包括设置上探测板171和下探测板172，其中下探测板172设置在地面195之下，例如设置在地面的沟槽中，上探测板171通过支撑结构181和182支持，在垂直方向上与下探测板172形成允许被检查物体120通过的检查空间。
通常，在较短时间范围内，能够同时被相隔一定距离的两层、三层或数层宇宙线带电粒子探测器接收的粒子即是同一个带电粒子，记这种相隔一定距离的两层、三层或数层探测器为一组。一般而言，宇宙射线探测器包括顶面和底面各一组探测器171和172。通过电子学系统例如数据采集装置记录接收到粒子的位置、接收时间和能量等，通过接收时间差分析，计算粒子行走径迹和作用位置。例如，将不同探测器很短时间(如1纳秒)内接收到的两个粒子认为是属于相同的来源。此外，通过一层探测器可以确定粒子的入射径迹，通过被检查物体另一侧的探测器可以确定粒子的处射径迹，从而基于入射径迹和处射径迹确定被检查物体对宇宙射线的位置和散射角度。
为了收集尽量多的宇宙射线粒子，还可将探测器组分别位于被测物的两侧，甚至前后面，采用多面探测器测量方式，如四组(上下面、两侧面)、六组(上下面、两侧面、前后面)等。如图4A所示，探测器组包括上探测器410，下探测器411，左探测器412，右探测器413，前探测器415和后探测器414，分布在被检查物体120的周围。宇宙射线420穿透上探测器410后，继续穿透被检查物体120被下探测器411探测到，如图4A所示。为增加粒子探测的效率，还可以采用上下面水平或倾斜、两侧探测器与地面保持一定角度(呈外张的U型排布)的探测器布置。
在其他实施例中，为了提高检查效率，让被检查物体120快速通过扫描通道，可以在行走方向上使用连续的大面积探测器，以获得足够多的粒子信息。记被检查物体120进入通道入口的时刻为t1，离开出口的时刻为t2，车辆总长为l，车速保持v米/秒左右，通道总长度约为(v·(t2-t1)+2·l)。此外，还可采用小面积探测器或分段式探测器对被检物指定区域进行停车检查，如图4B、图4C和图4D所示。首先根据X射线成像结果判断可疑物121的位置，再将被检查物体120停至测量区域，进行检查。例如可疑物121正好在小面积的上探测器420和小面积的下探测器421之间的位置，从而方便检查。
如图4C和4D所示，小面积探测器421或分段式底面探测器422、423和424可埋于地下，被检查物体的可疑区域121正好位于顶面探测器420和底面探测器421中间。也可使底面探测器422，423和424凸出在地面上，正好被车轮部分隔开。采用这种小面积或分段式探测器虽然可能采集数据量不及连续的大面积探测器完整，但是可降低探测器设计、系统搭建和维修的难度，简化系统结构，减少软硬件成本。
在一些实施例中，采用连续大面积位置灵敏探测器检测运动车辆的轨迹。由于车辆在检查通道中运动，因此需要采用监控设备150记录车辆的行驶轨迹，以便与探测器探测到的宇宙线粒子位置进行符合。常规的方法有视频定位、光路定位和压力传感等。由于车辆缓慢前行，路线近似直线，对监控设备150的要求无需过高。如采用多摄像头进行视频跟踪时，仅需顶视摄像头即可满足定位要求。在其他实施例中，在采用光路定位时，仅需在车辆一侧放置一列光路即可。
根据本公开的实施例，扫描过程中产生的大量数据可通过无线传输或光缆、网线等线路传输到后端的数据处理工作站。相比无线方式，推荐采用有线传输方式，其不但可以保证数据传输的速度，降低信号在传输过程中的损失，提高信号传输的抗干扰能力，还可以在很大程度上降低数据采集的技术难度和成本。
根据本公开的实施例，运动车辆检查过程可以包括机械控制、电气控制、数据采集、图像重建、材料识别、结果显示和危险报警等，均由主控中心的控制箱(图3A的190)控制。所用处理设备165例如处理器可以是高性能的单个PC，也可以是工作站或机群。显示器可以是CRT传统显示器，也可以是液晶显示器。
图5是描述根据本公开实施例的检查方法的示意性流程图。如图5所示，在步骤S510对被检查物体进行X射线扫描以产生被检查物体的图像。例如，通过图1所示的系统对被检查物体120进行透射扫描或者CT扫描/双能CT扫描，得到被检查物体120的图像，进而得到内部结构信息和尺寸信息等。首先利用X射线成像系统扫描车辆/货物，得到物体的大致结构和尺寸信息，尤其是纵深方向的材料厚度。
在步骤S520，对所述被检查物体的图像进行分割以确定至少一个感兴趣区域。例如，由于X射线成像灰度图和原子序数变化规律大致相近，可根据灰度图分割出可疑区域，如X射线无法穿透的高Z区和/或分辨能力有限的爆炸物/毒品低Z区，作为感兴趣区域。
在步骤S530，探测宇宙射线与所述感兴趣区域的相互作用，得到探测值。例如，宇宙线粒子穿过介质时，会根据材料类别表现出不同的散射和吸收性质。探测器170探测入射粒子和出射粒子数量、接收时间、探测位置和能量等信息。
在步骤S540，基于所述感兴趣区域的尺寸信息和所述探测值计算宇宙射线在所述感兴趣区域的散射特性值和/或吸收特性值。例如，利用上述的探测值和感兴趣区域的尺寸信息分别计算诸如高Z区和/或低Z区之类的感兴趣区域的特征参数，例如散射密度值和阻挡能力值。
在步骤S550，利用所述散射特性值和/或吸收特性值分辨所述感兴趣区域的材料属性。根据本公开的实施例，μ子穿过物质时会发生多次库仑散射，偏离其原先的轨道，散射角度和物质的原子序数存在对应关系，故可通过测量μ子穿过物质后的散射角分布进行材料识别。宇宙线中的电子散射作用明显，在探测区域内穿过一定厚度的中/低Z物质容易发生大角度偏转或被吸收，可以分析毒品/爆炸物等低Z物质的分布情况。例如，通过事先测量一些物质的散射特性值和/或吸收特性值(例如阻挡能力值)与原子序数之间的对应表，通过查表的方式确定感性区域的原子序数，从而确定材料属性。
在一些实施例中，宇宙线带电粒子穿过介质时，会根据材料类别表现出不同的散射和吸收性质。与上述特性相关的物理量，除了可通过探测器系统测量的入射粒子和出射粒子数量、接收时间、探测位置和能量外，纵深方向的材料厚度对参数计算也至关重要。因此，本公开先利用X射线成像系统得到物体的结构和材料厚度信息，再计算物质对宇宙线粒子的散射和吸收特性，进行材料分辨。相较于直接采用宇宙射线成像的方法，物质识别和定位效果更好。
另外，由于低Z物质对宇宙射线的吸收作用(或称阻挡作用)可分性明显，而高Z物质对射线的散射作用可分性明显，故需要分区间各自分辨低Z物质和高Z物质。在此之前，需要将物质的原子序数划分为低Z区或高Z区作为感兴趣区域，这个过程也可通过X射线成像系统实现。
图6是描述根据本公开实施例的另一检查方法的示意性流程图。如图6所示，在步骤S611，诸如车辆之类的被检查物体120在检查区域首先通过X射线成像系统进行初检，进而在步骤S612快速获取集装箱内物体的结构图像和/或厚度信息，为宇宙射线系统的二次检查提供先验知识。在步骤S613，例如根据灰度分割出可疑区域，如X射线无法穿透的重核材料高Z区和分辨能力有限的爆炸物/毒品低Z区。在其他实施例中也可以通过原子序数/电子密度/线性衰减系数等进行感兴趣区域的分割。
然后，在步骤S614，被检查物体120驶入宇宙线检查通道，以两组大面积位置灵敏探测器检查运动车辆为例，顶面和底面的位置灵敏探测器分别记录各自的宇宙射线粒子信号。同时，此通道中布置了监控设备150，时刻记录被检车辆的位置，并将时间-位置信息传至控制中心，以便后续的运动轨迹符合。
在步骤S615，数据采集电路等记录探测器170接收到粒子的位置、接收时间和能量等，通过计算设备160进行接收时间差分析，计算粒子行走径迹和作用位置，与监控系统的时间-位置信息进行符合。若某个粒子在短时间内同时被入射探测器探测和接收探测器接收，则认为是散射粒子；若进入测量区，但仅在入射探测器探测，接收探测器没有接收信息，则认为是被阻挡粒子。
在步骤S616，根据X射线灰度图分割出高Z和低Z可疑区域，基于感兴趣区域的尺寸和宇宙射线探测器170得到的探测值，分别计算散射密度和阻挡能力。例如，利用X射线成像系统扫描车辆/货物，得到物体的大致结构和尺寸信息，尤其是纵深方向的材料厚度。由于X射线成像灰度图和原子序数变化规律大致相近，可根据灰度图分割出可疑区域，如X射线无法穿透的高Z区和分辨能力有限的爆炸物/毒品低Z区。通过下面的方式分别计算高Z区和低Z区的特征参数。
对高Z区计算散射密度(scattering density)，涉及的宇宙线粒子主要是μ子：
其中，σθ为散射角的均方根，p为入射粒子的平均动量，L为材料厚度，此厚度通过X射线成像系统获得。例如，将不同探测器很短时间(如1纳秒)内接收到的两个粒子认为是属于相同的来源。此外，通过一层探测器可以确定粒子的入射径迹，通过被检查物体另一侧的探测器可以确定粒子的处射径迹，从而基于入射径迹和处射径迹确定被检查物体对宇宙射线的位置和散射角度。再如，上述的平均动量可以根据探测器的探测值计算得到。
对低Z区材料计算阻挡能力(stopping power)，涉及的宇宙线粒子包括μ子和电子：
其中，Nscatter/(ascatter·tscatter)表示在tscatter时间内ascatter成像面积或体积上探测到的与物质发生散射作用的粒子个数Nscatter，Nstop/(astop·tstop)表示在tstop时间内astop成像面积或体积上与物质发生阻挡作用的粒子个数Nstop，p为入射粒子的平均动量，L为材料厚度，此厚度通过X射线成像系统获得。若某个粒子在短时间内同时被入射探测器探测和接收探测器接收，则认为是散射粒子；若进入测量区，但仅在入射探测器探测，接收探测器没有接收信息，则认为是被阻挡粒子。
在步骤S617，利用计算的阻挡作用对低Z区进行材料属性分辨。例如，通过事先测量一些物质的阻挡能力值与原子序数之间的对应表，通过查表的方式确定感兴趣区域的原子序数，从而确定材料属性。
在步骤S618，利用计算的散射密度值分辨高Z区域的材料属性。例如，通过事先测量一些物质的散射特性值与原子序数之间的对应表，通过查表的方式确定感性区域的原子序数，从而确定材料属性。
在步骤S619，可以采用非参数检验方法作出快速判断，例如基于高Z区和/或低Z的几个点的原子序数进行非参数检验，来确定是否包含违禁品，如K-S检验、卡方检验等。若判断存在违禁品，再利用参数重建算法对可疑区域进行物质识别和三维空间定位。参数重建算法可采用基于径迹拟合重建的PoCA算法、基于最大似然迭代重建的MLSD-OSEM算法或基于先验估计的最可几径迹法等。
由于成像质量随着宇宙线粒子的增多有所改善，为了获得较好的信噪比和图像质量，可一次采集足够多的数据统一处理，或实时加入新的数据逐步处理。考虑到被测车辆体积较大，要获得较好空间分辨率的图像，计算量很大，需要采用一些加速方法提高成像速度。且由于多条有效径迹之间相互独立，重建过程可并行执行，可利用多核CPU、多线程GPU或其他加速方法并行化。
在步骤S620，通过显示器给出检测结果。若不存在重核物质、爆炸物或毒品等违禁品，车辆可正常通过；否则，开启危险报警，发出警告，并在显示器上显示违禁品的类型与所在位置，甚至是宇宙线重建三维图像，或与X射线成像图的融合图像。
本公开的上述实施例结合了X射线成像技术和宇宙射线成像技术，通过对被检物的双模态扫描，不仅改善了传统宇宙射线成像技术对重核材料的识别效果，还提高了对中-轻Z材料，如毒品和爆炸物等危险品和违禁品的识别准确度。X线成像技术可快速获得车辆/货物的大致结构、厚度和灰度信息，为后续重建作先验知识；而宇宙射线成像技术利用了天然宇宙射线，穿透能力强，可穿透高密度高厚度的材料。在X射线成像系统提供的厚度和灰度先验信息下，宇宙线成像系统对中-轻Z材料的分类也可获得良好的成像效果。可为重核物质等高Z材料和爆炸物/毒品等中-轻Z材料提供一种安全有效的检查方案。
以上的详细描述通过使用示意图、流程图和/或示例，已经阐述了检查设备和检查方法的众多实施例。在这种示意图、流程图和/或示例包含一个或多个功能和/或操作的情况下，本领域技术人员应理解，这种示意图、流程图或示例中的每一功能和/或操作可以通过各种结构、硬件、软件、固件或实质上它们的任意组合来单独和/或共同实现。在一个实施例中，本发明的实施例所述主题的若干部分可以通过专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、数字信号处理器(DSP)、或其他集成格式来实现。然而，本领域技术人员应认识到，这里所公开的实施例的一些方面在整体上或部分地可以等同地实现在集成电路中，实现为在一台或多台计算机上运行的一个或多个计算机程序(例如，实现为在一台或多台计算机系统上运行的一个或多个程序)，实现为在一个或多个处理器上运行的一个或多个程序(例如，实现为在一个或多个微处理器上运行的一个或多个程序)，实现为固件，或者实质上实现为上述方式的任意组合，并且本领域技术人员根据本公开，将具备设计电路和/或写入软件和/或固件代码的能力。此外，本领域技术人员将认识到，本公开所述主题的机制能够作为多种形式的程序产品进行分发，并且无论实际用来执行分发的信号承载介质的具体类型如何，本公开所述主题的示例性实施例均适用。信号承载介质的示例包括但不限于：可记录型介质，如软盘、硬盘驱动器、紧致盘(CD)、数字通用盘(DVD)、数字磁带、计算机存储器等；以及传输型介质，如数字和/或模拟通信介质(例如，光纤光缆、波导、有线通信链路、无线通信链路等)。
虽然已参照几个典型实施例描述了本发明，但应当理解，所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本发明能够以多种形式具体实施而不脱离发明的精神或实质，所以应当理解，上述实施例不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。

Claims (17)

1.一种检查方法，包括步骤：
对被检查物体进行X射线扫描以产生被检查物体的图像；
对所述被检查物体的图像进行分割以确定至少一个感兴趣区域；
探测宇宙射线与所述感兴趣区域的相互作用，得到探测值；
基于所述感兴趣区域的尺寸信息和所述探测值计算宇宙射线在所述感兴趣区域的散射特性值和/或吸收特性值；以及
利用所述散射特性值和/或吸收特性值分辨所述感兴趣区域的材料属性。
2.如权利要求1所述的检查方法，所述被检查物体的图像包括如下图像中的至少之一：
单能透射图像、衰减系数图像、CT值图像、电子密度图像、原子序数图像。
3.如权利要求1所述的检查方法，其中利用所述散射特性值分辨一个感兴趣区域的材料属性，用吸收特性值分辨另一个感兴趣区域的材料属性。
4.如权利要求1所述的检查方法，还包括步骤：
通过执行非参数检验来判断所述感兴趣区域中是否包含核材料。
5.如权利要求1所述的检查方法，还包括步骤：
利用参数重建所述被检查物体的三维图像。
6.如权利要求1所述的检查方法，当所述被检查物体的材料属性满足预定条件的情况下，发出报警信号。
7.如权利要求1所述的检查方法，其中利用所述散射特性值和/或吸收特性值分辨所述感兴趣区域的材料属性的步骤包括：
利用事先创建的分类曲线或者查找表，根据所述散射特性值和/或吸收特性值确定所述感兴趣区域中材料的原子序数值。
8.如权利要求1所述的检查方法，还包括步骤：
监控所述被检查物体的运动轨迹并且基于所述运动轨迹计算表示宇宙射线与被检查物体的相互作用结果的探测值。
9.如权利要求1所述的检查方法，其中对所述被检查物体进行扫描包括如下至少之一：
对所述被检查物体进行背散射扫描；
对被检查物体进行单能透射扫描；
对所述被检查物体进行单能CT扫描；
对被检查物体进行双能X透射扫描；
对被检查物体进行双能CT扫描。
10.如权利要求1所述的检查方法，其中基于所述感兴趣区域的尺寸信息和所述探测值计算宇宙射线在所述感兴趣区域的散射特性值和/或吸收特性值的步骤包括：
通过下式计算散射特性值：
其中，σθ为散射角的均方根，p为入射粒子的平均动量，L为所述尺寸信息，具体为通过X射线扫描获得的材料厚度；
通过下式计算阻挡能力值作为吸收特性值：
其中，Nscatter/(ascatter·tscatter)表示在tscatter时间内ascatter成像面积或体积上探测到的与物质发生散射作用的粒子个数Nscatter，Nstop/(astop·tstop)表示在tstop时间内astop成像面积或体积上与物质发生阻挡作用的粒子个数Nstop，p为入射粒子的平均动量，L为所述尺寸信息，具体为通过X射线扫描获得的材料厚度。
11.一种检查设备，包括：
X射线源，发出X射线以对被检查物体进行扫描；
探测和采集装置，探测和采集穿透所述被检查物体的X射线，得到探测数据；
数据处理装置，基于所述探测数据产生所述被检查物体的图像，并且对所述被检查物体的图像进行分割以确定至少一个感兴趣区域；
宇宙射线探测装置，探测宇宙射线与所述感兴趣区域的相互作用以得到探测值，并基于所述感兴趣区域的尺寸信息和所述探测值计算宇宙射线在所述感兴趣区域的散射特性值和/或吸收特性值；
其中，所述数据处理装置还被配置为利用所述散射特性值和/或吸收特性值分辨所述感兴趣区域的材料属性。
12.如权利要求11所述的检查设备，还包括：
定位设备，确定被检查物体的运动路径，其中将宇宙射线探测装置得到的探测值与所述运动路径匹配得到感兴趣区域的探测值。
13.如权利要求11所述的检查设备，其中，所述数据处理装置产生的所述被检查物体的图像包括如下图像中的至少之一：
单能透射图像、衰减系数图像、CT值图像、电子密度图像、原子序数图像。
14.如权利要求11所述的检查设备，其中所述数据处理装置利用所述散射特性值分辨一个感兴趣区域的材料属性，用吸收特性值分辨另一个感兴趣区域的材料属性。
15.如权利要求11所述的检查设备，其中，所述数据处理装置通过执行非参数检验来判断所述感兴趣区域中是否包含核材料。
16.如权利要求11所述的检查设备，其中所述数据处理装置利用事先创建的分类曲线或者查找表，根据所述散射特性值和/或吸收特性值确定所述感兴趣区域中材料的原子序数值。
17.如权利要求11所述的检查设备，其中所述数据处理装置：
通过下式计算散射特性值：
其中，σθ为散射角的均方根，p为入射粒子的平均动量，L为所述尺寸信息，具体为通过X射线扫描获得的材料厚度；
通过下式计算阻挡能力值作为吸收特性值：
其中，Nscatter/(ascatter·tscatter)表示在tscatter时间内ascatter成像面积或体积上探测到的与物质发生散射作用的粒子个数Nscatter，Nstop/(astop·tstop)表示在tstop时间内astop成像面积或体积上与物质发生阻挡作用的粒子个数Nstop，p为入射粒子的平均动量，L为所述尺寸信息，具体为通过X射线扫描获得的材料厚度。
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