CN111386552A - 图像重建方法及系统 - Google Patents

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Abstract

描述了一种创建一三维图像的方法，所述三维图像来自于通过贯穿辐射对一物体的扫描，所述方法包括：使一物体通过一静态辐射场；当所述物体通过所述静态辐射场时，旋转所述物体；从而，当所述物体通过所述辐射场时，连续地收集多个扫描图像切片；使用所述多个图像切片以形成一三维图像。还描述了一种扫描系统，用于创建一三维图像，所述三维图像来自于通过贯穿辐射对一物体的扫描，所述扫描系统包括：一物体扫描器，包括一辐射产生器及一辐射检测器，所述辐射产生器用以产生一静态成像辐射场，所述辐射检测器与所述辐射产生器间隔开以定义一成像区域；一物体操作器，适于使所述物体相对于所述静态成像辐射场移动且通过所述静态成像辐射场，并且当所述物体通过所述静态成像辐射场时，同时地旋转所述物；一图像数据收集器，用以，当所述物体通过所述成像辐射场时，连续地收集多个扫描图像切片；一图像数据处理器，用以处理所述多个图像切片，以形成一三维图像。

Description

图像重建方法及系统
本发明涉及一种重建一物品的一三维图像的方法，所述物品通过例如x射线的贯穿辐射扫描。本发明特别地涉及一种通过例如x射线的贯穿辐射对一物体的扫描，所述方法完成了这样的图像重建。本发明还涉及一种实施了所述方法的所述原理的系统。
本发明尤其是可已有助于检测一测试物体内意外的或可疑的材料或组件的存在和/或分类或识别，例如可能威胁安全、违反海关法规等的异物。本发明尤其是涉及安全性扫描及其他安全性、工业及医学应用，其中在一较大物体内的外物、结构或内容物的一图像中的所述检测及识别是有益的。然而，本发明不限于调查其他物体内部的物体。
存在有检测在便携式电子装置(portable electronic devices,PEDS)中的爆炸性材料的一个特殊要求。解决此问题的一种方法是使用计算机断层扫描(ComputerisedTomography,CT)系统。然而，本领域技术人员将意识到，CT扫描被广泛用于在各种场景中对各种对象进行成像，并且能够轻松应用CT扫描的讨论，并且在适用的场景范围内进行本发明各方面的后续讨论。
在便携式电子装置及类似物品的CT扫描中，所述待测物品通过例如x射线的贯穿辐射辐射的扫描。一CT系统的使用允许对正在扫描的一物品进行三维重建(体素成像)。由于当所述产生器及检测器围绕所述要扫描的物品旋转时所获取的图像/视图的多样性，所述要扫描的物品的每个部分可以重建唯一三维像素(体素(voxel))。视图的多样性允许一极精确密度量测值被计算。这是当前部署的CT扫描器用于机场手提行李扫描的操作模式。
CT成像可以是在物体安全扫描的一强大工具，用于检测物体中的可疑材料结构，例如用于识别在便携式电子装置中的爆炸物。然而，所需的扫描系统可能很复杂，并且这样的系统的拥有成本很高，并且这可能会限制在低容量场景中的部署，例如旅客吞吐量较低的机场。
需要一种方法及系统，所述方法及系统能够创建一三维图像，所述三维图像来自于通过贯穿辐射，例如x射线，对一物体的扫描，所述贯穿辐射提供了常规CT扫描的附带优势，当在某些方面减轻了现有方法及系统的复杂性及成本。
根据本发明的一第一方面，一种创建一三维图像的方法，所述三维图像来自于通过贯穿辐射，例如x射线，对一物体的扫描，所述方法包括：
使一物体通过一静态成像辐射场；
当所述物体通过所述静态成像辐射场时，旋转所述物体；
从而，当所述物体通过所述成像辐射场时，连续地收集多个扫描图像切片；
使用所述多个图像切片以形成一三维图像。
本发明依赖于所这样的主张，即基于多个视图来创建一图像，这需要在一成像场中旋转所述要扫描的物品，并且交互关联所述数据以形成一体素化图像。所述成像场可以保持静态，并且因此简化了所述扫描设备。
在一个特定的实施例中，所述方法包含：
使一物体在一纵向上平移通过一贯穿辐射二维场，例如一二维x射线场；
当所述物体平移通过所述贯穿辐射二维场时，使一物体沿平行于所述纵向的一轴来旋转；
当所述物体平移通过所述贯穿辐射二维场时，在一合适的检测系统中检测穿透所述物体的所述辐射；
从而，当所述物体通过所述成像辐射场时，收集一连续的多个扫描图像切片；
使用所述多个图像切片以创建一三维图像。
根据本发明的一第二方面，一种扫描系统，用于创建一三维图像，所述三维图像来自于通过贯穿辐射，例如x射线，对一物体的扫描，所述扫描系统包括：
一物体扫描器，例如包括一辐射产生器及一辐射检测器，所述辐射产生器用以产生一静态成像辐射场，所述辐射检测器与所述辐射产生器间隔开以定义一成像区域；
一物体操作器，适于使所述物体相对于所述静态成像辐射场移动且通过所述静态成像辐射场，并且当所述物体通过所述静态成像辐射场时，同时地旋转所述物体；
一图像数据收集器，用以，当所述物体通过所述成像辐射场时，连续地收集多个扫描图像切片；
一图像数据处理器，用以处理所述多个图像切片，以形成一三维图像。
在一个特定的实施例中，一种扫描系统，用于创建一三维图像，所述三维图像来自于通过贯穿辐射，例如x射线，对一物体的扫描，所述扫描系统包括：
一物体扫描器，例如包括一辐射产生器，用以产生一静态贯穿辐射二维场，例如一二维x射线场；
一物体操作器，用以使一物体在一纵向上平移通过所述贯穿辐射二维场，例如所述二维x射线场，并且当所述物体平移通过所述贯穿辐射二维场时，同时地使一物体沿平行于所述纵向的一轴来旋转；
一检测系统，用以，当所述物体通过所述成像辐射场时，收集穿透所述物体的所述辐射作为一连续的多个扫描图像切片；
一图像数据收集器，用以，当所述物体通过所述成像辐射场时，连续地收集所述多个扫描图像切片；
一图像数据处理器，用以处理所述多个图像切片，以形成一三维图像。
本发明依赖于所这样的主张，即基于多个视图来创建一图像，要扫描的物品在一静态成像场中旋转，并且所述连续的“图像切片”交互关联以形成一体素化图像。所述方法包含同时地平移所述要扫描的物品通过一二维成像场，例如沿著一线性平移方向，并且旋转所述要扫描的物品，例如沿平行于所述线性平移方向的一轴。因此，可以用一合适的检测设备利用一简单的静态扫描系统来收集多个连续的“图像切片”。
例如，所述扫描系统包括用于产生一贯穿辐射二维场的一辐射产生器，例如用于产生一二维x射线场的一x射线源，及一辐射检测系统，例如一x射线检测系统，所述辐射检测系统与所述辐射产生器遥远地隔开并且放置，以在所述成像辐射场中收集穿透一物体的所述辐射。
所述辐射产生器及所述辐射检测系统可以彼此保持一固定的空间关系，并且可以静态地支撑例如在一合适的支撑体上。
所述物件操作器与所述辐射产生器及所述辐射检测系统可以相关联地安装，以这样的配置使得被操作的一物体可以相对于所述辐射产生器及所述辐射检测系统平移且旋转，尤其是通过所述成像辐射场并且同时地旋转。例如，所述物体操作器可以安装在相对于其是可以平移及旋转的一合适的支撑体上。
因此，本发明的显著特征在于，所述源是固定的，某种意义上它会产生一静态贯穿辐射二维场，例如一二维x射线场，并且所述检测器可以类似地固定，但是所述物体会移动，因为所述物体会平移及旋转通过所述静态辐射场。应当理解的是，本文中的一静态源/静态辐射场是相对于部署了所述设备的所述站点(例如，机场)以及这个站点的操作者的参照系。
在一合适的布置中，所述扫描系统包含一L形辐射检测器阵列，所述L形辐射检测器阵列是包含两个彼此成直角的线性检测器阵列的一检测器阵列。这样的阵列例如覆盖了所述系统的一扫描隧道的两个隧道侧。
特定系统实施例可以具有多于一个的辐射产生器和/或多于一个的辐射检测器阵列。
所述物体操作器配置用以使所述物体相对于所述静态成像辐射场移动且通过所述静态成像辐射场，并且当所述物体通过所述静态成像辐射场时，同时地旋转所述物体。例如，所述物体操作器包括一机电操作臂，所述机电操作臂沿一纵轴旋转所述要扫描的物品，同时使所述要扫描的物品通过所述成像辐射场。
较佳地，所述方法涉及，并且所述物体操作器配置成用以，达成侧向速度与所述物件的旋转速度的一匹配。例如，所述侧向速度对于所述旋转速度可以是恒定的，并且通过一合适的比例因子彼此关联。当所述要扫描的物体通过所述射线束，匹配所述侧向速度与所述旋转速度允许“逐个切片”地获取尽可能多的视图。
较佳地，所述方法包括，并且所述系统配置成用以，达成关于与在所述成像辐射场中的一物体交互作用后的穿透辐射强度的数据及关于在所述检测系统上处理的穿透辐射强度的数据的收集。
所述方法包括，并且所述系统配置成用以，当所述物体通过所述成像辐射场时，达成一连续的多个扫描图像切片的收集，并且当所述物体通过所述成像辐射场时，使用所述多个图像切片来创建所述物体的一个或多个三维图像。
为了清楚起见，应当理解，本文中所使用的对图像产生的引用是对一信息数据集创建的引用，例如以一合适存储及可操作的数据文件的形式，从中可以产生调查中的所述物体的所述基础结构的一视觉表示。这不一定需要向一用户显示一可视图像。它还包括创建此类图像的一信息数据集等，并且可以从中产生一显示的图像以在一合适的显示设备上查看。
然而，不排除本发明可以形成一扫描成像显示系统的一部分。根据这种可能的实施例，以上提到的所述信息数据集可以一种视觉上可访问的形式来显示，例如在一合适的显示方式上。本发明的所述方法方便地进一步提供显示这样的一个或多个图像的所述附加步骤，并且在多个图像的情况下，可能涉及同时地或顺序地显示这样的多个图像。
所述概念可以以多个视野来部署，即所谓的多视角系统。它也可与单一、两个或多个能量检测阵列一起部署。
所述概念可以与当前批准在机场中使用的所有现有x射线扫描系统一起部署。
因为本发明涉及包含通过一静态成像场扫描的一物体的旋转的运动，出于实际目的，它仅限于检查内部构造在这样旋转下可以稳定的物体，例如具有一刚性内部结构的物体，并且可能实际上不适用于多个物件或多个组件的松散集合，例如松散的行李。在进入一安全空间，例如在运输到一飞行器上之前，存在有检测在便携式电子装置(portableelectronic devices,PEDS)中的爆炸性材料的一个特殊要求。PEDS具有这样的刚性结构，并且本发明特别地适合应用于检测在PEDS内的未经授权材料，例如爆炸性材料。
在可能的情况下，所述方法被用作检测在便携式电子装置内的未经授权材料(例如爆炸性材料)的一种方法，所述系统是用于检测在便携式电子装置内的未经授权材料(例如爆炸性材料)的一种扫描系统，其中所述方法被执行，并且所述系统的所述物体操作器适于保持包含便携式电子装置的一待测物体。
现在将仅通过示例的方式参考附图来描述本发明，其中：
图1示出了具有单一静态视野的一常规x射线系统的一总体布局。
图2示出了如图1所示的检测器阵列，其适于用作一系统并且执行根据本发明原理的一种方法。
图3是示意出了包含图2的检测器的一种布置的一简单流程图，所述检测器在一更完整系统中并且在执行根据本发明原理的一种方法。
一常规x射线系统的所述总体布局如图1所示，为清晰起见仅显示了一个静态视野。在所述示例实施例中，所述系统具有一矩形扫描隧道(1)，在其中扫描一待测物体。所述待测物体被一带式输送机(3)承载，使其沿著一线性平移方向(D)移动。因此，使所述物体通过在所述隧道(1)的一扫描装置的一扫描区域(S)的一辐射场。当所述待测物体通过所述辐射场时，可以产生成像信息。
所述扫描装置具有包括一x射线源(5)的一产生器，所述x射线源与覆盖所述系统的两个相对隧道侧的一检测器阵列(7)相隔一定距离地安装。这样通常称为一L形阵列。特定系统迭代可能具有多于一个的产生器。实际系统可以具有多个视野，但为了清楚起见仅显示了一个。
图2示出了所述L形阵列如何与实施本发明原理的相关的机电运动系统一起使用，所述系统沿著一纵轴旋转所述要扫描的物品，当所述要扫描的物品通过所述x射线束时。
如图1中的所述示例中，提供了一矩形扫描隧道(11)，其中扫描一待测物体。所述扫描装置具有包括一x射线源(15)及一L形检测器阵列(17)的一产生器，所述L形检测器阵列(17)覆盖所述系统的两个相对隧道侧。一扫描区域再次定义在所述x射线源(15)与一L形检测器阵列(17)之间。所述x射线源及所述L形检测器阵列是静态的，并且在所述扫描区域中定义了一静态辐射场。
通过包含一操作臂(19)的一机电运动系统所承载，使所述待测物体(21)沿著一线性平移方向(D)移动。所述操作臂使所述物体(21)沿著一线性平移方向(D)移动，从而通过所述扫描区域中的所述辐射场。
然而，所述机电运动系统附加地适于，当所述待测物体侧向地移动通过所述静态成像辐射场时，使所述待测物体沿在方向R的所述旋转轴(23)旋转。当所述要扫描的物体通过来自所述x射线源的所述射线束，匹配所述侧向速度与所述旋转速度允许逐个切片地获取尽可能多的视图。
因此，可以获得多个视图或多个图像切片用于以一类似于一常规CT扫描器的方式进行的进一步处理，但是根据本发明原理，使用一静态扫描系统，并在所述实施例的所述特定情况下，使用一单个二维静态视野。产生来自多个有效视图的多个图像切片并不是通过所述扫描系统的移动，而是通过所述物体穿过这个静态视野的进行与同时平移及旋转。
通过一合适的图像处理方法，所述连续的多个图像切片可以协同处理及交互关联，以形成一体素化图像，所述合适的图像处理方法已类似于用于通过一常规CT扫描器所产生的多个切片的方式。然而，需要收集所述多个切片的所述设备是一简单的单个视图静态扫描器，因此，与常规的CT扫描器相比，所述设备及方法提供了易于加工和设备成本的显着优点。
提供有一图像数据处理器，例如可以是经过一合适地编程的通用或专用计算机的处理器，以处理所述多个图像切片，以形成一三维图像。提供有可选的图像显示方式。
图3是示意出了在一更完整系统中包含图2的检测器的一种布置的一简单流程图。
一图像数据处理模块通过一合适的数据连接接收来自于所述L形检测器的所述已收集的强度数据“图像”切片，并且根据本发明原理处理这些图片，以创建一三维图像，其中创建一三维图像的步骤包括创建一信息数据集，例如以一合适存储及可操作的数据文件的形式，从中可以产生调查中的所述物体的所述基础结构的一视觉三维表示，但不要求将图像信息数据集呈现为一可见的图像或可见视觉的图像本身。
然后，这样的图像信息数据集可以可选地经由一进一步合适的数据连接输出到所述视觉显示模块，所述视觉显示模块包括一显示屏，在所述显示屏上产生这样的一可见的视觉图像。

Claims (15)

1.一种创建一三维图像的方法，所述三维图像来自于通过贯穿辐射对一物体的扫描，其特征在于，所述方法包括：
使一物体通过一静态辐射场；
当所述物体通过所述静态辐射场时，旋转所述物体；
从而，当所述物体通过所述辐射场时，连续地收集多个扫描图像切片；
使用所述多个图像切片以形成一三维图像。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述方法包括：
使一物体在一纵向上平移通过一贯穿辐射二维场；
当所述物体平移通过所述贯穿辐射二维场时，使一物体沿平行于所述纵向的一轴来旋转；
当所述物体平移通过所述贯穿辐射二维场时，在一合适的检测系统中检测穿透所述物体的所述辐射；
从而，当所述物体通过所述成像辐射场时，收集一连续的多个扫描图像切片；
使用所述多个图像切片以创建一三维图像。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述辐射是一x射线辐射。
4.一种扫描系统，用于创建一三维图像，所述三维图像来自于通过贯穿辐射对一物体的扫描，其特征在于，所述扫描系统包括：
一物体扫描器，包括一辐射产生器及一辐射检测器，所述辐射产生器用以产生一静态成像辐射场，所述辐射检测器与所述辐射产生器间隔开以定义一成像区域；
一物体操作器，适于使所述物体相对于所述静态成像辐射场移动且通过所述静态成像辐射场，并且当所述物体通过所述静态成像辐射场时，同时地旋转所述物体；
一图像数据收集器，用以，当所述物体通过所述成像辐射场时，连续地收集多个扫描图像切片；
一图像数据处理器，用以处理所述多个图像切片，以形成一三维图像。
5.如权利要求4所述的扫描系统，其特征在于：所述物体扫描器包括一辐射产生器，适于产生一静态贯穿辐射二维场；
所述物体操作器，适于使一物体在一纵向上平移通过所述贯穿辐射二维场，并且当所述物体平移通过所述贯穿辐射二维场时，同时地使一物体沿平行于所述纵向的一轴来旋转。
6.如权利要求4或5所述的扫描系统，其特征在于：所述辐射产生器是一x射线源并且所述辐射检测器是一x射线检测器。
7.如权利要求4至6所述的扫描系统，其特征在于：所述扫描系统包括用于产生一贯穿辐射二维场的一辐射产生器及包括至少一个辐射检测器的一辐射检测系统，所述辐射检测系统与所述辐射产生器遥远地隔开并且放置，以在所述成像辐射场中收集穿透一物体的所述辐射。
8.如权利要求7所述的扫描系统，其特征在于：所述辐射产生器及所述辐射检测系统彼此保持一固定的空间关系，并且可以静态地支撑例如在一合适的支撑体上。
9.如权利要求4至8所述的扫描系统，其特征在于：所述物件操作器与所述辐射产生器及所述辐射检测系统相关联地安装，以这样的配置使得被操作的一物体可以相对于所述辐射产生器及所述辐射检测系统平移且旋转，尤其是通过所述成像辐射场并且同时地旋转。
10.如权利要求1至3所述的方法或如权利要求4至9所述的扫描系统，其特征在于：所述检测器包括一L形辐射检测器阵列。
11.如权利要求1至3或权利要求10所述的方法或如权利要求4至10所述的扫描系统，其特征在于：所述方法涉及或所述物体操作器配置成用以，达成侧向速度与所述物件的旋转速度的一匹配。
12.如权利要求1至3或权利要求9至11所述的方法或如权利要求4至11所述的扫描系统，其特征在于：所述方法包括或所述扫描系统配置成用以，达成关于与在所述成像辐射场中的一物体交互作用后的穿透辐射强度的数据及关于在所述检测器上处理的穿透辐射强度的数据的收集。
13.如权利要求1至3或权利要求9至12所述的方法或如权利要求4至12所述的扫描系统，其特征在于：所述方法包括及所述系统配置成用以，当所述物体通过所述成像辐射场时，达成一连续的多个扫描图像切片的收集，并且当所述物体通过所述成像辐射场时，所述多个图像切片用来创建所述物体的一个或多个三维图像。
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于：所述方法还包括显示所述一个或多个三维图像的所述附加步骤。
15.如权利要求1至3或权利要求9至14所述的方法，其特征在于：所述方法用来作为检测多个便携式电子装置内的未经授权材料。
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