CN116601485A - 用于实时可配置的反向扫描器的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本文描述了用于反向散射成像的系统和方法。提供了一种用于对物体成像的可实时配置的物体反向散射成像系统。该反向散射成像系统包括：源阵列，其包括多个离散源；以及准直器阵列，其包括与损失多个离散源相对应的多个准直器。损失源阵列被配置为以至少部分基于损失物体相对于损失反向散射成像系统的速度确定的频率选择性地激活所述多个离散源。

Description

用于实时可配置的反向扫描器的系统和方法

相关申请的交叉引用

本申请要求2020年6月25日递交的题为“实时可配置的反向扫描器的系统和方法”的申请号为63/043,941的美国临时专利申请的优先权，该美国临时专利申请通过引用整体结合于此。

背景技术

本文描述的实施例总体上涉及检查入口，并且更具体地涉及使用X射线成像技术的车辆检查入口。

需要在边界和敏感设施的进口处针对车辆检查爆炸物、武器、毒品和一般违禁品。通常使用X射线，因为它们穿透车辆并允许以非侵入的方式看到隐藏在汽车内的违禁品。

用于检查车辆的一个概念是停止车辆，让驾驶员和乘客下车，并且利用台架扫描车辆，其中源和检测器移动以扫描车辆。或者，可以使用洗车类型的方法，其中源和检测器是静止的，并且车辆被平移。这些方法导致与良好过渡的边界通道不兼容的低吞吐量。

通过驾驶车辆通过对乘客不超过辐射规定允许的最大值的X射线剂量的入口，获得了更高的吞吐量。一种方法是使用反向散射技术，其产生类似照片的图像。由于与透射射线照相相比穿透率低，因此需要多个视图的扫描以允许更完整的车辆检查。需要更先进的用于入口扫描的方法。

严格的规定限制了对车辆中的人可能暴露的剂量。传统的反向散射系统导致对乘客的低剂量。然而，在使用四面系统和高功率源的情况下，剂量可能超过规定限制。此外，扫描速度取决于车辆的驾驶员，并且可以广泛地变化，这可以导致更高的剂量。辐射源可以被配置成允许对于车辆通过入口的给定额定检查驾驶速度的最大辐射剂量。然而，驾驶员可能不以额定检查驾驶速度驾驶。以较低速度驾驶可能导致超过最大剂量的剂量。以较高速度驾驶可能导致较低的图像质量，因为较低剂量可能导致相应检查图像中的暗区，在该暗区中可能不能确定违禁品的存在。

当扫描系统不能跟上车辆速度时，中止扫描或者在图像中有间隙地收集扫描。

因此，需要增加这样的系统可以以可接受的图像质量扫描的最高车辆速度。此外，要扫描的车辆的尺寸不同。然而，通常扫描车辆的整个跨度，导致次优的图像质量和对环境的过量剂量。

简要描述

在一个方面，提供了一种用于对物体成像的反向散射成像系统。反向散射成像系统包括源阵列，该源阵列包括多个离散源。源阵列被配置为以至少部分基于物体相对于反向散射成像系统的速度确定的频率选择性地激活多个离散源。该反向散射成像系统还包括准直器阵列，该准直器阵列包括与多个离散源相对应的多个准直器。

在另一方面，提供了一种用于对物体成像的方法。该方法由反向散射成像系统执行，该反向散射成像系统包括源阵列，该源阵列包括多个离散源。该反向散射成像系统还包括准直器阵列，该准直器阵列包括与多个离散源相对应的多个准直器。该方法包括至少部分地基于物体相对于反向散射成像系统的速度来确定频率。该方法还包括以所确定的频率选择性地激活多个离散源。

在另一方面，提供了一种用于对物体进行成像的反向散射成像系统的源阵列。源阵列包括多个离散源。源阵列被配置为以至少部分基于物体相对于反向散射成像系统的速度确定的频率选择性地激活多个离散源。准直器阵列包括与多个离散源相对应的多个准直器。

附图说明

图1示出了根据本公开的反向散射成像系统。

图2A示出了根据本公开的可选的反向散射成像系统的正视图。

图2B示出了图2A所示的反向散射成像系统的侧视图。

图3A示出了已知成像系统在额定速度下的操作。

图3B示出了图3A的已知成像系统在低速下的操作。

图3C示出了图3A和3B的已知成像系统的高速操作。

图4A示出了根据本公开的成像系统在额定速度下的操作。

图4B示出了图4A的已知成像系统在低速下的操作。

图4C示出了图4A和4B的已知成像系统在高速下的操作。

图5示出了已知成像系统的操作。

图6示出了根据本公开的成像系统的操作。

图7A示出了根据本公开的被调整到低分辨率的成像系统。

图7B示出了图7A所示的被调整到高分辨率的成像系统。

图8A图示了根据本公开的用于确定反向散射图像的深度信息的配置的端视图。

图8B示出了用于确定图8A所示的反向散射的深度信息的配置的顶视图。

图9示出了根据本公开的包括四个阵列的反向散射成像系统。

图10示出了根据本公开的另一反向散射成像系统。

图11A示出了反向散射成像系统中的大焦斑尺寸的影响。

图11B示出了图11A所示的反向散射成像系统中的小焦斑尺寸的影响。

图12A示出了已知的反向散射成像系统。

图12B示出了根据本公开的反向散射成像系统。

图12C示出了图12B所示的反向散射成像系统的侧视图。

图13示出了根据本公开的另一反向散射成像系统。

具体实施方式

本公开涉及用于对车辆成像的反向散射系统，其提高图像质量、减少X射线剂量并防止扫描不包括车辆的区域。

对于这样的系统，希望具有紧凑的反向散射入口(例如，由于安装地点的有限空间)。然而，来自多个视图的X射线可能彼此干扰，导致差的图像质量。

所描述的系统和方法提供了具有离散源的紧凑的反向散射入口，所述离散源依次每侧开启一个。这种方法提供了一种在保持紧凑系统的同时改善图像质量的可行解决方案。

这里描述的实施例使用多焦斑源，并且基于车辆速度调整发射(firing)频率以将辐射剂量和图像质量维持在可接受的水平。在一些实施例中，仅扫描车辆本身，而不扫描不包括车辆的区域，从而改进图像质量并减少辐射剂量。此外，本文描述的实施例便于基于需要更高穿透的区域来调整源点电流、调整图像分辨率、获得深度信息、提供更短的源、以及提供小焦斑和高功率源。

图1示出了反向散射成像系统100，其包括离散源102的阵列、准直器阵列104和待成像的物体106(例如，车辆)。阵列的长度跨越物体106的大小。阵列中的每个源102与准直器阵列104中的准直器相关联，该准直器使射束成形为覆盖物体106。每个源102基于特定的发射顺序被打开，这允许扫描图案，而这对于本领域已知的旋转轮是不可能的。离散源102设置在由遮挡物110部分地包围的管108上。

如图2A和2B所示，在一些实施例中，可以使用电子束操纵源来代替。在这样的实施例中，电子束202被引导到靶204上的离散点上以产生X射线。通过控制电磁部件来调整电子束202的位置。代替多个离散电子源(如图1的实施例中)，存在一个电子源，但射束产生大体上相同。

至少一些已知的系统包括旋转轮，该旋转轮控制发射的X射线束的频率。这种车轮通常以一个频率旋转，该频率被选择为以最大速度覆盖整个车辆。频率可以是可调整的，但通常不是实时可调整的。现在将参照图3A-3C简要描述这种系统的操作。

在额定速度下，车辆被扫描，像素302不形成间隙和重叠，如图3A所示。在低速时，系统对车辆过采样，这导致更好的图像质量和对乘客和环境增加的辐射剂量，如图3B所示。对于一些应用，更高的分辨率可能更好。然而，可能期望不同车辆的一致分辨率以确保用于更好违禁品检测的均匀图像质量。当车速超过旋转轮的最大频率时，或者中止扫描或者数据具有间隙，如图3C所示。这些间隙是连续的，并且可能导致差的空间分辨率和误检测。

相反，参考图4A-4C，这里描述的实施例基于车辆的速度动态地调整扫描频率。具体地，扫描频率确定为f＝(V/V_o)*f_o，其中，f是新频率，f_o是额定频率，V是瞬时车辆速度，V_o是额定车辆速度。这有助于在最大车辆速度之前获得相同的图像质量和对乘客的相同剂量，如图4A和4B所示。

根据本发明，图4C中示出了当速度超过最大速度时的模式。尽管缺失区域与图3中的大致相同，但是没有连续的缺失区域。这允许对相邻像素402求平均以生成平均像素404，从而产生更好的空间分辨率(其可以被称为“棋盘扫描”)。在另一个实施例中，其中重要目标是维持剂量，频率保持固定，并且射束电流(I)基于速度进行调整：I＝(V/V_o)*I_o，其中I_o是额定射束电流。

本文描述的实施例还便于仅扫描包括车辆的区域，而排除不包括车辆的区域。例如，图5示出了具有旋转轮扫描器502的已知系统500，其中反向散射扫描覆盖整个扫描区域504。因此，当物体506小于该区域时，扫描空气(例如，在车辆上方)。这导致次优的扫描。

相反，在本文所述的实施例中，如图6的系统600所示，其可类似于图1的系统100，存在检测车辆604的尺寸且仅在车辆的跨度内扫描的传感器602。这允许增加扫描频率以允许更好的图像质量或扩展系统600能够扫描的最大车辆速度。此外，如果系统600受到最大剂量的限制，因为使用较少的射束，所以可以增加射束强度而不超过最大剂量，从而提高图像质量。

如图7A和7B所示，这里描述的实施例还能够实时调整系统的分辨率。例如，可能存在需要系统分辨率快速改变的情况，这不能通过旋转轮来完成。然而，如图7A和7B所示，这些实施例中的分辨率可以通过移动准直器阵列702更靠近(如图7A所示)或更远离(如图7B所示)源704来调整。分辨率可以基于例如物体的类型、物体的位置等以秒为单位改变。作为另一示例，当物体速度比系统能够处理的速度快时，可以增加射束大小。图像分辨率将降低，但是在成像期间不会遗漏物体的任何部分。

如图8A和8B的系统800所示，这里描述的实施例还使得能够确定反向散射图像的深度信息。一种方法包括使用聚焦到每个深度的准直器。然而，这会减小信号并导致高噪声。另一种方法是使用纳秒脉冲x射线。然而，使用紧凑源这是不可能的。因此，如图8A和8B所示，离散源802的一行或多行可被用于获得深度信息。一个示例顺序是发射(fire)一列804，随后激发下一列804。如图8所示，当使用两列804时，与一列804相关联的准直器孔径806相对于与另一列804相关联的准直器孔径806形成角度，以提供深度信息。或者，另一示例顺序是以行发射。

在一些实施例中，以比最大强度低的强度操作源可能是有益的。例如，为了增加源寿命，在一些实施例中，系统能够具有高峰值电流，但是限于较低平均值，以减少对环境的剂量，减少对乘客的剂量等。在一个实施例中，识别车辆的类型，并且特定车辆的强度图案用于优化需要的穿透，并且减少不需要的剂量。例如，门通常比玻璃衰减得更多，因此当扫描门板时，可以增加射束强度。在一些实施例中，可基于同一行中先前扫描的像素的图像噪声来调整所述源强度。如果噪声在之前扫描的像素中较高，则对于随后的像素增加强度，反之亦然。

图9是包括四个阵列902的反向散射成像系统900，每个阵列包括多个离散源904。阵列位于物体906的不同侧。在一个实施例中，一次激活一个源904，并且每次激活的源904在阵列902之间切换。例如，一个发射顺序包括激活第一阵列上的第一源，然后激活第二阵列上的第一源，然后激活第三阵列上的第一源，然后激活第四阵列上的第一源，然后激活第一阵列上的第二源，然后激活第二阵列上的第二源，等等。本领域技术人员将理解，其它发射顺序也是可能的。此外，每个阵列内的发射可以跨越物体906的相应大小的大小。

图10是反向散射成像系统1000的另一个实施例。在该实施例中，准直器阵列1004中的准直器孔径1002相对于彼此以不同的角度定向。这使得能够通过产生倾斜视图而不是仅平行视图来对长度比源1008的阵列1006的长度更长的物体成像。对于这样的实施例，源1008的阵列1006的大小可以减小，其中源1008彼此更靠近地定位。

在至少一些已知的系统中，使用具有旋转轮的单斑X射线管来产生扫描笔形射束。对于给定能量，图像噪声受到X射线管的X射线功率的限制，并且X射线管功率取决于焦斑的大小-较大的焦斑大小允许较高的功率(并且如果源激活太长时间，则较小的焦斑可能导致对目标的损坏)。然而，图像分辨率部分地取决于焦斑尺寸，并且较小的焦斑尺寸导致较高的分辨率。需要一种具有小焦斑的高功率X射线源，以降低图像噪声并提高空间分辨率。

图11A和11B示出了焦斑1102的大小的影响。当焦斑大小大并且期望高空间分辨率时，使用小的准直器开口1104。这导致长的尾部和损失的射束1106，如图11A所示。长的尾部降低分辨率，并且损失的射束降低信号并增加图像噪声。如图11B所示，小焦斑1102导致小的尾部并且没有损失的射束。

在至少一些已知的系统中，在扫描期间，单斑X射线管总是活动的，从而防止使用更小的焦斑(因为高功率下的更小的焦斑可能损坏具有单斑源的靶)。然而，在本文所述的实施例中，因为使用阵列中的多个源，所以射束可以操作一部分时间，从而实现更小的焦斑。

具体地，当切换到使用两个或更多个焦斑且对应的源非常接近时，降低了单斑源的功率密度。每个源仅在一部分时间内被激活，从而减少其热负荷。这允许减小焦斑大小和/或增加功率。

图12A-12C将具有单斑源1204和旋转轮1206的x射线管1202的已知旋转轮实现1200(图12A中示出)与包括多个源1212的x射线管1210阵列和具有相关联的准直器孔径1216的旋转轮1214的本公开的系统1208(图12B和12C中示出)进行比较。

通过使用多个源1212，每个源具有小的焦斑和较高的组合功率，系统1208可以产生较高分辨率的图像和较高的穿透度。可以设想各种实施例来调整旋转轮1214的旋转速度、源1212的发射频率和目标(例如，车辆)速度。在一个实施例中，旋转轮旋转和源发射的频率可以同步，以在相同位置开始。也就是说，源1212被配置成以与旋转轮1214中的准直器孔径1216与源1212对准的频率相同的频率在发射之间切换。此外，对于给定的车辆速度，频率和源间距可以被配置成在物体上产生射束的完全重叠(其通常相当于以较高功率操作的单斑)或部分重叠(对于较高分辨率)。图像处理用于将图像处理成单个二维图像。此外，源点之间的距离相对较小，以在检测器处产生类似的信号。

图13示出了系统1300，其包括具有多个源1304和旋转轮1306的阵列1302，以及在阵列1302和旋转轮1306的任一侧上的检测器1308。由于每次一个源1304打开，因此每次仅投射一个笔形射束。在该实施例中，物体(例如，车辆)通常从大致平行于旋转轮1306的旋转轴线的方向移动。也就是说，在该实施例中，旋转轮1306在物体的行进方向上不旋转。

以上详细描述了用于反向散射成像的方法和系统的示例性实施例。所述方法和系统不限于本文所述的具体实施例，而是相反，系统的部件和/或方法的步骤可与本文所述的其它部件和/或步骤独立地和分开地使用。因此，示例性实施例可以结合这里没有具体描述的许多其它应用来实现和使用。

在一个实施例中，提供了一种用于对物体成像的反向散射成像系统。该反向散射成像系统包括：源阵列，包括多个离散源；以及准直器阵列，包括与多个离散源相对应的多个准直器。源阵列被配置为以至少部分基于物体相对于反向散射成像系统的速度确定的频率选择性地激活多个离散源。

在一个方面，反向散射成像系统包括至少一个尺寸传感器，其被配置为确定物体的尺寸，并且源阵列被配置为基于所确定的尺寸选择性地激活多个离散源。在另一方面，准直器阵列相对于源阵列是可移动的，以调整反向散射成像系统的分辨率。在另一方面，准直器中的至少一些以不同的角度定向。在另一方面，反向散射成像系统包括一个或多个附加源阵列以提供物体的多个视图。在另一方面，源阵列包括多行或多列离散源以便于确定深度信息。在另一方面，反向散射成像系统使用高功率下的小焦斑来实现。

尽管本发明的各种实施例的具体特征可能在一些附图中示出而在其它附图中未示出，但这仅是为了方便。根据本发明的原理，附图的任何特征可结合任何其它附图的任何特征来引用和/或要求保护。

本书面描述使用示例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使本领域技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何结合的方法。本发明的专利范围由权利要求限定，并且可以包括本领域技术人员想到的其他示例。如果这些其它示例具有与权利要求的字面语言没有不同的结构元件，或者如果它们包括与权利要求的字面语言无实质差异的等同结构元件，则这些其它示例旨在处于权利要求的范围内。

Claims (20)

1.一种用于对物体成像的反向散射成像系统，所述反向散射成像系统包括：

源阵列，包括多个离散源，所述源阵列被配置为以至少部分基于所述物体相对于所述反向散射成像系统的速度确定的频率选择性地激活所述多个离散源；以及

准直器阵列，包括与所述多个离散源相对应的多个准直器。

2.根据权利要求1所述的反向散射成像系统，还包括至少一个尺寸传感器，被配置为确定所述物体的尺寸，其中所述源阵列被配置为基于所确定的尺寸选择性地激活所述多个离散源。

3.根据权利要求1所述的反向散射成像系统，其中所述准直器阵列相对于所述源阵列是可移动的，以调整所述反向散射成像系统的分辨率。

4.根据权利要求1所述的反向散射成像系统，其中所述多个准直器中的至少一些准直器以不同的角度定向。

5.根据权利要求1所述的反向散射成像系统，还包括一个或多个附加源阵列，以便于提供所述物体的多个视图。

6.根据权利要求1所述的反向散射成像系统，其中所述源阵列包括多行或多列离散源，以便于确定深度信息。

7.根据权利要求1所述的反向散射成像系统，其中所述反向散射成像系统使用相对较高功率下的相对较小焦斑来实现。

8.一种用于对物体成像的方法，所述方法由反向散射成像系统执行，所述反向散射成像系统包括源阵列，所述源阵列包括多个离散源，所述反向散射成像系统还包括准直器阵列，所述准直器阵列包括与所述多个离散源相对应的多个准直器，所述方法包括：

至少部分地基于所述物体相对于所述反向散射成像系统的速度来确定频率；以及

以所确定的频率选择性地激活所述多个离散源。

9.根据权利要求8所述的方法，其中所述反向散射成像系统还包括至少一个尺寸传感器，并且其中所述方法还包括：

通过所述尺寸传感器确定所述物体的尺寸；以及

基于所确定的尺寸选择性地激活所述多个离散源。

10.根据权利要求8所述的方法，还包括通过相对于所述源阵列移动所述准直器阵列来调整所述反向散射成像系统的分辨率。

11.根据权利要求8所述的方法，其中所述多个准直器中的至少一些准直器以不同的角度定向。

12.根据权利要求8所述的方法，还包括使用所述反向散射成像系统的一个或多个附加源阵列提供所述物体的多个视图。

13.根据权利要求8所述的方法，其中所述源阵列包括多行或多列离散源，并且其中所述方法还包括使用所述多行或多列离散源来确定深度信息。

14.根据权利要求8所述的方法，其中所述反向散射成像系统使用相对较高的功率下的相对较小的焦斑来实现。

15.一种用于对物体进行成像的反向散射成像系统的源阵列，所述源阵列包括多个离散源，所述源阵列被配置为以至少部分基于所述物体相对于所述反向散射成像系统的速度确定的频率选择性地激活所述多个离散源。

16.根据权利要求15所述的源阵列，还被配置为基于由尺寸传感器确定的所述物体的尺寸选择性地激活所述多个离散源。

17.根据权利要求15所述的源阵列，其中所述源阵列相对于准直器阵列是可移动的，以调整所述反向散射成像系统的分辨率，所述准直器阵列包括与所述多个离散源相对应的多个准直器。

18.根据权利要求17所述的源阵列，其中所述准直器阵列中的所述多个准直器中的至少一些准直器以不同的角度定向。

19.根据权利要求15所述的源阵列，还被配置为与一个或多个附加源阵列一起提供所述物体的多个视图。

20.根据权利要求15所述的源阵列，还包括多行或多列离散源，以便于确定深度信息。