CN1327249C - 用于检查物体的方法和设备 - Google Patents

Abstract

在机场行李检查领域，使用多级筛选程序。当第一级筛选系统(18)在一行李内检测到“可疑区域”时，将该行李转送到下一级系统(2)，在那里将重新扫描该行李。依照本发明，提供了用于发现并跟踪行李内可疑区域的设备/方法，所述设备/方法能够显著地减少要重新扫描的面积。为此，把来自第一级系统的图像连同该图像内的可疑区域的部位一起从第一级系统转送到第二级系统。一旦行李到达第二级(21)，使用附加源/检测器系统(6)来测量简单的X光透射图像。然后，严格地对准这二个图像以便确切地确定在第二级扫描器系统中的可疑区域。

Description

用于检查物体的方法和设备

本发明涉及一种用于扫描物体的扫描器系统，一种借助于第一扫描器级和第二扫描器级来检查物体的方法，以及一种用于扫描器系统的计算机程序。

在过去几年里，X光行李检查系统从单个X光成像系统发展到更高级的自动系统，其中所述单个X光成像系统完全依赖于操作员的交互，而所述自动系统则可以自动识别行李或包裹中的某些类型的物质。更高级的检查系统使用透射通过所受检行李透射的或从所述行李散射的单能量或双能量X光辐射。一些系统使用单视图源检测器布置；其它系统利用双视图或多个视图布置。单视图系统或双视图系统通常在行李沿传送带移动时，使用固定几何形状的X光扫描波束或扫描射束来扫描所述行李。多视图、计算机断层摄影(computer tomography CT)类型系统通常以固定几何形状的扫描角度来扫描静止的行李，并且处理对应于X光吸收的数据以便重构所述行李的选择片段。新的CT扫描器还适用螺旋扫描模式，从而生成所述物体的衰减系数的3D图像。

通常，行李项穿过两级或更多级。第一级常常由能够处理大量要检查的行李物品的透射X光或CT系统组成。包含在所检查行李中的物质通常按照它们的衰减系数来识别：把所述衰减系数与表相比较，并且把这些物质分类为危险或危害物质以及无害物质。然而，结果可能是模棱两可的。

如果已经发现被分类为危险品的物质，那么把所述行李传送到第二级。

US 5,787,145公开了一种用于识别放置在检查区域的物体中晶体和多晶体的物质。经由隔板传送具有多波长能量分布的X光来在扇面中创建中央X光束，其中把所述X光束投射到检查区域中以便照射物体的横截面。根据单个子区域中晶体和/或多晶体物质的存在，X光被沿着所述横截面的物体的单个子区域衍射。相对于隔板把具有瞄准窗口的准直器布置在检查区域外面，每个瞄准窗口覆盖固定的、预先确定的检查区域的子区域并且从物体的各自单个子区域中提取至少一个衍射平面扇形波束。用位于每个瞄准窗口后面的检测器来捕获衍射X光平面扇形波束离开各自瞄准窗口的能谱，以便把所捕获的能谱转换为可用于数据处理设备的信号。

例如可从US 5,394,453中获知分散能量的散射成像。

这种系统的缺点是在第二级必须量新扫描整个行李。这需要很长时间并且降低了行李检查系统的速度和效率。

本发明的目的是能够对物体进行更高效且可靠的检查。

由用于扫描物体的扫描器系统来解决上述目的，所述扫描器系统包括第一扫描器级、在一个位置的第二扫描器级、连接到第一扫描器级和第二扫描器级并且接收来自所述第一扫描器级的第一扫描结果的计算部件，其中所述计算部件具有用于接收关于所述物体内感兴趣区域的部位信息并且用于接收关于所述物体的第一方向的方向信息的接口。借助于第三扫描器级确定了所述部位信息和方向信息，其中所述第三扫描器级与所述扫描器系统相隔一定的距离并且扫描了具有第一方向的物体。所述计算部件还适于根据来自第一扫描器级的第一扫描结果来确定在第二位置的物体的第二方向，以便通过使用所述方向信息来确定第一方向和第二方向之间的差异并且根据所述差异和部位信息来确定要在第二扫描器级扫描的面积。所述面积包括所述感兴趣区域。

换句话说，在依照本发明示例性实施例的此方法中，关于已经在第三扫描器级识别出可疑物质的感兴趣区域(region of interestROI)的信息被用在依照本发明的此示例性实施例的扫描器系统中，目的在于使得只有在该扫描器系统中所识别的这一ROI或所述ROI的周围才得以扫描，由此就降低了扫描行李需要的时间量。

依照本发明的此示例性实施例，详细地把关于在第三扫描器级(与扫描器系统相隔一定距离)识别的ROI位置的信息和关于方向(在所述第三扫描器级已经利用该方向扫描了行李)的信息发送到扫描器系统。然后在扫描器系统，借助于第一扫描器级来确定行李在扫描器系统中的方向，以便借此确定是否移动或使所述行李变形。然后，根据在第三扫描器级和第一扫描器级方向的差异以及从第三扫描器级接收的部位信息，来识别ROI的部位并且把随后在扫描器系统的第二扫描器级的扫描过程限制在所述ROI或其邻接面积。借此，由于可以降低扫描行李需要的时间，所以可以显著地提高扫描器系统的效率。

依照如权利要求2所述的本发明的示例性实施例，根据部位信息、方向信息和第二方向中的至少一个来确定物体的形变。然后，根据所述差异和/或形变是否在可允许的限值之内，或者扫描整个行李或把扫描过程限制在包括ROI的面积。有益地是，由于即便在第三扫描器级和扫描器系统之间所述行李完全变形，那么也不必中止所述扫描过程，而是自动继续进行，所以这就提供了完全自动的系统。还可以提供非常安全的系统，确保充分检查了整个行李。

依照如权利要求3所述的本发明的另一示例性实施例，在扫描器系统中使用在第一扫描器级的X光透射扫描器和相干散射的计算断层摄影扫描器(coherent-scatter computed tomograpphic scannerCSCT)的组合，这允许借助于非常安全且性能价格比高的第一扫描器级来快速高效地识别所述行李的方向。

依照如权利要求4所述的本发明的另一示例性实施例，该检查系统是例如在机场使用的行李或包裹检查系统，其中借助于传送带把行李或包裹项从第三扫描器级传送到第一扫描器级。这允许快速且高效地扫描行李。此外，由于大多数已知行李检查系统利用第三扫描器系统和扫描器级来操作(所述第三扫描器系统和扫描器级借助于传送带来彼此连接)，所以可以容易地把依照本发明的扫描器系统集成到现有的行李扫描系统。

依照本发明的另一示例性实施例，提供了一种用于借助于第一扫描器级和第二扫描器级来检查物体的方法，所述方法能够使得在第一和第二扫描器级识别在位于前面的第三扫描器级所确定的ROI，而不管所述物体是改变方向了还是发生了变形。

在权利要求6和7中提供了用于检查物体的方法的进一步示例性实施例。

依照如权利要求8所述的本发明的另一示例性实施例，提供了一种用于检查物体的方法，所述方法有益地允许把在三个不同扫描器级的三个不同扫描过程非常高效地组合起来，以便借此提高扫描物体的速度，同时还提高了扫描系统的安全性，以致例如当在行李扫描系统中使用此方法时，可以几乎毫不模棱两可地确定出危险或可疑的物质。

如权利要求9所述的本发明的另一示例性实施例，提供了一种用于检查物体的扫描器系统的计算机程序。依照本发明的计算机程序有益地能够非常高效地扫描物体，并且能够减少在扫描器系统的最终扫描器级的扫描时间。

本发明实施例的要旨是发现并跟踪物体内的ROI，并且借此限制在后续扫描器级必须重新扫描的面积。为了此目的，把来自先前扫描器系统的图像信息连同图像内ROI的部位一起转送到扫描器系统。一旦物体到达扫描器系统，就使用附加源/检测器系统来测量简单的X光透射图像。然后可以严格地对准这二个图像并且确定变换矩阵。根据所述变换矩阵，确定在物体内要扫描的区域。然后，借助于扫描器系统的第二扫描器级，即扫描器系统的最终扫描器级来仅仅扫描此区域，即在先前扫描器级确定的ROI或其邻接面积。

参考以下描述的实施例将阐明本发明的这些及其他方面并使其显而易见。

在下面将要参考下列附图来描述本发明的示例性实施例：

图1示出了依照本发明示例性实施例的扫描器系统的简化侧视图。

图2示出了依照本发明扫描器系统的俯视图。

图3a和3b是用于操作图1扫描器系统的方法的示例性实施例的流程图。

图1示出了依照本发明扫描器系统的示例性实施例的侧视图。下面，参考行李检查系统将要描述本发明，所述行李检查系统可以用在机场筛选行李以便发现诸如爆炸物之类的危险物品。然而，应当注意本发明不局限于检查行李。本发明还可以适用于医学应用或物质测试。

图1中描述的系统是多级筛选系统：当第一级筛选系统检测到行李项内有可疑区域时，就把该行李项转送到该系统的下一级，在那里重新扫描所述行李。

图1描述了一种用于扫描物体4的扫描器系统2，包括第一扫描器级6和第二扫描器级8。此外，扫描器系统2包括连接到第一扫描器级6和第二扫描器级8的计算部件10。在第一级6和第二级8以及计算部件10之间具有连接，该连接使得所述计算部件可以接收来自所述第一和第二扫描器级6和8的扫描结果。

如图1中所描述，第一扫描器级6包括用于发射X光束14的X光源12，所述X光束14穿过行李项4并且借助于线路检测器16对其进行检测。这种布置还被称为X光透射扫描器。

优选地是，第二扫描器级是CSCT扫描器，其中X光根据晶体和多晶体的存在而沿着行李项4的物质体积发生衍射，并且其中在检测器中检测所衍射X光的能谱并且将其转换为可用于计算部件的信号，以便确定在行李项4内包括什么物质种类。

所述计算部件10还连接到第三扫描器级18。从图1中可以看出，第三扫描器级18与扫描器系统2相隔一定的距离。优选地是，第三扫描器级18还借助于传送带20连接到扫描器系统2，以致第三扫描器级18在传送带20的传送方向上处于扫描器系统2之前。

优选地是，第三扫描器级包括二维X光扫描器或计算机断层摄影(CT)扫描器。

第三扫描器级18适于执行第一级筛选步骤以便采用快速扫描方法来检测行李内的可疑区域。在第三扫描器级18中使用二维扫描器或CT扫描器的情况下，可以通过测量在第三扫描器级所扫描的行李项4中物质的衰减系数，然后把这些衰减系数与把所述衰减系数和物质相链接的表相比较，从而来识别可疑区域或感兴趣区域(ROI)。如果在第三扫描器级18中没有识别到可疑区域，就可以把行李项4传送通过扫描器系统2而不执行更进一步扫描，或者可以把行李项4从传送带20分路，然后直接传送到目的地。

如果在第三扫描器级18的扫描期间识别到感兴趣区域(ROI)，那么把关于行李项4内感兴趣区域的部位信息发送到计算部件10。还把与在第三扫描器级18扫描期间物体4的方向有关的方向信息从第三扫描器级18发送到计算部件10。

计算部件10具有接口22，用于接收关于物体4内感兴趣区域的部位信息并且接收在第三扫描器级18的扫描期间关于物体4方向的方向信息。

当在第三扫描器级18识别到了ROI时，把行李项4传送到扫描器系统2并且借助于第一扫描器级6来扫描所述行李项4。根据在第一扫描器级6的扫描结果，计算部件10确定行李项4在扫描器系统2中的方向。根据在扫描器级2行李项4的方向，并且根据在第三扫描器级18的扫描期间关于行李项4方向的方向信息，所述计算部件10确定在第一方向和第二方向之间的差异。根据此差异和关于行李项4中ROI部位的部位信息，所述计算部件确定将要在第二扫描器级8扫描的面积，使得所述面积包括所述ROI。所述计算部件10控制第二扫描器级8以致只扫描所确定的面积或其邻接面积。

图2示出了图1的扫描器系统的俯视图。在图2中，相同的附图标记用于指定该设备相同或相应的装置。从图2中可以看出，可以在行李项4从第三扫描器级18行进到扫描器系统2的第一扫描器级6期间，移动在第三扫描器级18扫描的行李项4或使其发生位移。从而，在第三扫描器级18处，行李项4可以具有与其在扫描器系统2处相比不同的方向。随着行李项4的方向的变化，所述行李项4内ROI的部位也发生变化。在第三扫描器级13和在扫描器系统2的方向差异包括行李项4在传送带20上的旋转，行李项4的位移以及行李项4的反转。从而，所述差异可以包括在全部三维空间中的移动。

图3a和3b是用于操作图1的扫描器系统的方法的示例性实施例的流程图。在步骤S1开始之后，在传送带20上把行李项4传送到第一扫描器级18，其中在步骤S2扫描所述行李项4。然后，所述方法继续至步骤S3，其中查询在行李项4内是否存在ROI。如果在步骤S3确定在行李项4中没有感兴趣区域(ROI)，即在行李项4中没有“可疑的”物质或物品，那么所述方法继续至步骤S4，其中在不进一步检查的情况下把所述行李项4传送到目的地。为此，行李项4可以在不被扫描的情况下通过扫描器系统2，或者可以绕过扫描器系统2。然后，如图3a底部加圈的B和图3b上部加圈的B所指示的，所述方法继续至步骤S20，在那里所述方法结束。

如果在步骤S3确定存在ROI，那么所述方法继续至步骤S5，在那里确定关于感兴趣区域的部位信息和关于在第三扫描器级18行李方向的方向信息。根据使用的那种类型的X光扫描器，部位信息和方向信息可以包含二维空间或三维空间内关于行李项4方向的信息以及ROI的部位。

在随后的步骤S6中，把部位信息和方向信息从第三扫描器级18发送到扫描器系统2的计算部件10的接口22。然后所述方法继续至步骤S7。

在步骤S7，借助于传送带20把行李项4从第三扫描器级18传送到扫描器系统2。如参考图2所解释，在此传送期间，可以在传送带20上移动或反转行李项4。然后，所述方法继续至步骤S8，在该步骤，利用扫描器系统2中的第一扫描器级6来扫描行李项4。如参考图1已经描述，优选地是，第一扫描器级6是简单的X光透射扫描器，由X光源12和线路检测器16组成，所述线路检测器16用于当行李项4通过第一扫描器级6前进时检测所述行李项4的二维图像。

代替X光扫描器，在第一扫描器级6例如还可以使用诸如数字照相机之类的光学扫描器，以便确定行李项4在扫描器系统2中的方向。

在随后的步骤S9中，计算部件10接收来自第三扫描器级18的部位信息和方向信息。然后，所述方法继续至步骤S10，在该步骤，计算部件10根据来自第一扫描器级6的扫描结果来确定扫描器系统2中行李项4的方向。换句话说，计算部件10根据在第一扫描器级6确定的图像来确定传送带20上行李项4的方向。

然后，所述方法继续至步骤S11，在该步骤，计算部件10确定在第三扫描器级18的行李项4的方向和该行李在扫描器系统2中的方向之间的差异。

如果把CT扫描器用作为第三扫描器级18，那么由第三扫描器级18发送到计算部件10的部位信息和方向信息可以由三维数据集合组成，所述三维数据集合由行李项4的衰减系数组成。据此，计算部件10可以确定具有任意透视系数的投射数据。然后，借助于计算部件10，调整透视系数，目的在于使得根据来自第三扫描器级18的三维数据集合所确定的投射系数，对应于来自第一扫描器级6的图像透视系数。这被称为3D-2D对准。当进行这些时，必须确保这一对准是明确的而非模棱两可的。然后，根据此3D-2D对准，计算部件10确定用于描述位移的变换矩阵，所述位移即在第三扫描器级18的方向和在第一扫描器级6的方向之间的方向差异。

如果把用于确定行李项4的二维图像的扫描器(例如X光透射扫描器)用作为第三扫描器级18，那么从第三扫描器级18发送到计算部件10的部位信息和方向信息就由二维信息组成。在这种情况下，在计算部件10执行2D-2D对准。虽然通过使用2D-2D对准能够非常迅速且高效，但是可能只会确定出行李项4围绕单个轴的旋转和行李项4在传送带上的位移。

在步骤S12，根据行李项4在扫描器系统2中的方向、部位信息和方向信息中的至少一个来确定该行李的形变。例如这可以通过减去来自第三扫描器级18的二维图像来完成这些，其中所述二维图像的透视系数已经适应于来自第一扫描器级6的二维图像的透视系数。此外，这可以通过根据第三扫描器级18的扫描结果来对行李项4进行分段，然后将该分段的分段结果与来自在第一扫描器级6确定的行李项4图像的行李项4的分段相比较来完成。

然后，如图3a底部加圈的A和图3b的上部加圈的A所指示的，所述方法继续至步骤S13，在该步骤，查询所述差异是否在预先确定的可允许的限值内。如果在步骤S13确定所述差异在预先确定的可允许的限值以外，或者存在不能用变换矩阵来描述的差异，那么所述方法继续至步骤S14。

如果在步骤S13确定所述差异在可允许的限值之内，那么所述方法继续至步骤S14，在该步骤，确定形变是否在预先确定的可允许的限值之内。如果在步骤S14确定形变超过形变所可允许的限值，即行李项4变形已经超过所允许的变形，那么所述方法继续至步骤S15。

在步骤S15，借助于扫描器系统2的第二扫描器级18重新扫描整个行李项4。然后，所述方法继续至步骤S19。

如果在步骤S14确定形变在所述形变可允许的限值之内，那么所述方法继续至步骤S16，在该步骤，计算部件10根据所述差异和部位信息来确定要在扫描器系统2的第二扫描器级8扫描的面积。关于形变的信息还可以用来确定要在第二扫描器级8扫描的面积。

如果可以非常确切地确定在第三扫描器级18所确定的ROI，并且确定出行李项4没有形变，那么可以把要扫描的面积限制到在第三扫描器级18所确定的ROI。

如果特别地，在使用2D-2D对准时，没有发现足够完整的变换矩阵来描述行李项4在传送带20上的位移，那么扩大要扫描的面积，目的在于可以确保把ROI包括在要重新扫描的面积之内。

此外，根据行李项4的形变，调整要重新扫描的面积。在变形较大的情况下，由可疑物质组成或包括可疑物质的该行李中的物品可能已经在行李项4内发生了移动，从而导致该面积的扩大。如果在步骤S11确定完整的变换矩阵并且没有检测到形变，那么可以通过借助于变换矩阵把从第三扫描器级18接收的部位信息变换为新的部位，这样就容易地确定ROI在扫描器系统2中的部位。

在确定要在第二扫描器级8扫描的面积并且根据在步骤S16和S17根据形变调整所述面积之后，所述方法继续至步骤S18，在该步骤，借助于扫描器系统2中的第二扫描器级8来扫描在步骤S16和S17确定的面积。然后，所述方法继续至步骤S19，在该步骤中，分析来自第二扫描器级8的扫描结果，并且当发现特定物质时发出警报。然后，所述方法继续至步骤S20，在该步骤所述方法结束。

优选地是，借助于计算部件10来执行步骤S8到S14和S16到S19。

如上所述，上述方法和设备可以有益地用于机场行李检查领域，其中使用多级筛选过程。有益地是，本发明提供了一种非常快速且高效的方法和设备，允许非常精确地确定在行李项内的物质，而只需要在第二级的扫描器中提供附加的X光透射扫描器。扫描器系统2中的此第一扫描器级6不要求高位置或对比度分辨率。还可以容许噪声。据此，可以使用功率相对小的X光源12。

有益地，依照本发明，可以显著地降低检查诸如手提箱之类的行李项所要求的时间。例如，用于检查一米长并且ROI为20厘米的手提箱的时间可以降低到已知扫描器系统中所要求时间的五分之一。

如上所述，除适用于行李检查系统之外，本发明还可以应用于医学应用或物质检查，例如管道。

Claims (9)

1.一种用于扫描物体的扫描器系统，所述扫描器系统包括：

第一扫描器级；

在一个位置的第二扫描器级；

连接到第一扫描器级和第二扫描器级的计算部件，用于接收来自所述第一扫描器级的第一扫描结果；

其中所述计算部件具有用于接收关于所述物体内感兴趣区域的部位信息并且用于接收关于所述物体的第一方向的方向信息的接口，

其中借助于第三扫描器级确定了所述部位信息和方向信息，所述第三扫描器级与所述扫描器系统相隔一定的距离并且扫描了具有第一方向的物体，

其中所述计算部件适于根据来自第一扫描器级的第一扫描结果来确定在第二位置的所述物体的第二方向；

其中所述计算部件适于通过使用所述方向信息来确定在第一方向和第二方向之间的差异；和

其中所述计算部件适于根据所述差异和部位信息来确定要在第二扫描器级扫描的面积，所述面积包括所述感兴趣区域。

2.如权利要求1所述的扫描器系统，其中所述计算部件还适于：

根据部位信息、方向信息和第二方向中的至少一个来确定物体的形变；

确定所述差异是否在第一可允许的限值之内并且所述形变是否在第二可允许的限值之内；和

当所述差异和形变中的至少一个在所述第一或第二可允许的限值以外时，利用第三扫描装置来扫描整个物体。

3.如权利要求1所述的扫描器系统，其中所述第一扫描器级是X光透射扫描器；其中第二扫描器级是相干散射计算断层摄影扫描器；并且其中所述第三扫描级是二维X光扫描器和计算机断层摄影扫描器之一。

4.如权利要求1所述的扫描器系统，其中所述扫描器系统是检查系统，用于检测行李或包裹项中的特定感兴趣物质，其中借助于传送带把行李或包裹项从第三扫描器级传送到第一扫描器级。

5.一种用于借助于第一扫描器级和在一个位置上的第二扫描器级来检查物体的方法，所述方法包括如下步骤：

接收来自第一扫描器级的第一扫描结果；

接收关于所述物体内感兴趣区域的部位信息并且接收关于所述物体的第一方向的方向信息，

其中借助于第三扫描器级确定了部位信息和方向信息，所述第三扫描器级与第一和第二扫描器级相隔一定的距离，并且扫描具有第一方向的物体；

根据来自第一扫描器级的第一扫描结果来确定在所述位置的物体的第二方向；

通过使用所述方向信息来确定在第一方向和第二方向之间的差异；和

根据所述差异和部位信息来确定要在第二扫描器级扫描的面积，所述面积包括所述感兴趣区域。

6.如权利要求5所述的方法，还包括步骤：

根据部位信息、方向信息和第二方向中的至少一个来确定物体的形变；

确定所述差异是否在第一可允许的限值之内以及所述形变是否在第二可允许的限值之内；

当所述差异和形变中的至少一个在所述第一或第二可允许的限值以外时，利用第三扫描装置来扫描整个物体。

7.如权利要求5所述的方法，其中所述方法是用于检测行李或包裹项中的特定感兴趣物质的检查方法，并且其中借助于传送带把行李或包裹项从第三扫描器级传送到第一扫描器级。

8.一种用于检查物体的方法，所述方法包括如下步骤：

利用第一扫描装置来扫描在第一位置的物体以便确定在第一位置的所述物体的第一方向以及在第一位置的物体中感兴趣区域的第一部位；

利用第二扫描装置来扫描在第二位置的物体以便确定在第二位置的所述物体的第二方向；

确定在第一方向和第二方向之间的差异；

根据在所述第一方向和第二方向之间的差异来确定在第二位置的所述物体中感兴趣区域的第二部位；

根据在第二位置的所述物体中感兴趣区域的第二部位来定义要进一步扫描的该物体的面积，所述面积包括所述感兴趣区域；和

利用第三扫描装置来扫描所述物体的面积。

9.一种在计算机可读媒质上的计算机程序产品，用于提供指令代码来运行一个扫描器系统以借助于第一扫描器级和在一个位置的第二扫描器级来检查物体，所述计算机程序产品包括计算机可读代码，当所述计算机可读代码在扫描器系统的计算机上执行时，执行下列步骤：

接收来自第一扫描器级的第一扫描结果；

接收关于所述物体内感兴趣区域的部位信息并且接收关于所述物体的第一方向的方向信息，

其中借助于第三扫描器级来确定部位信息和方向信息，所述第三扫描器级与第一和第二扫描器级相隔一定的距离并且扫描具有第一方向的物体；

根据来自第一扫描级的第一扫描结果来确定在所述位置的物体的第二方向；

通过使用所述方向信息来确定在第一方向和第二方向之间的差异；

根据所述差异和部位信息来确定要在第二扫描器级扫描的面积，所述面积包括所述感兴趣区域。

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