CN204422777U - 基于分布式光源的辐射成像系统 - Google Patents

Abstract

公开了一种辐射成像系统，包括：射线源，包括多个X射线发生器，分布在与被检查物体的行进方向交叉的一个或者多个平面上；探测器模块，包括多个探测单元；数据采集电路；控制器，控制射线源中的所述多个X射线发生器的至少两个X射线发生器轮流产生X射线，从而随着被检查物体的移动而发出穿透被检查物体，并且控制探测器模块和数据采集电路，分别获得与至少两个X射线发生器相对应的探测数据；数据处理计算机，基于探测数据重建至少两个X射线发生器的视角下的被检查物体的图像。上述实施例中，通过采用分布式X射线源，并采取探测器复用的方式，实现单一扫描面内的多视角透视成像系统。

Description

基于分布式光源的辐射成像系统

技术领域

本实用新型的实施例一般涉及辐射成像，具体涉及基于分布式光源的辐射成像系统。

背景技术

辐射成像是海关、民航机场和铁路系统必需的安全检测手段。其利用射线穿透物体发生相互作用的原理，能够在不开箱的情况下对内容物进行成像，有效识别行李物品中的枪支、炸药、毒品等违禁物品，对于保障公民人身财产安全、维护社会稳定有着积极作用。

在现有辐射成像技术中，实现无损检测的一种主要手段是透射成像技术，即利用X射线穿透不同密度和材料的物质会产生不同的衰减这一原理，实现对货运集装箱、行李物品的不开箱检查。如在公开号为CN102804326A的专利中，申请人提出了一种使用X射线透射原理的辐射成像安检系统，所述系统主要由位于待检物一侧的产生X射线的射线源、位于待检物体另一侧的用于接收射线源的探测器模块、放置待检物的待检区域以及数据处理单元和人机交互单元组成。上述专利同时公开了一种多视角透射成像系统及方法，使用多个射线源-探测器模块形成多个扫描面，各扫描面独立扫描，获得目标物体多个角度的透视图像，避免单一视角下物体重叠、辨识困难的问题。另外，双能、多能成像在透射成像技术中也被广泛采用，如在公开号为CN102484935A的专利中公开了一种多能透射成像系统，利用不同能量的X射线穿过物质时的衰减能力的差异，通过采用多层具有不同能量相应的探测器模块实现能谱分解，从而获得对透视图像进行物质原子序数、电子密度等的估计。

对于安检技术而言，如何更好的识别目标货物中的违禁物品是其核心内容。现有透视成像技术中提高违禁品识别性能主要通过增加扫描视角 和采用双能/多能扫描的方法实现，其具有如下问题。

一方面，通过增加射线源-探测器对数的方法尽管实现了不同视角的透视扫描，有助于解决单一角度的透视成像具有物体重叠、辨识困难的问题。然而采用多个射线源、探测器的方案将导致系统整体成本的大幅增加，而由于不同的射线源-探测器对之间需要彼此独立工作，各扫描面之间需要保持一定的距离间隔，因此双视角/多视角透视系统往往占地面积更大，一定程度上限制了系统的灵活性和适用场所。

另一方面，采用双能/多能成像的方法可以实现对物质原子序数、电子密度等物理参数的计算，有助于提高违禁物品的辨识能力，但是双能/多能成像通常采用多层探测器的方式来实现不同能量的透射射线的区别化采集，这意味着需要的探测器晶体单元和读出电路通道数量的增加，考虑到探测器单元的成本昂贵，采用多层探测器也将带来系统整体成本的升高。

实用新型内容

鉴于现有技术中的一个或多个问题，提出了基于分布式光源的辐射成像系统。

在本实用新型的一个方面，提出了一种辐射成像系统，包括：射线源，包括多个X射线发生器，所述多个X射线发生器分布在与被检查物体的行进方向交叉的一个或者多个平面上；探测器模块，包括多个探测单元，接收穿透被检查物体的X射线；数据采集电路，与所述探测器模块耦接，将所述探测器模块产生的信号转换为探测数据；控制器，与所述射线源、所述探测器模块和所述数据采集电路连接，控制所述射线源中的所述多个X射线发生器的至少两个X射线发生器轮流产生X射线，从而随着被检查物体的移动而发出穿透所述被检查物体，并且控制所述探测器模块和所述数据采集电路，分别获得与所述至少两个X射线发生器相对应的探测数据；数据处理计算机，基于所述探测数据重建所述至少两个X射线发生器的视角下的被检查物体的图像。

根据一些实施例，所述探测器模块包括低能探测器和位于所述低能 探测器后面的高能探测器。

根据一些实施例，所述射线源具体包括多个碳纳米管X射线发生器或者多个磁约束X射线发生器。

根据一些实施例，所述多个X射线源中的至少一些能够以切换的方式发出高能X射线和低能X射线。

根据一些实施例，所述多个X射线发生器设置在L形、倒L形、U形或弧形的支架上，向着所述探测器模块发出X射线。

根据一些实施例，所述射线源包括第一排X射线发生器和第二X排射线发生器，分别在所述控制器的控制下以切换的方式产生高能X射线和低能X射线，并且所述探测器模块包括并列设置的第一排探测器和第二排探测器，分别针对高能X射线和低能射X线做出响应。

根据一些实施例，所述多个X射线发生器的分布模式为两两配对，匹配的两个靶点在空间距离上接近，在出束顺序上前后近邻，其中一个采用第一种能量的高压产生X射线，另一个采用第二种能量的高压产生X射线。

根据一些实施例，所述的辐射成像系统，还包括物体边界探测装置，该装置在物体通过扫描面之前对物体边界进行探测；其中根据探测到的物体边界，以能够实现目标物体的完整覆盖进行X射线发生器的选择。

上述实施例中，通过采用分布式X射线源，并采取探测器复用的方式，实现单一扫描面内的多视角透视成像系统。

在上述实施例中，探测器模块的成本可以得到有效节省。此外，单一平面的设计也使得系统整体体积保持在较小的水平，有利于提高系统的机动性和灵活性。这样的方案能有效提升系统整体竞争力，实现低成本、高效的多视角透视成像。

附图说明

为了更好地理解本实用新型，将根据以下附图对本实用新型进行详细描述：

图1示出了根据本实用新型实施例的辐射成像系统的结构示意图；

图2是描述根据本实用新型一个实施例的辐射成像系统的工作过程的示意图；

图3是在图1所示的实施例中，用于图像处理的计算机的内部结构的示意图；

图4是描述根据本实用新型另一实施例的辐射成像系统的工作过程的示意图；

图5是描述根据本实用新型再一实施例的辐射成像系统的工作过程的示意图。

具体实施方式

下面将详细描述本实用新型的具体实施例，应当注意，这里描述的实施例只用于举例说明，并不用于限制本实用新型。在以下描述中，为了提供对本实用新型的透彻理解，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实用新型。在其他实例中，为了避免混淆本实用新型，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实用新型至少一个实施例中。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。

根据本实用新型的一些实施例，针对现有技术中的问题，提出了一种基于分布式射线源的辐射成像系统，能够以简单的结构实现多视角扫描。例如，射线源包括多个X射线发生器。该多个X射线发生器分布在与被检查物体的行进方向交叉的一个或者多个平面上。探测器模块包括多个探测单元，接收穿透被检查物体的X射线。数据采集电路与探测器 模块耦接，将探测器模块产生的信号转换为探测数据。控制器与射线源、探测器模块和数据采集电路连接，控制射线源中的多个X射线发生器的至少两个X射线发生器轮流产生X射线，从而随着被检查物体的移动而发出穿透被检查物体。此外，控制器控制探测器模块和数据采集电路，分别获得与至少两个X射线发生器相对应的探测数据。数据处理计算机基于探测数据重建至少两个X射线发生器的视角下的被检查物体的图像。根据上述实施例，能够在一个扫描平面上实现多能多视角扫描。

根据一些实施例，采用脉冲分布式X射线源模块。脉冲分布式X射线源能够实现脉冲式出束，使得X射线只在探测器采样周期内射出，在探测器采样周期外可以及时停止，这样可以实现不同光源的快速交替式出束，实现不同视角的连续透视扫描，每次出束只有一个视角的射线源被激活，因此不同视角之间的射线相互独立，互不干扰。

相应地，采用一个探测器模块探测来自不同X射线源的射线，探测器采集时必须保证每次采集只采集到来自一个光源的某次出束的射线，即探测器的采集和射线源的曝光同步。这样，由于只有一个扫描平面，探测器在不同视角的成像中得到有效的复用，因此探测器模块的成本可以得到有效节省，提高系统的价格竞争能力。同时，单一平面的设计也使得系统整体体积保持在较小的水平，有利于提高系统的机动性和灵活性。

此外，系统扫描时根据不同的扫描参数来决定所需使用的光源数目(即成像视角数)，并在扫描时按照指定的出束顺序快速切换各个光源实现对目标物体的扫描。例如，目前基于碳纳米管、磁约束等技术可以实现分布式X射线源扫描，即在一个光源模块上实现从多个不同的空间位置产生X射线束，特别是基于碳纳米管技术的分布式射线源，可以以极为低廉的成本实现数量众多、分布密集的X射线源源点，实现众多视角的透视成像，因此使用碳纳米管分布式射线源可以实现在一个系统上存在源点数目多于成像视角数的情况，而几乎不增加设备成本。

这样，由于所有光源都对应同一个探测器模块，因此所述系统在采集完成以后，须将采集到的数据按光源编号(即投影视角)进行划分， 再将同一光源模块(即同一透视视角)的数据组合，才可以获得该光源(即该视角)的透视成像图像，在各个视角的图像都得到以后，最终实现多视角成像。换言之，由于所述系统在扫描过程中探测器模块被各个射线源所复用，因此各个视角下的图像的采集次数将是总采集次数的1/N，其中N为投影视角数。这意味着在采集总次数相同的情况下，各视角下的图像质量将随着视角数目的增加而降低，主要表现为沿皮带前进方向的采样次数降低，即该方向的空间分辨率将变差。所以需要根据实际扫描参数，或实际需求，来确定合适的视角数目。

根据一些实施例，探测器模块可以选用单能模块，也可以：A)以双层/多层的形式实现多能探测。这种情况下，不同层具有不同的射线能量响应，层与层之间可以根据需要安装滤过片，调整入射射线的能谱；B)以双排/多排的形式实现双能/多能探测，这种情况下，不同排具有不同的射线能量响应，并且各排前面可以根据需要安装滤过片，调整入射射线的能谱。

在一些实施例中，射线源的所有源点的位置可以分布在一个垂直于皮带前进方向的扫描平面内，也可以沿着皮带前进方向分布，或者是在三维空间随意分布，但各源点的射线束都需要保证能被所述探测器模块接收到。

另外，系统除了在探测器模块上实现双能/多能探测，还可以通过射线源实现双能/多能能谱，达到双能/多能扫描的目的，例如对于双能成像，可以使用单能探测器，并对射线源模块实施如下方案：A)射线源源点分布模式为两两配对，匹配的两个靶点在空间距离上接近，在出束顺序上前后近邻，其中一个采用第一种能量的高压产生X射线，另一个采用第二种能量的高压产生X射线；B)射线源各源点在某次出束时采用第一种能量的高压，在下一次出束时采用第二种能量的高压，如此循环往复。

在扫描过程中，光源模块中只有被激活的源点参与扫描成像，被激活的源点的数量可以有以下方法确定：A)根据需要达到的各视角图像的沿皮带方向的空间分辨率，结合当前皮带速度决定：在空间分辨率一定 的情况下，若带速较高，则只激活较少的源点数目，若带速较低，则激活较多的源点数目。B)手动指定，此时可以根据源点数量和带速以及图像信噪比，确定每个源点每次出束的时间和出束流强。

此外在扫描过程中，光源模块中只有被激活的源点参与扫描成像，被激活的源点的编号可以由以下方法确定：A)根据所需要查看的投影角度进行手动指定；B)根据目标物品的形状和尺寸确定最佳透视视角，如针对薄片状目标物体(箱子)，选择穿射线透物体的平均距离较小的角度进行透视成像。

在一些实施例中，系统的分布式射线源沿扫描通道相邻的两条边分布，探测器沿扫描通道相邻的另外两条边分布。由于射线源各源点距离通道足够近，以至于A)部分源点产生的射线受出束张角限制并不能在其扫描面内完全覆盖整个通道，或者B)即使某个射线的射线束在其扫描面内覆盖了整个扫描通道，受射线源位置和探测器排布的影响，探测器也存在无法接受所有穿过扫描通道的射线的可能性。这种情况下，可以给系统设置物体边界探测装置，该装置在物体通过扫描面之前对物体边界进行探测。这样，系统扫描时，依据以下理由选择用于扫描当前物体的源点：A、系统根据之前所述的确定源点数的方法得到所需激活的源点数量；B、系统根据探测到的物体边界，以能够实现目标物体的完整覆盖进行源点的选择。

上述实施例中，通过采用分布式X射线源，并采取探测器复用的方式，实现单一扫描面内的多视角透视成像系统。这样，探测器模块的成本可以得到有效节省。此外，单一平面的设计也使得系统整体体积保持在较小的水平，有利于提高系统的机动性和灵活性。本实用新型能有效提升系统整体竞争力，实现低成本、高效的多视角透视成像。

图1示出了根据本实用新型实施例的辐射成像系统的结构示意图。如图1所示的辐射成像系统包括承载被检查物体130前进的承载机构140，例如皮带等，分布式设置的X射线源110，探测器模块150、采集电路160、控制器170和数据处理计算机180等。射线源110包括多个X射线发生器。该多个X射线发生器分布在与被检查物体130的行进方 向交叉的一个或者多个平面上。

如图1所示，承载机构140承载被检查行李130穿过射线源110与探测器150之间的扫描区域。在一些实施例中，探测器150和采集电路160例如是具有整体模块结构的探测器及数据采集器，例如多排探测器，用于探测透射被检物品的射线，获得模拟信号，并且将模拟信号转换成数字信号，从而输出被检查物体针对X射线的投影数据。控制器170用于控制整个系统的各个部分同步工作。数据处理计算机180用来处理由数据采集器采集的数据，对数据进行处理并重建，输出结果。

根据该实施例，探测器150和采集电路160用于获取被检查物体130的透射数据。采集电路1160中包括数据放大成形电路，它可工作于(电流)积分方式或脉冲(计数)方式。采集电路150的数据输出电缆与控制器17050和数据处理计算机180连接，根据触发命令将采集的数据存储在数据处理计算机180中。

在一些实施例中，探测器模块150包括多个探测单元，接收穿透被检查物体的X射线。数据采集电路160与探测器模块150耦接，将探测器模块160产生的信号转换为探测数据。控制器170通过控制线路CTRL1与射线源110连接，通过控制线路CTRL2与探测器模块连接，并且与数据采集电路连接，控制射线源中的多个X射线发生器的至少两个X射线发生器轮流产生X射线，从而随着被检查物体的移动而发出穿透被检查物体。此外，控制器170控制探测器模块150和数据采集电路160，分别获得与至少两个X射线发生器相对应的探测数据。数据处理计算机180基于探测数据重建至少两个X射线发生器的视角下的被检查物体的图像。

图2是描述根据本实用新型一个实施例的辐射成像系统的工作过程的示意图。生成X射线束的射线源130-1和130-2包括多个产生自由电子的阴极和对应的阳极源点。探测器包含至少一排探测器，用于探测来自射线源的射线，并根据不同源点分别形成不同的X射线透视图。传送机构，用于移动被检查物体通过所述系统。数据处理单元，用于处理探测器采集到的数据，并生成透视图像和进行违禁品自动识别。

图3示出了如图1所示的数据处理计算机180的结构框图。如图3所示，采集电路160所采集的数据通过接口单元38和总线34存储在存储器31中。只读存储器(ROM)32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)33用于在处理器36工作过程中暂存各种数据。另外，存储器31中还存储有用于进行数据处理的计算机程序。内部总线34连接上述的存储器31、只读存储器32、随机存取存储器33、输入装置35、处理器36、显示装置37和接口单元38。

在用户通过诸如键盘和鼠标之类的输入装置35输入的操作命令后，计算机程序的指令代码命令处理器36执行预定的数据重建算法，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37上，或者直接以诸如打印之类硬拷贝的形式输出处理结果。

在该实施例中，射线源130-1和130-2的多个源点和所述探测器共同构成扫描面，其中射线源包含若干个射线源点，不同源点的工作电压相同，工作电流相同，其中探测器为单排双层探测器，其中射线首先穿透的一层为低能探测器单元150-1主要探测低能射线，射线其次穿透的一层为高能探测器单元150-2，主要探测高能射线。

在该实施例中，所述传送机构为位于扫描面底部的传送带系统，负责承载待检测物体通过扫描面。在该实施例中，只有激活的源点对物体实施扫描，当待检测物体经过扫描面时，各激活源点顺序循环出束，并保证在同一时刻只有一个源点处于出束状态，同时探测器阵列配合源点同步采集，得到不同源点各次出束时的投影数据。

在该实施例中，数据处理计算机180对采样数据进行实时处理，并将处理结果通过显示器显示出来。当待检测物体离开扫描面后，物体的扫描数据经过处理，得到不同源点扫描的透视图像，并采用双能分解技术得到原子序数等图像，并进行物质分类和违禁物品识别，并根据分类和识别结果对图像进行伪彩色着色，形成双能透视图像，并通过显示器显示。

图4是描述根据本实用新型另一实施例的辐射成像系统的工作过程的示意图。在如图4所示的实施例中，与图2所示实施例的区别在于， 扫描平面由单能探测器和两组沿通道方向平行的X射线源模块430-1、431-1和430-2、431-2构成，其中一组射线源模块的电压低于另一组，每组射线源模块中的电压、电流一致。扫描时，所有源点顺序出束，但是两组射线源模块对应的源点的出束顺序相邻。

图5是描述根据本实用新型再一实施例的辐射成像系统的工作过程的示意图。图5所示实施例与图4所示实施例的区别在于，扫描平面由单能探测器和一组沿通道方向平行的X射线源模块530-1和530-2构成，其中所述射线源模块的每个源点均可实现两种(或多种)电压、实现双能(或多能)扫描。扫描时，所有源点顺序出束，各个源点使用不同能量连续出束两次(或多次)，探测器同步配合源点出束实现两次(或多次)采集。

虽然在上述实施例中，射线源采用了倒L形的两段式，但是本领域的技术人员可以想到采用其他的分布方式，例如多个X射线发生器设置在L形、U形或弧形的支架上，向着所述探测器模块发出X射线。

上述实施例中，通过采用分布式X射线源，并采取探测器复用的方式，实现单一扫描面内的多视角透视成像系统。在上述实施例中，探测器模块的成本可以得到有效节省。此外，单一平面的设计也使得系统整体体积保持在较小的水平，有利于提高系统的机动性和灵活性。这样的方案能有效提升系统整体竞争力，实现低成本、高效的多视角透视成像。

以上的详细描述通过使用示意图、流程图和/或示例，已经阐述了辐射成像系统的众多实施例。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，本实用新型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实用新型，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。由于本实用新型能够以多种形式具体实施而不脱离实用新型的精神或实质，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 (8)

1.一种辐射成像系统，其特征在于，包括：

射线源，包括多个X射线发生器，所述多个X射线发生器分布在与被检查物体的行进方向交叉的一个或者多个平面上；

探测器模块，包括多个探测单元，接收穿透被检查物体的X射线；

数据采集电路，与所述探测器模块耦接，将所述探测器模块产生的信号转换为探测数据；

控制器，与所述射线源、所述探测器模块和所述数据采集电路连接，控制所述射线源中的所述多个X射线发生器的至少两个X射线发生器轮流产生X射线，从而随着被检查物体的移动而发出穿透所述被检查物体，并且控制所述探测器模块和所述数据采集电路，分别获得与所述至少两个X射线发生器相对应的探测数据；

数据处理计算机，基于所述探测数据重建所述至少两个X射线发生器的视角下的被检查物体的图像。

2.如权利要求1所述的辐射成像系统，其特征在于，所述探测器模块包括低能探测器和位于所述低能探测器后面的高能探测器。

3.如权利要求1所述的辐射成像系统，其特征在于，所述射线源具体包括多个碳纳米管X射线发生器或者多个磁约束X射线发生器。

4.如权利要求1所述的辐射成像系统，其特征在于，所述多个X射线源中的至少一些能够以切换的方式发出高能X射线和低能X射线。

5.如权利要求1所述的辐射成像系统，其特征在于，所述多个X射线发生器设置在L形、倒L形、U形或弧形的支架上，向着所述探测器模块发出X射线。

6.如权利要求1所述的辐射成像系统，其特征在于，所述射线源包括第一排X射线发生器和第二X排射线发生器，分别在所述控制器的控制下以切换的方式产生高能X射线和低能X射线，并且所述探测器模块包括并列设置的第一排探测器和第二排探测器，分别针对高能X射线和低能射X线做出响应。

7.如权利要求1所述的辐射成像系统，其特征在于，所述多个X射线发生器的分布模式为两两配对，匹配的两个靶点在空间距离上接近，在出束顺序上前后近邻，其中一个采用第一种能量的高压产生X射线，另一个采用第二种能量的高压产生X射线。

8.如权利要求1所述的辐射成像系统，其特征在于，还包括：物体边界探测装置，该装置在物体通过扫描面之前对物体边界进行探测；其中根据探测到的物体边界，以能够实现目标物体的完整覆盖进行X射线发生器的选择。