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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Gebiet der Strahlungsabbildung,
und im Speziellen auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Echtzeitkennzeichnen
eines Substanzidentifikationssystems, welches fähig ist,
das Kennzeichenverfahren des Substanzidentifikationssystems zu vereinfachen und
die Stabilität des Substanzidentifikationsergebnisses des
Systems zu verbessern.
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Hintergrund der Erfindung
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Es
ist eine moderne und hochentwickelte Transportform einen Container
zu nehmen als Einheit für den Transport. Containerisierung
ist zu der Hauptentwicklung des internationalen Cargotransport geworden.
Mittlerweile ist die Verwendung von Container zum Schmuggeln von
Schussfeuerwaffen, Waffen, Drogen, Sprengstoffen, sogar WMDs (Massenvernichtungswaffen)
und RDDs (radioaktive Verteilungsvorrichtungen) ein internationales öffentliches
Risiko geworden, welches jede Regierung beunruhigt und den normalen
Ablauf des internationalen Cargotransports behindert.
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Seit
dem 11. September in den Vereinigten Staaten begann die Regierung
der Vereinigten Staaten große Wichtigkeit den potenziellen
Gefahren des Cargotransports beizumessen, und sorgte sich mehr über
die Einführung von WMDs und RDDs mittels Container in die
Vereinigten Staaten. Um sich vor solchen Risiken zu schützen,
gab das Zollbüro der Vereinigten Staaten eine "Container-Sicherheits-Initiative
(CSI)" am 17. Januar 2001 aus, in welcher alle ausländischen
Häfen, welche direkt mit Transaktionen zu den Hafen der
Vereinigten Staaten verbunden sind, aufgefordert worden sind, um
mit einer nicht-invasiven Röntgen-(γ)-Strahlenabbildungsausrüstung ausgestattet
zu werden, um Strahlenabtastinspektionen an den Container, welche
zu den Vereinigten Staaten verschifft werden, durchzuführen.
Ein Jahr nachdem CSI bekannt gegeben wurde, waren 18 Haupthafen
in der Welt, welche der Initiative beitraten und begannen zu agieren.
Im Hintergrund sind die Anforderungen an die internationale Transportsicherheit
gestiegen, wobei die Weltzollorganisation einstimmig eine Resolution
annahm, welche alle 161 Mitglieder dazu aufrief einen Plan zu entwickeln,
welcher die Containersicherheitsinspektion einher mit der Form der
CSI berücksichtigt, das heißt, dass die Containersicherheitsinspektion
zu einem Thema der Sorge in der allgemeinen Welt geworden ist.
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Die
vorhandenen Container-Röntgen-(γ)-Strahlensicherheitsinspektionsausrüstungen
zielen hauptsächlich auf die Transmissionsabbildung, d.
h. direkt in die Fracht mittels Röntgenstrahlen einzudringen,
um Transmissionsbilder von allen Gegenständen, welche dem
Pfad der Röntgenstrahlen abdecken, zu erhalten. Die gewöhnliche
Transmissionsabbildungstechnologie löst das ”Visualisierungs-”Problem
der Container, sodass diese weit verbreitet verwendet wurde. Eine
Dualenergie-Transmissionstechnik ist aus der Transmissionsabbildungstechnologie
entwickelt worden. In der Dualenergie-Transmissionstechnik haben
die Röntgenstrahlen, welche den zu prüfenden Gegenstand
durchleuchten, zwei verschiedene Energiespektren. Die erlangten
Unterschiede zwischen den Signalen der Röntgenstrahlen
werden angewendet, um die Atomzahlinformation eines Materials in
einem Gegenstand, welcher geprüft wird, zu erhalten. Diese
Technologie kann wirkungsvoll den Effekt einer Sicherheitsinspektion
zu einem gewissen Ausmaß verbessern, und die durch die
CSI vorgeschlagenen Anforderungen für die Entwicklung für
die Prüfung von Schmuggelei bis für die Prüfung
für gefährliche Gegenstände können
erreicht werden. Ein Substanzidentifikationssystem, welches sich
diese Technik zu Eigen macht, wurde erfolgreich in einen Hochenergie-Röntgenstrahlen-Dualenergie-Container-Abbildungs-Inspektionssystem
implementiert, mit den Vorteilen einer hohen Betriebsgeschwindigkeit,
einer genauen Identifikation und so weiter.
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Das
Substanzidentifikationssubsystem in dem Hochenergie-Röntgenstrahlen-Dualenergie-Container-Abbildungs-Inspektionssystem
(zur Abkürzung im Folgenden als ”Hochenergie-Dualenergie-System” bezeichnet),
hat dennoch die folgenden Nachteile.
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Ein
individuelles Kennzeichenverfahren ist notwendig um einen Satz von
Klassifikationsparametern, welche passend für ein System
vor dem Gebrauch sind, zu erhalten, da der Dualenergie-Status eines
jeden Systems unterschiedlich von anderen ist. Das Kennzeichnen
ist eines der kompliziertesten Verfahren während des Testens
eines Dualenergie-Systems.
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Des
Weiteren schwankt der Dualenergie-Status in einem Beschleunigersubsystem
in einem Hochenergie-Dualenergie-System aus verschiedenen Gründen,
wie z. B. langer Weg, Austausch von Elementen, einer Dosisjustierung
durch einen menschlichen Betreiber und so weiter. Eine Wiederkennzeichnung
ist notwendig wenn die Schwankung erheblich ist.
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Außerdem
verändert sich der Dualenergie-Status, wie z. B. die Pulsstromschwankung
und die Statusschwankung, des Beschleunigers mit der Zeit aufgrund
der AFC, sogar bei dem selben Beschleuniger, was durch die Begrenzung
der Beschleunigertechnik be gründet ist. Aufgrund des wechselnden
Status werden die Identifikationsergebnisse für dieselbe
Substanz unterschiedlich zu verschiedenen Zeiten, was zu einer verringerten
Bildqualität führt.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Ein
Gegenstand der Erfindung ist es, eine Vorrichtung und ein Verfahren
zum Echtzeitkennzeichnen für ein Substanzidentifikationssystem,
wie z. B. ein Hochenergie-Dualenergie-System, zur Verfügung
zu stellen welches fähig ist, das Kennzeichenverfahren
des Systems zu vereinfachen und die Stabilität des Substanzidentifikationsergebnisses
des Systems zu verbessern.
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Die
Erfindung zielt auf die Überwindung der Nachteile in dem
vorhandenen Substanzidentifikationssystem, z. B. des Hochenergie-Dualenergie-Systems.
Eine Vorrichtung gemäß der Erfindung macht es
nicht nur für Systeme möglich, bei denen Energie und
Dosis nur geringfügig von einander verschiedenen sind,
einen Satz von Klassifikationsparametern zu verwenden, und welches
außerdem den Bedarf für eine Wiederkennzeichnung
von einem Beschleunigersubsystem eines Systems nach einer Änderung des
Status beseitigt. Des Weiteren kann eine Vorrichtung gemäß der
Erfindung das Materialidentifikationsergebnis verbessern, welche
von den Schwankungen über der Zeit des Dualenergie-Status
des Beschleunigers betroffen sein kann.
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Gemäß einem
ersten Aspekt der Erfindung stellt diese ein Echtzeitkennzeichenverfahren
für ein Substanzidentifikationssystem zur Verfügung,
welches eine Substanz in einem Gegenstand, der geprüft
wird, auf der Basis eines Satzes von Klassifikationsparametern identifiziert.
Das Verfahren weist die Schritte auf: Aussenden eines ersten Hauptstrahls von
Strahlen und eines ersten Hilfsstrahls von Strahlen, welche eine
erste Energie aufweisen, und eines zweiten Hauptstrahls von Strahlen
und eines zweiten Hilfsstrahls von Strahlen, welche eine zweite
Energie aufweisen; Bewirken, dass die ersten und zweiten Hauptstrahlen
von Strahlen den Gegenstand, der geprüft wird, durchdringen;
Bewirken, dass die ersten und zweiten Hilfsstrahlen von Strahlen
zumindest einen Echtzeitkennzeichenmaterialblock durchdringen; Sammeln
der Werte der ersten und zweiten Hauptstrahlen von Strahlen, welche
den Gegenstand, der geprüft wird, durchdrungen haben, als
Dualenergie-Daten; Sammeln der Werte von den ersten und zweiten
Hilfsstrahlen von Strahlen, welche den Echtzeitmarkierungsmaterialblock
durchgedrungen haben, als Justierparameter; Justieren des Satzes von
Klassifikationsparametern auf der Basis der Justierparameter; und Identifizieren
der Substanz gemäß der Dualenergiedaten auf der
Basis der justierten Klassifikationsparameter.
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Gemäß einer
Ausführungsform der Erfindung wird das Justieren des Satzes
von Klassifikationsparametern auf der Basis der Justierparameter
in jeden vorherbestimmten Zeiten der Abtastung ausgeführt.
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Gemäß einer
Ausführungsform der Erfindung umfasst der zumindest eine
Echtzeitkennzeichenmaterialblock einen ersten Block, welcher eine organische
Substanz darstellt, einen zweiten Block, welcher eine Mixtur darstellt,
einen dritten Block, der eine anorganische Substanz darstellt und
einen vierten Block, der ein Schwermetall darstellt.
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Gemäß einer
Ausführungsform der Erfindung ist der erste Block aus Kohlenstoff
gemacht, der zweite Block aus Aluminium gemacht, der dritte Block aus
Eisen gemacht und der vierte Block aus Blei gemacht.
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Gemäß einer
Ausführungsform der Erfindung weist das Echtzeitkennzeichenverfahren
ferner einen Schritt der Justierung des Energiespektrums der zugehörigen
Strahlen von Strahlen durch eine Energiespektrumsjustiereinheit
auf.
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Gemäß einer
Ausführungsform der Erfindung ist der erste Hilfsstrahl
von Strahlen Teil des ersten Hauptstrahls von Strahlen, und der
zweite Hilfsstrahl von Strahlen ist Teil des zweiten Hauptstrahls
von Strahlen.
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Gemäß einer
Ausführungsform der Erfindung ist der erste Hilfsstrahl
von Strahlen getrennt von dem ersten Hauptstrahl von Strahlen, und
der zweite Hilfsstrahl von Strahlen getrennt von dem zweiten Hauptstrahl
von Strahlen.
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Gemäß einer
Ausführungsform der Erfindung ist der zumindest eine Echtzeitkennzeichenmaterialblock
in einem oberen Abschnitt, einem unteren Abschnitt oder einem Seitenabschnitt
von dem ersten oder zweiten Hauptstrahlen von Strahlen angeordnet.
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Gemäß einer
Ausführungsform der Erfindung weist der zumindest eine
Echtzeitkennzeichenmaterialblock jeweils eine einzelne Dicke auf.
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Gemäß einer
Ausführungsform der Erfindung weist der zumindest eine
Echtzeitkennzeichenmaterialblock jeweils zumindest zwei Dicken auf.
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Gemäß einer
Ausführungsform der Erfindung bilden die Klassifikationsparameter
eine diskretisierte Klassifikationskurve, welche zumindest zwei Substanzen
voneinander unterscheiden kann.
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Gemäß einem
anderen Aspekt der Erfindung stellt die Erfindung eine Echtzeitkennzeichenvorrichtung
für ein Substanzidentifikationssystem zur Verfügung,
welche eine Substanz in einem Gegenstand, der geprüft wird,
auf der Basis eines Satz von Klassifikationsparametern identifiziert.
Die Echtzeitkennzeichenvorrichtung umfasst eine Strahlenerzeugungseinheit
zum Aussenden eines ersten Hauptstrahls von Strahlen und eines ersten
Hilfsstrahls von Strahlen, welche eine erste Energie aufweisen,
und eines zweiten Hauptstrahls von Strahlen und eines zweiten Hilfsstrahls
von Strahlen, welche eine zweite Energie aufweisen, wobei der erste
und zweite Hauptstrahl von Strahlen den Gegenstand, der geprüft
wird, durchdringen, und wobei der erste und der zweite Hilfsstrahl
von Strahlen zumindest einen Echtzeitkennzeichenmaterialblock durchdringen;
eine Sammeleinheit zum Sammeln der Werte der ersten und zweiten
Hauptstrahlen von Strahlen, welche den Gegenstand, der geprüft
wird, durchdrungen haben, als Dualenergie-Daten, und zum Sammeln
der Werte der ersten und zweiten Hilfsstrahlen von Strahlen, welche
den Echtzeitkennzeichenmaterialblock durchdrungen haben, als Justierparameter;
eine Datenverarbeitungseinheit zum Justieren des Satzes von Klassifikationsparameter
auf der Basis der Justierparameter, und zum Identifizieren der Substanz gemäß der
Dualenergie-Daten auf der Basis der justierten Klassifikationsparameter.
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Gemäß einer
Ausführungsform der Erfindung umfasst die Sammeleinheit
ferner ein Hauptdetektormodul, dessen Detektionsoberfläche
im Wesentlichen rechtwinklig zu einer Mittellinie des ersten oder
zweiten Hauptstrahls von Strahlen ist, zum Detektieren des ersten
oder zweiten Hauptstrahls von Strahlen, welche den Gegenstand, der
geprüft wird, durchgedrungen haben; ein Hilfsdetektormodul,
dessen Detektionsoberfläche im Wesentlichen rechtwinklig
zu einer Mittellinie des ersten und zweiten Hilfsstrahls von Strahlen
ist, zum Detektieren der ersten oder zweiten Hilfsstrahlen von Strahlen,
welche den Echtzeitkennzeichenmaterialblock durchgedrungen haben.
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Die
Vorrichtung gemäß der Erfindung kann in dem Substanzidentifikationssubsystem
eines Hochenergie-Dualenergie-Systems eingebunden werden. Für
ein Hochenergie-Dualenergie-System mit einer hohen Substanzidentifikationsgenauigkeit
ist ein Satz von Klassifikationsparametern für das System anwendbar
und die Kalibrierung im Voraus wird in Echtzeit durch die Mittel
der Vorrichtung gemäß der Erfindung justiert,
um es verwendbar zu machen. Folglich gibt es keinen Bedarf für
ein Dualenergie-System vor der Verwen dung individuell kalibriert zu
werden, was in einer Reduzierung der Hardwarekosten für
die automatische Kennzeichenvorrichtung und in einer reduzierten
Zeit für die Systemjustierung resultiert. Für
ein Hochenergie-Dualenergiesystem mit einer niedrigen Substanzidentifikationsgenauigkeit
ist es besser die Kennzeichnung vor der Verwendung auszuführen,
um einen optimalen Materialunterscheidungseffekt zu erhalten. Wenn
der Dualenergie-Status des Beschleunigers des Systems wechselt,
werden die ursprünglichen Klassifikationsparameter in Echtzeit
durch die Mittel einer Echtzeitkennzeichenvorrichtung gemäß der
vorliegenden Erfindung justiert, um diese verwendbar zu machen.
Dadurch ist ein Wiederkennzeichen nicht notwendig und die Instandhaltungszeit
wird reduziert.
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Kurze Beschreibung der Figuren
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Die
Eigenschaften und Vorteile der Erfindung werden offensichtlich von
der folgenden detaillierten Beschreibung mit Bezug auf die beigefügten
Zeichnungen, in welchen:
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1 ein
schematisches Diagramm eines Hochenergie-Dualenergie-Systems ist;
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2 ein
schematisches Diagramm eines Hochenergie-Dualenergie-Systems mit
einer darin eingebundenen Echtzeitkennzeichenvorrichtung ist, wobei
die Größe jedes Teils illustrativ ist und keine wirkliche
Bedeutung hat;
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3 eine
Massendämpfungskoeffizientkurve zeigt;
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4 ein
schematisches Diagramm einer Energiespektrumsformgebungseinheit
gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung ist, wobei der schwarze Pfeil Strahlen mit einer hohen
Energie anzeigt, der graue Pfeil Strahlen mit einer niedrigen Energie
anzeigt und der schwarze Bereich einen Materialblock, der geformt
wird, anzeigt;
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5 ein
schematisches Diagramm einer automatischen Kennzeicheneinheit gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung ist, wobei der schwarze Pfeil Strahlen mit einer hohen
Energie anzeigt und der graue Pfeil Strahlen mit einer niedrigen Energie
anzeigt;
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6 ein
schematisches Diagramm einer Echtzeitkennzeichenvorrichtung ist;
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7 ein
Flussdiagram ist, welches ein automatisches Kennzeichenverfahren
gemäß einer Ausführungsform der Erfindung
darstellt;
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8 ein
schematisches Diagramm des Verfahrens einer Echtzeitjustierung eines
Klassifikationsparameters ist;
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9 eine
Koordinaten-Definition für eine Alphakurve zeigt;
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10A ein schematisches Diagramm ist, welches Trainingsdaten
für ein Kennzeichenmaterial, welches in einem automatischen
Kennzeichenverfahren verwendet wird, darstellt;
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10B ein schematisches Diagramm ist, welches eine
Alphakurve darstellt, welche von den Trainingsdaten für
das Kennzeichenmaterial erzeugt wurde;
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10C ein statistisches Diagramm der Trainingsdaten
für das Kennzeichenmaterial ist;
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11 ein
Diagramm ist, welches das Vergleichsresultat der Alphakurven vor
und nach der Justierung darstellt; und
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12 ein
schematisches Diagramm ist, welches die Materialidentifikationsergebnisse
vor und nach der Justierung der Klassifikationsparameter, wenn der
Beschleunigerstatus wechselt, darstellt.
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Detaillierte Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsformen
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Die
bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nun folgend
mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen detaillierter
beschrieben. In den Zeichnungen werden dieselben Bezugszeichen zum
Anzeigen derselben oder gleichen Komponenten, welche in den verschiedenen
Figuren gezeigt werden, verwendet.
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Das
Verfahren und die Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung basieren auf den Hochenergie-Dualenergie-Daten. Zur
Klarheit sind die Strahlen, die eine hohe Energie in dem Hochenergie-Röntgenstrahl-Dualenergie-System
aufweisen, als Hochenergie-Röntgenstrahlen bezeichnet,
und die, die eine niedrige Energie aufweisen, sind als Niedrigenergie-Röntgenstrahlen
bezeichnet. Das Verfahren und die Vorrichtung gemäß einer
Ausführungsform der Erfindung sind anwendbar für
ein Hochenergie-Dualenergie-System in dem Energiebereich von 3 MeV – 10
MeV.
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1 ist
ein schematisches Diagram eines Hochenergie-Dualenergie-Systems.
Wie in 1 gezeigt, umfasst das Hochenergie-Dualenergie-System eine
Strahlerzeugungseinheit 10, eine Energiespektrumsformgebungseinheit 40,
eine automatische Kennzeicheneinheit 50, eine mechanische Übertragungseinheit
(nicht gezeigt), ein Datensammelsubsystem 30, einen Abtaststeuerungs-
und Datenverarbeitungscomputer (nicht gezeigt). Die Strahlerzeugungseinheit 10,
die mechanische Übertragungseinheit, das Datensammelsubsystem 30 und
der Abtaststeuerungs- und Datenverarbeitungscomputer sind Basiskomponenten
eines Hochenergie-Röntgenstrahlen-Dualenergie-Container-Abbildungsinspektionssystems,
wohingegen die Energiespektrumformgebungseinheit 40 und
die automatische Kennzeicheneinheit 50 zu einem Substanzidentifikationsubsystem
gehören. Die Echtzeitkennzeichenvorrichtung gemäß einer
Ausführungsform der Erfindung ist ebenfalls Teil des Substanzidentifikationssubsystems.
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Gemäß einer
Ausführungsform der Erfindung ist die Strahlerzeugungseinheit 10 mit
einem Dualenergie-Röntgenstrahlenbeschleuniger und entsprechenden
Hilfseinrichtungen ausgestattet. Die Strahlerzeugungseinheit 10 erzeugt
Strahlen von Röntgenstrahlen, welche zwei unterschiedliche
Energieniveaus haben, abwechselnd in einer hohen Frequenz, wie z.
B. einen ersten Strahl von Strahlen, der 3 MeV aufweist, und einen
zweiten Strahl von Strahlen, der 8 MeV aufweist. Die Mittellinie
der Strahlen von Strahlen ist im Wesentlichen rechtwinklig zu einer
Detektionsfläche eines Detektormoduls in dem Datensammelsubsystem.
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Die
Energiespektrumsformgebungseinheit 40 ist mit einem Energiespektrumsformgebungsmaterial
und entsprechenden Hilfseinrichtungen ausgestattet. Die Energiespektrumsformgebungseinheit 40 ist
zwischen der Strahlerzeugungseinheit 10 und dem Gegenstand 20,
der geprüft wird, angeordnet, um das Energiespektrum der
Strahlen, die von der Strahlerzeugungseinheit 10, wie z.
B. einem Beschleuniger, ausgesendet werden, bevor die Strahlen den
Gegenstand 20, der geprüft wird, durchdringen, zu
formen, sodass die Spektrumsverteilung günstig für
die Materialunterscheidung ist.
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Wie
in 4 gezeigt, umfasst die Charakteristik eines Energiespektrumsformgebungsmaterials eine
große Dämpfung der Niedrigenergie-Strahlen während
einer schwachen Dämpfung der Hochenergie-Strahlen. Je besser
die Charakteristik ist, desto besser ist das Resultat der Energiespektrumsformgebung.
Jedes Material, welches diese Charakteris tik hat, kann als Energiespektrumsformgebungsmaterial
verwendet werden. Für solch eine Charakteristik des Energiespektrumsformgebungsmaterial
steigt die Äquivalenzenergie der Strahlen nach der Energiespektrumsformgebung.
Wenn das Formgebungsmaterial nur auf die Hochenergie-Strahlen anspricht, steigt
die Äquivalenzenergie der Hochenergie-Strahlen während
die der Niedrigenergie-Strahlen erhalten bleibt, wodurch die Energiedifferenz
zwischen den beiden Energien vergrößert wird,
sodass die Materialunterscheidungsfähigkeit des Systems
verbessert wird.
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Basierend
auf solch einer Charakteristik wird Kohlenstoff als das Formgebungsmaterial
verwendet. Grundsätzlich gilt, je dicker das Formgebungsmaterial
ist, desto besser ist die Materialunterscheidung. Dennoch, wenn
man die statistischen Schwankungen in Betracht zieht, je dicker
das Formgebungsmaterial ist, desto geringer ist die Dosis die der
Detektor erhält, und desto geringer ist das Signal-Rausch-Verhältnis
der Daten. Demzufolge gibt es ein Optimum für die Dicke
des Formgebungsmaterials, welche abhängig ist von dem speziellen
Fall des Systems. Bezüglich der Energieverteilung von Strahlen
von Hochenergie und Niedrigenergie, ist es bestimmt, dass nur Strahlen,
welche eine bestimmte Energie aufweisen, Gegenstand der Energiespektrumsformgebung
sind. 4 zeigt auf der linken Seite ein schematisches
Diagramm einer Energiespektrumsformgebungseinheit in einer Drehtischform.
Alternativerweise sind Strahlen von zwei Energien Gegenstand der
Energiespektrumsformgebung. 4 zeigt
auf der rechten Seite eine Energiespektrumsformgebungseinheit, welche
Energiespektrumsformgebung an zwei Strahlen, welche zwei Energien
aufweisen, ausführen kann.
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Die
Ausgestaltung der Energiespektrumsformgebungseinheit 40 ist
abhängig von den Anforderungen der Energiespektrumsformgebung.
Es ist möglich die Energiespektrumsformgebung nur an Hochenergie-Strahlen
auszuführen. In diesem Fall ist die Energiedifferenz zwischen
den zwei Energien aufgrund der Steigerung der Äquivalentenergie
von Hochenergie-Strahlen vergrößert, wodurch die
Materialunterscheidungsfähigkeit des Systems verbessert wird.
Im Speziellen ist es auch möglich die Energiespektrumsformgebung
an Strahlen, welche beide Energien aufweisen, auszuführen,
im Speziellen für den Fall, dass die niedrigere Energie
ungefähr 3 MeV ist. Von der in 3 gezeigten
Massendämpfungskoeffizientkurve ist es ersichtlich, dass
die Dämpfungskoeffizienten der Niedrig-Z-Materialien sich
annähern und deren Steigungen alle klein in der Region
um 3 MeV Energie sind. Daher hat ein Wechsel der Energie in dieser
Region einen kleinen Einfluss auf die Unterscheidungsfähigkeit
eines Niedrieg-Z-Materials. Dennoch bildet der Dämpfungskoeffizient
eines Hoch-Z-Materials einen Wendepunkt in der Nähe um 3
MeV. Als Resultat kann das Blei nicht von anderen Materialien unter
dieser Energie unterschieden werden. Folglich führen die
Niedrigenergie-Strahlen, d. h. Strahlen mit einer Energie von 3
MeV, die Energiespektrumformgebung aus, wobei der Niedrigenergieanteil
in den Strahlen mit Niedrigenergie durch das Energiespektrumformgebungsmaterial
absorbiert wird, sodass die Unterscheidungsfähigkeit eines Hoch-Z-Materials
verbessert wird, während kein negativer Einfluss auf ein
Niedrig-Z-Material eingebracht wird.
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Wie
in 5 gezeigt, umfasst die automatische Kennzeicheneinrichtung 50 ein
Kennzeichenmaterial in einer Form einer Treppe und entsprechende
Hilfseinrichtungen. Die automatische Kennzeicheneinheit ist dazu
ausgelegt Kennzeichendaten als Eingabe für ein automatisches
Identifikationsmodul zu sammeln, und in Echtzeit Klassifikationsparameter
entsprechend dem Status des Systems durch die Verarbeitung eines
automatischen Kennzeichenmoduls in einem Computer zu erhalten.
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Hier
weisen die Kennzeichenmaterialien verschiedene typische Materialien
auf. Um die Kennzeichengenauigkeit zu sichern, kann zumindest eine
Art von typischen Materialien pro Kategorie verwendet werden. Alternativ
können einige Arten von typischen Materialien mit unterschiedlichen
entsprechenden Atomzahlen für eine Kategorie verwendet
werden. Wenn kein Material verwendet wird, oder nur ein begrenzter
Raum zum Platzieren der automatischen Kennzeicheneinheit 50 vorhanden
ist, können die Materialien der mittleren Kategorien weggelassen werden
und der automatische Kennzeichenalgorithmus kann stattdessen einen
interpolierten Wert von Daten der benachbarten Kategorien verwenden.
Die Auswahl der Kennzeichenmaterialen kann mit den Materialunterscheidungsanforderungen
für das System verbunden sein. Die Anforderungen für
die Hochenergie-Röntgenstrahlen-Dualenergie können
in vier Kategorien unterschieden werden, d. h. organische Substanzen,
Leichmetalle, anorganische Substanzen und Schwermetalle. Daher werden
vier Arten von typischen Materialien von den obigen vier Kategorien ausgewählt,
d. h. sinngemäß Kohlenstoff (Z = 6), Aluminium
(Z = 13), Eisen (Z = 26) und Blei (Z = 82). Die Auswahl von diesen
vier Arten von Materialien basiert auf zwei Gründen. Einerseits
werden diese Materialien gewöhnlich verwendet, und der
andere ist, dass jedes von diesen zu einer elementaren Substanz
gehört, welche von einer stabilen Natur ist.
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Für
jedes Material sollten einige Klassen von Stufen von dick bis dünn
ausgebildet werden. Die dünnste Dicke und die dickste Dicke
sind abhängig von dem Materialunterscheidungsbereich des
Systems. Die Anzahl der Klassen von Stufen kann durch die Kennzeichengenauigkeit
zusammen mit dem Raum zum Platzieren der automatischen Kennzeichenvorrichtung
entschieden werden.
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Die
Hilfseinrichtungen stellen hauptsächlich den mechanischen
Antrieb zur Verfügung und realisieren die Lokalisationsabtastung,
so dass Dualenergietransmissionsdaten für jeden Schritt
für jedes Material erhalten werden. Wenn mehrere Spalten
von Dualenergietransmissionsdaten an jeden Lokalisationspunkt gefordert
sind, wird empfohlen mehr als 256 Spalten abzutasten, wodurch der
Effekt der statistischen Signalschwankungen beseitigt wird.
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In
der Richtung der Höhe sind die Winkelverteilungen der Röntgenstrahlen,
welche durch die verschiedenen Detektoren über den Armträger
erhalten werden, verschieden. Die Spektrumsverteilungen sind für
verschiedene Winkelverteilungen verschieden, wodurch dies zu verschiedenen
Parametern für die Materialunterscheidung führt.
Daher, wenn man den Effekt der Winkelverteilungen von Röntgenstrahlen
in Betracht zieht, können alle von den detektierten Höhen
in einige Regionen unterschieden werden, wobei jede eine unabhängige
Statistik hat, so dass ein Klassifikationsparameter erzeugt wird.
Dies erfordert, dass die Kennzeichenmaterialien in der automatischen
Kennzeichneinrichtung 50 alle interessanten Bereiche abdecken
sollten.
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Wenn
die Höhen der Kennzeichenmaterialien durch objektive Faktoren
begrenzt sind, wie z. B. die Verfahrenskapazität, der Ausrüstungsraum
usw., ist es unmöglich, alle Detektormodule auf dem Armträger
abzudecken. Eine vereinfachte Weise ist folgendermaßen.
Unter normalen Umständen ist die am interessantesten Detektierhöhe
in einer Position angeordnet, an der der Container Fracht platziert,
und das System justiert gewöhnlich den Hauptstrahl der Röntgenstrahlen
in der Nähe von dieser Position. Als Ergebnis ist der Hauptstrahl
auf den wichtigen Kennzeichengegenstand gerichtet. Die Kennzeichenmaterialien
könnten so ausgestaltet sein, um nur diesen Bereich abzudecken.
Dann werden die erhaltenen Dualenergietransmissionsdaten in den
automatischen Kennzeichenalgorithmus als seine Parameter eingegeben,
um einen Klassifikationsparameter entsprechend der Energiespektrumsverteilung
in der Hauptstrahlrichtung der Röntgenstrahlen zu erzeugen,
als ein Klassifikationsparameter für alle der detektierten
Bereiche. Diese vereinfachte Weise liegt in dem erlaubten Fehlerbereich,
mit der die Winkelverteilung der Röntgenstrahlen kleiner
ist.
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Die
Kennzeichenmaterialen in der automatischen Kennzeicheneinrichtung 50 können
in jeglichen Formen ausgestaltet werden, solange sie die obigen
Anforderungen erfüllen. In 3 ist die
Ordnungsnummer von Stufen und die Dicke der Stufen nur zur Illustration
beschrieben, ohne wirkliche Bedeutung anzudeuten.
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Die
mechanische Übertragungseinheit bewegt die Strahlerzeugungseinheit 10 und
das Datensammelsubsystem 30 in einer horizontalen Richtung zusammen
bezüglich zu dem Gegenstand, der geprüft wird.
Es ist möglich, dass die Strahlerzeugungseinheit 10 und
das Datensammelsubsystem 30 sich nicht bewegen, während
der Gegenstand, der geprüft wird, sich bewegt. Es ist ebenfalls
möglich, dass die Strahlerzeugungseinheit 10 und
das Datensammelsubsystem 30 sich bewegen, während
sich der Gegenstand, der geprüft wird, sich nicht bewegt.
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Das
Datensammelsubsystem 30 umfasst hauptsächlich
einen Lineardetektor zum Detektieren der Dualenergie-Röntgenstrahlen,
welche von der Strahlerzeugungseinheit 10 erzeugt werden,
nachdem sie den Gegenstand 20, der geprüft wird,
durchdrungen haben, und erzeugt Dualenergietransmissionsdaten und
sendet die Daten zu dem Abtaststeuerungs- und Datenverarbeitungscomputer.
Das Datensammelsubsystem 30 weist ferner einen Schaltkreis und
eine logische Steuerungseinheit zum Abtasten der Projektionsdaten
von dem Detektor, etc auf. Der Detektor kann ein Feststoff-Detektor,
ein Gasdetektor oder ein Halbleiterdetektor sein.
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Der
Abtaststeuerungs- und Datenverarbeitungscomputer ist verantwortlich
für die Hauptsteuerung für das Betreiben des Inspektionssystems,
aufweisend die mechanische Steuerung, die elektrische Steuerung,
die Sicherheitssteuerung usw.. Der Absteuerungs- und Datenverarbeitungscomputer
ist ferner für die Verarbeitung und das Anzeigen der Dualenergietransmissionsdaten,
welche von dem Datensammelsubsystem gesammelt wurden, verantwortlich.
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Eine
Echtzeitkennzeichenvorrichtung 60 wird eingeführt,
um die Echtzeitkennzeichnung auf Klassifikationsparametern durchzuführen,
so dass das Kennzeichenverfahren des Substanzidentifikationssystems
vereinfacht wird und das Materialunterscheidungsergebnis verbessert
wird. 2 ist ein schematisches Diagramm eines Substanzidentifikationssystems
mit einer darin eingebunden Echtzeitkennzeichenvorrichtung 60.
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Wie
in 6 gezeigt umfasst die Echtzeitkennzeichenvorrichtung 60 Echtzeitkennzeichenmaterialien 61–64,
ein Echtzeitkennzeichendetektormodul 65 und Hilfseinrichtungen
(nicht gezeigt).
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Die
Echtzeitkennzeichenvorrichtung 60 sollte so angeordnet
werden, dass sie abdeckungsfähig von den Strahlen ist,
während sie nicht die Strahlen zu dem Gegenstand, der geprüft
wird, blockiert.
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Gemäß einer
Ausführungsform der Erfindung sollte die Echtzeitkennzeichenvorrichtung
neben dem Beschleuniger angeordnet sein. Abhängig von den
Modellen des Hochenergie-Dualenergiesystems kann die Echtzeitkennzeichenvorrichtung
in einem oberen Abschnitt, einem unteren Abschnitt oder einem Seitenabschnitt
der Sektorstrahlen von Strahlen angeordnet sein, welche für
ein normales Abtasten erforderlich sind.
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Auf
diese Weise ist die Strahlenerzeugungseinheit 10, welche
z. B. einen Strahl benötigt, der an dem oberen Abschnitt,
dem unteren Abschnitt oder dem Seitenabschnitt von den Sektorstrahlen
von Strahlen angeordnet, was beim normalen Abtasten zum Unterstützen
der Hilfsstrahlen von Strahlen erforderlich ist.
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Ferner
umfasst der Echtzeitkennzeichenmaterialblock gemäß einer
Ausführungsform der Erfindung üblicherweise vier
Arten von Materialien, d. h. ein organisches Material, eine Mixtur,
ein anorganisches Material und ein Schwermetall mit einer Dicke, die
abhängig von dem realen System ist. Ein organischer Materialblock 61,
ein Mixturblock 62, ein anorganischer Materialblock 63 und
ein Schwermetallblock 64 sind in der 6 dargestellt.
In dem Hochenergie-Dualenergiesystem werden üblicherweise Kohlenstoff,
Aluminium, Eisen und Blei von den vier Arten von Materialien als
typische Materialien ausgewählt. Nur eine bis drei Arten
von Materialien von Kohlenstoff Aluminium, Eisen und Blei können
eingesetzt werden und Informationen über andere Materialien
können durch eine Gewichtung der Information der eingesetzten
Materialien erhalten werden, wenn die Klassifikationsanforderungen
von einer Art von Material gering ist oder der Raum zu klein ist.
Der Echtzeitkennzeichenmaterialblock wird benötigt, um mit
einer automatischen Steuerungseinheit, welche die Verlegung des
Echtzeitkennzeichenmaterialblock in die horizontale Richtung steuert,
zusammenzuwirken. Der Zweck der automatische Steuerungseinheit ist
es, den Echtzeitkennzeichenmaterialblock wegzubewegen, wenn das
System Luft und Hintergrund sammelt, so dass diese die Blockierung
der Hilfsstrahlen von Strahlen verhindert.
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Das
Echtzeitkennzeichendetektormodul 65 sammelt Informationen
der in dem Echtzeitkennzeichenmaterialblock gedämpften
Strahlen für alle Materialien. Das Echtzeitkennzeichendetektormodul 65 ist
so angeordnet, dass die Detektionsfläche (Oberfläche)
davon rechtwinklig zu der Mittellinie der Hilfsstrahlen von Strahlen
ist. Die Daten (im Folgendem beizeichnet als Hilfsbild), die von
dem Detektormodul 65 gesammelt werden, werden verbunden
mit den Daten von dem Datensammmelsubsystem 30, und von
da übertragen zu dem Datenverarbeitungscomputer für
die Echtzeitjustierung der Klassifikationsparameter und verfügbar
für die Bilddatenklassifikation.
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Gemäß einer
Ausführungsform der Erfindung, sollte die Gestaltung des
Abdeckwinkels der Hilfsstrahlen von Strahlen, die Höhe
des Echtzeitkennzeichenmaterialblocks und die Anzahl von Einheiten
in dem Echtzeitkennzeichendetektormodul zusammen betrachtet werden.
Das Gestaltungsprinzip ist, dass die Daten für jedes Material
auf dem gesammelten Hilfsbild einige Pixel enthalten. Vorzugsweise sind
die effektiven Pixel für jedes Material nicht weniger als
6 Pixel, so dass die statistische Schwankung in diesem statistischen
Verfahren verringert ist.
-
7 ist
ein Flussdiagramm, welches das automatische Kennzeichenverfahren
gemäß einer Ausführungsform der Erfindung
darstellt. Die automatische Kennzeicheneinheit 50 wird
manuell nachdem das Substanzidentifikationssystem installiert wurde
ausgelöst, um die ursprünglichen Kennzeichendaten
und Klassifikationsparameter des Systems zu erhalten.
-
Wie
in 7 gezeigt, erzeugt die Strahlerzeugungseinheit 10 Strahlen
von Röntgenstrahlen an dem Schritt S10. Am Schritt S11
werden die Strahlen von Röntgenstrahlen durch die Energiespektrumsformgebungseinheit 40 geformt,
um Strahlen von Röntgenstrahlen, die günstig für
eine Materialunterscheidung sind, zu erhalten. Ein automatisches Kennzeichenverfahren
wird an dem Schritt S12 ausgeführt, an dem ein automatisches
Kennzeichenverfahren manuell ausgelöst und durchgeführt
wird, um in Echtzeit ursprüngliche Kennzeichendaten zu
erhalten.
-
Dann
wird am Schritt S13 auf den ursprünglichen Kennzeichendaten
ein Datenkalibrierungsverfahren ausgeführt, um den Einfluss
durch den Detektorboden, der Detektoruneinheitlichkeit und der Strahlendosisschwankungen
zu beseitigen. Am Schritt S14 läuft ein automatischer Kennzeichenalgorithmus,
um Klassifikationsparameter zu erzeugen und diese in Dateien abzuspeichern.
-
Wie
oben beschrieben, wird jedes Mal wenn der Systemstatus wechselt,
der automatische Kennzeichenvorgang manuell ausgelöst,
um die automatische Kennzeicheneinheit 50 zu starten, welche
die ursprünglichen Kennzeichendaten sammelt, welche gemäß dem
Energiespektrum geformt wurden und überträgt diese
von dem Datensammelsubsystem zu dem Datenverarbeitungscomputer.
Der Materialunterscheidungsalgorithmus ist gestaltet durch eine Verwendung
einer Alphakurve. Demzufolge berechnet der automatische Kennzeichenalgorithmus
Klassifikationsparameter von einer Alphakurve, die dem Systemstatus
entspricht. Die Klassifikationsparameter einer Alphakurve, die dem
Systemstatus entspricht, werden durch die Aufrufung des automatischen
Kennzeichenalgorithmus erhalten, und werden in einer Datei als Parameter
gespeichert und in dem Materialunterscheidungsblock eingespeist.
Die Koordinatendefinition für die Alphakurve ist in 9 dargestellt.
-
Wie
in 9 dargestellt, sind alphaL und alphaH wie folgt
definiert. alphaL = (1 – log(TL))·1000, wobei
TL die Niedrigenergie-Transparenz ist; alphaH
= (1 – log(TH))·1000, wobei TH die Hochenergie-Transparenz
ist.
-
Das
alphaH wird als die Abszisse alphax der Alphakurve betrachtet und
die Differenz von alphaL und alphaH wird als Ordinate alphay von
der Alphakurve betrachtet: alphax = alphaH =
(1 – log(TH))·1000; alphay
= alphaL – alphaH = (–log(TL) + log(TH))·1000.
-
Wie
oben im Schritt S13 beschrieben wurde, ist ein Datenkalibrierungsmodul
aktiviert, um die ursprünglichen Kennzeichendaten zu kalibrieren,
sodass der Einfluss durch den Detektorhintergrund, die Detektoruneinheitlichkeit
und die Strahlendosisschwankungen beseitigt werden, welche in den
Trainingsdaten für das Kennzeichenmaterial resultieren. 10A ist ein schematisches Diagramm der Trainingsdaten
mit einigen Detektionsbereichen in dem Alphakurvendiagramm.
-
Ein
Verfahren zum Erzeugen einer Klassifikationsgrenze zwischen verschiedenen
Arten von Materialien von den Trainingsdaten von dem Kennzeichenmaterial
wird nun folgend in größerer Genauigkeit beschrieben.
- (i) In einigen Detektionsbereichen wird eine Durchschnittswertstatistik
sequentiell an einigen Spalten von kalibrierten Dualenergie-Daten
für jeden Schritt für jedes Material durchgeführt,
sodass eine Reihe von Durchschnittswertpunkten für die
Trainingsdaten von dem Kennzeichenmaterial erhalten werden. 10C ist ein schematisches Diagramm von Durchschnittswertpunkten für
die Trainingsdaten in einigen Detektionsbereichen in dem Alphakurvendiagramm.
- (ii) In dem Alphakurvendiagramm von 10B sind
einige Durchschnittswertpunkte für die Trainingsdaten von
einigen Arten von Materialien miteinander verbunden, sodass eine
diskrete Alphakurve für dieses Material erhalten werden
kann. Da jedoch dennoch die Ordnungszahl der Stufen des Kennzeichenmaterials
begrenzt ist, ist die diskrete Alphakurve, die direkt durch das
Verbinden erhalten wird, von einer eher geringen Genauigkeit. Daher
kann die Kurvenanpassungsmethode der kleinsten Quadrate angewendet
werden, um die Kurve passend zu machen, d. h. ein passendes Polynom
aus gegebenen Datenpunkten durch das Mittel der kleinsten Quadrate-Methode zu
erhalten. Einige Durchschnittswertpunkte der Trainingsdaten werden
als Eingangsparameter für die Kurvenanpassung angesehen,
sodass ein Anpassparameter für die Kurve, d. h. die Koeffizienten
der bezüglichen Ordnungen des Polynoms erhalten werden
können. Die Ordnung des passenden Polynoms wird bezüglich
der aktuellen Situation ausgewählt. Für die Kurvenanpassung können
ebenso andere Anpassungsmethoden verwendet werden, wie z. B. das
Optimum-Anpassungspolynom nach Chebyshev.
- (iii) Eine Diskretisierung wird auf der x-Achse der Alphakurve
ausgeführt, wobei die Diskretisierungsgenauigkeit auf einer
Notwendigkeit beruht. Dann können die y-Achsendaten, welche
jedem diskreten Punkt entsprechen, durch eine Verwendung der Kurvenanpassungsparameter
berechnet werden. Durch diesen Schritt kann eine Diskretisierungskurve
für das Material erhalten werden.
- (iv) Wiederholen der Schritte (ii) und (iii) bis die diskretisierten
Alphakurven für alle Materialien erhalten werden.
- (v) Aus der 10B kann man sehen, dass die Alphakurve
monoton entlang der Richtung der Atomzahl ist, basierend auf welchem
Dualenergie-Material-Unterscheidung-Algorithmus sie ist. Daher kann
eine diskrete Grenze zwischen zwei benachbarten Kurven erfolgreich
berechnet werden, da die diskreten Kurven für jeweilige
Materialien erhalten worden sind, wie in 10C gezeigt.
-
Die
Klassifikation der vier Arten von Kategorien ist abhängig
von der äquivalenten Atomzahl: Z = 1~10 ist klassifiziert
in eine Kategorie der organischen Substanzen; Z = 10 18 ist klassifiziert
in eine Kategorie der Leichtmetalle; Z = 18~57 ist klassifiziert in
eine Kategorie der anorganischen Substanzen; und Z > 57 ist klassifiziert
in eine Kategorie der Schwermetalle. Kohlenstoff (Z = 6), Aluminium
(Z = 13), Eisen (Z = 26) und Blei (Z = 82) werden jeweils für
diese vier Arten von typischen Materialien ausgesucht. Eine diskretisierte
Alphakurve für eine Atomzahl von Z = 10, d. h. eine Klassifikationsgrenze
zwischen organischen Substanzen und anorganischen Substanzen, wird
erhalten durch das Ausführen einer gewichteten Mittelung
einer diskretisierten Alphakurve für das Material aus Kohlenstoff
(Z = 6) und einer diskretisierten Alphakurve für das Material
aus Aluminium (Z = 13). Entgegen anderen Dingen kann der gewichtete
Wert von der gewichteten Mittelung einfach auf der Basis der Atomzahl
berechnet werden, d. h. es ist vorausgesetzt, dass die Unterscheidungsfähigkeiten
in verschiedenen Bereichen von Atomzahlen die gleichen sind. Obwohl
die Unterscheidbarkeit in verschiedenen Bereichen der Atomzahl streng genommen
verschieden sein soll, da die Hochenergie Dualenergie verschieden
ist von der Niedrigenergie Dualenergie, da die Materialunterscheidbarkeitsfähigkeit
dieser relativ mangelhaft ist, können nur Materialien,
die zu verschiedenen Kategorien gehören, unterschieden
werden, da die Materialien mit unterschiedlichen Atomzahlen nicht
präzise unterschieden werden können. Daher ist
solch eine Differenz akzeptabel.
-
In
gleicher Weise wird eine diskretisierte Alphakurve für
eine Atomzahl von Z = 18, d. h. eine Klassifikationsgrenze zwischen
Leichtmetallen und anorganischen Substanzen, erhalten durch das
Ausführen einer gewichteten Mittelung von einer diskretisierten
Alphakurve für das Material aus Aluminium (Z = 13) und
einer diskretisierten Alphakurve für das Material aus Blei
(Z = 82). Eine diskretisierte Alphakurve für eine Atomanzahl
von Z = 57, d. h. eine Klassifikationsgrenze zwischen anorganischen
Substanzen und Schwermetallen, wird erhalten durch das Ausführen
einer gewichteten Mittelung von einer diskretisierten Alphakurve
für das Material aus Eisen (Z = 26) und einer diskretisierten
Alphakurve für das Material aus Blei (Z = 82).
- (vi) Wiederholen der Schritte (i), (ii), (iii), (iv) und (v),
bis die diskretisierten Klassifikationsgrenzen für alle
der detektierten Bereiche erhalten werden.
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Die
Daten für die Klassifikationsgrenzen von verschiedenen
Arten von typischen Materialien zwischen verschiedenen Detektorbereichen
werden in einer Datei als Klassifikationsparameter für
das Materialunterscheidungsmodul gespeichert.
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Wie
oben beschrieben ist die Materialunterscheidung ein Unterscheidungsmerkmal
für das Dualenergie-Röntgenstrahlsystem von dem
Einzelenergie-Röntgenstrahlsystem. Da die Materialunterscheidungsfähigkeit,
erhalten von einem Hochenergie-Röntgenstrahlenabbildeverfahren
sehr viel schlechter ist, als die einer Niedrigenergie-Dualenergie-Röntgenstrahltechnologie.
Daher ist es notwendig für das Materialunterscheidungsmodul
nicht nur zu betrachten, wie die Klassifikation korrekt ausgeführt
wird, sondern ebenso zu betrachten, wie das Ergebnis der Materialunterscheidung
verbessert werden kann.
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Ein
Echtzeitkennzeichenalgorithmusmodul ist in dem Datenverarbeitungscomputer
in dem Subsatzidentifikationssystem zum Ausführen einer
Echtzeitjustierung der Klassifikationsparameter eingebunden, sodass
diese geeignet sind für den Dualenergie-Status des Beschleunigers,
nachdem diese verwendet wurden durch das Materialunterscheidungsmodul
in dem Substanzidentifikationssystem zur Materialunterscheidung,
auf der Basis der Dualenergie-Transparenz Daten, welche durch das
Hochenergie-Dualenergie-System erhalten wurden.
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Wie
in 6 gezeigt, ist die Dicke der Echtzeitmaterialblocks
gemäß einer Ausführungsform der Erfindung
einheitlich in der Richtung der Strahlen. Das Hilfsdetektormodul 65 erhält
die Klassifikationsparameter für diese Dicke.
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Die
Alphadateninformationen für die jeweiligen Materialblöcke
in der Echtzeitkennzeichenvorrichtung werden während eines
Klassifikationsparametertrainingsverfahrens durch die Verwendung
eines Kennzeichenmaterials mit bekannten Materialeigenschaften und
einer Dicke, als Referenzinformation für die Echtzeitkennzeichnung,
aufgezeichnet. Der Dualenergie-Status während der Klassifikationsparametertrainingsdurchführung
wird im Folgenden als Standardstatus bezeichnet.
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8 ist
ein schematisches Diagramm eines Verfahrens einer Echtzeitjustierung
von Klassifikationsparametern. Das Verfahren für eine Echtzeitjustierung
der Klassifikationsparameter wird nun folgend beschrieben.
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Am
Schritt S20 erzeugt die Strahlerzeugungseinheit 10 abwechselnd
Dualenergie-Strahlen von Strahlen, wie z. B. einen ersten Hauptstrahl
von Röntgenstrahlen, welcher eine erste Energie aufweist,
und einen zweiten Hauptstrahl von Röntgenstrahl, welcher
eine zweite Energie aufweist. Wie oben beschrieben, erzeugt die
Strahlerzeugungseinheit 10 ebenfalls einen ersten Hilfsstrahl
von Röntgenstrahlen, welcher eine erste Energie aufweist, und
einen zweiten Hilfsstrahl von Röntgenstrahl, welcher eine
zweite Energie aufweist, in Synchronisation mit dem ersten Hauptstrahl
von Röntgenstrahlen und dem zweiten Hauptstrahl von Röntgenstrahlen.
In einer anderen Ausführungsform sind der erste Hilfsstrahl
von Röntgenstrahlen und der zweite Hilfsstrahl von Röntgenstrahlen
Teil von dem ersten Hauptstrahl von Röntgenstrahlen und
dem zweiten Hauptstrahl von Röntgenstrahlen. Am Schritt
S21 führt die Energiespektrumsformgebungseinheit 40 die
Formgebung auf dem ersten Hauptstrahl und dem ersten Hilfsstrahl
und/oder dem zweiten Hauptstrahl und dem zweiten Hilfsstrahl aus,
um die Materialidentifikationsergebnisse zu verbessern, sodass eine
Distanz zwischen den zwei Energiespektren vergrößert wird.
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Am
Schritt S22 durchdringen die ersten Hilfsstrahlen und die zweiten
Hilfsstrahlen die Echtzeitmarkierungsmaterialblöcke 61–64.
Das Hilfsdetektormodul 65 sammelt die Hilfsstrahlen, welche
die jeweiligen Echtzeitkennzeichenmaterialblöcke durchgedrungen
haben. Die Hilfsbilddaten für die Klassifikationskurve
der Echtzeitjustierung werden erhalten und am Schritt S25 zu dem
Datenverarbeitungscomputer übertragen.
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Am
Schritt S23 durchdringen der erste Hauptstrahl und der zweite Hauptstrahl
den Gegenstand 20, welcher geprüft wird. Das Datensammelsubsystem 30 sammelt
den ersten Hauptstrahl und den zweiten Hauptstrahl, welche den Gegenstand 20,
der geprüft wird, durchdrungen haben. Die Dualenergie-Daten
für den Gegenstand, der geprüft wird, werden erhalten
und zu dem Datenverarbeitungscomputer am Schritt S24 übertragen.
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Am
Schritt S26 wird die Echtzeitjustierung für die Klassifikationsparameter
in dem Datenverarbeitungscomputer ausgeführt.
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Wie
oben beschrieben, wird die N-te Spalte eines normalen Bildes justiert,
bevor es durch die Verwendung der Klassifikationsparameter identifiziert
wird. Als erstes werden Dualenergie-Dämpfungskoeffizienten
für die jeweiligen Materialien in den Hilfsbildern entsprechend
der (n – m)-ten Spalte des normalen Bildes zu der (n +
m)-ten Spalte des normalen Bildes statistisch berechnet (m wird
auf der Basis der Anforderungen des Systems ermittelt). Danach werden
die entsprechenden Alphadaten berechnet.
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Nachfolgend
werden die Kalssifkationsparameter, die für n-Spalten von
normalen Bildern verwendbar sind, in einer Echtzeitjustierung ausgeführt.
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Gemäß einer
Ausführungsform der Erfindung, wobei hier die Klassifikationsparameter
Parameter für Alphakurven für jeweilige Materialien
sind, werden die normalen Alphakurven in 10C gezeigt.
Es gibt zwei Justierungsverfahren. Ein organisches Material wird
als Beispiel genommen, um das nachstehende Justierungsverfahren
zu beschreiben.
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Ein
erstes Justierungsverfahren ist wie folgt. Die Alphadaten für
den Kohlenstoffmaterialblock werden in Echtzeit durch die Echtzeitkennzeichenvorrichtung
als alphax1 und alphay1 berechnet. Im Standardstatus werden die
Alphadaten für Kohlenstoff von den Klassifikationskurven
mit dem Niedrigenergie-Alphawert, welches alphax1 (alphax1, alphax2) ist,
abgeleitet. Daher ist der Justierungskoeffizient coff_alpha = alphay1/alphay2, welcher
verwendet wird, um die Alphakurve für den gesamten Kohlenstoffblock
zu justieren.
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Ein
zweites Justierungsverfahren ist wie folgt. Die Echtzeitkennzeichenvorrichtung
sammelt Daten während der Zeit, in der die automatische Kennzeicheneinheit
die Kennzeichnung durchführt. An der Zeit, an der die Klassifikationskurve
erzeugt wird, werden die durchschnittlichen Dualenergie-Dämpfungskoeffizienten
für den Kohlenstoffmaterialblock in den Hilfsbildern statistisch
berechnet und dann werden die entsprechenden Alphadaten (alphax2,
alphay2) berechnet und im Voraus gespeichert. Wenn die Bilder normal
gesammelt werden, werden die Alphadaten für den Kohlenstoffmaterialblock
in Echtzeit durch die Echtzeitkennzeichenvorrichtung als (alphax1,
alphay1) berechnet. Der Justierungskoeffizient ist coff_apha = (alphay1/alphax1)/(alphay2/alphax2),
welcher verwendet wird, um die Alphakurve für den gesamten Kohlenstoffblock
zu justieren. Nebenbei, wenn zwei Kohlenstoffmaterialblöcke
von zwei Massendicken vorhanden sind, und der Justierungsparameter
für den Block mit der geringeren Massendicke 1 coff_alpha1
ist, und der für den Block mit der größeren
Massendicke 2 coff_alpha2 ist, dann ist das Justierungsprinzip
wie folgt. Ein Wert auf der Alphakurve entsprechend einer Massendicke
geringer als die Massendicke 1 wird mit dem Koeffizient
coff_alpha1 justiert. Ein Wert auf der Alphakurve entsprechend einer
Massendicke größer als die Massendicke 2 wird mit
dem Koeffizienten coff_apha2 justiert. Ein Justierungskoeffizient
für einen Wert entsprechend einer Massendicke größer
als die Massendicke 1 und geringer als die Massendicke 2 wird
durch eine lineare Interpolation von coff_alpha1 und coff_alpha2
erhalten. Auf diese Weise werden jeweils die Alphakurven für
Aluminium, Eisen und Blei justiert, um justierte Klassifikationsparameter
am Schritt S27 zu erhalten. Die justierten Klassifikationskurven
sind in 11 dargestellt.
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Am
Schritt S28 wird die Materialidentifikation an der n-ten Spalte
des normalen Bildes durch eine Verwendung der justierten neuen Alphakurve
ausgeführt. Um die Identifikationsgeschwindigkeit zu beschleunigen,
kann die Justierung alle, manche Spalten, jedoch nicht jede Spalte
ausgeführt werden, in Abhängigkeit von der Anforderung
des Systems.
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Außerdem
werden die Dualenergie-Daten am Schritt S29 einer Abstufungsverschmelzung
während der Zeit der Materialunterscheidung unterworfen.
Am Schritt S30 werden die Ergebnisse der Materialunterscheidung
und der Abstufungsverschmelzung in ein Kolorisationsmodul eingegeben,
und werden in diesem koloriert. Die endgültigen kolorierten Materialunterscheidungsergebnisse
werden einem Benutzer dargestellt.
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Ferner
kann der Echtzeitkennzeichenmaterialblock gemäß einer
anderen Ausführungsform der Erfindung zwei Dicken aufweisen.
In diesem Fall werden die Klassifikationsparameter jeweils für
eine erste Dicke und für eine zweite Dicke justiert, bzw.
werden die Klassifikationsparameter für unterschiedliche Dicken
mit einem einzigen Parameter justiert. Als Ergebnis wird die Genauigkeit
für die Materialidentifikation verbessert.
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Ebenso
kann für ein System mit einem großen Beschleunigerraum
die Echtzeitkennzeichenvorrichtung gemäß einer
Ausführungsform der Erfindung unterhalb der Sektorenstrahlen
von Strahlen, welche für ein normales Abtasten notwendig
sind, angeordnet werden. Die Ausgangsschnittstelle des Beschleunigers
wird vergrößert, sodass die Hilfsstrahlen unterhalb
der Hauptstrahlen sind.
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Für
ein System mit einem kleinen Beschleunigerraum, kann die Echtzeitkennzeichenvorrichtung gemäß einer
Ausführungsform der Erfindung oberhalb der Sektorenstrahlen
von Strahlen, welche gefordert sind für das normale Abtasten,
angeordnet werden. Die Ausgangschnittstelle des Beschleunigers wird
vergrößert, sodass die Hilfsstrahlen über den
Hauptstrahlen sind. Wahlweise ist eine Hilfsausgangsschnittstelle
an der Ausgangsschnittstelle des Beschleunigers hinzugefügt,
und der Materialblock in der Echtzeitkennzeichenvorrichtung ist
in Bereichen angeordnet, welche von den ausgesendeten Strahlen von
der Hilfsausgangsschnittstelle verdeckt werden.
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In
einer anderen Ausführungsform können die Hilfsstrahlen
von Strahlen ein Teil der Hauptstrahlen, die selten verwendet werden,
sein. Gewöhnlich sind diese an der Spitze der Hauptstrahlen.
Der Echtzeitkennzeichendetektor kann das Detektormodul an der Spitze
des Arms des Abtastdetektors sein. In diesem Fall ist das Hilfsdetektormodul 65 weglassbar. Das
Datenverarbeitungssubsystem 30 übermittelt die gesammelten
Hilfsbilddaten und die Dualenergie-Daten direkt zu dem Datenverarbeitungscomputer.
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Wenn
die Hauptstrahlen Luftdaten sammeln, sammeln die Hilfsstrahlen ebenfalls
Luftdaten. Der Echtzeitkennzeichenmaterialblock sollte entfernt werden,
sodass die Hilfsstrahlen nicht blockiert werden, wenn Luftdaten
gesammelt werden.
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Im
Allgemeinen sollte das Echtzeitkennzeichendetektormodul zwischen
dem Beschleuniger und dem Gegenstand, welcher geprüft wird,
angeordnet werden, sodass die Distanz zu dem Zielpunkt von dem Beschleuniger
kleiner ist als die von dem Abtastdetektormodul in dem Datensammelsubsystem.
Wenn dasselbe Detektormodul verwendet wird, dann wird die Sättigung
schnell erreicht. Daher hat das Hilfsdetektormodul in der Erfin dung
einen dynamischen Bereich, der größer als der
des Detektormoduls in dem Datensammelsubsystem ist.
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Wie
oben beschrieben werden alle normalen Daten jeder Spalte justiert
bevor sie durch die Verwendung von Klassifikationsparametern identifiziert werden.
Ein besseres Identifikationsergebnis wird auf Kosten einer geringeren
Betriebsgeschwindigkeit erhalten.
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Gemäß einer
anderen Ausführungsform der Erfindung kann der Klassifikationsparameter
nur jede, manche Spalten justiert werden, so wie z. B. jede vierte
Spalte, um die Betriebsgeschwindigkeit zu beschleunigen.
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12 zeigt
die Materialidentifikationsergebnisse vor und nach der Justierung
der Klassifikationsparameter, wenn der Dualenergie-Status des Beschleunigers
wechselt. Von dem oberen Teil der 12 ist
ersichtlich, dass ein fehlerhaftes Ergebnis erhalten wird, wenn
die ursprünglichen Klassifikationsparameter für
die Materialunterscheidung verwendet werden nachdem der Beschleunigerdualenergie-Status
wechselt. Mit einem Kennzeichensystem werden die Schwankungen des
Dualenergie-Status des Beschleunigers angepasst und ein richtiges
Materialunterscheidungsergebnis kann erhalten werden, wie in dem
unteren Teil der 12 gezeigt. Zusammenzufassend
kann das Verfahren und die Vorrichtung gemäß einer
Ausführungsform der Erfindung die Stabilität des
Substanzidentifikationsergebnisses verbessern.
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Obwohl
exemplarische Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung
oben beschrieben wurden, sollte es klar für den Fachmann
in diesem Gebiet sein, dass jegliche Variationen und/oder Modifikationen
von dem erfinderischen Basiskonzept im Bereich der vorliegenden
Erfindung, wie in den angehängten Patentansprüchen
definiert, liegen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Nicht-Patentliteratur
-
- - ”Container-Sicherheits-Initiative
(CSI)” am 17. Januar 2001 [0003]