TWI276371B - 3D stereoscopic X-ray system - Google Patents

Description

1276371 玖、發明說明 (發明說明應敘明：格ΒΗ & 々4+,, 發月象技術領域、先前技術、内容、實施方式及圖式簡單說明） 【發明所屬之技術領域】 參考相關文件 本申請案是有關申請於西元2〇〇1年1〇月31日之第 5 60/334,865號的美國暫時專利申請案，名稱為「3D立體χ 光系統與方法」，其内容併此附送。 發明領域 本發明是有關於一種立體X光系統，特別是一種用來 檢查行李之立體X光系統，而毋需額外\光源即可改變現 10 行之二維χ光檢查系統者。 發明背景 傳統X光掃瞄系統利用單固定χ光束（呈一薄伸展平面 狀的光束）掃瞄移動經過該光束之物件。掃瞄結果是該物 15件的一個二維平面投影圖，係表示X光束穿過該物件之透 射強度。許多系統設有多種敏感性感應器來協助辨別在不 同的X光強度下，物件之各種吸收特性。惟以此系統產生 的二維影像僅能提供在二維方向的空間資訊。傳統系統並 無法提供該第三空間的尺寸或深度。若針對如保全與檢查 2〇之用途時，此缺少第三維度將會導致遺漏資訊或誤解資訊 。此系統已經發展成利用雙X光束光束來擷取該第三維度 。這些裝置已經成功地驗證。該等雙光束系統乃需要一個 對該X光裝置而言的新構造，且將需要以新構造取代傳統 單光束裝置。本發明不需要傳統單光束的新構造，因為它 1276371 玖、發明說明 是伴隨著現行二維x光跋置的平行系統來運作。 【發明内容】 發明概要 …本發明提供種用來加強或提升_傳統單光束二維χ wmu來產生三維立體輸出者。本系統係利用一 單射源X光單元之橫斷面的分叉光束而來產生透視圖資訊 系藉由掃目田π亥物件兩次，且使該物件在兩次掃目苗之過 权中沿著平行於該光束平面之橫斷面方向偏移，而來達成 10 15 :人知目田的結果可以被顯示在-個三維立體觀看系統上 個深 ’來產生一該物件的三維立體圖像而可以顯示全部三 度之尺寸。 圖式簡單說明 弟1圖是示出一種傳統χ光系統之一正視圖（前視）； 第2圖是示出傳統χ光系統之一側視圖； 弟3圖是示出_現行的三維立體χ光之運作方式； 第5圖是示出使用 弟4圖疋不出一種形成三維立體X光之側向偏移方法； 側向偏移方法所產生之立體基礎 第6圖疋不出一側向偏移方法之兩次掃瞒過程； 20 第7圖是示出一1古m、、隹 具有對準標記之物件支撐托盤； 弟8圖疋不出—物件移動方向與一立體基礎方向; 第9圖是―附力π掃蹈過程之流程圖；及 第1〇圖是-附加系統之方塊圖。 1276371 玖、發明說明 較佳實施例之詳細說明 第1圖是示出-傳統單光束乂光裝置⑽的正視圖。一 X光源H)2S以-個準直儀1G4成形_薄平面光束型態來產 生X光。此平面型恶光束會通過一物件輸送裝置，或者輸 5送帶106,且該要被掃瞎之物件1〇8會被以一線性χ光感應 器110檢測。典型的感應器可感應出高或低能量微粒。該 輸送帶106會移動該物件108穿過掃瞄光束。第2圖是示出 第1圖中之糸統的側視圖，而其中之各編號2〇2〜21〇乃代表 弟1圖中之相同元件。 10 第3圖是不出現行三維立體X光運作方式30〇，其中單 X光源302被以準直儀304校準成為兩分岔之平面光束。每 一光束指向不同的感應器310及312。當該物件3〇8通過該 光束％，會產生二具有稍微不同旋轉軸線之物件的視圖 。一旦處理後，該等視圖會形成具有該物件之X光透視/吸 特〖生之一維立體影像。此系統乃需要將傳統X光裝置修 改成為包含兩個感應器，一感應器Α 310及另一感應器Β 312 〇 本發明提供一系統來產生三維立體χ光影像，以及一 用末·加強或修改現行的二維X光系統以提供一個三維立體 20 X光影像之裝置。藉由使用傳統χ光裝置掃瞄該物件兩次 ’並在兩次掃瞄之間稍微地側向偏移該物件，即可擷取兩 個影像明將該兩影像組合成一個三維立體影像。第4圖是 不出使用傳統二維X光系統來掃瞄一物件，再側向偏移該 物件’又接著再掃瞄物件400—次之概念。該物件406在第 1276371 玖、發明說明 人通過％目田4 Ο 〇 A時係被示於一第一位置，而該X光源及 輪送帶與感應器皆與第i、2圖所示者相同。請注意該物件 406是由該物件4〇6之先前物件位置4丨〇稍微偏移至右邊物 件位置412，以進行如第二次通過掃瞄400B所示之第二次 掃目田，且其中X光源402、輸送裝置404以及感應器40 8均未 改變。此侧向偏移具有使χ光發射器光源相對於該物件有 偏移之作用。該侧向偏移係發生在該X光掃瞄光束之一平 面中aχ光束的定向平面能夠被以一垂直於該平面之向 里來表不。該物件會沿垂直此法線向量來偏移。假使該第 10 -次與第二次通過掃目苗使用才目同之物件位置來結合，其將 顯而易見會產生如第5圖所示之三維立體影像。該有效的 立體基礎（stereo base)是依據該物件5〇8之第一次掃目苗位置 5〇4相對於該物件_之第二次掃瞒位置。該有效的立體基 礎是與在兩次掃目苗之間側向偏移量相同。對於熟知此技術 15者而言’該所需之側向偏移量係與使用立體照相機演算法 所计异出之立體基礎相同。 娜不夕乃>5: () U (J之俯視^ ^ ^ —:又婦目 之 d門。玄物件602會沿著執道A 6〇6由感應器6〇4底下通立 。在弟一次掃晦之後，—物件偏移系統_會使該物件& 者執逗b 610向右移動，且反轉該輸送帶，使該物m 軌道C 612移動向後穿過該感應器。第-次與第二次胸 的結果能夠被組合成為-個三維立體影像。該第—文掃目, 產生右側透視圖而第二次料產生左側透視圖。由一成到 …與右側影像組合形成一立體影像之過程在三㈣ 20 1276371 玖、發明說明 造像中為習知技術。 第7圖示出一用來托住該物件以便被掃瞄之托盤的第 κ知例700。该把盤7〇2包含一個或多個為金屬或其他質 密㈣之對準標該704，其會顯示在最後掃目苗之影像上。、 5該等對準標諸704被三維立體影像處理器用來對齊該成對 側人右側衫像。對準左側與右侧影像之過程亦為專業 人士所習知之技術。 、，第8圖示出在該觀看監視器800中該物件之行進方向的 差異Μ專統的X光系統8〇2會以輸送裝置之行進方向沿著該 1〇皿視裔804水平的轴線來顯示所掃目苗之物件，本發明806會 2輸送裝置之行進方向沿著監視器之垂直轴線來顯示㈣ 物件因為5亥二維立體影像基礎是垂直於輸送帶之行 進方向。 弟9圖示出—掃瞄過程之流程圖。該物件會被掃瞄_ Μ而產生之影像會被以三維立體影像處理，而來儲存成影像 :906。操作者可選擇檢閱該二維影像9〇8並決定是否需要 第二次掃目苗910。假使不需要第二次掃目苗，即掃聪下-個 物件。則該第二次掃目苗之決定點91〇可被略除，假使所有 知目田白而要二維立體輸出。假若該物件需再被掃目苗以形成 20 :個三維影像912’該托盤偏移機構914用來側向偏移在輸 送裝置9]6上之該物件，而該物.件會被第二次掃瞒且所產 生之影像被存成影像Β 918。接著，影像α與影像Β是在三 維空間上對背920(習知技術），且最後顯示在一個三維立體 顯示裝置922上。 10 1276371 玖、發明說明 第10圖示出一推薦系統1000之方塊圖。其中該五個方 塊··標準處理器1002、輸送操縱器1004、感應器1〇〇6、χ 光系統1008以及二維顯示器1 〇丨〇，均在表示一標準X光處 理系統的粗黑線方塊1 〇 11外部。該標準處理器1 會控制 5該輸送系統1〇〇4來移動物件通過一由該χ光系統1〇〇8產生 的X光束。該感應器1006轉換該又光強度成為一數位形式 ，而再被该標準處理器1 〇〇2轉換成一個二維影像。該二維 影像會被顯示在該二維顯示器丨〇丨〇上。 第1 〇圖中之该粗黑線方塊丨〇 n示出該附加的三維立體 1〇特徵。該三維立體影像處理器1012會令該標準乂光處理器 來掃目苗該物件，然後使該機械式偏移系統1()14來侧向_ 該物件，接著，會令該標準處理器1〇〇2再次掃瞄該物件。 該三維立體影像處理器1〇12會接受由該標準處理器所形成 之掃瞒影像，或選擇地在它被顯示在二維顯示器之前_ H j資料（即如點狀資訊線i㈣所示）。該三維立體影像處理 器1012接著會對齊左侧與右側影像（由兩次掃猫間所獲得） 並將其顯示在三維顯示系統1018。一光學式三維影像儲存 $統1020可被用來複製被掃目g之三維χ光影像以供未來參 考。 > 另個貝％例係一種將一個二維X光系統修改成為三 維立體系統的方法，其中該二維系統包含一個X光源、一 準直儀、一用來輪送物件之輸送系統、一個二維處理器、 -感應器以及一個二維顯示器。該方法包含添加—個三維 立體附加“ ’該附加系統包含一個三維立體影像處理 20 1276371 玖、發明說明 維處理器結合；_機械式偏移系統電性連接於該 一、准立㈣像處理器及機械連接於該物件輪送裝置；一個 三維影像儲存裝置盥嗲- 一 于衣直” σ亥二維立體影像處理器結合，以及一 統之X光的產生、光 個三維顯示器與該三維立體影像處理器結合，其中該三维 立體附加系統不需要改變二維χ光系 "一、、 學、感應系統等各部分。 10 15 20 二維立體Χ光系統之另-實施例，係在系統之兩次掃 瞎之間使物件之位置產生角度變化。在該第一次通過時， σ亥物件係於1_位置來通過該檢測系統，且在第二次通 過之則，该物件會繞其移動方向之轴線來旋轉，例如出 度之些微角度。該物件會在其旋轉位置來第二次通過。該 立體效果係可由上述類似之立體運算法獲得。 χ 方、此所述之二維立體又光系統標準運用在輸送行業之 仃李與包袤安全上。然而其餘運用在包括醫療上的、品質 控制以及材料檢驗。同樣原理能夠被使用在適用船運貨物 與卡車貨物之大型χ光掃瞄器上。該三維立體义光系統的 另一附加特色為：移動之構件可以被顯示出來，而如三維 立體影像之模糊亂像。由於左側與右側影像在不同的時間 點被操取，㈣可❹三維造像方法來以地看出類似— 鐘錶機構或其他的移動性裝置。 上述修正系統與方法僅為舉例，應可瞭解該系統與該 修正方法之其他實施例，對業界熟知技藝之人士乃可容易 貝施所有這樣的貫施例與修正變化仍包含在以下專利範 圍所界定之本發明的範疇與精神之中。 12 1276371 玖、發明說明

L圖式簡單說明I 第1圖是示出一傳統X光系統之一正視圖（前視）； 第2圖是示出傳統X光系統之一側視圖； 第3圖是示出一現行的三維立體X光運作方式； 5 第4圖是示出一形成三維立體X光之側向偏移方法； 第5圖是示出使用一側向偏移方法產生之立體基礎； 第6圖是示出側向偏移方法之兩次掃瞄過程； 第7圖是示出具有對準標記之一物件支撐托盤； 第8圖是示出一移動物件方向與一立體基礎方向； 10 第9圖是一附加掃瞄過程之流程圖；及 第10圖是一附加系統之方塊圖。 【圖式之主要元件代表符號表】

100···單光束X光裝置 400A···第一次通過掃瞄 102、402···Χ光源 400B···第二次通過掃瞄 104、304…準直儀 404…輸送裝置 106···輸送帶 408、604、1006···感應器 108 、 308 、 406 、 508 、 602 410…先前物件位置 …物件 412…右邊物件位置 110···Χ光感應器 5〇4···第一次掃瞄位置 300_··Χ光運作方式 600…側向偏移方法 302···單X光源 606…執道A 310···感應器A 60 8…物件偏移系統 312···感應器B 610…軌道B 400···掃瞄物件之概念 612…軌道C 13 1276371 玖、發明說明 700···第一實施例 1004…輸送操縱器 702···托盤 1010…二維顯示器 704···對準標誌 1011···粗黑線方塊 800···觀看監視器 1012·.·三維立體影像處理器 802、1008···Χ光系統 1014…機械式偏移系統 804···監視器 1016…點狀資訊線 1000…推薦系統 1018…三維顯示系統 、 1002…標準處理器 1020…三維影像儲存系統 14

Claims (1)

1. ^|p^^g^ll32298號專利再審查案申請專利範圍修正本 修正日期：93年11月 丨帽專利範圍：? 士 1. 一種用來掃瞄物件之立體X光系統，包含： 一 X光源； 一準直儀； 一物件輸送裝置； 5 一感應器；及 一物件偏移系統。 2. 如申請專利範圍第1項之系統，其中該物件偏移系統會使該 物件沿著一第一軌道通過該感應器底下而來執行第一次掃 瞄； 10 該系統會藉由將該物件沿著一第二執道移向右側，且 反轉該物件輸送裝置，使該物件沿著第三軌道後退移動通 過該感應器，而來執行第二次掃瞄。 3·如申請專利範圍第2項之系統，其中該第一次與第二次掃瞄 結果會組合成為一三維立體影像。 15 4.如申請專利範圍第3項之系統，其中該第一次掃瞄會產生一 右側透視圖而該第二次掃瞄會產生一左側透視圖。 5.如申請專利範圍第1項之系統，其中該物件偏移系統會使物 件沿著第一軌道通過該感應器底下而來執行第一次掃瞄； 該系統會藉由將該物件繞第一軌道之軸線旋轉2至5度 20 ，且反轉該物件輸送裝置，使該物件沿著第三軌道後退移 動通過該感應器，而來執行第二次掃瞄。 6·如申請專利範圍第5項之系統，其中該第一次與第二次掃瞄 結果會組合成為一三維立體影像。 15 申請專利範圍 7. 如申請專利範圍第5項之系統，其中該第一次掃瞄會產生一 右側透視圖且該第二次掃瞄會產生一左側透視圖。 8. 如申請專利範圍第1項之系統，其中該物件輸送裝置包 含一或以上金屬或其他質密材料之對準標誌。 5 9.如申請專利範圍第8項之系統，其中該等對準標誌係出 現於最終之掃描影像上。 10. 如申請專利範圍第9項之系統，其中該對準標誌係被三 維立體影像處理器用來對齊該成對之左側與右側影像。 11. 一種用來將一個二維X光系統修改成一個三維立體系統的一 10 個三維立體附加系統，其中該二維系統包含一 X光源、一準 直儀、一用來輸送一物件之輸送裝置系統、一個二維處理 器、一感應器以及一個二維顯示器，該附加系統包含： 一個三維立體影像處理器，係與該二維處理器結合； 一機械式偏移系統，係與該三維立體影像處理器及該 15 物件輸送裝置結合； 一個三維影像儲存裝置，係與該三維立體影像處理器 結合；以及 一個三維顯示器，係與該三維立體影像處理器結合； 其中該三維立體附加系統乃毋須改變二維X光系統之X 20 光的產生、光學、感應系統等各部分。 12. 如申請專利範圍第11項之系統，其中該物件偏移系統會使 該物件沿著一第一執道通過該感應器底下而來執行第一次 掃瞄；且 16 [|_S] 基戚申請專利範圍 該系統會藉由將該物件沿著_隹_^ C； ^ ^ 第—軌道移向右側，且 反轉该物件輸送裝置， . οσ 件/〇者第三軌道後退移動通 過孩感應裔，而來執行第二次掃瞄。 13·如申請專利範圍第9項之系 '、、、、，/、中該第一次與第二次掃瞄 5 …果θ組〇成為一個三維立體影像。 14·如申請專利範圍第13項 、 貝夂糸統，其中該第一次掃瞄會產生 一右侧透視圖，而該第二次 八哪_ θ屋生一左側透視圖。 15·如申請專利範圍第^項 貞之系統，其中該物件偏移系統係 10 使該物件沿-第一軌道通過該感應器底下而執行第一次 掃描；且該系統係使該物件沿該第—軌道之軸旋轉⑴ 度並反轉該物件輸送裝置，再使該物件沿著一第二軌道 後退移動通過該感應器而執行第二次掃猫。 16.如申請專利範圍第15項之系統，其中該第—及第二掃描 之結果會組合成一個三維立體影像。 15 17·如申請專利範圍第16項之系統，其中該第一次掃瞄會產 生一右侧透視圖且該第二次掃瞄會產生_左側透視圖。 18·如申請專利範圍第11項之系統，其中其中該物件輸送裝 置包含一或以上之金屬或其他質密材料之對準標誌。 19·如申請專利範圍第18項之系統，其中該等對準標誌係出 -0 現於最終之掃描影像上。 20·如申請專利範圍第19項之系統，其中該對準標諸係被三 維立體影像處理器用來對齊該成對之左側與右侧影像。 21· 一種將二維X光系統轉>奐為三維X光系統之方法，其無 需改變更二維X光系統之X光產生部位、光學部位或感 17 動q (月（I ---------'、二.t

   申請專利範圍 結合三維立體影像處理器與二維 應系統，該方法包含·· 處理器，安彳；f幾械式偏移系統；使該機械式偏移系統 結合至该二維立體影像處理器及物件輸送裝置。 22.如申請專利範圍第21項之方法，其中一影像儲存裝置係 結合至該三維立體影像處理器。

   23·如申請專利範圍第21項之方法，其中該機械偏移系統包 含一或以上之對準標誌。

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