高速安全檢查系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開用于掃描由鐵道運(yùn)載的貨物的高速掃描系統(tǒng)。該系統(tǒng)使用在一個(gè)實(shí)施例中具有錐形束X射線幾何形狀的二維X射線傳感器陣列。X射線源的脈沖率基于移動(dòng)貨物的速度調(diào)制，以允許貨物在X射線脈沖之間行進(jìn)的距離對(duì)于單能量源等于檢測器的寬度，并且對(duì)于雙能量源而言等于檢測器的寬度的一半。這確保X射線暴露和經(jīng)過對(duì)象的速度之間的精確定時(shí)，由此即使高速度情況下的精確貨物掃描。
【專利說明】高速安全檢查系統(tǒng)
[0001]交叉引用
[0002]本申請(qǐng)依賴2012年2月8日提交的美國臨時(shí)申請(qǐng)第61/596，648用于優(yōu)先權(quán)，并且通過引用的方式將其并入本文。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]本發(fā)明一般涉及用于拍攝車輛上包含的威脅和禁運(yùn)品并且更具體地涉及用于拍攝諸如鐵道貨物車的高速鐵道系統(tǒng)上運(yùn)載的貨物的安全系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0004]材料的發(fā)貨(包括信件、商品、原料和其他商品的發(fā)貨)是任何經(jīng)濟(jì)的組成部分。典型地，以發(fā)貨容納箱或者貨物箱的形式出貨材料。這種容納箱或者箱包括半掛車、大型卡車和鐵道車以及可以運(yùn)載在集裝箱船或者貨物飛機(jī)上的聯(lián)運(yùn)集裝箱。然而，這種發(fā)貨或者貨物集裝箱也用于禁運(yùn)品的非法運(yùn)輸。這些威脅的檢測要求安全且精確但也高度有效的檢查系統(tǒng)，以不對(duì)大量物品強(qiáng)加過多延遲或者處理負(fù)擔(dān)。
[0005]具體地，出于安全檢查的目的存在自動(dòng)掃描由列車運(yùn)載的貨物的需要。該貨物典型以集裝箱化的形式，由此集裝箱具有標(biāo)準(zhǔn)尺寸和形狀。運(yùn)載貨物的列車典型以高速(在20km/h到150km/h)行進(jìn)；因此，安全檢查處理應(yīng)當(dāng)能夠以這樣的高速進(jìn)行，而不干擾貿(mào)易的流動(dòng)。另外，系統(tǒng)必須不將可能呈現(xiàn)在貨物列車上的任何工人(諸如司機(jī)或者司閘員)暴露于輻射，同時(shí)對(duì)于可能隱藏在貨物內(nèi)的個(gè)人的輻射應(yīng)當(dāng)被降低至合理低水平。
[0006]用于檢查集裝箱化貨物的已知掃描處理包括X射線掃描、從貨物發(fā)射的蒸汽的化學(xué)分析、傾聽來自貨物的聲音以檢測活體以及由一個(gè)或者多個(gè)保安人員最終介入的人工搜索。
[0007]在世界的幾乎所有區(qū)域最普通的是使用X射線掃描用于掃描集裝箱化貨物。這里，已經(jīng)開發(fā)各種系統(tǒng)，包括移動(dòng)掃描儀(其在掃描期間駕駛經(jīng)過在調(diào)查下的對(duì)象)、基于軌道的掃描儀(其中，在檢查下的車輛駕駛通過檢查區(qū))、基于吊架的掃描儀(其在掃描期間沿著軌道駕駛經(jīng)過在檢查下的對(duì)象)和便攜式掃描儀(其中，車輛駕駛通過掃描儀并且要么整個(gè)車輛要么僅僅貨物被掃描)。
[0008]多數(shù)X射線掃描儀要么使用線性加速器要么使用X射線管來在X射線的扇形束內(nèi)產(chǎn)生嚴(yán)格準(zhǔn)直的必要穿透輻射。線性加速器系統(tǒng)使用典型在IMV到9MV范圍內(nèi)的能量，而基于X射線管的系統(tǒng)使用在10kVp至450kVp范圍內(nèi)的能量。替代輻射源包括諸如Co-60或者Cs-137之類的伽瑪射線發(fā)射材料或者諸如電子感應(yīng)加速器之類的X射線源。偶爾地，中子源用于掃描貨物，包括諸如Am-Be或者Cf-252之類的同位素源或者諸如D-D或者D-T脈沖中子生成器之類的電子源。
[0009]在每種情形下，通過諸如從線性加速器可實(shí)現(xiàn)的脈沖率或者根據(jù)X射線管的允許劑量率之類的因素約束系統(tǒng)的掃描速度，以提供貨物的足夠穿透，同時(shí)提供占有貨物的安全掃描。
[0010]本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的系統(tǒng)以小于15km/h的掃描速度運(yùn)行，以保留可接受的圖像質(zhì)量。該速度由來自扇形束X射線源的脈沖率和X射線傳感器陣列的相對(duì)窄寬度確定。
[0011]因此，存在對(duì)在提供要求用于拍攝鐵道車上的貨物的更高掃描速度方面不受約束的掃描系統(tǒng)的需要。此外，要求這種掃描系統(tǒng)在不管掃描速度的情況下維持極好圖像質(zhì)量。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]在一個(gè)實(shí)施例中，本說明書中描述的系統(tǒng)有利地使用與錐形束X射線幾何形狀組合的二維X射線傳感器陣列。本說明書中描述的掃描系統(tǒng)還允許具有最小錯(cuò)誤警報(bào)的最大威脅檢測，由此增加吞吐量。
[0013]在一個(gè)實(shí)施例中，本說明書描述的掃描系統(tǒng)有利地認(rèn)識(shí)X射線暴露和經(jīng)過對(duì)象的速度之間的精確定時(shí)是關(guān)鍵的并且取決于X射線傳感器的二維陣列的寬度。
[0014]在一個(gè)實(shí)施例中，本說明書是用于掃描高速行進(jìn)的貨物的X射線檢查系統(tǒng)，包括:X射線源，用于生成X射線的透射束，以輻射貨物；至少一個(gè)檢測器陣列，用以接收通過所掃描貨物透射的X射線束信號(hào)，其中，所述X射線源和所述檢測器陣列放置在檢查區(qū)的相對(duì)側(cè)；以及控制系統(tǒng)，用于調(diào)制所述X射線源，以使得X射線源的脈沖率與經(jīng)過貨物的速度成正比例。
[0015]在一個(gè)實(shí)施例中，本說明書針對(duì)用于掃描貨物的X射線系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括:X射線源，用于生成X射線的錐形束，以輻射貨物；至少一個(gè)二維檢測器陣列，用以接收通過所掃描貨物透射的X射線束信號(hào)，其中，所述X射線源和所述檢測器陣列放置在貨物的相對(duì)側(cè)；運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)，用以沿著與X射線束的平面垂直的線性軌跡傳輸貨物通過X射線系統(tǒng)束；以及控制系統(tǒng)，用于調(diào)制所述X射線源，以使得X射線的脈沖率與經(jīng)過貨物的速度成正比例。
[0016]在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明的系統(tǒng)的X射線源是單能量源。
[0017]在一個(gè)實(shí)施例中，調(diào)制脈沖率，以使得X射線脈沖之間的貨物行進(jìn)的距離等于檢測器陣列的寬度。
[0018]在另一實(shí)施例中，X射線源是雙能量源。在該情形下，調(diào)制脈沖率，以使得X射線脈沖之間由貨物行進(jìn)的距離等于檢測器陣列的寬度的一半。
[0019]在一個(gè)實(shí)施例中，該運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)包括列車。
[0020]在另一實(shí)施例中，該運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)包括卡車。
[0021]可選地，X射線系統(tǒng)用于掃描由鐵道運(yùn)載的貨物。
[0022]可選地，本說明書的系統(tǒng)還描述準(zhǔn)直器，用以抑制來自檢測器陣列的散射輻射。
[0023]可選地，該控制系統(tǒng)位于遠(yuǎn)離所述掃描系統(tǒng)。
[0024]在另一實(shí)施例中，本說明書針對(duì)用于掃描由以高速行進(jìn)的列車運(yùn)載的貨物的X射線檢查系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括:x射線源，用于生成X射線束，以輻射貨物；至少一個(gè)檢測器陣列，用以接收通過所掃描貨物透射的X射線束信號(hào)，其中，所述X射線源和所述檢測器陣列放置在檢查區(qū)的相對(duì)側(cè)；以及控制系統(tǒng)，用于調(diào)制所述X射線源，以使得X射線源的脈沖率與經(jīng)過貨物的速度成正比。
[0025]在一個(gè)實(shí)施例中，X射線源是單能量源。
[0026]在一個(gè)實(shí)施例中，調(diào)制脈沖率，以使得X射線脈沖之間的貨物行進(jìn)的距離等于檢測器陣列的寬度。
[0027]在另一個(gè)實(shí)施例中，X射線源是雙能量源。在該情形下，調(diào)制脈沖率，以使得X射線脈沖之間的貨物行進(jìn)的距離等于檢測器陣列的寬度的一半。
[0028]在一個(gè)實(shí)施例中，由高能量X射線和低能量X射線交替輻射貨物，以實(shí)現(xiàn)材料特征化。
[0029]可選地，X射線系統(tǒng)還包括用于獲取貨物的光學(xué)圖像的系統(tǒng)。另外，可選地，如果從其光學(xué)圖像識(shí)別有效集裝箱碼，則掃描貨物集裝箱。
[0030]可選地，該控制系統(tǒng)還包括用以確定經(jīng)過貨物的速度的系統(tǒng)。
[0031]可選地，該控制系統(tǒng)位于遠(yuǎn)離所述掃描系統(tǒng)。
[0032]本說明書還針對(duì)用于掃描移動(dòng)貨物的X射線系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括:X射線源，用于生成X射線的錐形束，以輻射移動(dòng)貨物，其中，移動(dòng)貨物沿著與X射線的錐形束的平面垂直的線性軌跡行進(jìn)；至少一個(gè)二維檢測器陣列，用以接收通過移動(dòng)貨物透射的X射線的錐形束，其中，所述X射線源和所述至少一個(gè)檢測器陣列放置在移動(dòng)貨物的相對(duì)側(cè)；傳感器，用以測量移動(dòng)貨物的速度；以及控制系統(tǒng)，用于從傳感器接收指示所述速度的數(shù)據(jù)并且基于移動(dòng)貨物的速度和所述檢測器陣列的尺寸來調(diào)制X射線的脈沖率和錐形束的能量等級(jí)中的至少一個(gè)。
[0033]在一個(gè)實(shí)施例中，X射線源是單能量源。在一個(gè)實(shí)施例中，控制系統(tǒng)調(diào)制脈沖率，以使得X射線脈沖之間的移動(dòng)貨物行進(jìn)的距離基本等于檢測器陣列的寬度。
[0034]在另一個(gè)實(shí)施例中，X射線源是雙能量源。在一個(gè)實(shí)施例中，控制系統(tǒng)調(diào)制脈沖率，以使得X射線脈沖之間的移動(dòng)貨物行進(jìn)的距離基本等于檢測器陣列的寬度的一半。
[0035]在一個(gè)實(shí)施例中，由列車沿著所述軌跡推進(jìn)該移動(dòng)貨物。
[0036]在另一個(gè)實(shí)施例中，由卡車沿著所述軌跡推進(jìn)該移動(dòng)貨物。
[0037]在一個(gè)實(shí)施例中，X射線系統(tǒng)還包括準(zhǔn)直器，定位在所述檢測器陣列附近，以抑制來自檢測器陣列的散射輻射。在一個(gè)實(shí)施例中，準(zhǔn)直器包括多個(gè)配置為行和列以形成網(wǎng)格的多個(gè)準(zhǔn)直器片狀物。
[0038]在一個(gè)實(shí)施例中，該控制系統(tǒng)位于遠(yuǎn)離所述掃描系統(tǒng)。
[0039]本說明書也針對(duì)用于掃描由以高速行進(jìn)的列車運(yùn)載的移動(dòng)貨物的X射線檢查系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括:x射線源，用于生成X射線束信號(hào)，以輻射移動(dòng)貨物；至少一個(gè)檢測器陣列，用以接收通過移動(dòng)貨物透射的X射線束信號(hào)，其中，所述X射線源和所述檢測器陣列放置在所述列車的相對(duì)側(cè)以形成檢查區(qū)；以及控制系統(tǒng)，用于調(diào)制所述X射線源，以使得控制器基于移動(dòng)貨物的速度和檢測器陣列的寬度的函數(shù)來調(diào)制X射線源的脈沖率和能量等級(jí)中的至少一個(gè)。
[0040]在一個(gè)實(shí)施例中，X射線源是單能量源。在一個(gè)實(shí)施例中，控制系統(tǒng)調(diào)制脈沖率，以使得X射線脈沖之間由移動(dòng)貨物行進(jìn)的距離等于檢測器陣列的寬度。
[0041 ] 在另一個(gè)實(shí)施例中，X射線源是雙能量源。在一個(gè)實(shí)施例中，控制系統(tǒng)調(diào)制脈沖率，以使得X射線脈沖之間由移動(dòng)貨物行進(jìn)的距離等于檢測器陣列的寬度的一半。在一個(gè)實(shí)施例中，控制器系統(tǒng)使得X射線源在高能量X射線束發(fā)射和低能量X射線束發(fā)射之間交替切換，以生成指示所述移動(dòng)貨物內(nèi)的材料的特征的數(shù)據(jù)。
[0042]在一個(gè)實(shí)施例中，X射線系統(tǒng)還包括用于獲取移動(dòng)貨物的光學(xué)圖像的系統(tǒng)。在一個(gè)實(shí)施例中，控制系統(tǒng)從所述系統(tǒng)接收光學(xué)數(shù)據(jù)用于獲取獲取光學(xué)圖像，并且基于光學(xué)數(shù)據(jù)，確定所述移動(dòng)貨物是否應(yīng)該利用所述X射線束信號(hào)掃描。
[0043]在一個(gè)實(shí)施例中,控制系統(tǒng)還包括傳感器系統(tǒng)，以確定移動(dòng)貨物的速度。
[0044]在一個(gè)實(shí)施例中,控制系統(tǒng)位于遠(yuǎn)離所述掃描系統(tǒng)。
[0045]將在下面提供的附圖和詳細(xì)描述中更詳細(xì)地描述本發(fā)明的前述和其他實(shí)施例。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0046]將認(rèn)識(shí)本發(fā)明的這些和其他特征和優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)楫?dāng)結(jié)合附圖考慮時(shí)，通過參考下面的詳細(xì)描述它們變得更好理解，在附圖中:
[0047]圖1提供根據(jù)本說明書中描述的系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的系統(tǒng)幾何形狀的總覽；
[0048]圖2圖示圖1中所示的檢查區(qū)的頂視圖；
[0049]圖2a是繪制脈沖速率關(guān)于被檢查的貨物的速度的示圖；
[0050]圖3a圖示本說明書中描述的掃描系統(tǒng)的單個(gè)跟蹤配置(installat1n)的示例性布置；
[0051]圖3b圖示本說明書中描述的掃描系統(tǒng)的成對(duì)跟蹤系統(tǒng)安裝的示例性布置；
[0052]圖4a圖示用以抑制來自檢測器陣列的散射輻射的準(zhǔn)直器裝配的實(shí)施例；
[0053]圖4b圖示用以抑制來自檢測器陣列的散射輻射的準(zhǔn)直器裝配的另一實(shí)施例；
[0054]圖4c圖示用以抑制來自檢測器陣列的散射輻射的準(zhǔn)直器裝配的另一實(shí)施例；
[0055]圖4d圖示用以抑制來自檢測器陣列的散射輻射的準(zhǔn)直器裝配的另一實(shí)施例；
[0056]圖5是示出高原子數(shù)(高Z)和低原子數(shù)(低Z)材料之間的材料區(qū)別的圖形；
[0057]圖5a圖示根據(jù)本說明書中描述的系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的雙能量成像；
[0058]圖6提供根據(jù)本說明書中描述的系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的列車掃描儀系統(tǒng)的代表性布局;
[0059]圖7圖示根據(jù)本說明書中描述的系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的控制系統(tǒng)的框圖；
[0060]圖8是圖示示例性掃描處理的示圖；以及
[0061]圖9是圖示本說明書中描述的系統(tǒng)的示例性遠(yuǎn)程聯(lián)網(wǎng)配置的示圖。

【具體實(shí)施方式】
[0062]在一個(gè)實(shí)施例中，本說明書公開了用于使用能夠在20km/h至150km/h范圍中提供更高的掃描速度的掃描系統(tǒng)設(shè)計(jì)檢測由在軌路上行進(jìn)的列車運(yùn)載的貨物中的禁運(yùn)品和威脅的系統(tǒng)和方法。本說明書中描述的掃描系統(tǒng)，即使在高掃描速度下也產(chǎn)生極好的圖像質(zhì)量。
[0063]在一個(gè)實(shí)施例中，本說明書中描述的系統(tǒng)有利地使用以錐形束X射線幾何形狀組合的二維X射線傳感器陣列，而非本領(lǐng)域已經(jīng)可用的將嚴(yán)格準(zhǔn)直X射線扇形束投射到傳感器的窄列上。本說明書中描述的掃描系統(tǒng)還允許具有最小錯(cuò)誤警報(bào)的最大威脅檢測并且由此增加吞吐量。
[0064]在一個(gè)實(shí)施例中，本說明書中描述的掃描系統(tǒng)有利地認(rèn)識(shí)到X射線暴露和經(jīng)過對(duì)象的速度之間的精確定時(shí)是關(guān)鍵的并且取決于X射線傳感器的二維陣列的寬度。
[0065]本說明書針對(duì)多個(gè)實(shí)施例。提供下面的公開以使得本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能夠?qū)嵺`本發(fā)明。本說明書中使用的語言不應(yīng)被解釋為任何特定實(shí)施例的一般否認(rèn)或者用于限制超出本文使用的術(shù)語的含義的權(quán)利要求。本文定義的一般原理在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以應(yīng)用于其它實(shí)施例和應(yīng)用。此外，使用的術(shù)語和措辭用于描述示例性實(shí)施例的目的，并且不應(yīng)被認(rèn)為是限制性的。因而，本發(fā)明使包含多個(gè)替代、修改和等效物的最寬范圍與公開的原理和特征一致。為了清楚的緣故，不詳細(xì)描述涉及與本發(fā)明有關(guān)的【技術(shù)領(lǐng)域】已知的技術(shù)材料的細(xì)節(jié)，以免不必要地使本發(fā)明模糊。
[0066]在圖1中提供系統(tǒng)幾何形狀的總覽。參考圖1，示出線性加速度X射線源101，將X射線102的錐形束輻射到二維X射線檢測器陣列103上。檢測器陣列103和X射線源101位于檢測區(qū)的相對(duì)側(cè)，在一個(gè)實(shí)施例中該相對(duì)側(cè)是運(yùn)載貨物集裝箱的列車通過其行進(jìn)的鐵路軌道附接的區(qū)域。雖然在由鐵道運(yùn)載的貨物的自動(dòng)掃描的背景中在本說明書中描述本發(fā)明，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)圖1中所示的系統(tǒng)可以按照應(yīng)用需要，應(yīng)用于任何車輛中的掃描貨物，并且在諸如移動(dòng)、拖車、吊架和便攜式配置之類的任何配置中實(shí)現(xiàn)。
[0067]在一個(gè)實(shí)施例中，X射線檢測系統(tǒng)與當(dāng)其通過掃描區(qū)時(shí)在基本線性路徑上移動(dòng)的貨物一起工作。為了允許在X射線源和檢測器之間的鐵道軌道上經(jīng)過的鐵道貨物的精確掃描，本發(fā)明確保X射線暴露和經(jīng)過對(duì)象的速度之間的精確定時(shí)。該關(guān)鍵定時(shí)反過來取決于X陣列傳感器的二維陣列的寬度。圖2示出從上面向下看到軌道201的平面的檢查區(qū)202的視圖。如可以從圖中看到，有必要的是，貨物在X射線脈沖203之間行進(jìn)的距離基本并且在一個(gè)實(shí)施例中對(duì)于單個(gè)能量系統(tǒng)正好匹配檢測器204的寬度。在雙能量系統(tǒng)的情形下，該距離應(yīng)當(dāng)?shù)扔跈z測器的寬度的正好一半。推薦使用雙能量成像用于最佳圖像質(zhì)量，這是因?yàn)樵跈z查下的對(duì)象的所有區(qū)域在該情形下完全分析，并且由此，在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明的系統(tǒng)采用雙能量X射線源。
[0068]因此，基于經(jīng)過貨物的速度并且基于已知的檢測器尺寸將X射線脈沖定時(shí)以發(fā)出脈沖，以使得貨物在脈沖之間行進(jìn)的距離基本等于檢測器寬度或者其某一部分。應(yīng)當(dāng)理解，用以操作X射線源的控制器系統(tǒng)和用以處理檢測到的數(shù)據(jù)的處理系統(tǒng)可以利用檢測器的已知寬度、檢測器的已知寬度的一半或者與檢測器有關(guān)的某一其他尺寸預(yù)編程。
[0069]在本發(fā)明的另一方面中，驅(qū)動(dòng)X射線源的控制系統(tǒng)與經(jīng)過貨物的速度成正比例地調(diào)制X射線源的脈沖率。這在圖2a中示出，圖2a繪制脈沖率210關(guān)于貨物211的速度。該圖形的梯度是檢測器陣列的寬度的簡單函數(shù)，即，檢測器陣列越寬，圖形的梯度就越小。
[0070]作為示例，考慮列車正在以100km/h移動(dòng)通過系統(tǒng)。這等同于速度27.8m/s。對(duì)于具有最大脈沖率300Hz的X射線源，定標(biāo)于貨物的中心的檢測器陣列的寬度應(yīng)該是27.8m/s除以300，其在單能量成像的情況下等于0.093m或在雙能量成像的情況下等于0.185。相同的簡單計(jì)算可以用于計(jì)算任何其他情況下的脈沖率或者檢測器寬度。作為示例，對(duì)于具有定標(biāo)于貨物的中心的0.185m的檢測器寬度的雙能量系統(tǒng)，在掃描速度50km/h時(shí)，線性加速器(Linac)脈沖率應(yīng)當(dāng)是150Hz。
[0071]在一個(gè)實(shí)施例中，指定系統(tǒng)的空間分辨率，以在確定檢測器陣列的所需寬度之后，確定在檢測器的二維陣列內(nèi)需要的檢測器元件的數(shù)量。例如，如果在雙能量成像系統(tǒng)以最大脈沖率300Hz在100km/h的成像圖像中需要4mm柵格分辨率，則定標(biāo)于貨物的中心的各個(gè)檢測器元件寬度應(yīng)當(dāng)不多于4mm，所以在檢測陣列的寬度上需要至少(185/4) = 47個(gè)檢測器。
[0072]為了最小化X射線檢測器陣列的成本，減小系統(tǒng)的放大倍率以確保X射線檢測器陣列的寬度盡可能接近在貨物的中心的定標(biāo)寬度是合理的。因此，如圖3a中所示，在一個(gè)實(shí)施例中，X射線源301理想地遠(yuǎn)離貨物302，而檢測器陣列303接近貨物地放置。這是因?yàn)殄F形束304內(nèi)平行的各個(gè)X射線束，由于X射線圖像中的相鄰?fù)渡渲g的減小的視差，最終圖像質(zhì)量越好。然而，X射線源離貨物越遠(yuǎn)，由于平方反比定律，信號(hào)強(qiáng)度減小越多。這導(dǎo)致對(duì)于給定源強(qiáng)度X射線圖像的更低穿透性能。因而，存在圖像質(zhì)量、穿透性能和最終輻射保護(hù)問題之間的折中。在給定所需安裝地點(diǎn)和圖像性能需要的特定約束的情況下，典型由本領(lǐng)域技術(shù)人員分析該折中。
[0073]如圖3a中所示，在用于掃描貨物302的單個(gè)單元的單軌道鐵道配置中每次采用單個(gè)直檢測器陣列303。圖3b示出用于同時(shí)掃描貨物的兩個(gè)相鄰單元(312和322)的成對(duì)軌道系統(tǒng)。在本實(shí)施例中，由檢測器陣列的兩個(gè)部分(垂直部分323組合傾斜陣列部分313)更有利地服務(wù)成對(duì)軌道系統(tǒng)。在替代實(shí)施例中，可以使用單個(gè)曲線陣列部分來替代垂直和傾斜陣列部分的組合。相應(yīng)地，X射線源392朝相對(duì)于地表面垂直(直立地)定位的第一檢測器陣列323和定位在第一檢測器陣列上面并且在X射線源392的方向上相對(duì)于地表面成銳角的第二檢測器陣列定向，并且與該第一檢測器陣列323和第二檢測器陣列313對(duì)齊。
[0074]本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解，X射線通過是50keV至9MeV的感興趣能量范圍中的各種機(jī)制的事物交互。該上下文中的最重要機(jī)制是康普頓散射、光電吸收和電子偶的產(chǎn)生。光電吸收和電子偶的產(chǎn)生均導(dǎo)致在重發(fā)射更低的能量輻射(分別是特征X射線和511keV伽馬射線)的情況下來自主光束的X射線的損失。然而，康普頓散射造成入射X射線的能量和方向改變二者。因而，之前沿著一個(gè)路徑行進(jìn)的X射線可以轉(zhuǎn)向?yàn)檠刂侣窂揭苿?dòng)。該散射X射線可以與是本發(fā)明的主題的寬檢測器陣列交互，導(dǎo)致射線照相對(duì)比度的減小。這對(duì)整個(gè)系統(tǒng)性能有負(fù)面影響。
[0075]為了應(yīng)對(duì)該負(fù)面影響，在本發(fā)明的另一方面，提供用于抑制來自檢測器陣列的散射輻射的準(zhǔn)直器。這改進(jìn)圖像對(duì)比度并且最終也改進(jìn)系統(tǒng)的穿透性能。圖4a示出被切割或者以其他方式被加工為梳狀結(jié)構(gòu)的適當(dāng)衰減材料的兩個(gè)片狀物401和402。用于這種片狀物的適合材料包括純鎢、鎢的合金和鉛或者其他容易被加工的高Z材料(諸如鑰或者不銹鋼)的合金。衰減片狀物的厚度取決于諸如檢測器間距、檢測器陣列內(nèi)的各個(gè)檢測器元件之間的間隔和由X射線源產(chǎn)生的X射線能量的光譜分布之類的因素。在一個(gè)實(shí)施例中，在考慮所有前述因素之后，可以將衰減片狀物401、402的厚度選取為范圍0.3mm至1.5mm。
[0076]圖4b、4c和4d示出用于制造本發(fā)明中使用的示例性準(zhǔn)直器的組裝步驟。圖4b示出圖4a中所示的兩個(gè)片狀物如何互鎖以形成交叉狀結(jié)構(gòu)403。圖4c示出多個(gè)交叉片狀物404如何使用單個(gè)片狀物405被互鎖。圖4d示出用于覆蓋整個(gè)檢測器模塊的準(zhǔn)直器片狀物406的整個(gè)二維互鎖陣列。當(dāng)被整個(gè)構(gòu)建時(shí)，準(zhǔn)直器片狀物406的陣列包括由各個(gè)準(zhǔn)直器405、404形成的多個(gè)行和列，其中多個(gè)行和列創(chuàng)建多個(gè)中空空間或者單元。
[0077]在一個(gè)可選實(shí)施例中，在準(zhǔn)直器片狀物406的陣列中的每個(gè)列的底部和頂部提供隔片，以確保準(zhǔn)直器孔徑保持打開，材料本身可能遵循互鎖溝槽的加工而變卷曲，因而將結(jié)構(gòu)力給入準(zhǔn)直器片狀物的陣列。在一個(gè)實(shí)施例中，這些隔片有利地由諸如塑料或者鋁之類的低衰減材料制造，以最小化它們?cè)赬射線圖像中的影響。
[0078]通過各個(gè)準(zhǔn)直器開口的長度與寬度的比率來影響準(zhǔn)直器的性能。長度與寬度的比率越高，準(zhǔn)直器的散射抑制(scatter reject1n)越好；然而,這種實(shí)施例對(duì)于生產(chǎn)更昂貴。范圍從5到50的長寬比是理想的，并且甚至更具體地，大約20的長寬比很可能被發(fā)現(xiàn)具有最佳工程優(yōu)化。
[0079]為了提供最佳診斷信息，本發(fā)明的安全掃描儀提供有材料辨別能力。這里，向圖像中的各個(gè)像素應(yīng)用著色。該顏色取決于沿著X射線從源到檢測器已經(jīng)遵循的路徑的平均原子數(shù)量。這意味著以兩個(gè)不同能量進(jìn)行對(duì)象的每個(gè)體積積分的測量，并且比較高和低有效能量二者的X射線束的傳送。該結(jié)果是基本如圖5所示的繪圖。H指代高能量信號(hào)，并且L指代低能量信號(hào)。在垂直軸上繪制差異(H-L) 501，而在水平軸上繪制總和(H+L)502或者
H、L的平均值。產(chǎn)生圖形503有區(qū)別地示出高Z和低Z材料。在一個(gè)實(shí)施例中，圖形503轉(zhuǎn)為查找表用于對(duì)各個(gè)像素著色，以區(qū)分圖像中的材料。另外的平滑按需要被應(yīng)用于圖像，以減少光子噪聲的影響。
[0080]在本說明書的另一方面中，布置圖1和圖2中所示的錐形束，以使得檢測器陣列中的每個(gè)像素對(duì)于貨物中的每個(gè)點(diǎn)輻射兩次，一次以高能量光束輻射并且一次以低能量光光束輻射。圖5a圖示當(dāng)前發(fā)明如何提供雙能量成像能力。參考圖5a，全檢測器陣列510首先由高能量X射線光束511照射。一旦貨物已經(jīng)行進(jìn)了等于檢測器陣列的寬度一半的距離時(shí)，整個(gè)檢測器陣列再次由低能量X射線束512照射。因此，存在不同能量的兩個(gè)脈沖之間的重疊區(qū)域513，其形成材料特征化的信號(hào)。來自陣列的數(shù)據(jù)需要根據(jù)每個(gè)X射線脈沖重新布置，以使得根據(jù)給定脈沖來自陣列的數(shù)據(jù)的一半用來利用來自隨后脈沖的陣列的另一半的數(shù)據(jù)形成材料分離圖像。來自給定脈沖的另一半數(shù)據(jù)用于匹配來自之前脈沖的數(shù)據(jù)。應(yīng)當(dāng)理解，利用檢測器寬度編程并且接收來自速度傳感器的關(guān)于貨物的經(jīng)過速度的信號(hào)的控制器用于控制高能量脈沖和低能量脈沖的定時(shí)和選擇。
[0081]在本發(fā)明的另一方面中，有必要提供時(shí)間精確控制系統(tǒng)，以確保每個(gè)X射線脈沖恰好在正確時(shí)間出現(xiàn)，該時(shí)間取決于貨物的當(dāng)前速度和貨物是否呈現(xiàn)在X射線束區(qū)域中。作為示例，考慮列車以100km/h移動(dòng)。這等于以300Hz的脈沖率每脈沖93mm的距離。因此，在光束接通-關(guān)斷切換次數(shù)計(jì)算為比X射線脈沖的抖動(dòng)時(shí)間(即，在300Hz脈沖率，1.5ms)的一半更好的情況下，該控制系統(tǒng)應(yīng)該能夠確保比系統(tǒng)的空間分辨率的一半更好或者該距尚的大約2 % ( = (1/300) *0.02 = 0.067ms)的脈沖穩(wěn)定性。
[0082]圖6提供用于以這些高速掃描速度的操作的列車掃描儀系統(tǒng)的代表性布局。到達(dá)列車觸發(fā)在鐵道軌道602上安裝的車軸計(jì)數(shù)器601。車軸計(jì)數(shù)器是可以提供時(shí)間以及速度和方向信息的可靠裝置。一個(gè)或者多個(gè)紅外路閘603放置在軌道上。當(dāng)貨物截?cái)噙@些光束時(shí)，推導(dǎo)出相對(duì)于車軸跨越車軸計(jì)數(shù)器的最后時(shí)間的貨物開始的精確時(shí)間。光束狀態(tài)改變觸發(fā)了光學(xué)識(shí)別系統(tǒng)604，以從貨物的一個(gè)或者多個(gè)側(cè)面捕獲圖像。該光學(xué)識(shí)別604系統(tǒng)也依據(jù)經(jīng)過貨物記錄集裝箱數(shù)量。
[0083]當(dāng)列車沿著軌道經(jīng)過掃描區(qū)606時(shí)，車軸將開始觸發(fā)與掃描區(qū)相鄰的第二車軸計(jì)數(shù)器605。然后控制系統(tǒng)計(jì)算貨物的引導(dǎo)和拖尾邊緣將通過X射線束的時(shí)間，典型為亞毫秒級(jí)精確度，被稱為最近車軸交叉。然后控制系統(tǒng)激活X射線啟用信號(hào)，以在適當(dāng)時(shí)間強(qiáng)加接通和斷開來自源607的由軌道602的相對(duì)側(cè)上的檢測器陣列608適當(dāng)檢測到的X射線束。
[0084]圖7圖示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的控制系統(tǒng)的框圖。該控制系統(tǒng)有利地包括微處理器701，該微處理器701具有電子支持以記錄分別來自包括IR傳感器702、光學(xué)識(shí)別系統(tǒng)和車軸計(jì)數(shù)器I和2、704和705的各種系統(tǒng)傳感器的事件時(shí)間。該微處理器701使用這些輸入以計(jì)算X射線接通和斷開時(shí)間706。并行地，在處理邏輯控制器(PLC)707周圍建立的標(biāo)準(zhǔn)安全系統(tǒng)監(jiān)測E-停止電路708、相關(guān)聯(lián)的X射線互鎖電路709和操作員驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)啟用信號(hào)的正常，以提供一個(gè)或者多個(gè)信號(hào)710。來自PLC的信號(hào)712由AND門711門限(gate)，以向X射線源712提供X射線接通-關(guān)斷門。圖7的電路提供X射線接通/斷開信號(hào)的低延遲、低抖動(dòng)定時(shí)，以滿足高速度檢查的要求。
[0085]在本說明書的另一方面中，來自光學(xué)識(shí)別系統(tǒng)的結(jié)果用于確定X射線圖像是否應(yīng)當(dāng)被獲取用于列車的每個(gè)組件。這里，使用IR傳感器以確定包括火車頭、車廂或者其他沒有集裝箱化的貨物的列車上的每個(gè)對(duì)象的開始和結(jié)束時(shí)間。IR傳感器觸發(fā)通過自動(dòng)集裝箱碼識(shí)別軟件分析的貨物的光學(xué)圖像的獲取。如果沒有識(shí)別出有效集裝箱碼，則不應(yīng)當(dāng)進(jìn)行該貨物的X射線。然而，如果識(shí)別出有效集裝箱碼，則應(yīng)當(dāng)掃描該貨物。在圖8中的示例的幫助下總結(jié)該處理。這里，通過IR束識(shí)別四個(gè)潛在貨物801。每個(gè)可能的貨物在其通過入口線到掃描儀時(shí)利用序列號(hào)標(biāo)識(shí)出。在某一稍后點(diǎn)，光學(xué)識(shí)別系統(tǒng)與IR貨物號(hào)相關(guān)地返回檢查結(jié)果802。因而，對(duì)于每個(gè)貨物集裝箱，光學(xué)識(shí)別可以返回簡單“是”或“否”，或者也可以包括對(duì)檢查結(jié)果的信任等級(jí)。在一個(gè)實(shí)施例中，信任等級(jí)代表已經(jīng)利用有效檢驗(yàn)和識(shí)別出的碼。因此，例如，90%或者更大的信任暗示所需碼已經(jīng)與有效檢驗(yàn)和一起被正確地識(shí)別出。小于該信任等級(jí)將暗示有效碼圖案已經(jīng)識(shí)別但是是利用不正確的校驗(yàn)和識(shí)別的，也就是，已經(jīng)不正確地讀出一個(gè)或者多個(gè)字符。
[0086]在對(duì)于給定貨物接收到正面的光學(xué)識(shí)別檢查結(jié)果并且檢查結(jié)果伴隨令人滿意的信任等級(jí)的情況下，則然后將對(duì)該貨物照X射線。圖8示出其中因?yàn)橐粋€(gè)光學(xué)識(shí)別結(jié)果803返回“否”所以四個(gè)可能貨物中的三個(gè)被檢查的示例。不存在對(duì)于“否”貨物803的X射線掃描，如從掃描線805看到的。為了最大化光學(xué)識(shí)別可靠性，認(rèn)識(shí)到不止一個(gè)光學(xué)識(shí)別系統(tǒng)可以用于分析來自單個(gè)集裝箱的集裝箱號(hào)。因而，在一個(gè)實(shí)施例中，系統(tǒng)采用兩個(gè)光學(xué)識(shí)別系統(tǒng)觀看集裝箱的任一側(cè)，而第三個(gè)光學(xué)系統(tǒng)監(jiān)測貨物的頂部的號(hào)。使用光學(xué)識(shí)別系統(tǒng)的數(shù)量越多，系統(tǒng)變得越可靠。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解可以另外引入附加安全協(xié)議。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，需要所有光學(xué)識(shí)別系統(tǒng)返回有效結(jié)果。這減少可操作掃描產(chǎn)出，但也將相應(yīng)地減小錯(cuò)誤輻射非集裝箱化貨物的概率。
[0087]本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解可以使用諸如掃描激光傳感器、感應(yīng)傳感器、3D可見光相機(jī)等以及已經(jīng)標(biāo)識(shí)出的傳感器的替代配置設(shè)計(jì)替代控制系統(tǒng)。也應(yīng)當(dāng)明白控制系統(tǒng)可以設(shè)計(jì)用于單個(gè)軌道單方向掃描、單軌道雙方向掃描以及甚至多軌道、雙方向掃描。除了使用全自動(dòng)控制系統(tǒng)，也可以使用半自動(dòng)控制系統(tǒng)，其中，操作員在掃描之前加載列車配置。在一些環(huán)境下，手動(dòng)控制系統(tǒng)可能是有利的，由此操作員選擇貨物是否應(yīng)當(dāng)在其通過系統(tǒng)時(shí)被掃描?？刂葡到y(tǒng)的最終選擇總是取決于局部要求。在每種情形下，文本描述的關(guān)鍵發(fā)明保持有效。
[0088]在本發(fā)明的另一方面中，要認(rèn)識(shí)，對(duì)于這種自動(dòng)系統(tǒng)工作在遠(yuǎn)離系統(tǒng)操作員的情況下可能是有利的。圖9示出聯(lián)網(wǎng)配置的示例，其中，源901、傳感器902、PLC 903、控制系統(tǒng)904和數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)位于掃描位置，而操作員工作站911、系統(tǒng)管理員912和主數(shù)據(jù)庫913位于更方便但是遠(yuǎn)的地點(diǎn)。它們使用切換器915通過網(wǎng)絡(luò)920聯(lián)合。在一個(gè)實(shí)施例中，網(wǎng)絡(luò)920有利地是基于光纖的系統(tǒng)，以處理可能涉及的相對(duì)高數(shù)據(jù)率和長距離。
[0089]上面的示例僅僅圖示本發(fā)明的的系統(tǒng)的很多應(yīng)用。雖然本文已經(jīng)描述本發(fā)明的幾個(gè)實(shí)施例，但是應(yīng)當(dāng)理解可以在不背離本發(fā)明的精神或者范圍的情況下，以很多其他特定形式體現(xiàn)本發(fā)明。因此，本示例和實(shí)施例可以被認(rèn)為是圖示性而不是限制性，并且可以在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)修改本發(fā)明。
【權(quán)利要求】
1.一種用于掃描移動(dòng)貨物的X射線系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括: X射線源，用于生成X射線的錐形束，以輻射移動(dòng)貨物，其中，移動(dòng)貨物沿著與X射線的錐形束的平面垂直的線性軌跡行進(jìn)； 至少一個(gè)二維檢測器陣列，用以接收通過移動(dòng)貨物透射的X射線的錐形束，其中，所述X射線源和所述至少一個(gè)檢測器陣列放置在移動(dòng)貨物的相對(duì)側(cè)； 傳感器，用以測量移動(dòng)貨物的速度；以及 控制系統(tǒng)，用于從傳感器接收指示所述速度的數(shù)據(jù)并且基于移動(dòng)貨物的速度和所述檢測器陣列的尺寸來調(diào)制X射線的脈沖率和錐形束的能量等級(jí)中的至少一個(gè)。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，X射線源是單能量源。
3.如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中，控制系統(tǒng)調(diào)制脈沖率，以使得X射線脈沖之間由移動(dòng)貨物行進(jìn)的距離基本等于檢測器陣列的寬度。
4.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，X射線源是雙能量源。
5.如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中，控制系統(tǒng)調(diào)制脈沖率，以使得X射線脈沖之間由移動(dòng)貨物行進(jìn)的距離基本等于檢測器的寬度的一半。
6.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，由列車沿著所述軌跡推進(jìn)所述移動(dòng)貨物。
7.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，由卡車沿著所述軌跡推進(jìn)所述移動(dòng)貨物。
8.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，還包括準(zhǔn)直器，定位在所述檢測器陣列附近，以抑制來自檢測器陣列的散射輻射。
9.如權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中，所述準(zhǔn)直器包括配置為多個(gè)行和列以形成網(wǎng)格的多個(gè)準(zhǔn)直器片狀物。
10.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述控制系統(tǒng)位于遠(yuǎn)離所述掃描系統(tǒng)。
11.一種用于掃描由以高速行進(jìn)的列車運(yùn)載的移動(dòng)貨物的X射線檢查系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括: X射線源，用于生成X射線束信號(hào)，以輻射移動(dòng)貨物； 至少一個(gè)檢測器陣列，用以接收通過移動(dòng)貨物透射的X射線束信號(hào)，其中，所述X射線源和所述檢測器陣列放置在所述列車的相對(duì)側(cè)以形成檢查區(qū)；以及 控制系統(tǒng)，用于調(diào)制所述X射線源，以使得控制器基于移動(dòng)貨物的速度和檢測器陣列的寬度的函數(shù)來調(diào)制X射線源的脈沖率和能量等級(jí)中的至少一個(gè)。
12.如權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中，X射線源是單能量源。
13.如權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中，控制系統(tǒng)調(diào)制脈沖率，以使得X射線脈沖之間由移動(dòng)貨物行進(jìn)的距離等于檢測器陣列的寬度。
14.如權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中，X射線源是雙能量源。
15.如權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其中，控制系統(tǒng)調(diào)制脈沖率，以使得X射線脈沖之間由移動(dòng)貨物行進(jìn)的距離等于檢測器的寬度的一半。
16.如權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其中，控制系統(tǒng)使得X射線源在高能量X射線束發(fā)射和低能量X射線束發(fā)射之間交替切換，以生成指示所述移動(dòng)貨物內(nèi)的材料的特征的數(shù)據(jù)。
17.如權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，還包括用于獲取移動(dòng)貨物的光學(xué)圖像的系統(tǒng)。
18.如權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其中，控制系統(tǒng)從所述系統(tǒng)接收光學(xué)數(shù)據(jù)用于，用于獲取光學(xué)圖像，并且基于光學(xué)數(shù)據(jù)，確定所述移動(dòng)貨物是否應(yīng)該利用所述X射線束信號(hào)掃描。
19.如權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，還包括傳感器系統(tǒng)，以確定移動(dòng)貨物的速度。
20.如權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中，所述控制系統(tǒng)位于遠(yuǎn)離所述掃描系統(tǒng)。
【文檔編號(hào)】G01N23/02GK104254769SQ201380013708
【公開日】2014年12月31日 申請(qǐng)日期:2013年1月29日 優(yōu)先權(quán)日:2012年2月8日
【發(fā)明者】E.J.莫頓 申請(qǐng)人:拉皮斯坎系統(tǒng)股份有限公司