Устройство модуляции энергетического спектра, способ распознавания материала и устройство для его осуществления, способ обработки изображений
Использование: для проверки объектов больших размеров посредством рентгеновского излучения. Сущность: заключается в том, что устройство модуляции энергетического спектра содержит первый узел модуляции энергетического спектра, предназначенный для модуляции первого луча, имеющего первый энергетический спектр, и второй узел модуляции энергетического спектра, связанный с первым узлом модуляции энергетического спектра и предназначенный для модуляции второго луча, имеющего второй энергетический спектр, отличный от первого энергетического спектра, причем только первый узел модуляции энергетического спектра или только второй узел модуляции энергетического спектра связаны с осью вращения. Технический результат: повышение достоверности распознавания материалов объектов, имеющих значительную толщину. 4 н. и 22 з.п. ф-лы, 6 ил.
Область применения изобретения
Настоящее изобретение в общем имеет отношение к проверке (инспекции, осмотру) объектов больших размеров с использованием рентгеновских изображений, а более конкретно, к созданию устройства модуляции энергетического спектра, способа распознавания материала и устройства для его осуществления, а также способа обработки изображений, которые позволяют производить распознавание (определение) материала в объектах больших и средних размеров, таких как грузовые контейнеры, авиационные грузовые контейнеры, и т.п. за счет использования излучений, имеющих различные энергетические уровни.
Предпосылки к созданию изобретения
Существующая система проверки грузов основана на формировании рентгеновских изображений с использованием луча с единичной энергией для взаимодействия с подлежащим проверке объектом и на измерении интенсивности луча, прошедшего через подлежащий проверке объект, чтобы получить изображение. Несмотря на то, что такая система позволяет определять изменения формы и массовой толщины подлежащего проверке объекта, она не позволяет производить распознавание (определение) материала в подлежащем проверке объекте.
Уже известен способ обнаружения с использованием сдвоенной энергии, предназначенный для распознавания характеристик материалов объектов, например, способ, описанный в патенте США No.5044002, причем в области низких энергий этот способ широко используют, например, для диагностики остеопороза, обнаружения слоя нефти и распознавания материала небольших объектов. Однако известно, что в области высоких энергий (>1 МэВ) небольшие различия, вызванные эффектом электрон-позитронных пар, недостаточны для распознавания материала, поэтому в указанной области этот способ не нашел практического воплощения.
В патенте США No.5524133 было показано, что угловое распределение комптоновского рассеяния и изотропность электронной пары можно использовать для анализа компонентов рассеяния рентгеновского излучения, вызванного каждым из этих явлений после взаимодействия рентгеновских лучей с объектом, что позволяет определять атомный номер вещества (материала) объекта, взаимодействующего с рентгеновскими лучами. В соответствии с патентом США No.5524133, имеющие высокую энергию рентгеновские лучи взаимодействуют с мишенью, имеющей более высокий атомный номер, после взаимодействия с объектом. Множество детекторов установлены под различными углами к мишени, чтобы обнаруживать комптоновское рассеяние и эффект электронной пары. Тем не менее, так как очень трудно обнаруживать рассеяние после взаимодействия между мишенью и рентгеновскими лучами, которые прошли через объект, обычно используют большие дозы падающего рентгеновского излучения. Кроме того, отношение сигнал - шум на выходе детектора является достаточно низким, так как детекторная матрица расположена под такими углами в одной и той же горизонтальной плоскости, что возможно взаимное влияние ее соседних каналов. Этот недостаток отрицательно влияет на определение атомного номера материала, причем качество полученного изображения является неудовлетворительным. Так что этот способ не нашел практического воплощения до 1993 г.
Позднее, в патенте США No.6069936 и в международной публикации WO 00/43760 было предложено использовать источник излучения с высокой энергией для генерирования рентгеновских лучей, которые фильтруют при помощи специфических материалов, чтобы получить другой луч, имеющий более высокий энергетический спектр. Рентгеновские лучи, имеющие два энергетических спектра, после их прохождения через объект и взаимодействия с его материалом поступают на измерение при помощи детектора. Атомный номер и тип материала определяют затем за счет вычисления соотношения между двумя измеренными детектором значениями.
В этом способе, во время взаимодействия рентгеновских лучей, имеющих два энергетических спектра, с проверяемым объектом, когда толщина проверяемого объекта возрастает, два энергетических спектра рентгеновских лучей после их прохождения через проверяемый объект будут иметь постоянно уменьшающееся различие и быстро становятся идентичными друг другу. В таком случае, становится невозможным производить распознавание материала проверяемого объекта.
Сущность изобретения
Настоящее изобретение позволяет решить указанные проблемы. Задачей настоящего изобретения является генерирование в диапазоне высоких энергий (>1 МэВ) двух пучков рентгеновского излучения, энергетические спектры которых имеют основные энергетические уровни, отличающиеся друг от друга, измерение проникающей радиации двух рентгеновских пучков после их взаимодействия с объектом в одном и том же положении и определение диапазона эффективных атомных номеров материала в объекте на основании двух измеренных детектором значений, что позволяет реализовать неразрушающий контроль объекта.
В соответствии с первым аспектом настоящего изобретения, предлагается устройство модуляции энергетического спектра, которое содержит: первый узел модуляции энергетического спектра, предназначенный для модуляции первого луча, имеющего первый энергетический спектр; второй узел модуляции энергетического спектра, связанный с первым узлом модуляции энергетического спектра и предназначенный для модуляции второго луча, имеющего второй энергетический спектр, отличный от первого энергетического спектра.
В соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения, по меньшей мере только первый узел модуляции энергетического спектра или только второй узел модуляции энергетического спектра связан с осью вращения.
В соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения, первый узел модуляции энергетического спектра содержит по меньшей мере одну первую лопасть, а второй узел модуляции энергетического спектра содержит по меньшей мере одну вторую лопасть.
В соответствии с еще одним вариантом осуществления настоящего изобретения, первая лопасть изготовлена из материала с высоким Z.
В соответствии с еще одним вариантом осуществления настоящего изобретения, первая лопасть изготовлена по меньшей мере из одного материала, выбранного из группы, в которую входят Pb, W, U и Cu.
В соответствии с еще одним вариантом осуществления настоящего изобретения, вторая лопасть изготовлена из материала с низким Z.
В соответствии с еще одним вариантом осуществления настоящего изобретения, вторая лопасть изготовлена по меньшей мере из одного материала, выбранного из группы, в которую входят В, С, полиэтилен и любой другой богатый водородом органический материал.
В соответствии с еще одним вариантом осуществления настоящего изобретения, первые лопасти и вторые лопасти расположены поочередно и могут вращаться вокруг оси вращения.
В соответствии с еще одним вариантом осуществления настоящего изобретения, массовая толщина первой лопасти меньше или равна массовой толщине второй лопасти в направлении хода лучей.
В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения, предлагается способ распознавания материала с использованием лучей, имеющих различные энергетические уровни, который включает в себя следующие операции: генерирование попеременно первого луча, имеющего первый энергетический спектр, и второго луча, имеющего второй энергетический спектр; осуществление модуляции энергетического спектра для первого луча и второго луча, соответственно, при помощи описанного здесь выше устройства модуляции энергетического спектра; использование модулированных первого луча и второго луча для взаимодействия с проверяемым объектом; собирание первого луча и второго луча после их взаимодействия с проверяемым объектом, чтобы получить первое измеренное детектором значение и второе измеренное детектором значение; и распознавание материала проверяемого объекта на основании первого измеренного детектором значения и второго измеренного детектором значения.
В соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения, операция распознавания предусматривает генерирование соответствующих функций классификации из (на основании, с использованием) первого измеренного детектором значения и второго измеренного детектором значения и определение материала проверяемого объекта на основании функций классификации.
В соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения, функции классификации представляют собой функции аппроксимации измеренных детектором значений, полученных после взаимодействия первого луча и второго луча, соответственно, с заданными известными материалами, в случае изменения их массовой толщины.
В соответствии с еще одним вариантом осуществления настоящего изобретения, измеренные детектором значения представляют собой (отображают) интенсивности лучей после их прохождения через проверяемый объект.
В соответствии с еще одним вариантом осуществления настоящего изобретения, известные материалы представляют собой различные материалы, которые представляют собой органическое вещество, легкий металл, неорганическое вещество и тяжелый металл, соответственно, и чьи атомные номера известны.
В соответствии с еще одним вариантом осуществления настоящего изобретения, способ дополнительно предусматривает сбор первого луча и второго луча после их взаимодействия с проверяемым объектом при помощи детектора с переменным коэффициентом усиления.
В соответствии с еще одним вариантом осуществления настоящего изобретения, коэффициент усиления детектора в момент обнаружения первого луча отличается от коэффициента усиления детектора в момент обнаружения второго луча.
В соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения, предлагается устройство для распознавания материала с использованием лучей, имеющих различные энергетические уровни, которое содержит: устройство генерации луча, предназначенное для генерации поочередно первого луча, имеющего первый энергетический спектр, и второго луча, имеющего второй энергетический спектр; описанное здесь выше устройство модуляции энергетического спектра, предназначенное для модуляции первого луча и второго луча, соответственно, причем модулированный первый луч и модулированный второй луч взаимодействуют с проверяемым объектом; устройство сбора, предназначенное для сбора первого луча и второго луча после их взаимодействия с проверяемым объектом, чтобы получить первое измеренное детектором значение и второе измеренное детектором значение; и устройство распознавания материала, предназначенное для распознавания материала проверяемого объекта на основании первого измеренного детектором значения и второго измеренного детектором значения.
В соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения, распознавание предусматривает генерирование соответствующих функций классификации из первого измеренного детектором значения и второго измеренного детектором значения и определение материала проверяемого объекта на основании функций классификации.
В соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения, функции классификации представляют собой функции аппроксимации измеренных детектором значений, полученных после взаимодействия первого луча и второго луча, соответственно, с заданными известными материалами, в случае изменения их массовой толщины.
В соответствии с еще одним вариантом осуществления настоящего изобретения, измеренные детектором значения представляют собой интенсивности лучей после их прохождения через проверяемый объект.
В соответствии с еще одним вариантом осуществления настоящего изобретения, известные материалы представляют собой различные материалы, которые представляют собой органическое вещество, легкий металл, неорганическое вещество и тяжелый металл, соответственно, и чьи атомные номера известны.
В соответствии с еще одним вариантом осуществления настоящего изобретения, устройство сбора имеет переменный коэффициент усиления.
В соответствии с еще одним вариантом осуществления настоящего изобретения, коэффициент усиления устройства сбора в момент обнаружения первого луча отличается от коэффициента усиления в момент обнаружения второго луча.
В соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения, предлагается способ обработки изображений, который включает в себя следующие операции: использование первого луча, имеющего первый энергетический спектр, и второго луча, имеющего второй энергетический спектр, соответственно, для взаимодействия с проверяемым объектом, причем первый луч и второй луч модулированы при помощи описанного здесь выше устройства модуляции энергетического спектра; собирание первого луча и второго луча после их взаимодействия с проверяемым объектом, чтобы получить первое измеренное детектором значение и второе измеренное детектором значение; сравнение первого измеренного детектором значения и второго измеренного детектором значения с соответствующим пороговым значением, чтобы оценить информацию о массовой толщине проверяемого объекта; и на основании информации о массовой толщине, комбинирование изображения, полученного из первого измеренного детектором значения, и изображения, полученного из второго измеренного детектором значения, с различными весовыми коэффициентами.
В соответствии с первым вариантом осуществления этого способа, информацию о массовой толщине получают на основании ослабления лучей после их прохождения через проверяемый объект.
В соответствии с другим вариантом осуществления способа, для материала малой массовой толщины весовой коэффициент для изображения, полученного из первого измеренного детектором значения, меньше, чем для изображения, полученного из второго измеренного детектором значения.
В соответствии с еще одним вариантом осуществления способа, для материала большой массовой толщины весовой коэффициент для изображения, полученного из первого измеренного детектором значения, больше, чем для изображения, полученного из второго измеренного детектором значения.
Лучи с двумя различными энергетическими спектрами, которые генерируют поочередно при помощи устройства в соответствии с настоящим изобретением, преимущественно представляют собой рентгеновские лучи с четко различающимися энергиями. Это благоприятно сказывается на распознавании материалов толстых проверяемых объектов. Кроме того, оптимизированные энергетические спектры лучей с высокой и низкой энергией получают за счет последующей модуляции энергетического спектра генерированных рентгеновских лучей с высокой и низкой энергией, с использованием различных поглощающих материалов, что дополнительно расширяет эквивалентную разность энергий между двумя пучками рентгеновских лучей и, следовательно, улучшает точность распознавания материалов, в особенности материалов объектов с малой массовой толщиной.
Кроме того, для различных доз единичного импульса и энергетических уровней лучей с высокой и низкой энергией в детекторе с переменным коэффициентом усиления регулируют коэффициент усиления, чтобы расширить динамический диапазон. Это позволяет дополнительно повысить качество обнаружения того же самого детектора для лучей, имеющих различные энергетические уровни, и, таким образом, повысить точность измерения.
Краткое описание чертежей
На фиг.1 схематично показана структурная схема системы распознавания материала в соответствии с настоящим изобретением.
На фиг.2 показано сечение устройства модуляции энергетического спектра в системе распознавания материала, показанной на фиг.1.
На фиг.3 показан график энергетических спектров, генерируемых ускорителем, и сдвоенных энергетических спектров после модуляции.
На фиг.4 показаны графики функциональной зависимости между энергией излучения и характеристиками и массовой толщиной материалов во всем энергетическом интервале.
На фиг.5 показана схема последовательности операций при обнаружении и распознавании материалов с использованием двух пучков лучей, имеющих различные энергетические уровни.
На фиг.6 показана схема последовательности операций способа настройки изображений с различной информацией о массовой толщине.
Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения
Далее будут подробно описаны варианты настоящего изобретения со ссылкой на чертежи.
На фиг.1 схематично показана структурная схема системы распознавания материала в соответствии с первым вариантом настоящим изобретением.
Как это показано на фиг.1, система распознавания материала в соответствии с настоящим изобретением содержит ВЧ линейный ускоритель 1, устройство 2 модуляции энергетического спектра, узел 4 управления синхронизацией, соединенный с ВЧ линейным ускорителем 1 и с устройством 2 модуляции энергетического спектра по линии 3, первый коллиматор 6А, второй коллиматор 6В, третий коллиматор 6С, узел 9 управления, соединенный с устройством 2 модуляции энергетического спектра по линии 10, детектор 8, соединенный с узлом управления 9 по линии 11, и узел 13 распознавания материала и обработки изображений, соединенный с детектором 8 по линии 12.
В соответствии с этим вариантом, ВЧ линейный ускоритель 1 попеременно генерирует рентгеновские лучи, имеющие два различных энергетических уровня. Каждый рентгеновский луч взаимодействует с проверяемым объектом 7 и проникает через него, а затем измеряется при помощи детектора 8. Результаты измерения детектора 8 анализируются при помощи компьютера 13, чтобы получить рентгеновские изображения проверяемого объекта и дополнительно определить характеристики проверяемого объекта.
Как это показано на фиг.1, узел 4 управления синхронизацией имеет связь 5 с ВЧ линейным ускорителем 1. После квитирования, ВЧ линейный ускоритель 1 попеременно генерирует пачку рентгеновских лучей, имеющих различные энергетические уровни, на основании тактовых параметров и сигналов управления, вырабатываемых узлом 4 управления синхронизацией. Энергетический спектр 1Р рентгеновских лучей, генерируемых ВЧ линейным ускорителем 1, имеет четкое энергетическое различие. Однако такое различие недостаточно для удовлетворения требований применения системы, и поэтому необходима модуляции энергетического спектра 1Р, чтобы получить энергетический спектр лучей с высокой и низкой энергий, имеющий более широкое энергетическое различие.
Таким образом, при поступлении сигналов переключения ВЧ линейный ускоритель 1 может попеременно генерировать рентгеновские лучи, имеющие два различных энергетических спектра, в которых преобладающими являются соответствующие различные энергетические уровни. Так как спектр генерируемого ускорителем рентгеновского излучения является широким, необходима модуляции энергетического спектра, чтобы дополнительно повысить пропорцию рентгеновского излучения с желательными энергетическими уровнями в спектре. Принимая во внимание энергетические уровни рентгеновского излучения, генерируемого ВЧ линейным ускорителем 1, различные материалы могут быть использованы для осуществления модуляции энергетического спектра, чтобы получить энергетические спектры, наиболее подходящие для распознавания материала.
Кроме того, так как области распределения энергии варьируют в энергетических спектрах рентгеновских лучей, то различаются материалы, подходящие для модуляции энергетического спектра. Например, когда нижний предел основной области распределения энергии пучка рентгеновских лучей выше порогового значения (например, ~3 МэВ) более высокого энергетического уровня, то материал с низким Z, такой как В, С, полиэтилен и любой другой богатый водородом органический материал, следует выбирать для модуляции энергетического спектра этого пучка рентгеновских лучей.
Между тем, для поглощения компонента рассеяния низкого энергетического уровня в лучах преимущественно дополнительно используют тонкий материал с высоким Z для модуляции энергетического спектра, после использования толстого материала с низким Z для модуляции энергетического спектра. Когда нижний предел основной области распределения энергии пучка рентгеновских лучей выше порогового значения (например, ~300 кэВ) более низкого энергетического уровня, то материал с высоким Z, такой как Pb, W, U и т.п., следует выбирать для модуляции энергетического спектра этого пучка рентгеновских лучей; можно также выбрать и материал со средним Z, такой как Cu.
На фиг.2 показан вид сверху устройства 2 модуляции энергетического спектра в системе распознавания материала, показанной на фиг.1. Как это показано на фиг.2, устройство 2 модуляции энергетического спектра содержит ось 201 вращения, связанную с серводвигателем, первый узел 202 модуляции энергетического спектра, расположенный на оси 201 вращения, второй узел 203 модуляции энергетического спектра, связанный с первым узлом 202 модуляции энергетического спектра, и детектор положения (не показан).
Здесь, первый узел 202 модуляции энергетического спектра, который изготовлен из материала с высоким Z и соединен с осью 201 вращения, используют для модуляции энергетического спектра имеющих низкую энергию лучей. Как это показано на фиг.2, первый узел 202 модуляции энергетического спектра содержит несколько секций, смещенных друг от друга, причем каждая секция выполнена в виде короткой лопасти. В этом случае, первый узел 202 модуляции энергетического спектра может быть соединен со вторым узлом 203 модуляции энергетического спектра, в то время как второй узел 203 модуляции энергетического спектра может быть непосредственно соединен с осью 201 вращения. В соответствии с альтернативным вариантом, лопасти первого узла 202 модуляции энергетического спектра могут иметь конфигурацию, аналогичную конфигурации лопастей второго узла 203 модуляции энергетического спектра. В этом случае, первый и второй узлы 202 и 203 модуляции энергетического спектра могут быть оба соединены с осью 201 вращения.
Второй узел 203 модуляции энергетического спектра, который изготовлен из материала с низким Z, такого как компаунд, например, из полиэтилена плюс Pb, и содержит одну или несколько лопастей, используют для модуляции энергетического спектра луча, имеющего высокую энергию. Как это показано на фиг.2, массовая толщина лопастей второго узла 203 модуляции энергетического спектра больше, чем у первого узла 202 модуляции энергетического спектра, в направлении испускания луча.
Для осуществления модуляции энергетического спектра, лопасти вращаются вокруг оси с заданной скоростью, а детектор положения генерирует сигнал переключения в виде сигнала синхронизации, когда лопасти при вращении проходят через заданное положение. Этот сигнал поступает в узел 4 управления синхронизацией по линии 3 и в узел 9 управления по линии 10, при этом ВЧ линейный ускоритель 1 и детектор 8 становятся синхронизированными с устройством 2 модуляции энергетического спектра, под контролем узла 4 управления синхронизацией и узла 9 управления, соответственно.
За счет этого обеспечивается взаимодействие всех лучей, имеющих высокий энергетический спектр, с материалом лопастей, то есть все эти лучи претерпевают модуляцию за счет второго узла 203 модуляции энергетического спектра, в то время как все лучи с низким энергетическим спектром подвергаются поглощению материалом оси, то есть все эти лучи претерпевают модуляцию за счет первого узла 202 модуляции энергетического спектра.
Как уже было описано здесь выше, материалом первого узла 202 модуляции энергетического спектра может быть материал с высоким Z, такой как Pb, W, U и т.п., который выбран в качестве материала для модуляции энергетического спектра рентгеновского излучения; также может быть выбран материал со средним Z, такой как Cu. Наоборот, материалом второго узла 203 модуляции энергетического спектра может быть материал с низким Z, такой как В, С, полиэтилен и любой другой богатый водородом органический материал, который выбирают в качестве материала для модуляции энергетического спектра рентгеновских лучей. В результате модуляции получают энергетические спектры 2Р лучей с высокой и низкой энергией, причем энергетические спектры двух различных энергетических уровней расположены на достаточном удалении друг от друга.
Кроме того, на фиг.3 схематично показаны графики энергетических спектров, генерированных ускорителем, и графики сдвоенных энергетических спектров, полученных после модуляции, соответственно. Как это показано на фиг.3(A), нормализованные кривые 301а и 301b энергетических спектров до модуляции отображают энергетические спектры, генерированные ускорителем сдвоенной энергии, причем высокий энергетический уровень составляет 9 МэВ, а низкий энергетический уровень составляет 4 МэВ. На фиг.3(B) показаны энергетические спектры после модуляции, в виде нормализованных кривых 302а и 302b. Можно видеть, что различие между двумя энергетическими спектрами дополнительно увеличилось.
Оптимизированные лучи, имеющие как высокие, так и низкие энергетические уровни, которые получены после модуляции при помощи устройства 2 модуляции энергетического спектра, проходят через первый и второй коллиматоры 6А и 6В и затем взаимодействуют с проверяемым объектом 7. Как это показано на фиг.1, проверяемый объект 7 движется по заданному пути и в заданном направлении перпендикулярно плоскости излучения. После прохождения через проверяемый объект 7 лучи проходят через третий коллиматор 6С и затем собираются при помощи детектора 8, который собирает данные относительно высоких и низких энергетических уровней, такие как интенсивности лучей после прохождения объекта, на основании сигнала синхронизации системы 9 управления. Кроме того, на основании внешнего сигнала переключения детектор 8 может кратно изменять свой коэффициент усиления для изменения своего динамического диапазона, в результате чего получают более высокую точность измерения сигнала после взаимодействия лучей со сдвоенной энергией и объекта, что позволяет точно определять различие лучей со сдвоенной энергией после взаимодействия с объектом. Например, в случае лучей, имеющих различные энергетические уровни, детектор 8 имеет различные кратные числа коэффициента усиления.
Сигналы с выхода детектора 8 направляют на узел 13 распознавания материала и обработки изображения по линии 12. Как уже было упомянуто здесь выше, детектор 8 имеет значение сигнала HEL для высокого энергетического уровня и значение сигнала LEL для низкого энергетического уровня. Полученные значения сигнала детектора HEL и LEL могут быть заменены функциями классификации, позволяющими определять эффективный диапазон атомных номеров материалов, находящихся в проверяемом объекте, в результате чего будут определены характеристики материала.
Функции классификации получают за счет использования лучей с двумя энергетическими уровнями от сдвоенной энергетической системы, которые используют для сканирования материала с известным атомным номером, такого как полиэтилен в случае органического вещества, Al в случае легких металлов, Fe в случае неорганического вещества и Pb в случае тяжелых металлов и т.п., с изменением массовой толщины материала, в результате чего получают серии накопленных данных; затем производят расчет двух функциональных значений на основании сигналов для высоких и низких энергетических уровней, накопленных в определенные промежутки времени, например, производят расчет ln(HEL/HEL0) на основании сигналов для высокого или низкого энергетических уровней, и расчет a*{ln(LEL/LELO)-ln(HEL/HELO)} на основании сигналов для высокого энергетического уровня, где а представляет собой коэффициент, а каждое из значений HELO и LELO представляет собой заданное опорное значение при обнаружении; затем получают функции аппроксимации материала на основании статистических показателей двух указанных функций, как это показано на фиг.4.
После этого получают кривые классификации из функций аппроксимации за счет использования статистических методов, таких как К-методика или лидер-кластеринг (leader clustering), векторная машина и т.п. Например, вычисляют статистическую дисперсию значения функции аппроксимации, а затем смещают кривую аппроксимации на соответствующую дисперсию в соответствии с оптимальным критерием классификации, в зависимости от необходимости. При распознавании неизвестного материала значения функции классификации для измеренных величин вычисляют на основании двух функциональных значений измеренных величин. Затем вычисленные величины сравнивают с ранее определенными значениями функции классификации, чтобы получить диапазон эффективных атомных номеров материала и затем определить характеристики материала объекта.
На фиг.5 показана схема последовательности операций при обнаружении и распознавании материалов с использованием двух пучков лучей, имеющих различные энергетические уровни.
Как это показано на фиг.5, в операции S110, ВЧ линейный ускоритель 1 попеременно генерирует рентгеновские лучи, имеющее два различных энергетических спектра, такие как первый рентгеновский луч, имеющий первый энергетический спектр, и второй рентгеновский луч, имеющий второй энергетический спектр, при поступлении сигнала переключения.
Затем, в операции S120, используют указанное устройство 2 модуляции энергетического спектра для модуляции рентгеновских лучей, имеющих различные энергетические спектры. Например, при поступлении сигнала синхронизации первый узел 202 модуляции энергетического спектра модулирует первый рентгеновский луч, в то время как второй узел 203 модуляции энергетического спектра модулирует второй рентгеновский луч.
Затем, в операции S130, после пропускания через первый и второй коллиматоры 6А и 6В модулированное рентгеновское излучение облучает проверяемый объект 7 и взаимодействует с ним.
В операции S140, детектор 8 собирает данные относительно высоких и низких энергетических уровней, при поступлении сигнала синхронизации от системы 9 управления. В этом случае, детектор 8 может кратно изменять свой коэффициент усиления, чтобы изменять свой динамический диапазон, за счет чего получают более точные значения сигнала после взаимодействия между лучами со сдвоенной энергией и объектом.
В операции S150, сигналы формирования изображений для высокого и низкого энергетических уровней направляют на узел 13 распознавания материала и обработки изображения, в котором определяют, является полученный сигнал сигналом формирования изображений для высокого энергетического уровня или для низкого энергетического уровня.
Сигналы формирования изображений для высокого или низкого энергетических уровней обрабатывают соответственно в операциях S160 и S170.
В операции S180, вычисляют значения функции классификации для измеренных величин на основании двух функциональных значений для высокого или низкого энергетических уровней. Затем вычисленные значения сравнивают со значениями заданной функции классификации, чтобы получить диапазон эффективных атомных номеров материала и затем определить характеристики материала объекта.
В операции S190, для того, чтобы получить четкое изображение проверяемого объекта, ряд изображений, полученных после сканирования проверяемого объекта рентгеновскими лучами, имеющим различные энергетические уровни, могут быть объединены, чтобы получить изображение лучшего качества.
Хорошо известно, что коэффициент проникновения имеющих высокую энергию лучей является высоким, и поэтому могут быть получены с высокой точностью данные измерения детектором после проникновения лучей через объект с большой массовой толщиной, так что четкое изображение серой шкалы может быть получено для объекта большой массовой толщины. Однако, когда имеющие высокую энергию лучи проникают через объект малой массовой толщины, полученное изображение серой шкалы является расплывчатым (смазанным, размытым) и детальная информация может быть потеряна. К счастью, вышесказанные недостатки могут быть скомпенсированы в изображении серой шкалы, полученном после проникновения через объект лучей с малой энергией.
На фиг.6 показан схема последовательности операций способа настройки изображений с информацией о различной массовой толщине. В комбинации изображений используют различные характеристик ослабления имеющих высокую и низкую энергию лучей по отношению к различной массовой толщине объекта, причем четкое изображение может быть получено в широком диапазоне массовых толщин за счет слияния двух видов измеренных детектором значений.
В операциях S191 и S192 определяют характеристики материала проверяемого объекта, например, когда массовая толщина проверяемого объекта 7 является большой или малой. Здесь оценивают ориентировочный диапазон массовых толщин объекта по ослаблению лучей, то есть, когда ослабление является высоким, например, если измеренное детектором значение меньше, чем заданное пороговое значение, то массовую толщину материала считают большой; когда ослабление является малым, например, если измеренное детектором значение больше, чем заданное пороговое значение, то массовую толщину материала считают малой.
В операции S193 для материала малой массовой толщины меньший весовой коэффициент, такой как 30%, присваивают данным для более высокого энергетического уровня, и больший весовой коэффициент, такой как 70%, присваивают данным для низкого энергетического уровня.
В операции S194 для материала большой массовой толщины больший весовой коэффициент, такой как 70%, присваивают данным для более высокого энергетического уровня, и меньший весовой коэффициент, такой как 30%, присваивают данным для более низкого энергетического уровня.
Затем, в операции S195, изображения высокого и низкого энергетических уровней синтезируют с использованием вышеприведенных весовых коэффициентов, чтобы получить окончательное чистое изображение.
Таким образом, в соответствии с настоящим изобретением предлагается измеренные детектором значения, полученные после взаимодействия с объектом рентгеновского излучения с различными энергетического уровнями, сравнивать с соответствующими заданными пороговыми значениями и придавать различные весовые коэффициенты данным для высокого и низкого энергетических уровней, в результате чего получают информацию серой шкалы для окончательно синтезированного изображения.
Несмотря на то, что изображения, которые получены после взаимодействия лучей с объектами различной массовой толщины, имеют различные характеристики изображения, при обработке данных в соответствии с вышеприведенным способом, даже если массовая толщина объектов значительно изменяется, может быть получено четкое серое изображение материала в объекте сканирования.
Несмотря на то, что были описаны специфические варианты осуществления изобретения, совершенно ясно, что настоящее изобретение не ограничивается этими вариантами, причем в него специалистами в данной области могут быть внесены изменения и дополнения, которые не выходят за рамки формулы изобретения.
1. Устройство модуляции энергетического спектра, содержащее: первый узел модуляции энергетического спектра, предназначенный для
модуляции первого луча, имеющего первый энергетический спектр; и
второй узел модуляции энергетического спектра, связанный с первым узлом модуляции энергетического спектра и предназначенный для модуляции второго луча, имеющего второй энергетический спектр, отличный от первого энергетического спектра, причем только первый узел модуляции энергетического спектра или только второй узел модуляции энергетического спектра связаны с осью вращения.
2. Устройство модуляции энергетического спектра по п.1, в котором первый узел модуляции энергетического спектра содержит по меньшей мере одну первую лопасть, а второй узел модуляции энергетического спектра содержит по меньшей мере одну вторую лопасть.
3. Устройство модуляции энергетического спектра по п.2, в котором первая лопасть изготовлена из материала с высоким Z.
4. Устройство модуляции энергетического спектра по п.3, в котором первая лопасть изготовлена по меньшей мере из одного материала, выбранного из группы, в которую входят Pb, W, U и Cu.
5. Устройство модуляции энергетического спектра по п.2, в котором вторая лопасть изготовлена из материала с низким Z.
6. Устройство модуляции энергетического спектра по п.5, в котором вторая лопасть изготовлена по меньшей мере из одного материала, выбранного из группы, в которую входят В, С, полиэтилен и любой другой богатый водородом органический материал.
7. Устройство модуляции энергетического спектра по п.2, в котором первая лопасть и вторая лопасть расположены поочередно и могут вращаться вокруг оси вращения.
8. Устройство модуляции энергетического спектра по п.2, в котором массовая толщина первой лопасти меньше или равна массовой толщине второй лопасти в направлении хода лучей.
9. Способ распознавания материала с использованием лучей, имеющих различные энергетические уровни, включающий следующие операции:
генерирование попеременно первого луча, имеющего первый энергетический спектр, и второго луча, имеющего второй энергетический спектр;
осуществление модуляции энергетического спектра для первого луча и второго луча соответственно при помощи устройства модуляции энергетического спектра по п.1;
использование модулированных первого луча и второго луча для взаимодействия с проверяемым объектом;
сбор первого луча и второго луча после их взаимодействия с проверяемым объектом, чтобы получить первое измеренное детектором значение и второе измеренное детектором значение; и
распознавание материала проверяемого объекта на основании первого и второго измеренных детектором значений.
10. Способ по п.9, в котором операция распознавания предусматривает генерирование соответствующих функций классификации из первого измеренного детектором значения и второго измеренного детектором значения, и определение материала проверяемого объекта на основании функций классификации.
11. Способ по п.10, в котором функции классификации представляют собой функции аппроксимации измеренных детектором значений, полученных после взаимодействия первого луча и второго луча соответственно, с заданными известными материалами, в случае изменения их массовой толщины.
12. Способ по п.11, в котором измеренные детектором значения представляют собой интенсивности лучей после их прохождения через проверяемый объект.
13. Способ по п.11, в котором известные материалы представляют собой различные материалы, которые представляют собой органическое вещество, легкий металл, неорганическое вещество и тяжелый металл соответственно, чьи атомные номера известны.
14. Способ по п.9, который дополнительно предусматривает сбор первого луча и второго луча после их взаимодействия с проверяемым объектом, при помощи детектора с переменным коэффициентом усиления.
15. Способ по п.14, в котором коэффициент усиления детектора в момент обнаружения первого луча отличается от коэффициента усиления детектора в момент обнаружения второго луча.
16. Устройство для распознавания материала с использованием лучей, имеющих различные энергетические уровни, содержащее:
устройство генерации луча, предназначенное для генерации поочередно первого луча, имеющего первый энергетический спектр, и второго луча, имеющего второй энергетический спектр;
устройство модуляции энергетического спектра по п.1, предназначенное для модуляции первого луча и второго луча соответственно, причем модулированный первый луч и модулированный второй луч взаимодействуют с проверяемым объектом;
устройство сбора, предназначенное для сбора первого луча и второго луча после их взаимодействия с проверяемым объектом, чтобы получить первое измеренное детектором значение и второе измеренное детектором значение; и
устройство распознавания материала, предназначенное для распознавания материала проверяемого объекта на основании первого измеренного детектором значения и второго измеренного детектором значения.
17. Устройство по п.16, в котором распознавание предусматривает генерирование соответствующих функций классификации из первого измеренного детектором значения и второго измеренного детектором значения, и определение материала проверяемого объекта на основании функций классификации.
18. Устройство по п.16, в котором функции классификации представляют собой функции аппроксимации измеренных детектором значений, полученных после взаимодействия первого луча и второго луча соответственно, с заданными известными материалами, в случае изменения их массовой толщины.
19. Устройство по п.16, в котором измеренные детектором значения представляют собой интенсивности лучей после их прохождения через проверяемый объект.
20. Устройство по п.16, в котором известные материалы представляют собой различные материалы, которые представляют собой органическое вещество, легкий металл, неорганическое вещество и тяжелый металл соответственно, чьи атомные номера известны.
21. Устройство по п.16, в котором устройство сбора имеет переменный коэффициент усиления.
22. Устройство по п.21, в котором коэффициент усиления устройства сбора в момент обнаружения первого луча отличается от коэффициента усиления в момент обнаружения второго луча.
23. Способ обработки изображений, включающий следующие операции:
использование первого луча, имеющего первый энергетический спектр, и второго луча, имеющего второй энергетический спектр, соответственно, для взаимодействия с проверяемым объектом, причем первый луч и второй луч модулированы при помощи устройства модуляции энергетического спектра по п.1;
сбор первого луча и второго луча после их взаимодействия с проверяемым объектом, чтобы получить первое измеренное детектором значение и второе измеренное детектором значение;
сравнение первого измеренного детектором значения и второго измеренного детектором значения с соответствующим пороговым значением, чтобы оценить информацию о массовой толщине проверяемого объекта; и
на основании информации о массовой толщине комбинирование изображения, полученного из первого измеренного детектором значения, и изображения, полученного из второго измеренного детектором значения, с различными весовыми коэффициентами.
24. Способ обработки изображений по п.23, в котором информацию о массовой толщине получают на основании ослабления лучей после прохождения через проверяемый объект.
25. Способ обработки изображений по п.23, в котором для материала малой массовой толщины весовой коэффициент для изображения, полученного из первого измеренного детектором значения меньше, чем для изображения, полученного из второго измеренного детектором значения.
26. Способ обработки изображений по п.23, в котором для материала большой массовой толщины весовой коэффициент для изображения, полученного из первого измеренного детектором значения больше, чем для изображения, полученного из второго измеренного детектором значения.
