专利名称：物体运动时对物体预扫描以及物体静止时对物体进行随后的局部扫描的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种扫描物体以获得关于内容物的信息的协议，以及涉及用于实现这样一种扫描协议的装置。本发明特别涉及对物体，比如期望具有相对均勻的结构或内容物的容器所进行的扫描，以识别在物体或容器中的保角异常和在内容物中的成分异常这二者。本发明特别涉及包括所含材料的容器的物体，所含材料根据其特性将被期望具有单一的、总体上均勻的成分，例如，液体成分、类似的可流动的成分、气溶胶，等等，其中流体成分包括了混合液、溶液、乳液、悬浊液等等的液体，类似的可流动的成分诸如凝胶、软膏、霜剂、 细粉、以及类似物。此处，通过对物体比如液体容器中所含的液体进行举例的方式做了参考，应当理解的是，本发明同样地适用于所有这些液体、部分液体、和其他可流动的材料，当被包含时，所有这些液体、部分液体、和其他可流动的材料具有基本混合的且总体上均勻的特征。需要在安全和海关检查站上，对物体的内容物，例如瓶子或其他容器的内容物进行扫描，以便基于在检测器上接收到的与物体进行相互作用后的辐射来获得关于内容物的信息，以及获得对物体的内容物不构成安全威胁或不违反海关法规的指示。也需要出于其他目的比如质量控制、内容物验证、劣化监控等等对物体的内容物进行扫描。为了确保物体的内容物在整个物体中一致，或者物体不包含隐藏的隔间或组成部分，或者为了确保内容物是所宣称的那些内容物，可能有用的是，扫描物体和内容物，使得高能量电离辐射射束贯穿物体的截面。有可能的是，通过对最终的透射辐射射束强度数据进行数值分析来获得对材料成分的指示。一种对物体的内容物进行扫描的优选手段是使物体相对于高能量辐射射束和检测器移动。对于扫描相对较小的物体，比如瓶子而言，其可以在机场的安全检查点处执行， 为操作简单起见，可取的是移动瓶子而不是移动体积庞大且沉重的辐射源和检测器组件。 无论在哪种情况下，物体通过扫描区域的相对的线性运动实现了沿着一条被选择的通过物体的路径的扫描，例如在适当的驱动装置作用下的扫描。已经发现的是，当所透射的高能量电离辐射射束在其通过物体和物体的内容物之后，在适当的检测器上被检测到时，在沿着物体的所选择的截面进行扫描期间，通常用于给驱动物体相对于辐射源和检测器运动的驱动装置提供动力的电动机，其可导致可能与在检测器上检测到的表示辐射的信号相互干扰的电磁信号，使得更加难于分析信号以精确识别存在于物体中的材料。还认为在期望物体的快速吞吐量(throughput)(其趋向促成高扫描速率)与为了有效的材料识别，要求以足够高的计数率通过给定物体特征的要求之间存在一折衷。为了这两者并且为了其他原因，通过对所透射的辐射射束强度进行数值分析来进行材料识别的有效性可被削弱。存在着对用于使用高能量电离辐射来扫描物体和/或其内容物的改进的方法、系统和装置的需求，其中透射辐射射束由检测器测量，并且辐射射束的源和检测器相对于物体移动使得能够扫描物体的截面。存在着对包括了所含材料的容器的物体进行扫描的高吞吐率方法的安全应用的特殊需求，所含材料根据其特性被期望具有单一的、总体上均勻的成分。根据本发明的第一方面，在扫描物体以获得关于内容物的信息的方法中，包括的步骤有提供彼此间隔的辐射源和辐射检测器系统，以便限定在其之间的扫描区域；在第一扫描步骤中使物体相对于源和检测器系统移动，并且在辐射通过扫描区域与物体和其内容物发生相互作用之后，收集关于在检测器系统处入射的辐射的强度信息；当物体移动通过扫描区域时监控入射强度的变化；使用这种强度变化来识别物体中的异常结构和/或不均勻性；并且在随后的第二扫描步骤中将物体定位在扫描区域中的固定位置上，并且当物体保持在扫描区域中的固定位置上时，收集关于在检测器系统上入射的与物体相互作用之后辐射的强度信息；相对于透射强度与入射强度相关的适当函数关系来分析入射强度数据；将分析结果与适当的数据库进行比较，以提供对材料内容物的指示。因此，根据本发明的一般原理，对接受测试的物体进行扫描是通过使该物体经过入射辐射的源的照射，并且通过在辐射与物体及物体的内容物发生相互作用之后检测在检测器系统上的辐射，以及在特别优选的情况下至少通过检测穿过物体及物体的内容物透射的辐射。正如将要熟悉的，当辐射与物体发生相互作用，例如当辐射通过物体透射时，辐射的衰减能够给出关于物体的结构和关于物体的成分这两者的有用信息，并因此在本文的情况中该信息关于物体的结构以及物体内容物的成分。该方法因此方便地包括确定在每个扫描步骤中由扫描区域的物体引起的入射辐射的衰减。本发明的显著特征在于，扫描操作包括多阶段的过程，特别是在于其包括至少两个扫描步骤。在第一扫描步骤中，使物体相对于源和检测器系统移动穿过扫描区域，例如在于物体相对于静态的源/检测器的组合来移动，或者在于源/检测器的组合关于静态的物体移动。因此，当物体以一般熟悉的方式移动通过扫描区域时，其在多个位置上被扫描。在随后的第二个分离的扫描步骤中，物体经历固定的扫描。物体可经历多次移动和/或固定的扫描。此外，如以下所描述的，例如在扫描过程之前或者周期性地在多个物体的扫描期间，可执行机器周期(machine cycle)，该机器周期包括了其中不存在物体时的校正步骤， 并且关于在检测器系统处入射的辐射的强度信息被用于生成包括入射的辐射强度的参考数据以用于随后与透射的数据进行比较以确定在与扫描区域中的物体发生了相互作用之后入射辐射的衰减。本发明的方法特别地打算应用到一些物体上，这些物体根据其特性被期望具有基本上一致的成分和结构，这些物体例如包括所含材料的容器，其中所含材料根据其特性将被期望具有单一的、总体上均勻的成分，这些所含材料的例子包括例如液体的流体成分、类似的可流动的成分、气溶胶等等，其中流体成分比如包括了混合液、溶液、乳液、悬浊液等等的液体，类似的可流动的成分比如凝胶、软膏、霜剂、细粉、以及类似物。近年来，这些材料已经成为了相当重要的安全关注的主题，例如关于航空安全、违禁品检测等等。在扫描这些物体时，有两个需要特别关注的领域。第一，异常的容器结构或内容物中材料的不均勻性本身可能是固有的可疑的。第二，还需要具体地识别内容物的成分。本发明的方法基本上执行两阶段的扫描，其中每个关注的领域都被有效地解决。本发明的方法的意图在于，以一种有效的方式来获得关于物体的内部结构的信息例如以识别异常，以及关于物体的具体成分的信息。第一移动扫描被用于识别异常的结构、内容物中的不均勻性等等。该第一移动扫描可例如额外地用于提供对内容物的粗级的识别，但是其并不是本发明必需的特征。第二静态扫描专注于物体的单个区域，并且获得为获得对内容物成分的确定，或者对内容物成分的更精确的确定所必需的计数率(count rate)。这种静态扫描可专注于通过第一扫描所识别的感兴趣的区域，用于对成分或内容物进行最佳的确定。本发明体现了对移动扫描器的改进，在物体通过适当的电传送装置被驱动在通过扫描区域的线性路径上时所述移动扫描器对其执行线性扫描，这可能会干扰对透射信号的衰减所进行的更精确的确定。次级扫描被静态地执行，因此无需启动这种传送装置， 即消除了干扰，从而提供了更加敏感的次级测试。此外，在针对物体吞吐量的较高筛选率 (screening rate)和针对可疑材料的成分分析的较高计数率之间的折衷则通过一种新颖的方式得以解决，在该方法中可为第一移动扫描维持较高的吞吐率，并且使第二静态扫描获得较高的计数率，其中第二静态扫描专注于一个或多个单一位置以收集用于完全的成分分析的数据。根据本发明，在第一扫描步骤中，所收集的强度信息被用于识别物体和/或其内容物中的构造异常和/或不均勻性。在优选的情况下，将出于这一目的对在第一扫描步骤中所收集的强度信息做出数值分析。本发明特别被应用到期望受测试的物体在通过扫描区域时应当显示出相对一致的响应的地方，例如是装有勻质材料的内容物的、有大体上恒定的壁厚的容器。当这样一个容器通过扫描区域时唯一预期的变化应当是随着形状的变化在通过的路径长度上逐步反映出的变化。对于大部分容器的路径来说，可期望信号是恒定的。信号衰减中突然的不连续性可能指示出容器或多个内容物中的异常结构，其中的任何一个可能导致受到怀疑。因此，对第一扫描步骤中所收集的强度信息的数值分析，其可方便地采用当物体移动通过扫描区域时对预定容限内的入射强度的衰减的变化进行监控的形式。这可能需要对其他的相关已知参量，比如由物体形状所引起的厚度/路径长度的改变，进行适当修正。 特别是，超过预定的容限的入射强度的衰减的变化中的突然的不连续性，以及特别是不对应于由物体形状所导致的厚度/路径长度的变化的入射强度衰减的变化中的突然的不连续性，因此将被解释为指示了物体和/或物体的内容物中构造的异常性和/或不均勻性。在利用了本发明的标准安全协议中，返回了这样的结果的物体将被列为可疑的物体，并且例如由扫描过程拒绝，并且进行进一步的调查。本发明特别包括对透射通过受测试的物体和内容物之后的辐射进行的收集和分析。本发明特别包括确定该辐射相对于初始入射强度的衰减。众所周知，通过材料的透射辐射的衰减是特殊的材料特性，其能够与源辐射的某些物理参数，比如入射强度、入射能量等等在特征上相联系并且在功能上相关联。这被特别地用于本发明的第二阶段。根据本发明的方法，至少包括了在随后的第二扫描步骤中所收集的强度信息的强度数据，其被相对于透射强度与入射强度相关的适当函数关系来进行数值分析，并且将结果与适当的数据库进行比较，该目的是提供对材料内容物的指示。例如，确定入射强度和透射强度之间的比率，并且通过使其拟合为关于适当的透射强度的衰减机制的适当分析关系来使用该比率，以确定与该强度衰减机制相关联的特征材料数据系数。在优选的情况下，确定是通过应用适当的关系，比如指数衰减定律(比尔-朗伯特定律)对质量衰减的系数进行推导。随后，这能够被关联到关于预期的目标或组成材料的等价系数数据库，以便获得关于被扫描的物体和内容物的可能成分的信息。在一个例子中，库可以包括打算筛选的不可取的、有危险的、或违禁的材料的数据库。与该数据库中任何项目的匹配将返回指示材料存在的结果。在利用了本发明的标准安全协议中，返回了这样的结果的物体将被列为可疑的物体，并且例如由扫描过程拒绝，并且进行进一步的调查。相反地，在没有任何这种匹配时，物体将被扫描过程列为是清白的。便利地，初始强度经由校正步骤来测量，在所述校正步骤中，系统在扫描区域中没有物体的情况下进行操作，并且关于在检测器系统上入射的辐射的强度信息被用于产生用于以上分析的入射强度数据集。可选地，以上所描述的与随后的第二扫描步骤相关的材料识别原理还可被用于执行对来自第一扫描步骤的透射强度信息的数值分析，至少执行对材料内容物的第一粗级指示。可选地，来自第一扫描步骤的透射强度信息可被进一步处理并且用于识别用于收集第二扫描步骤中的数据的最佳位置，例如静态计数率将被优化的位置。然而，第一扫描步骤的至少主要目的是识别物体中的异常结构和/或不均勻性，这通过以上所提出的更简单的分析来实现。本发明的具体工作模式包括将物体相对于来自源的辐射射束和检测器系统进行移动的初始步骤，使得辐射射束通过物体，并且沿着沿用于第一扫描的物体的截面的路径行进，所述第一扫描是例如对透射强度的线性扫描。透射的射束强度由检测器检测，并且来自检测器的表示入射到检测器上的辐射强度的信号被分析例如用于识别指示了不均勻性的任何意外的变化，和/或将其与表示感兴趣的适当材料的等效地由理论、经验或实验得出的信号的数据库进行比较，并且确定与感兴趣的样本最接近的匹配。因为在第一移动扫描期间的信号是由多个数据点组成，每个数据点都由相对少量的检测器计数组成，而这些检测器计数则因来自驱动物体的相对移动的电机中所存在的电磁干扰而失真，所以被检测的信号并不总是足以清洁地用于精确地识别物体中的材料内容物。然而，沿着通过物体的截面的扫描至少能够显示物体中的材料是否与沿着由辐射射束经过的截面路径上的材料相同。如果物体中的材料看起来与沿着所测试的截面的材料相同，那么在第一移动扫描完成之后，电机被用于将物体驱动至一被选定的位置，在该位置上辐射射束通过物体和内容物。该位置可从对第一扫描的结果的分析来选择，或者以其他方式来选择。随后电机被关闭以防止任何电磁干扰，并且辐射射束通过物体和内容物到达检测器，在该检测器上辐射射束被分析而没有来自电机的干扰，以便在静态的扫描周期给出更加精确的材料识别。检测器信号被分析以得出数值的材料特征，比如作为辐射能量的函数的质量衰减系数，并且相对于材料数据库进行比较以精确地识别存在的材料或材料组合，和/或排除在该库内所含的任何特殊材料的存在。一旦已从检测器收集到了数据，能够为电机恢复供电用于将物体移动至终点。可选择地，物体能够被移动至另一个静态扫描位置，并且将电机断电以允许记录其他数据。如果对第一移动扫描的分析显示出在物体中令人感兴趣的一些特征，例如在容器比如瓶子中存在具有不同内容物的区域，而该内容物本应在整个容器中一致时，则该容器可根据所应用的安全协议被进一步处理。瓶子可被拒绝进行物理分析。可选择地，感兴趣的特性可经历如上所述的静态扫描。在第一扫描完成之后，电机将驱动物体返回一位置，在该位置上辐射射束将通过该感兴趣的区域。电机随后被关闭以防止任何电磁干扰，并且辐射射束在单个或多个静态扫描周期在所选定的位置上通过物体和物体的内容物。如上所述， 透射的射束被检测并且检测器输出被分析。如果第一扫描显示出大量的不规则或感兴趣的区域用于进一步调查，则能够测试在第一扫描期间识别的单个物体中的其他感兴趣的位置。在第一扫描之后，物体内容物的结构特性能够被确定，以便为静态扫描限定位置。 对物体的材料内容物的近似识别也是有可能的，并且这种信息能够被用于选择具有能量选择性的吸收器和/或滤波器，该吸收器和/或滤波器能够视情况而定进入射束路径中以增强对某些材料和材料混合物的识别。被扫描的物体能够被定位用于依赖于应用在竖直或水平面上运动。对应筛查瓶子中的液体的安全或海关部门而言，设想瓶子将被安装在保持器中，并且被移动通过大体上为竖直的平面，因为水平地安装瓶子可能导致有威胁的材料的泄露。安装进行竖直的运动的物体比如瓶子，这将需要某种紧固件在扫描运动期间将物体保持在适当位置，因此物体优选地以和竖直方向成1°和80°之间的角度来安装，优选为以5°和45°之间的角度，并且更优选为以5°和30°之间的角度。许多物体，比如容器，并且例如装液体的瓶子或箱子，具有限定了贯穿厚度方向的规则形状，通过该厚度方向一般可以扫描这些物体。例如这样一个厚度可以通过物体的平行侧面来限定，或者通过物体表面上在直径方向上相对的点来限定。辐射射束能够被布置使得其垂直于该物体的表面入射。也就是说，辐射垂直于物体表面并且在该厚度方向上通过物体。如果辐射射束被布置以和垂直不同的角度通过物体，那么射束通过物体内容物的厚度增加时，能够提高射束的吸收，并由此改善对物体内容物的分析。例如，辐射射束优选地被布置成以和表面法线成1°和80°之间的角度通过物体，所述角度优选在5°和45° 之间，并且更加优选在5°和30°之间，如果物体如上文所述以在1°和80°之间的角度， 优选在5°和45°之间的角度，并且更加优选在5°和30°之间的角度来安装，那么使用一般水平的辐射射束布置将导致所需的在通过物体内容物的射束路径长度上的增加。物体在移动扫描期间的移动，并且特别是在应用物体保持器时的移动，是通过适当的传送装置来实现的，该传送装置特别适合通过由源与检测器所限定的扫描区域的线性移动。为简便起见，物体保持器或其他传送装置的移动可由电动的旋转电机装置来实现，所述电动的旋转电机装置由适当的齿轮装置/传输器来连接，以便将电机的旋转运动转化成待扫描的物体的线性运动。这种转化能够通过在电机轴上的滑轮和在滑动轴上的滑轮或其他适当装置之间的皮带或链条联动来实现，其将在滑轮处的旋转动作转变成物体保持器的线性运动，并且允许物体保持器依赖于电机的旋转方向在任一方向上移动。可选择地，电机能够被布置成仅在一个方向上旋转，并且线性滑动轴的方向的改变能够是由于将例如位于电机和滑动轴之间的齿轮箱的设定从一个方向改变到另一方向的结果。
辐射源优选地包括产生高能量辐射比如电离辐射的源，所述电离辐射例如高能量的电磁辐射比如X射线和/或伽马射线，并且检测系统被相应地适配于检测在该光谱中的辐射。辐射源例如是宽带源，比如宽带的X射线或伽马射线的源，其能够产生在宽能量范围上的宽光谱发射。本发明的方法优选地包括，至少关于在第二静态扫描步骤中对强度信息的收集， 并且还有选择地关于在第一移动扫描步骤中对强度信息的收集，在跨源的光谱中的至少一部分，并且优选为跨源的光谱中的大部分的多个有区别的能带上解析要被检测的强度信息的其他步骤。强度信息被解析到多个有区别的能带中，在某种意义上说，其被同时划分到跨源的光谱的多个分离的能带中。有利地，该步骤先于相对于透射强度与入射强度相关的适当函数关系来分析入射强度数据的步骤来执行，从而允许该分析在光谱解析的数据上执行。检测器系统优选地能够检测和收集关于入射辐射的可光谱解析的信息，在某种意义上其适于将入射辐射同时分到跨源的光谱的多个分离的能带中。检测器系统优选地显示出跨源的光谱至少一部分的、光谱可变化的响应，这允许将入射辐射同时分到多个能带中， 并因此允许在跨源的光谱的多个有区别的能带上重新得到光谱信息并且检测强度信息。关于静态扫描的材料分析步骤而言，这是特别需要的。已知由光电吸收和其他相互作用所造成的透射辐射的衰减是一种典型的材料特性，其能够在特性上随着能量来改变。利用光谱方法解析强度信息使得这能够在数值分析步骤中被利用，对此，入射强度数据相对于将透射强度关联到入射强度的适当函数关系来进行处理，以便获得典型的材料特性数据项，比如质量衰减系数。这改进了对数据库的匹配的识别力。对于每个“扫描事件”(也就是说，对于经由给定的辐射路径入射的强度的测量，例如通过在给定位置上的物体和内容物的辐射强度的测量)，收集“强度数据集”以表示跨源能量谱中至少一部分的、在检测器系统上入射的、被收集的强度。优选地，根据本发明的方法，每个这样的强度数据集在至少两个、并且更加优选在至少三个跨源的光谱的分离的能带上解析。强度数据集由此构成了与频率/能量有关的强度信息的数据集，所述频率/能量可划分到这样的多个带中，以便产生相应的多个透射的强度数据测量结果，其与给定的扫描事件有关，并因此与通过受测试的物体和内容物的给定的透射路径有关。在一个可能的实施方式中，可使用单个广谱源。在该实施方式中，本发明的方法可涉及使用广谱检测器或检测器阵列和/或单个窄谱检测器以便单色地 (monochromatically)检测入射辐射。可选择地，入射辐射可使用入射到检测器或检测器阵列和/或具有窄带响应的多个检测器阵列上的单个广谱源被光谱解析，所述检测器或检测器阵列适于使用检测器的固有特性来跨源的光谱解析信息。在优选的情况下，入射辐射在跨源光谱内的至少三个，更优选为跨源光谱内的至少五个能带被光谱地解析。这能够产生比单色光数据容许更强的操作的数据。因此，在该优选情况下，检测器系统适于生成关于入射辐射并且特别是关于透射辐射的光谱信息，至少在该光谱信息在至少三个能带并且优选为在至少五个能带上解析的程度。优选地，检测器显示出跨辐射源的光谱中至少一实质部分的、光谱可变的响应，以允许获取详细的光谱信息。相类似地，源可以是单个广谱源，跨该广谱源可以识别多个带宽或单个能量。可选择地或额外地，可以提供具有窄带宽或者在一个或多个离散的能量上产生入射辐射的源，以便提供一些能量用于根据本发明的方法进行比较。在这种情况下，辐射源是多个源，其包括在不同能量上的源的组合以提供必需的全频谱扩展，以便允许通过检测器跨多个能量/ 能带进行解析。例如，多个源包括具有相对较低的能量谱的χ射线源，例如在60keV以下操作及例如在IOkeV到50keV操作的χ射线源，以及一个或多个放射性同位素源，该放射性同位素源产生具有较高能量例如在IOOkeV以上的能量的辐射。优选地，源能够产生具有足够广的光谱的辐射，以使得能够执行针对本发明的性能所必需的光谱分辨率。优选地，源产生跨20keV至IMeV范围中的至少一部分或多个部分的辐射，并且更优选地是跨20keV至160keV范围中的至少一部分例如是主要部分的辐射。 例如，源产生了范围在在给定范围内的至少20keV的至少一个带宽的辐射。例如，光谱是这样的以至于在该范围内能够解析至少三个IOkeV的谱带。优选的是，使得检测器系统能够以可通过数据处理装置进行光谱解析的方式来检测辐射。优选地，检测器系统、或构成多元件系统的一些或所有分立的检测器元件，可被适配以产生光谱分辨率，原因在于其具有直接的光谱响应。特别地，系统或元件由一种材料制成，该材料被选择以固有地将对源光谱的不同部分的直接可变的电响应例如是光电响应显示为直接的材料特性。例如，检测器系统或元件包括半导体材料或优选地形成为块状晶体的材料，并且所述块状晶体例如是块状的单晶体(其中，在本文中的块状晶体指厚度为至少500 μ m,并且优选为至少Imm的晶体)。构成半导体的材料优选地从碲化镉、碲锌镉 (CZT)、碲化锰镉(CMT)、锗、溴化镧、溴化钍中选出。在这点上，第II-VI族半导体，特别是那些被列出的半导体，是特别优选的。构成半导体的材料优选地从碲化镉、碲锌镉(CZT)、碲化锰镉(CMT)及其合金中选择，例如包括了结晶体Cd1-(Mb)MnaZnbTe,其中a和b小于1，并且a 和/或b可以是零。这些材料和其他任何这种材料的组合可被认为其给出了光谱检测，而不仅仅是检测了在与物体和内容物发生相互作用之后的辐射的幅值。优选地，特殊几何形状的射束，比如笔形的射束几何形状，或者扇形或帘形，用于垂直于物体的移动方向进行对准。在一个优选的实施方式中，可结合简单的单个像素检测器或线性阵列检测器来提供简单的笔形射束。可选择地，例如结合一个或多个线性的检测器，射束可被准直以具有在至少一个维度上的扩展。如果使用了笔形的射束几何形状，则检测器仅需要一个像素。用于笔形射束的线性阵列或者面阵列，能够提供检测诸如散射辐射的额外信息的能力。如果使用扇形的射束几何形状，则线性的检测器优选地被布置成与物体的移动方向垂直，并且在射束的区域内。便利地，线性检测器可以包括多个单独的检测器元件的线性阵列。辐射源被适配成发射这样的射束。优选地，准直器被提供在源和受测试的物体之间，例如在源的附近提供准直器，以便产生来自源的、有适当几何形状的发射射束。特别地， 源射束被准直以产生笔形射束。额外地或可选择地，射束可在与受测试的物体和内容物发生相互作用之后，例如在检测器的附近被准直，以便允许透射的辐射传输到检测器，但是例如限制任何散射辐射到达检测器。在其最简单的情况下，本发明可简单地包括用于在单个或多个光谱带从强度数据中提取在传输路径上的材料成分的指示的方法，这例如是通过计算关于在传输路径上的物体的质量衰减系数，并且进行适当的库比较来实现。其不需要生成图像。然而，不排除本发明可以形成扫描成像系统的一部分。根据该可能的实施方式，关于在检测器上入射的、或者在另一个成像检测器上入射的辐射的信息的数据集，特别是在第一移动扫描期间所收集的信息被用于生成在扫描区域中的物体的图像。优选地，所述方法包括收集关于与扫描区域中的物体发生相互作用之后透射的辐射的强度数据及关于透射的辐射的强度数据如上所述在检测器被数值处理，并且产生一个或多个图像，并且例如当物体移动通过扫描区域时的连续成像。为了清楚起见，应当理解的是，本文中使用的参考图像生成是参考信息数据集的创建，例如是以被适当存储并可控制的数据文件的形式，从该数据文件能够产生受调查的物体的基础结构的可视化表示，并且对显示该图像的参考是对例如在适当的显示装置上展现出从该数据集生成的可直观地访问的形式的图像的参考。本发明的方法还便利地提供了显示这种生成的图像的额外步骤，并且在有多个图像的情况下可涉及同时地或连续地显示这种图像。每个所收集的图像可以跨多个带进行光谱解析，每个都旨在生成跨整个光谱的一部分的图像，这使得这些带一起允许生成在能量上有区别的合成图像或者一系列图像。现在将仅参考附图通过举例说明的方式来对本发明进行描述，其中

图1是本发明的装置的示意图；图2是实现包括了图1中的装置的本发明的可能的装置的总体示意图；图3示出了典型的辐射源频谱，并且示出了其如何连同成像操作一起进行分隔以实现本发明。在图1中示出的本发明的装置中，显示了实现本发明的可能的装置的实施方式， 其包括使用X射线辐射对瓶子和类似物体中的液体进行扫描的瓶子扫描器。瓶子扫描器10配有线性滑动轴11以移动瓶子保持器12，该瓶子保持器12固定地连接到线性滑动轴11用于随着其移动。线性滑动轴11能够在两个方向上移动瓶子保持器 12。瓶子保持器12包括背部构件13，依靠该背部构件瓶子16得以受到支撑；以及， 底部构件14，瓶子16位于该底部构件的顶面15上。借助于保持器和以角度α倾斜的线性滑动轴，瓶子16依靠并装在瓶子保持器12内，并且套装入瓶子保持器12中。在例子中，角度α可以是与竖直方向成15°的角。对于瓶子而言，在5°和30°之间的角度可能是适当的。其他形状的物体或容器可以按不同的最佳角度来进行保持。瓶子保持器的背部构件13优选地配有开口(未显示)以允许用于使χ射线束从瓶子通过到达检测器的无障碍的路径。在背部构件13中的开口可能是槽型的孔径，其从背部构件的顶部延伸到底部。该槽型孔径能够是一窄槽，其提供了某些射束的准直，其宽得足以允许射束无碍通过，但又窄得限制了任何散射辐射到达检测器22。在传输侧上能够提供额外的或其他可选择的射束准直。瓶子保持器12和瓶子16沿着线性滑动轴11的移动是由电动步进电机23的旋转所引起的。该电机导致滑轮M旋转，该滑轮驱动皮带25，该皮带25则接下来驱动滑轮沈的旋转。滑轮26的旋转运动被转换成适当的驱动装置，比如线性滑动轴11中的螺杆驱动装置(未显示)的旋转，其产生了瓶子保持器12的线性移动。能够使用其他类型的电机， 比如电动伺服电机。该电机能够在任一方向上旋转，并且通过控制电机的旋转方向能够确定瓶子保持器12和瓶子16的运动方向。当瓶子沿着线性滑动轴的方向移动时，导致其通过χ射线束19。入射射束19由源 18生成，该源18优选为钨的源，使得其具有存在于射束中的广能量谱。χ射线束19被水平地对齐。因为瓶子以和竖直方向成α的角度倾斜，则射束不会与瓶子的表面垂直地穿过该瓶子。当射束通过瓶子和其内容物时，这种优选的布置给出了针对射束的吸收率增大的路径。入射射束19通过瓶子16和瓶子的内容物17，其中，在透射射束20脱离瓶子并且由检测器22检测之前沿着射束的路径21发生吸收和散射。χ射线束优选地通过配有孔径43并且位置靠近源18的主准直器41进行准直，并且优选为具有一维几何形状的笔形射束。在透射的χ射线束20到达检测器22之前，其优选地通过在次级准直器42中适当的孔径44进行准直。检测器22优选为对准被准直的χ射线束的单个像素。检测器生成了表示与来自透射的X射线束20的光子相互作用的强度和能量的信号。这些信号随后如下面在图2中所详细描述的进行处理。在该实施方式中，检测器包括能够具有入射的χ射线的光谱分辨率的材料，并且在特定的例子中包括碲化镉(CdTe)，然而应当认识到能够使用可选择的材料。通过使用额外的检测器检测那些在向前和/或向后的方向上散射的X射线束部分，能够提供额外的分析能力。透射射束20和前向散射的χ射线束能够通过使用线性阵列或面阵列来检测。在图2的总体示意图中，为了简洁仅显示了单个的射线路径。χ射线源18与横向间隔的检测器装置组件22 —起限定了在它们之间的扫描区域Ζ。在使用时，待扫描的瓶子或其他物体16被放入到χ射线束的路径上，这通过放置在保持器比如图1所示的瓶子保持器中，并且通过比如图1中所描述的机构在方向X上移动通过扫描区域来完成，从而使得χ 射线束沿着瓶子16的轴通过该瓶子。在被示出的例子中，瓶子16位于扫描区域Z中。示出了来自χ射线源的入射射束 19。在该简单的示意图中，入射射束通过线19来表示。透射的射束20入射到单个检测器 22上。检测器22与处理器32进行数据通信。检测器中材料的本征光谱分辨率允许处理器32通过参考在数据寄存器33中所存储的能带边界，根据本发明的原理在多个预设的频带/能带上微分地解析图像。在示例实施方式中，使用了钨χ射线源。在图3中示出了可由钨生成的典型光谱的初始强度与波长的图。图3的主要目的是示出两种可能的方法，其中频谱可根据可能的实施方式来进行解析。在每个情况下，该频谱被示出为在五个频带上被解析。该示意图示出两种可以解析频谱的方法。在图3a中，生成的频谱的大部分在五个相对宽的能带bl至1^5之间被划分。在图北中，五个相对窄的带，其可能甚至近似单独的能量，被限定为Cl至c5。任一备选方案都不与本发明的原理相矛盾，并且任何组合能够被用于生成有用的结果，这些结果要么用于本发明的数值分析，要么在优选的实施方式中用于利用光谱方法解析成像，以给出关于被调查的物体和内容物的进一步的信息。在示例实施方式中，该数据被用于表征和识别受调查的瓶子16中的材料内容物。 在示例实施方式中，该数据被数值地分析。处理器32进一步与一系列被识别的频带相关地产生动作，例如那些在图3a或北中的频带，并且在这个函数中使用该数据来生成表示在每个频带中的透射强度的量化值，例如该透射强度的平均值，该量化值随后被传递到强度数据项寄存器34用于进行存储。计算装置35评估在沿着瓶子的线性扫描的点的数据，并且尝试使该数据符合根据本发明的方法的关系。例如，在可能的方法学中，执行第一移动扫描，其中在扫描期间Itl 值被视为常数，并且异常通过在透射强度I中的异常趋势数据来识别。因此，该方法需要用于源的在测试光谱上的Itl参考数据集，该数据集通过在进行扫描之前在没有物体时操作系统在校正步骤中方便地生成。通过对趋势数据的简单分析，移动扫描被用于识别表示内容物的可疑结构或者非同质性的异常。其可被可选择地用于识别关于第二静态扫描的目标位置，在该目标位置上以材料的识别为目的执行更加全面的分析。在执行第二静态扫描时，物体由扫描系统移动至固定位置。电机随后被关闭以防止任何电磁干扰，并且辐射射束通过物体和内容物到达检测器，辐射射束在该检测器上被分析而没有来自电机的干扰，以便在静态扫描周期中给出更加精确的材料识别。检测器信号被分析以获取数值的材料特征比如作为辐射能量的函数的质量衰减系数，并且与材料数据库进行比较以便精确地识别存在的材料或材料组合，和/或排除任何特殊材料的存在。例如，至少计算在每个带上的衰减(IAtl)。在可能的进一步方法中，计算工具还评估在连续的强度数据项之间的比率(例如，收集与能带cl至c5相关的Il至15的数据项， 计算工具评估商11/12、12/13、13/14、14/15)。这种商的计算在原理上能够移除不会随着入射的辐射能量发生改变的考虑变量，比如密度和厚度，并因此能够提供与能量函数相关的数值指标，并因此指示主要的依赖能量的变量、质量衰减系数，这通过使其适合于如上所描述的关系来实现。一个从中能够推导出适当的材料系数的关系的例子是用于通过材料的X射线的透射的指示衰减定律，如下所示Ι/Ιο = θχρ[-(μ / P ) P t] (1)μ/ρ =质量衰减系数。其为表征材料中加权的元素成分的材料常数I =最终强度Io =初始强度P =材料的密度t =材料的厚度该关系可被用于产生以已知方式来表示受测试的材料的适当数据，例如在本申请人之前公开的W02009/0M818中所描述的方式。
因此，例如，跨多个能带解析的强度数据测量结果经过在以上等式中所阐明的比尔-朗伯特定律来分析，以便推导产生这样的强度图案所必需的质量衰减系数。比较器36将通过瓶子的深度所产生的数据与数据库37进行比较。该数据库可包括预先存储的类似数据，或者至少在数值上可比较的性质，其关于或依赖于一定范围的材料的质量衰减常数，特别是特定的目标材料的质量衰减常数。数据库37可以是手动地或自动地寻址的库。数据可被预先加载或参考，或者可以随着时间的推移通过装置使用已知材料进行操作来生成或添加。在示例情况下，数据库可包括预先存储的分析数据，其关于在一定范围的已知材料的质量衰减系数，所述已知材料例如是需要筛查其存在的有威胁的材料或违禁的材料。借助于这种比较，可以得出关于在透射路径中的可能的材料内容物的干扰。例如， 一定范围的预先确定的材料，例如有威胁的或违禁的材料的存在可通过排除过程进行筛查以产生结果。该结果可以被显示在显示装置38上，或者该显示内容能够被优选地延迟直到扫描周期完成为止，如下面所描述的。为了执行瓶子扫描测试以对瓶子的内容物进行分析，待调查的瓶子被加载到瓶子保持器中，并且测试周期开始。通过滑轮和线性滑动轴组件，电机控制将瓶子移动到能够开始进行扫描的位置上。X射线束启动，并且对入射射束Itl作出测量，在这之后，瓶子被向下移动，使得当线性扫描沿瓶子的轴线向下时，射束通过所要求的位置，例如在X射线束通过的内容物的厚度最大的位置上。被检测的透射射束生成电信号，所述电信号在射束能量谱上进行强度分析，以便根据图2中所概述的方法来识别瓶子中的材料内容物。由于来自步进电机的噪声使检测器信号发生失真，则使用运行的电机的第一线性扫描能够仅仅被用于验证通过瓶子的深度的成分的一致性。为了实现运行中的设备所需的吞吐率，沿着线性扫描的每个点仅能够由检测器收集到有限数量的计数(近似100)，从而限制了能够实现的材料识别精度，然而如果扫描速率被放缓以允许检测器捕获更多计数或者如果能够实现更高的计数速率，瓶子内容物的近似识别是有可能的。为了精确地识别瓶子内容物，电机控制器操纵瓶子至一位置，在该位置射束将通过由比较器所选定的点，并且执行该点的静态扫描或者多个点的静态扫描。优选地在静态扫描之间做出对Itl的进一步测量，以便优化用于识别瓶子的材料内容物的Ι/Ιο的计算精度。在第一线性扫描期间对瓶子内容物的近似分析能够识别包括内容物的材料的类别。因为通过使用吸收器和滤波器来调节射束，一些材料被更容易地表征，所以在执行将电机关闭的详细的第二静态扫描之前，可能选取有助于进行材料识别的任何优选的射束调节吸收器和/或滤波器并使其进入射束路径。静态扫描能够在一个被选择的点上执行，或者可选择地，能够为静态扫描选择一系列的点，并且获取和分析一系列的数据记录以识别或验证材料特征。如果例如瓶子的内容物看起来具有分层的成分，或者看起来有多个具有不同成分的区域时，能够执行一系列的静态扫描。静态扫描位置能够通过与比较器相关的自动系统来确定，或者能够通过监控测试的操作员来确定。一个用于静态扫描的位置可以被选定在液体水平面以上的瓶颈处，以便取得关于瓶子材料的X射线束的背景吸收率。
权利要求
1.一种扫描物体以获得关于材料内容物的信息的方法，包括步骤a)提供彼此间隔的辐射源和辐射检测器系统，以便限定在所述辐射源和所述辐射检测器系统之间的扫描区域；b)在第一扫描步骤中i)使物体相对于所述源和检测器系统移动，并且在所述物体通过所述扫描区域时， 在辐射与所述物体发生相互作用之后收集关于在所述检测器系统处入射的辐射的强度信息； )当所述物体移动通过所述扫描区域时监控入射强度的变化；iii)使用这种强度变化来识别所述物体中的异常结构和/或不均勻性；c)在随后的第二扫描步骤中i)将所述物体定位在所述扫描区域中的固定位置上，并且在所述物体被保持在所述扫描区域中的固定位置上时，在辐射与所述物体相互作用之后收集关于在所述检测器系统处入射的辐射的强度信息； )相对于将透射强度关联到入射强度的适当函数关系来分析入射强度数据；iii)将所述分析的结果与适当的数据库进行比较，以提供对材料内容物的指示。
2.如权利要求1所述的方法，其中在所述第一移动扫描期间的识别包括监控当所述物体移动通过所述扫描区域时在预定容限内的入射强度的衰减变化，以及如果所述变化超过这种预定的容限，则识别异常的结构和/或不均勻性。
3.如权利要求2所述的方法，其中在所述第一移动扫描期间的识别包括a)确定不对应于由物体的形状所引起的厚度/路径长度的变化的、入射强度的衰减变化中的不连续性，b)将这种不连续性解释为指示了所述物体和/或所述物体的内容物中的构造的异常性和/或不均勻性的结果。
4.如前述任一项权利要求所述的方法，其中，将至少包括了在所述第二扫描步骤中所收集的强度信息的所收集的强度数据相对于将透射强度关联到入射强度的适当函数关系进行数值分析，并且将结果与适当的数据库进行比较以提供材料内容物的指示。
5.如权利要求4所述的方法，其中在所述第一扫描步骤中所收集的强度信息也相对于将透射强度关联到入射强度的适当函数关系进行分析，并且将结果与适当的数据库进行比较以提供材料内容物的初步指示。
6.如权利要求4或5所述的方法，其中确定入射强度与所收集的强度的比率，并且将该比率拟合为关于透射强度衰减机制的适当的分析关系，以便确定与所述强度衰减机制相关联的特征材料数据系数。
7.如权利要求6所述的方法，其中所述比率被用于确定质量衰减系数。
8.如权利要求7所述的方法，其中所述分析关系是指数衰减定律，并且所述强度衰减机制是光电吸收。
9.如前述任一项权利要求所述的方法，其中所述第一扫描步骤包括将物体相对于来自所述源的辐射射束和所述检测器系统进行移动，使得所述射束通过所述物体和内容物， 并且沿着沿所述物体的截面的路径行进，以进行第一扫描，所述第一扫描是对透射的强度的线性扫描。
10.如前述任一项权利要求所述的方法，其中所述第一扫描步骤包括将所述物体相对于来自所述源的辐射射束和所述检测器系统放置到一选定的位置上，使得所述辐射射束通过所述物体和内容物，以进行第二扫描，所述第二扫描是对透射的强度的点扫描。
11.如前述任一项权利要求所述的方法，其中执行一校正步骤，在该校正步骤中，所述系统在所述扫描区域中没有物体时进行操作，并且关于在所述检测器系统处入射的辐射的强度信息被用于产生入射强度数据集，并且该入射强度数据集被用作参考数据集以确定在所述第一扫描步骤和/或第二扫描步骤中的透射强度的衰减。
12.如前述任一项权利要求所述的方法，其中，所述物体是所含材料的容器，并且所含材料具有单一的、总体上均勻的成分。
13.如权利要求12所述的方法，其中所述容器以和竖直方向成1°和80°之间的角度被安装到保持器中。
14.如权利要求13所述的方法，其中所述容器以和竖直方向成5°和30°之间的角度被安装到保持器中。
15.如前述任一项权利要求所述的方法，其中所述辐射射束被布置成以不同于垂直所述物体表面的角度通过所述物体。
16.如权利要求15所述的方法，其中所述辐射射束被布置成以和所述表面的法线成 5°和30°之间的角度通过所述物体。
17.如前述任一项权利要求所述的方法，其中所述辐射源包括用于产生高能量的电离辐射的源。
18.如前述任一项权利要求所述的方法，其中所述源的射束被准直以产生笔形射束。
19.如前述任一项权利要求所述的方法，其中所述辐射射束在与受测试的所述物体发生相互作用之后被准直，以便允许透射的辐射传输到所述检测器，但是限制任何散射辐射到达所述检测器。
20.如前述任一项权利要求所述的方法，其中至少相关于所述第二扫描步骤(c)，所述方法包括在跨所述源的光谱的至少一部分的多个有区别的能带上解析待检测的强度信息的额外步骤。
21.如前述任一项权利要求所述的方法，其中所述检测器系统显示出跨所述源的光谱的至少一部分的光谱可变的响应，并且所述方法包括获取在跨所述源的光谱的多个有区别的能带上进行光谱解析的强度信息。
22.如权利要求21所述的方法，其中所述检测器包括由半导体材料或者所选择的材料制成的检测器元件，所述所选择的材料固有地将对源辐射的直接可变的光电响应表现为直接的材料特性。
23.如权利要求22所述的方法，其中所述检测器包括半导体材料或者形成为块状晶体的材料，包括第II-VI族的半导体材料。
24.—种如权利要求22或23中的一项所述的方法，其中所述检测器包括从碲化镉、碲锌镉(CZT)、碲化锰镉(CMT)及其合金中选择的半导体材料。
25.如前述任一项权利要求所述的方法，其中能量选择性的吸收器和/或滤波器在执行所述第二静态扫描之前被引入到入射射束的路径中。
26.如前述任一项权利要求所述的方法，其中在所述检测器处收集的强度信息还被用于生成在所述扫描区域中的物体和内容物的图像。
27.如权利要求25所述的方法，其中在所述检测器处收集的信息被跨所述源的光谱内的多个带进行光谱解析，并且它们被分配以生成一系列的或合成的能量上有区别的图像。
28.如权利要求沈或27所述的方法，包括显示所生成的图像的额外步骤。
全文摘要
一种扫描物体以获得关于材料内容物的信息的两步法，该方法包括的步骤有提供彼此间隔的辐射源和辐射检测器系统，以便限定在其间的扫描区域。在第一扫描步骤中，物体相对于源和检测器系统移动，并且在辐射通过扫描区域与物体发生相互作用之后，收集关于在检测器系统处入射的辐射的强度信息，当物体移动通过扫描区域时，强度的变化被用于识别物体中的异常的结构和/或不同类性。在随后的第二扫描步骤中，物体被定位在扫描区域中的固定位置上，并且收集强度信息，所述强度信息被收集并相对于将透射强度关联到入射强度的适当函数关系进行分析，以及将结果与适当的数据库进行比较以提供对材料内容物的指示。
文档编号G01N23/10GK102301226SQ201080005651
公开日2011年12月28日 申请日期2010年1月21日 优先权日2009年1月27日
发明者伊恩·拉德利, 大卫·爱德华·乔伊斯, 马丁·西尼尔 申请人:克罗梅克有限公司