[发明专利]使用双能量扫描信息的爆炸材料检测装置和方法

说明书

本发明涉及爆炸材料的检测方法和系统，具体地讲，涉及通过分析X射线透射率和散射率以确定材料的一个或多个物理特性从而检测爆炸材料的方法和系统。

现已知有各种X射线行李扫描系统用于在将行李或箱包装入商用飞机之前检测行李中是否有炸药和其他禁止物品。一种测量材料密度的普通技术是将材料暴露在X射线中并测量材料吸收的射线量，吸收率可以表示密度。由于许多爆炸材料的特征可能是它们的密度范围与行李中通常所装的其他物品不同，因此炸药基本上适合于利用X射线设备检测。

目前使用的大多数X射线行李扫描系统是“行扫描器”型的并包括一个静止X射线源、一个静止线性检测器阵列和一条输送带，输送带用于在射线源与检测器阵列之间输送行李以使行李移过扫描器。X射线源产生X射线束，该射线束穿过行李并被行李衰减一部分，之后再被检测器阵列吸收。在每个测量间隔中，检测器阵列将产生代表X射线所穿过行李的平面密度积分的数据，该数据用于形成一个二维图像的光栅线。随着输送带将行李输送通过静止射线源和检测器阵列，扫描器将产生一个由静止检测器阵列观察到的代表行李密度的二维图像。密度图像通常被显示出来，以便被人工操作者分析。

现已知道可以利用双能量X射线源技术在密度测量之外提供有关材料特性的附加信息。利用双能量X射线源技术涉及在X射线的两种不同能级下测量材料的X射线吸收性能。根据扫描器的标度，双能量测量可以提供被扫描材料的双参数指标；例如在一种标度设置下，双参数可以选择为材料的原子序数和材料的密度。在另一种标度设置下，双参数可以选择为材料的光电系数和材料的康普顿系数。在另一种标度设置下，双参数可以选择为第一种材料(例如钢)的含量和第二种材料(例如铝)的含量。用在计算机层析X射线摄影(以下称作CT)图像的能量选择式重现中的双能量X射线技术描述于以下文献中，例如Robert E.Alvarez和Albert Macovski的“Energy-selective Reconstruction inX-ray Computerized Tomography(计算机化层析X射线摄影的能量选择式重现)”，Phys.Med.Biol.1976，第21卷第5期p733-744；以及美国专利No.4,029,963和5,132,998。一种用于从双能量X射线投影数据产生这种双参数的算法被称作Alvarez/Macovski算法(以下称作AMA)。

这种双能量技术的一种建议用途与用于检测行李中是否有炸药的行李扫描器有关。爆炸材料的特征通常是具有已知范围的原子序数，因此适合利用这种双能量X射线源检测。一种这样的双能量源描述于序列号为08/671,202、标题为“Improved Dual EnergyPower Supply(改进的双能量动力源)”(代理人案号No.ANA-094)的未决美国专利申请中，该专利已转让给本发明的同一受让人并整体结合在此作为参考。

塑性炸药对行李扫描系统提出了特别挑战，这是因为塑性炸药具有可模塑性，因而可以成形为难以检测出来的形状。大多数炸药的能够对飞机造成显著伤害的重量为至少一磅，因此具有足够大的长度、宽度和高度，因此不论炸药在行李中的方位如何均容易被X射线扫描系统检测出来。然而，足以伤害飞机的塑性炸药粉末可以成形为相对较薄的板材，这种片材在一维上的尺寸极小而在另两维上的尺寸相对较大。由于难以在图像中识别这种爆炸材料，特别是在材料的安置使得薄板在通过系统时平行于X射线束方向的情况下，因此塑性炸药的检测可能很困难。

因此，检测可疑行李需要有非常专心的操作者。这种专心方面的要求可能导致操作者疲劳，而这种疲劳以及任何分心均可能导致可疑行李通过系统而未被检测出来。

所以，为设计更好的行李扫描器已经付出了大量的努力。作为示例，这种设计描述于美国专利No.4,759,047(Donges等)、4,884,289(Glockmann等)、5,132,988(Tsutsui等)、5,182,764(Peschmann等)、5,247,561(Kotowski)、5,319,547(Krug等)、5,367,552(Peschmann等)、5,490,218(Krug等)和德国公开专利文献DE3150306A1(Heimann GmbH)中。