[发明专利]用于货物和运输容器的计算机断层扫描系统

说明书

相关申请的交叉引用

本公开要求于2014年5月6日提交的美国临时专利申请第61/989,503号的优先权，其整体内容通过引用合并于此。

政府许可权利

本发明是在美国国土安全部，采购业务办公室，S&T采购部门资助的合同号HSHQDC-11-C-00011下通过政府支持而进行的。美国政府在本发明中具有某些权利。

背景技术

在海关和安全应用中通常使用X射线成像系统进行包括包裹、行李、邮件、货盘、容器、物料和诸如机械或交通工具的离散物体的货物的筛选和检查。在处置捆扎货物或者将物料捣实到托盘上或大的容器中的情况下，常常有利的是，使用X射线成像系统来检查或筛选货盘和容器，而不需要将这些结构拆分成组成元件。相似地，常常有利的是，在海关、安全或非破坏性测试应用中，筛选大的离散物体、物体的群组或者大块物料，而不拆分或分解。典型地，对于货物或其他物品以及货盘或相似尺寸的物料，使用180kV至450kV的范围中的X射线生成器的X射线成像系统用于以单视图形式或者越来越多地以双视图形式获取投影线扫描X射线图像。这种成像系统可以以双能量成像能力操作，并且提供关于被成像物料的有效原子序数和密度或厚度的某种有限信息。然而，当前的商用技术固有地受限于物体和物料的区分，因为所提供的投影图像信息得自沿着X射线源和各个检测器之间的穿过物体的视线路径的多色频X射线波束与所有物料的交互。因此得到的X射线投影图像具有有限的效用，因为图像的给定区域中的多个物体或特征并不是相对于深度而被单独地解析，而是彼此覆盖并且形成图像集群。近来使用双视图X射线线扫描系统的趋势部分地减轻了该集群限制，其提供了额外的近正交视图。然而，对于许多货物、物体或物料，所关注的内容物、组分或成分不太可能在这两个视图中的一个视图中被充分隔离，以备视觉识别或者有效地支持使用自动化系统的检测或分析，所述自动化系统被设计成标记威胁、武器、违禁品或其他特性。相似地，对于被设计成从双视图协同地充分利用独立信息的视觉方法和使用图像的分析方法二者，非常难于适当地识别、检测和分析目标物体和特性。对于视觉检查系统和自动化检测或分析系统二者，典型地在用于大部分应用的适当的性能水平，不能使用单视图或双视图X射线线扫描系统来实现高的检测或区分概率以及低的误警报率。

对于诸如航空手提行李安全的一些筛选和检查应用，操作系统的现有技术状态已进展到使用计算机断层扫描系统来提供高解析度三维体积信息并且极大地克服了以上提及的限制。典型地，采用了使用安装X射线源和一个或更多个检测器阵列的旋转托台的螺旋扫描CT系统。通常多个检测器行形成典型地约60度的检测器弧上的部分环。在大部分高级系统中要检查的袋子或物品在传送器上线性通过旋转托台上的孔隙，并且可以以每小时几百个袋子的高检测和低误警报性能进行筛选。然而，该技术不易于缩放成捆扎货物或容器货物的尺寸。提供以充足角速度旋转的适当的托台孔隙和安装高电压和高功率X射线生成器系统所需的机械设计是成本高昂的。

相似地，使用在与传送器行进方向基本上正交的平面中置于检查隧道周围的可切换X射线源的阵列的各种形式的用于手提行李检查和安全的固定CT系统的开发已取得相当大的进展。检测器阵列可以散布在同一图像平面中或者刚好在平面外，并且通过X射线源之间的快速切换和预定检测器元件的读出来完成适用于CT重建的数据获取。然而，这些系统配置也不易于缩放成捆扎货物的特性，因为对于大型筛选系统而言主要成本驱动器是X射线生成器子组件。高电压、高功率和可切换X射线源的阵列不是商用的，并且如果进行开发，对于这些应用而言很可能是成本高昂的。

在当前的安全和海关X射线筛选中，成像、视觉化信息、检测和分析能力被绑定到所使用的系统类型。例如，对于捆扎货物，广泛部署的技术的当前状态允许操作员至多以典型地一个或两个观看视角来观看投影的透射图像，具有与上文讨论的X射线透射技术相关联的成像和分析限制。对于手提和随身行李，如上文所述，更精密的成像技术是可用的，其提供3D体积CT成像，其中可以通过各种手段，包括以渲染表面形式、切片形式、易于通过绕任意轴旋转来操纵并且使用许多其他工具来显示和视觉化，来观看成像信息。这样的系统提供的体积3D数据还支持有效的自动化图像分析方法，其可以突出显示威胁、目标物体和其他特性。然而，为手提和随身行李提供的CT技术没有被广泛采用用于大的和捆扎的货物，主要是因为具有适当的操作特性和性能的提供这种信息所需的物理传感器系统不能以充分成本有效的方式获得。