УСТРОЙСТВО И СПОСОБ НАСТРОЙКИ СИСТЕМЫ РАСПОЗНАВАНИЯ ВЕЩЕСТВ В РЕАЛЬНОМ ВРЕМЕНИ

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к области радиационного формирования изображений, более конкретно к устройству и способу настройки в реальном времени системы распознавания веществ, которая может упростить процедуру настройки системы распознавания веществ и повысить стабильность результата распознавания веществ данной системой.

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Современный и продвинутый вид транспортировки состоит в использовании контейнера как транспортной единицы. Перевозка в контейнерах демонстрирует основной тренд международной грузовой транспортировки. Вместе с тем, использование контейнеров для контрабанды огнестрельного оружия, опасных препаратов, взрывчатых веществ и даже оружия массового поражения и радиологических распыляющих устройств (RDD) стало международной опасностью для общества, беспокоящей каждое правительство и нарушающее нормальный порядок международной транспортировки грузов.

После 11 сентября 2001 г. правительство США начало придавать большое значение потенциальным рискам транспортировки грузов и было особенно обеспокоено возможностью доставки оружия массового поражения и RDD в Соединенные Штаты в контейнерах. В качестве мер против таких рисков Американское таможенное управление 17 января 2001 года выпустило "Инициативу контейнерной безопасности (CSI)", в которой все иностранные порты, непосредственно связанные с американскими портами, должны быть оборудованы нетравматичными рентгеновскими устройствами для просмотра изображений оборудования в контейнерах, отправляемых в США. Спустя год после выпуска документа CSI в мире было 18 главных портов, которые начали работать по этой инициативе. Со своей стороны, по мере повышений требований безопасности международной транспортировки Мировая таможенная организация единодушно приняла решение, призывающее ее членов (161 организация) разработать план по безопасному досмотру контейнеров по способу CSI, т.е. меры безопасности по досмотру контейнеров стали общей обязанностью в мире перевозок.

Существующая система рентгеновского досмотра контейнеров основана, главным образом, на пропускании пучка лучей от источника излучения непосредственно через груз, чтобы получить изображения всех изделий на пути рентгеновских лучей. Стандартная технология построения изображения проходящим пучком лучей решает проблему "визуализации" контейнеров, и это широко используется на практике. Способ передачи с двумя уровнями энергии также разработан на основе технологии построения изображения проходящим пучком лучей. В способе передачи с двумя уровнями энергии рентгеновское излучение, имеющее два различных спектра энергии, передает изображение досматриваемого изделия. Полученная разница между сигналами рентгеновского излучения обрабатывается, чтобы получить информацию об атомном номере материала в досматриваемом изделии. Эта технология может до некоторой степени повысить эффективность способа проверки безопасности, предложенного в правилах CSI при переходе от досмотра для выявления контрабанды к досмотру для выявления опасных предметов. Система распознавания веществ, отвечающая этому способу, была успешно осуществлена с помощью высокоэнергетической рентгеновской системы для досмотра контейнеров с двумя уровнями энергии, обладающей преимуществами высокой рабочей скорости, точным распознаванием грузов и т.д.

Подсистема распознавания веществ в высокоэнергетической рентгеновской системе для досмотра контейнеров с двумя уровнями энергии (ниже для краткости называемой "высокоэнергетической системой с двумя уровнями энергии") имеет, однако, следующие недостатки.

Необходима отдельная процедура настройки, чтобы получить ряд параметров классификации, подходящих для системы перед ее использованием, потому что состояние каждой системы с двумя уровнями энергии отличается от состояния другой системы. Настройка представляет собой один из самых сложных процессов при тестировании системы с двумя уровнями энергии.

Кроме того, состояние подсистемы ускорителя в высокоэнергетической системе с двумя уровнями энергии будет изменяться по различным причинам, таким как дальняя перевозка, замена элементов, регулирование дозы оператором и так далее. При значительных изменениях необходима повторная настройка.

Кроме того, состояние ускорителя с двумя уровнями энергии при колебании импульсного тока и колебании состояния из-за автоматической подстройки частоты с течением времени изменяется даже для одного и того же ускорителя, что вызывает ограничения методики использования ускорителя. Из-за изменения состояния результаты распознавания будут в разное время различными для одного и того же вещества из-за ухудшения качества изображения.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Целью изобретения является создать устройство и способ настройки в реальном времени для системы распознавания веществ, такой как высокоэнергетическая система с двумя уровнями энергии, что позволяет упростить процедуру настройки системы и повысить стабильность результата распознавания веществ этой системой.

Другой целью изобретения является преодоление недостатков известной системы распознавания веществ, например высокоэнергетической системы с двумя уровнями энергии. Устройство согласно изобретению не только позволяет системам, которые несколько отличаются друг от друга по энергии и дозе, использовать ряд параметров классификации, но также снять требование повторной настройки подсистемы ускорителя системы после изменения ее состояния. Кроме того, устройство согласно изобретению может улучшить результат распознавания материала, на который может повлиять изменение состояния ускорителя с двумя уровнями энергии с течением времени.

В соответствии с первым аспектом изобретения предложен способ настройки в реальном времени для системы распознавания материалов, которая распознает материал в досматриваемом изделии, используя ряд параметров классификации. Способ включает следующие стадии: излучение первого главного пучка лучей и первого вспомогательного пучка лучей, имеющих первую энергию, и второго главного пучка лучей и второго вспомогательного пучка лучей, имеющих вторую энергию; передачу первого и второго главных пучков лучей через досматриваемое изделие; передачу первого и второго вспомогательных пучков лучей, по меньшей мере, через один блок типовых материалов в реальном времени; сбор величин первого и второго основных пучков лучей, переданных через досматриваемое изделие, как данных с двумя уровнями энергии; сбор величин первого и второго вспомогательных пучков лучей, переданных через блок типовых материалов в реальном времени, как корректирующих параметров; настройку ряда параметров классификации на основе корректирующих параметров и распознавание материала по данным с двумя уровнями энергии на основе скорректированных параметров классификации.

Согласно примеру осуществления изобретения настройка ряда параметров классификации на основе корректирующих параметров выполняется через каждый предопределенный промежуток времени сканирования.

Согласно одному примеру осуществления изобретения, по меньшей мере, один блок типовых материалов в реальном времени включает первый блок, представляющий собой органическое вещество, второй блок, представляющий собой смесь, третий блок, представляющий собой неорганическое вещество, и четвертый блок, представляющий собой тяжелый металл.

Согласно одному примеру осуществления изобретения первый блок выполнен из углерода, второй блок выполнен из алюминия, третий блок выполнен из железа, и четвертый блок выполнен из свинца.

Согласно примеру осуществления изобретения способ настройки в реальном времени дополнительно включает стадию настройки энергетического спектра соответствующих пучков лучей модулем настройки энергетического спектра.

Согласно примеру осуществления изобретения первый вспомогательный пучок лучей является частью первого главного пучка лучей, а второй вспомогательный пучок лучей является частью второго главного пучка лучей.

Согласно примеру осуществления изобретения первый вспомогательный пучок лучей отделен от первого главного пучка лучей, и второй вспомогательный пучок лучей отделен от второго главного пучка лучей.

Согласно примеру осуществления изобретения, по меньшей мере, один блок типовых материалов в реальном времени находится в верхней части, нижней части или боковой части первого или второго главного пучка лучей.

Согласно примеру осуществления изобретения, по меньшей мере, один блок типовых материалов в реальном времени имеет одну толщину соответственно.

Согласно примеру осуществления изобретения, по меньшей мере, один блок типовых материалов в реальном времени имеет, по меньшей мере, две толщины соответственно.

Согласно примеру осуществления изобретения, параметры классификации формируют дискретную кривую классификации, которая может отличать, по меньшей мере, два вещества друг от друга.

В соответствии с другим аспектом изобретения предложено устройство настройки в реальном времени для системы распознавания материалов, которая распознает материал в досматриваемом изделии на основании ряда параметров классификации. Устройство настройки в реальном времени включает генератор лучей для создания первого главного пучка лучей и первого вспомогательного пучка лучей, имеющих первую энергию, и второго главного пучка лучей и второго вспомогательного пучка лучей, имеющих вторую энергию; первые и вторые главные лучи, проходящие через досматриваемое изделие, первые и вторые вспомогательные пучки лучей, проходящие, по меньшей мере, через один блок типовых материалов в реальном времени; устройство сбора данных первых и вторых пучков лучей, которые проходят через досматриваемое изделие, как данных с двумя уровнями энергии, и для сбора данных первых и вторых вспомогательных пучков лучей, которые проходят через блок типовых материалов в реальном времени, как корректирующих параметров; блок обработки данных для настройки ряда параметров классификации на основе корректирующих параметров и для распознавания материалов по данным с двумя уровнями энергии на основе скорректированных параметров классификации.

Согласно примеру осуществления изобретения устройство сбора данных дополнительно содержит модуль главного детектора, поверхность детектирования которого в основном перпендикулярна центральной линии первого или второго главного пучка лучей, для детектирования первого или второго главного пучка лучей, который прошел через досматриваемое изделие; модуль вспомогательного детектора, поверхность детектирования которого в основном перпендикулярна центральной линии первого или второго вспомогательного пучка лучей, для детектирования первого или второго вспомогательного пучка лучей, который прошел через блок типовых материалов в реальном времени.

Устройство согласно изобретению может быть включено в подсистему распознавания материалов высокоэнергетической системы с двумя уровнями энергии. Для высокоэнергетической системы с двумя уровнями энергии с высокой точностью распознавания материалов используется ряд заранее калиброванных параметров классификации, применимых для системы, которые настраиваются в режиме реального времени посредством устройства согласно изобретению. Соответственно нет необходимости калибровать систему с двумя уровнями энергии до ее использования, что снижает стоимость аппаратных средств, в частности устройства автоматической настройки, и сокращает время настройки системы. Для высокоэнергетической системы с двумя уровнями энергии с низкой точностью распознавания материалов лучше выполнить настройку перед ее использованием, чтобы достичь оптимального эффекта распознавания материалов. Когда состояние с двумя уровнями энергии ускорителя системы изменяется, первоначальные параметры классификации настраиваются в режиме реального времени, используя устройство настройки в реальном времени согласно изобретению, чтобы вернуть их работоспособность. Таким образом, повторная настройка не нужна, и время обслуживания сокращается.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Особенности и преимущества изобретения станут очевидными при чтении следующего подробного описания со ссылками на сопроводительные чертежи, на которых:

фиг.1 - схема высокоэнергетической системы с двумя уровнями энергии;

фиг.2 - схема высокоэнергетической системы с двумя уровнями энергии, включающая устройство настройки в реальном времени; размеры каждой части являются иллюстративным и не отражают фактическую величину;

фиг.3 иллюстрирует массовый коэффициент ослабления;

фиг.4 - схема блока формирования энергетического спектра согласно примеру осуществления изобретения, в котором черная стрелка обозначает лучи, имеющие высокую энергию, серая стрелка обозначает лучи, имеющие низкую энергию, и черная область обозначает сформированный блок материалов;

фиг.5 - схема блока автоматической настройки согласно примеру осуществления изобретения, в котором черная стрелка обозначает лучи, имеющие высокую энергию, и серая стрелка обозначает лучи, имеющие низкую энергию;

фиг.6 - схема устройства настройки в реальном времени;

фиг.7 - технологическая схема, иллюстрирующая процедуру автоматической настройки согласно одному примеру осуществления изобретения;

фиг.8 - схема процедуры настройки параметра классификации в реальном времени;

фиг.9 иллюстрирует определение координат для кривой альфа;

фиг.10А - схема, иллюстрирующая данные тренировки для материала, используемого в процедуре автоматической настройки;

фиг.10В - схема, иллюстрирующая кривую альфа, сформированную по данным тренировки для маркировочного материала;

фиг.10С - статистическая диаграмма данных тренировки для маркировочного материала;

фиг.11 - диаграмма, иллюстрирующая результат сравнения кривых альфа до и после настройки;

фиг.12 - схема, иллюстрирующая результаты распознавания материала до и после настройки параметров классификации, когда изменяется состояние ускорителя.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Предпочтительный пример осуществления изобретения будет далее описан более полно со ссылками на сопроводительные чертежи. На чертежах одни и те же цифровые позиции используются для обозначения тех же самых или подобных компонентов, которые показаны на различных чертежах.

Способ и устройство согласно примеру осуществления изобретения основаны на высокоэнергетических данных с двумя уровнями энергии. Для ясности лучи, имеющие высокую энергию в высокоэнергетической рентгеновской системе с двумя уровнями энергии, упоминаются здесь как высокоэнергетические рентгеновские лучи, а лучи, имеющие низкую энергию, упоминаются как низкоэнергетические рентгеновские лучи. Способ и устройство согласно примеру осуществления изобретения применимы для высокоэнергетической системы с двумя уровнями энергии в диапазоне от 3 МэВ до 10 МэВ.

Фиг.1 - схема высокоэнергетической системы с двумя уровнями энергии. Как показано на фиг.1, высокоэнергетическая система с двумя уровнями энергии содержит генератор лучей 10, блок формирования энергетического спектра 40, блок автоматической настройки 50, узел механической передачи (не показан), подсистему сбора данных 30, компьютер для управления и обработки данных сканирования (не показан). Генератор лучей 10, узел механической передачи, подсистема сбора данных 30 и компьютер для управления и обработки данных сканирования являются основными компонентами высокоэнергетической системы с двумя уровнями энергии, используемой для получения рентгеновских изображений содержимого контейнера при досмотре, тогда как блок формирования энергетического спектра 40 и блок автоматической настройки 50 принадлежат подсистеме распознавания материалов. Устройство настройки в реальном времени согласно примеру осуществления изобретения также является частью подсистемы распознавания материалов.

Согласно примеру осуществления изобретения генератор лучей 10 представляет собой источник рентгеновских лучей с двумя уровнями энергии и с соответствующими вспомогательными устройствами. Генератор лучей 10 формирует рентгеновские лучи с двумя различными энергетическими уровнями поочередно на высокой частоте, в частности первый пучок лучей, имеющий энергию 3 МэВ, и второй пучок лучей с энергией 8 МэВ. Центральная линия пучков лучей в основном перпендикулярна плоскости модуля детектора в подсистеме сбора данных.

Блок формирования энергетического спектра 40 снабжен материалом для формирования энергетического спектра и имеет соответствующее вспомогательное устройство. Блок формирования энергетического спектра 40 установлен между генератором лучей 10 и изделием 20, подлежащим досмотру, чтобы сформировать спектр энергии лучей, которые сформированы генератором лучей 10, в частности ускорителем, до того как лучи пройдут через изделие 20, подлежащее досмотру, с тем чтобы распределение спектра было благоприятно для распознавания материалов.

Как показано на фиг.4, характеристика материала, формирующего энергетический спектр, демонстрирует сильное ослабление низкоэнергетических лучей при малом ослаблении высокоэнергетических лучей. Чем лучше эта характеристика, тем лучше результат формирования энергетического спектра. Любой материал, который отвечает этой характеристике, может использоваться как материал, формирующий энергетический спектр. Для такой характеристики материала, формирующего энергетический спектр, эквивалентная энергия лучей повышается после формирования энергетического спектра. Если формирующий спектр материал действует только на высокоэнергетических лучах, эквивалентная энергия высокоэнергетических лучей увеличивается, в то время как энергия низкоэнергетических лучей остается на прежнем уровне, таким образом, разность энергий между этими двумя уровнями увеличивается, что улучшает способность системы по распознаванию материалов.

На основе этой характеристики в качестве формирующего спектр материала используется углерод. В принципе, чем больше толщина формирующего материала, тем лучше распознавание материалов. Однако учитывая статистические колебания, чем толще формирующий материал, тем меньшие дозы получает детектор и, таким образом, тем ниже отношение сигнал-шум данных. Соответственно имеется оптимальное значение толщины формирующего материала, которое зависит от конкретного исполнения системы. Согласно распределению энергии лучей высокой и низкой энергии было найдено, что только лучи, имеющие определенную энергию, должны использоваться для формирования энергетического спектра. В левой части фиг.4, представлена схема блока формирования энергетического спектра в виде поворотного стола. Альтернативно для формирования энергетического спектра могут использоваться лучи двух энергий. Справа на фиг.4 показан блок формирования энергетического спектра, который может формировать энергетический спектр, используя лучи, имеющие два уровня энергии.

Конструкция блока формирования энергетического спектра 40 зависит от требований к формированию энергетического спектра. Можно формировать энергетический спектр только на высокоэнергетических лучах. В этом случае разность энергий между этими двумя уровнями увеличивается из-за увеличения эквивалентной энергии высокоэнергетических пучков лучей, благодаря чему повышается способность системы по распознаванию материалов. В частности, также можно осуществить формирование энергетического спектра на лучах, имеющих оба уровня энергии, специально для случая, когда низкая энергия составляет приблизительно 3 МэВ. Из кривой массового коэффициента ослабления, показанного на фиг.3, можно видеть, что коэффициенты ослабления материалов с малым атомным номером и их наклоны кривой являются малыми в области энергии порядка 3 МэВ. Поэтому в этой области изменение энергии оказывает небольшое влияние на способность распознавания материалов с малым атомным номером. Однако коэффициент ослабления материала с большим атомным номером формирует изгиб кривой в области 3 МэВ. В результате при этой энергии нельзя отличить свинец от других материалов. Следовательно, низкоэнергетические лучи, то есть лучи, имеющие энергию 3 МэВ, формируют энергетический спектр, когда низкоэнергетическая часть лучей низкой энергии поглощается материалом, формирующим энергетический спектр, с тем чтобы повысить способность распознавания материала с высоким атомным номером, в то время как материал с низким атомным номером не оказывает никакого отрицательного эффекта.

Как показано на фиг.5, блок автоматической настройки 50 включает маркировочный материал в форме ступеньки и также содержит соответствующее вспомогательное устройство. Блок автоматической настройки приспособлен для сбора данных настройки и получает в режиме реального времени параметры классификации, соответствующие состоянию системы после обработки модулем автоматической настройки в компьютере, как вход в модуль автоматической идентификации.

Здесь маркировочные материалы включают различные типовые материалы. Чтобы гарантировать точность настройки, на каждую категорию может быть подготовлен, по меньшей мере, один тип типового материала. Альтернативно для одной категории могут быть подготовлены несколько видов типовых материалов с различными эквивалентными атомными числами. Если нет никакого подготовленного материала или имеется ограниченное пространство для размещения устройства автоматической настройки 50, материалы средних категорий могут быть исключены, и вместо них алгоритм автоматической настройки может интерполировать значение данных смежной категории. Выбор маркировочных материалов может быть связан с ограничениями на материалы для данной системы. Требования по высокоэнергетическому рентгеновскому излучению с двумя уровнями энергии могут быть разделены на четыре категории, включающие органические вещества, легкие металлы, неорганические вещества и тяжелые металлы. Следовательно, четыре вида типовых материалов выбираются из вышеупомянутых четырех категорий, т.е. графит (Z=6), алюминий (Z=13), железо (Z=26) и свинец (Z=82). Выбор этих четырех типов материалов основан на двух причинах. Первая - эти материалы широко используются, и вторая - каждый из них принадлежит к простому веществу и имеет стабильную природу.

Для каждого материала должно быть разработано несколько классов ступенек от тонкого до толстого. Самая малая толщина и самая большая толщина зависят от разрешающей способности системы по материалам. Количество классов ступенек может быть определено по точности настройки вместе с наличием места для размещения устройства автоматической настройки.

Вспомогательные устройства в основном обеспечивают механический привод и реализуют локализацию сканирования, чтобы получить данные передачи с двумя уровнями энергии для каждой стадии по каждому материалу. Когда требуется несколько столбцов данных передачи с двумя уровнями энергии в каждой точке локализации, рекомендуется сканировать более чем 256 столбцов, таким образом, значительно снижая эффект статистического колебания сигнала.

В направлении высоты угловые распределения для рентгеновского излучения, направленного на различные детекторы, над держателями детекторов различны. Распределения спектра для различных угловых распределений также различны, приводя, таким образом, к различным параметрам разрешающей способности по распознаванию материалов. Следовательно, учитывая эффект угловых распределений рентгеновского излучения, все высоты детектирования могут быть разделены на несколько участков, каждый из которых имеет независимую статистическую величину, чтобы сформировать параметр классификации. Это требует, чтобы маркировочные материалы в автоматическом устройстве настройки 50 охватывали бы все промежутки, представляющие интерес.

Если высоты маркировочных материалов ограничены объективными факторами, такими как производительность, пространство для оборудования и тому подобные, невозможно использовать все детекторные модули на опоре устройства. Упрощенный вариант заключается в следующем. При нормальных обстоятельствах наиболее интересная высота детектирования расположена там, где в контейнере расположен груз, и система обычно направляет главный рентгеновский луч в это место. В результате главный пучок лучей сосредоточен на важном объекте настройки. Маркировочные материалы могут быть использованы только для охвата этой области. Затем полученные данные передачи с двумя уровнями энергии вводятся в алгоритм автоматической настройки как его параметр для формирования параметра классификации, соответствующего распределению энергетического спектра в главном направлении пучка рентгеновских лучей, как параметра классификации для всех областей детектирования. Эта упрощенная методика находится в пределах диапазона допускаемой ошибки при малом угловом распределении рентгеновских лучей.

Маркировочные материалы в автоматическом устройстве настройки 50 могут быть в любом виде, если они отвечают вышеупомянутым требованиям. На фиг.3, порядковый номер ступенек и толщина ступенек приведены только для иллюстрации и не обозначают фактические величины.

Узел механической передачи перемещает генератор лучей 10 и подсистему сбора данных 30 относительно изделия, подлежащего досмотру, в горизонтальном направлении. Генератор лучей 10 и подсистема сбора данных 30 могут быть неподвижными, в то время как движется подлежащее досмотру изделие. Также возможно, что генератор лучей 10 и подсистема сбора данных 30 движутся вдоль неподвижного досматриваемого изделия.

Подсистема сбора данных 30 в основном включает линейный детектор для детектирования рентгеновских лучей с двумя уровнями энергии, формируемыми генератором лучей 10, после того как они прошли через изделие 20, подлежащее досмотру, создавая данные передачи с двумя уровнями энергии и посылая их в компьютер для управления и обработки данных сканирования. Подсистема сбора данных 30 дополнительно содержит цепь и логический блок управления для приема данных от детектора и т.д. Детектор может быть твердым детектором, газовым детектором или полупроводниковым детектором.

Компьютер управления и обработки данных сканирования управляет работой досмотровой системы, включая управление механическими и электрическими устройствами, контроль системы безопасности и т.д. Компьютер управления и обработки данных сканирования дополнительно отвечает за обработку и отображение данных передачи с двумя уровнями энергии, собранными подсистемой сбора данных.

Устройство настройки в реальном времени 60 выполняет настройку в реальном времени на параметрах классификации, чтобы упростить процедуру настройки системы распознавания материалов и улучшить результат распознавания материалов. На фиг.2 представлена схема системы распознавания материалов с устройством настройки в реальном времени 60.

Как показано на фиг.6, устройство настройки в реальном времени 60 включает материалы 61-64 для настройки в реальном времени, модуль 65 для детектирования настройки в реальном времени и вспомогательное устройство (не показано).

Устройство настройки в реальном времени 60 должно быть установлено таким образом, чтобы через него свободно проходил пучок лучей к объекту, подлежащему досмотру.

Согласно примеру осуществления изобретения устройство настройки в реальном времени должно быть установлено рядом с ускорителем. В зависимости от модели высокоэнергетической системы с двумя уровнями энергии устройство настройки в реальном времени может быть установлено в верхней части, нижней части или в боковой части сектора пучков лучей, требуемых для нормального сканирования.

Таким образом, генератор лучей 10, который должен формировать лучи, например, в верхней части, нижней части или в боковой части сектора пучков лучей, требуемых для нормального сканирования, дополняется вспомогательными пучками лучей.

Кроме того, в соответствии с изобретением блок типовых материалов в реальном времени обычно включает четыре типа материалов, то есть органический материал, смесь, неорганический материал и тяжелый металл, толщина которого выбирается в зависимости от типа реальной системы. Блок органического материала 61, блок смеси 62, блок неорганического материала 63 и блок тяжелого металла 64 показаны на фиг.6. В высокоэнергетической системе с двумя уровнями энергии из четырех видов материалов в качестве типовых материалов обычно выбираются углерод, алюминий, железо и свинец. Только из одного или трех видов материалов из углерода, алюминия, железа и свинца может быть получена информация о других материалах, взвешивая информацию о принятых материалах, если требования классификации по какому-либо виду материала являются низкими или пространство слишком мало. Блок типовых материалов в реальном времени должен взаимодействовать с блоком автоматического управления, который управляет сдвигом блока материала для настройки в реальном времени в горизонтальном направлении. Цель блока автоматического управления состоит в том, чтобы переместить блок материала настройки в реальном времени в сторону, когда система собирает воздух и фон, чтобы воспрепятствовать блокировке вспомогательных пучков лучей.

Модуль 65 для детектирования настройки в реальном времени собирает информацию ослабленных лучей для всех материалов в блоке материала для настройки в реальном времени. Модуль 65 для детектирования настройки в реальном времени установлен таким образом, что его плоскость (поверхность) детектирования перпендикулярна центральной линии вспомогательных пучков лучей. Данные, собранные модулем 65 (ниже называемые вспомогательным изображением), объединяются с данными от подсистемы сбора данных 30 и передаются оттуда на компьютер обработки данных для настройки в реальном времени параметров классификации, используемых для классификации данных изображения.

Согласно примеру осуществления изобретения расчеты угла покрытия вспомогательных пучков лучей, высоты блока материала для настройки в реальном времени и количества элементов в модуле детектирования настройки в реальном времени нужно рассматривать все вместе. Принцип расчета заключается в том, что данные для каждого материала содержат несколько пикселей на собранном вспомогательном изображении. Предпочтительно эффективные пиксели каждого материала составляют не менее чем 6 пикселей, чтобы уменьшить статистическую флуктуацию в статистической процедуре.

На фиг.7 представлена технологическая блок-схема, иллюстрирующая процедуру автоматической настройки согласно одному примеру осуществления изобретения. Блок автоматической настройки 50 запускается вручную после установки системы распознавания материалов и служит для сбора данных первоначальной настройки и параметров классификации системы.

Как показано на фиг.7, генератор лучей 10 генерирует рентгеновские лучи на стадии S10. На стадии S11 рентгеновские лучи формируются блоком формирования энергетического спектра 40, чтобы получить рентгеновские лучи, которое могут использоваться для распознавания материалов. На стадии S12 выполняется процедура автоматической настройки, где эта процедура выполняется вручную и производится для получения первоначальных данных настройки в режиме реального времени.

Затем, на стадии S13, выполняется обработка данных калибровки на первоначальных данных настройки для устранения эффекта действия основания детектора, неоднородности детектора и колебания интенсивности лучей. На стадии S14 запускается алгоритм автоматической настройки, чтобы получить параметры классификации и сохранить их в файлах.

Как описано выше, каждый раз, когда изменяется состояние системы, процедура автоматической настройки запускается вручную, чтобы включить в работу блок автоматической настройки 50, который собирает первоначальные данные настройки, которые также содержат данные о формировании энергетического спектра, и передает их с подсистемы сбора данных на компьютер обработки данных. Алгоритм распознавания материалов рассчитывается, используя кривую альфа. Соответственно алгоритм автоматической настройки должен вычислить параметры классификации кривой альфа, которая соответствует состоянию системы. Параметры классификации кривой альфа, которые соответствуют состоянию системы, получаются, применяя алгоритм автоматической настройки, и хранятся в файле как параметры, введенные в блок распознавания материалов. Определение координат для кривой альфа показано на фиг.9.

Как показано на фиг.9, alphaL и alphaH определяются следующим образом.

alphaL=(1-log(TL))×1000, где TL - низкоэнергетическая прозрачность;

alphaH=(1-log(TH))×1000, где ТН - высокоэнергетическая прозрачность.

alphaH рассматривается как абсцисса alphax кривой альфа, и разница между alphaL и alphaH рассматривается как ордината alphay кривой альфа:

alphax=alphaH=(1-log(TH))×1000;

alphay=alphaL-alphaH=(-log(TL)+log(TH))×1000.

Как описано выше, на стадии S13 модуль калибровки данных используется для калибровки первоначальных данных настройки с целью устранить воздействие фона детектора, неоднородности детектора и колебания дозы лучей с получением данных тренировки для маркировочного материала. На фиг.10А представлена схема данных тренировки в пределах некоторого промежутка детектирования на диаграмме кривой альфа.

Процесс формирования границы классификации среди различных типов материалов из данных тренировки маркировочного материала описывается следующим образом.

(i) В пределах некоторого промежутка времени детектирования выполняется статистика усредненных данных последовательно на нескольких столбцах калиброванных данных двух уровней энергии на каждой стадии для каждого материала, чтобы получить ряд точек среднего значения для данных тренировки маркировочного материала. Фиг.10С - схема точек среднего значения для данных тренировки в пределах некоторого промежутка детектирования на диаграмме альфа кривой.

(ii) На диаграмме альфа кривой фиг.10В несколько точек среднего значения для данных тренировки некоторого типа материала соединены вместе с тем, чтобы могла быть получена дискретная кривая альфа для этого материала. Однако поскольку порядковый номер ступенек маркировочного материала ограничен, дискретная кривая альфа, полученная непосредственно из этого соединения, имеет весьма низкую точность. Следовательно, может быть принят способ вычерчивания кривой наименьших квадратов для подбора эмпирической кривой, то есть получить аппроксимирующий многочлен из данной точки данных способом наименьших квадратов. Несколько точек среднего значения данных тренировки рассматриваются как входные параметры для вычерчивания эмпирической кривой, чтобы получить согласующий параметр для кривой, т.е. могут быть получены коэффициенты соответствующих порядков многочлена. Порядок приближенного многочлена выбирается на основе фактической ситуации. Для вычерчивания эмпирической кривой могут также использоваться другие способы приближения, такие как оптимальное приближение для многочлена Чебышева.

(iii) Дискретизация выполняется на оси Х кривой альфа, причем точность дискретизации зависит от потребностей. Затем данные оси Y, соответствующие каждой дискретной точке, могут быть вычислены, используя параметры вычерчивания эмпирической кривой. Через эту стадию может быть получена кривая дискретизации альфа для данного материала.

(iv) Повторять стадии (ii) и (iii) до тех пор, пока не будут получены кривые дискретизации альфа для всех материалов.

(v) Из фиг.10В можно видеть, что кривая альфа является монотонной по направлению атомного номера, на котором основан алгоритм распознавания материалов с двумя уровнями энергии. Следовательно, дискретная граница между двумя смежными кривыми может быть вычислена последовательно после получения дискретных кривых для соответствующих материалов, как показано на фиг.10С.

- Классификация четырех типов категорий зависит от эквивалентного атомного номера, т.е. Z=1~10 классифицирован в категории органических материалов; Z=10~18 классифицирован в категорию легких металлов; Z=18~57 классифицирован в категорию неорганических материалов, и Z>57 классифицирован как категория тяжелых металлов. Для четырех видов типовых материалов выбраны графит (Z=6), алюминий (Z=13), железо (Z=26) и свинец (Z=82) соответственно. Кривая дискретизации альфа для атомного номера Z=10, т.е. граница классификации между органическим материалом и неорганическим веществом получена, выполняя взвешенное усреднение кривой дискретизации альфа для графита (Z=6) и кривой дискретизации альфа для алюминия (Z=13). Между прочим, взвешенное значение взвешенного усреднения может быть вычислено просто на основе атомного номера, т.е. предполагается, что различимость в пределах различных диапазонов атомного номера одна та же. Хотя различимость в пределах различных диапазонов атомного номера, строго говоря, должна быть различной, поскольку два уровня высокой энергии отличаются от двух уровней низкой энергии в том, что ее способность распознавания материалов является относительно слабой, можно различать только материалы, принадлежащие различным категориям, в то время как материалы с различными атомными номерами нельзя точно отличить друг от друга. Следовательно, такая разница является приемлемой.

- Точно так же кривая дискретизации альфа для атомного номера Z=18, то есть граница классификации между легкими металлами и неорганическим веществом, может быть получена, выполняя взвешенное усреднение на кривую дискретизации альфа для алюминия (Z=13) и кривую дискретизации альфа для свинца (Z=82). Кривая дискретизации альфа для атомного номера Z=57, т.е. граница классификации между неорганическим веществом и тяжелыми металлами, может быть получена, выполняя взвешенное усреднение на кривую дискретизации альфа для железа (Z=26) и кривую дискретизации альфа для свинца (Z=82).

(vi) Повторять стадии (i), (ii), (iii), (iv), (v) до тех пор, пока не будут получены границы классификации дискретизации для всех промежутков времени детектирования.

Данные о границах классификации различных видов типовых материалов среди различных промежутков времени детектирования хранятся в файле как параметр классификации для модуля распознавания материалов.

Как описано выше, распознавание материалов является отличительной характеристикой рентгеновской системы с двумя уровнями энергии от рентгеновской системы с одним уровнем энергии, поскольку способность распознавания материалов по высокоэнергетическим рентгеновским изображениям намного хуже, чем способность, обеспечиваемая низкоэнергетической рентгеновской технологией с двумя уровнями энергии. Следовательно, для модуля распознавания материалов требуется не только правильно выполнить классификацию, но также и решить задачу повышения эффективности распознавания материалов.

Алгоритм модуля настройки в реальном времени встроен в компьютер для обработки данных в системе распознавания материалов для выполнения настройки в реальном времени на параметрах классификации с тем, чтобы они соответствовали состоянию ускорителя с двойным уровнем энергии, после которого они используются модулем распознавания материалов в системе распознавания материалов на основе данных прозрачности с двумя уровнями энергии, полученных высокоэнергетической системой с двумя уровнями энергии.

Как показано на фиг.6, согласно одному примеру осуществления изобретения толщина блока материала для настройки в реальном времени равномерна в направлении прохождения лучей. Вспомогательный модуль детектирования 65 получает параметры классификации для этой толщины.

Информация о данных альфа для соответствующих блоков в устройстве настройки материала в реальном времени в процессе тренировки параметра классификации при использовании маркировочного материала с известными свойствами материала и толщиной материала записывается как опорные данные для настройки в реальном времени. Состояние с двумя уровнями энергии во время процедуры тренировки параметров классификации ниже называется стандартным состоянием.

Фиг.8 - схема процедуры настройки параметров классификации в реальном времени. Процедура настройки параметров классификации в реальном времени описывается ниже.

На стадии S20 генератор лучей 10 поочередно генерирует лучи с двумя уровнями энергии, в частности первый главный пучок рентгеновских лучей, имеющий первую энергию, и второй главный пучок рентгеновских лучей, имеющий вторую энергию. Как описано выше, генератор лучей 10 также генерирует первый вспомогательный пучок рентгеновских лучей, имеющий первую энергию, и второй пучок рентгеновских лучей, имеющий вторую энергию, синхронно с первым главным пучком рентгеновских лучей и вторым главным пучком рентгеновских лучей. В другом примере осуществления первый вспомогательный пучок рентгеновских лучей и второй вспомогательный пучок рентгеновских лучей являются частью первого главного пучка рентгеновских лучей и второго главного пучка рентгеновских лучей соответственно. Для улучшения результата распознавания материала на стадии S21 блок формирования энергетического спектра 40 выполняет формирование на первом главном пучке и первом вспомогательном пучке и/или на втором главном пучке и втором вспомогательном пучке, чтобы увеличить расстояние между двумя спектрами энергии.

На стадии S22 первый вспомогательный пучок лучей и второй вспомогательный пучок лучей передают блоки 61~64 маркировочного материала. Вспомогательный модуль детектирования 65 собирает вспомогательные пучки лучей, которые уже передали соответствующие блоки маркировочного материала. Вспомогательные данные изображения настройки кривой классификации в реальном времени принимаются и передаются на компьютер обработки данных на стадии S25.

На стадии S23 первый главный пучок лучей и второй главный пучок лучей передают изображение проверяемого объекта 20. Подсистема сбора данных 30 собирает первый главный пучок лучей и второй главный пучок лучей, которые передаются в изделие 20, подлежащее досмотру. Данные с двумя уровнями энергии для досматриваемого изделия получаются и передаются на компьютер обработки данных на стадии S24.

На стадии S26 в компьютере обработки данных выполняется настройка параметров классификации в реальном времени.

Как описано выше, столбец n нормального изображения настраивается раньше, чем он будет идентифицирован при использовании параметров классификации. Во-первых, коэффициенты ослабления двух уровней энергии для соответствующих материалов во вспомогательных изображениях, соответствующих столбцу (n-m) нормального изображения и столбцу (n+m) нормального изображения, вычисляются статистически (m определяется на основе требований к системе). После этого вычисляются соответствующие данные альфа.

Затем настраиваются параметры классификации, пригодные для столбцов n нормальных изображений.

Согласно примеру осуществления изобретения здесь параметры классификации представляют собой параметры для кривых альфа для соответствующих материалов, причем нормальные кривые альфа показаны на фиг.10С. Есть два способа настройки. Для описания процедуры настройки ниже в качестве примера взят органический материал.

Первый способ настройки осуществляется следующим образом. Данные альфа для блока углеродного материала вычисляются в режиме реального времени устройством настройки в реальном времени, такие как (alphax1, alphay2). В стандартном состоянии данные альфа для углерода извлекаются из кривых классификации с низкоэнергетическим значением альфа, таким как alphax1, (alphax1, alphay2). Следовательно, поправочный коэффициент - coff_alpha=alphay1/alphay2, который используется, чтобы настроить кривую альфа для всего углеродного блока.

Второй способ настройки заключается в следующем. Устройство настройки в реальном времени собирает данные в момент, когда блок автоматической настройки выполняет настройку. Во время формирования кривой классификации, статистически вычисляются средние коэффициенты ослабления с двумя уровнями энергии для блока углеродного материала во вспомогательных изображениях, и затем соответствующие данные альфа (alphax2, alphay2) вычисляются и передаются в память. Когда изображения собираются в обычном режиме, данные альфа для блока углеродного материала вычисляются в режиме реального времени устройством настройки в реальном времени как (alphax1, alphay1).

Используется поправочный коэффициент

coff_alpha=(alphay1/alphax1)/(alphay2/alphax2), который корректирует кривую альфа для всего углеродного блока. Кроме того, если есть два блока углеродного материала разной толщины массы, и параметр настройки для блока с нижней толщиной массы 1 является coff_alpha1, и параметр для блока с большей толщиной массы 2 coff_alpha2, то используется следующий принцип настройки. Значение на кривой альфа, соответствующее толщине массы, которая меньше толщины массы 1, корректируется с коэффициентом coff_alpha1. Значение на кривой альфа, соответствующее толщине массы, которая больше, чем толщина массы 2, корректируется с коэффициентом coff_alpha2. Поправочный коэффициент для величины, соответствующей толщине массы, которая больше толщины массы 1 и меньше толщины массы 2, получается линейной интерполяцией coff_alpha1 и coff_alpha2. Таким образом, кривые альфа для алюминия, железа и свинца соответственно корректируются, чтобы получить нужные параметры классификации на стадии S27. Скорректированные кривые классификации показаны на фиг.11.

На стадии S28 выполняется распознавание материала на столбце n нормального изображения, используя новую откорректированную кривую альфа. Чтобы ускорить скорость распознавания, может быть выполнена настройка некоторых столбцов, но не каждого столбца, в зависимости от требования системы.

Кроме того, на стадии S29 на изображениях с двумя уровнями энергии в процессе распознавания материала происходит слияние градаций. На стадии S30 результат распознавания материалов и слияния градаций вводятся в модуль окрашивания и раскашиваются. Заключительный цветной результат распознавания материалов передается пользователю.

Кроме того, согласно другому примеру осуществления изобретения блок типовых материалов в реальном времени может иметь две толщины. В этом случае параметр классификации для первой толщины и параметр для второй толщины соответственно настраиваются вместо настройки параметров классификации для различных толщин с одним параметром. В результате точность распознавания материалов улучшается.

Кроме того, для системы с большим пространством для ускорителя устройство настройки в реальном времени согласно изобретению может быть установлено под секторами пучков лучей, требуемых для нормального сканирования. Выходное отверстие ускорителя увеличивается с тем, чтобы вспомогательные пучки лучей были бы ниже главных пучков лучей.

Для системы с малым пространством для ускорителя устройство настройки в реальном времени может быть установлено над секторами пучков лучей, требуемых для нормального сканирования. Выходное отверстие ускорителя увеличивается с тем, чтобы вспомогательные пучки лучей были бы выше главных лучей. Произвольно вспомогательное выходное отверстие снабжается выходным отверстием ускорителя, и блок материалов в устройстве настройки в реальном времени устанавливается в зоне, охватываемой лучами, выходящими из вспомогательного выходного отверстия.

В другом примере осуществления изобретения вспомогательные пучки лучей могут быть частью пучков лучей, которые редко используются, в основном лучи над главным пучком лучей. Детектор настройки в реальном времени может быть модулем детектирования, установленным на верней части держателя детектора сканирования. В этом случае вспомогательный модуль детектирования 65 может не использоваться. Подсистема обработки данных 30 передает собранные вспомогательные данные изображения и данные с двумя уровнями энергии непосредственно на компьютер обработки данных.

Когда главные лучи собирают данные воздуха, вспомогательные пучки лучей также собирают данные воздуха. Блок типовых материалов в реальном времени должен быть удален, чтобы не блокировать вспомогательные пучки лучей при сборе атмосферных данных.

Модуль детектирования настройки в реальном времени должен быть установлен между ускорителем и досматриваемым объектом, так чтобы расстояние до целевой точки ускорителя было бы меньше расстояния от модуля детектирования сканирования в подсистеме сбора данных. Если используется один и тот же модуль детектирования, скоро будет достигнуто насыщение. Следовательно, вспомогательный модуль детектирования в изобретении имеет динамический диапазон, который шире динамического диапазона модуля детектирования в подсистеме сбора данных.

Как указано выше, каждый столбец нормальных данных корректируется, прежде чем он будет идентифицирован, используя параметры классификации. Результат идентификации может быть улучшен за счет снижения быстродействия.

Согласно другому примеру осуществления изобретения параметр классификации может настраиваться через каждые несколько столбцов, например через каждые 4 столбца, чтобы повысить быстродействие.

На фиг.12 показаны результаты распознавания до и после настройки параметров классификации при изменении состояния ускорителя с двойным уровнем энергии. Из фиг.12 можно видеть, что будет получен ошибочный результат, если будет использоваться первоначальный параметр классификации для распознавания материалов после изменения состояния ускорителя с двумя уровнями энергии. С системой настройки флуктуация состояния ускорителя с двумя уровнями энергии будет учитываться, и может быть получен правильный результат распознавания материалов, как показано в нижней части фиг.12. Суммируя вышесказанное, способ и устройство согласно примеру осуществления изобретения могут улучшить стабильность результата распознавания материалов.

Хотя выше были описаны только отдельные примеры осуществления настоящего изобретения, квалифицированным специалистам понятно, что могут быть сделаны любые изменения и/или модификации основных изобретательских концепций, не выходя из объема настоящего изобретения, определенного прилагаемой формулой изобретения.