CN102483383A - 自上向下x 光检查拖车 - Google Patents

Abstract

一种通过一个或多个源和透射辐射探测器的方式对车辆进行检查的系统和方法。所述源和探测器被装载在可移动的运输工具上，且可在工作点处展开。源在诸如吊杆的可展开部件上从输送工具转开，使得所述源可从上面或下面照射车辆。探测器从可移动运输工具向外展开，并在水平面上保持机械地连接至可移动的运输工具，使得探测器截取来自位于被检查车辆的上方的源的透射辐射，其中透射辐射与被检查车辆相互作用。可提供斜坡，以让被检查车辆驶过竖直照射源与透射探测器之间的位置。

Description

自上向下X 光检查拖车

相关申请的交叉引用

本专利申请要求2010年7月29日提交的序号为61/229,452，名为“自上向下的X光检查拖车”的美国临时专利申请的优先权，并在此结合其全部公开内容作为参考。

技术领域

本发明涉及用于通过穿透射线检查物体的系统和方法，且更具体地，本发明涉及可设置在不同种类移动平台上的检查系统。

背景技术

禁止非法药品、爆炸物以及其他违禁物品是重要执法目标。为了达到该目的，已经开发并部署了多种技术用于对诸如汽车或集装箱等物体进行非侵入性检查，这些物体对于从外面目视检查不易感受到。这些检查技术的非侵入性方面很重要；大多数集装箱没有携带违禁品，且公众也不能忍受长时间的拖延，物品的拆分(某种情况下会损坏)，如果频繁地使用侵入性的检查手段会发生的侵犯隐私的情况。非侵入性检查通常是非破坏性的，并且比侵入性检查更加快速完成，因而检查工具的产量在增长。产量增长意味着检查更多集装箱且禁止更多违禁品。

非侵入性检查方法当中，各种形式的X光成像被证明是能够探测出多种违禁品的技术。X光系统基于以多种方式实现透射成像：锥形束、扇形束、浮动光点，多投影配置；双能量成像(dual-energy imaging)；计算机断层照相法；以及基于通过探测散射在多个方向的X光来合并成像。专利号为5,764,683，1998年6月9日授权的美国专利的主题是利用从可移动平台上探测的散射X光来成像，在此结合其全部公开内容作为参考。

当被检查物体经过一个或多个使用穿透性射线对物体的内容进行成像的系统时，需要判断隐藏在例如移动的车辆中，或移动的人身上，或任何被检查物体中，是否存在例如违禁品、武器或爆炸物等目标。该判断应当能够在被检查物体在移动的过程中做出，或者可选地，当检查系统相对于被检查人或物体在移动时。当然，因为检测速率，在此即每小时的吞吐量，非常重要，以驾驶中的车辆为例，希望不需要驾驶员或乘客下车。在进行检查的情况下，应当可以得到用于验证的可视化图像。

已经采用的各种检查系统使用了射线，射线射到被检查物体上，然后被该物体以及容纳的东西向各个方向散射。通过探测和分析从被照射物体，集装箱，或车辆上散射的穿透性射线而产生图像，该图像的使用是专利号为6,459,764，2002年10月1日授权给Chalmers等(“Chalmers专利”)的主题，在此结合其全部公开内容作为参考。Chalmers专利从移动车辆的上方或下方，以及从侧面对车辆照射X光，介绍了对移动车辆的反向散射检查，然而，在此介绍的每一种反向散射系统都需要繁琐的现场固定安装工作。

根据本发明介绍内容，通过提供不限于基于散射的成像，增强了成像和检查能力，然而，可选或额外地，以被检查物体俯视图的方式提供透视图像。例如，汽车或卡车的俯视图特别有利的，因为相对于车辆行进方向的横剖面视图，比起用向下的射线束观测车辆中的违禁品，需要穿透较少的金属。

为了对人员进行扫描，使用均位于入口的X光源和X光探测器是专利号为6,094,072，2000年7月25日授权的美国专利的主题，在此结合其全部公开内容作为参考。但是，入口并不特别适合快速和灵活地布置，而是需要专门地进行安装。需要一种提供这类特性的检查系统。

发明内容

本发明的一个实施例中，提供了一种用于检查物体的可快速重新设置的检查系统。该检查系统具有能够在公路上移动的运输工具，以及安装在运输工具上的穿透性射线源。该源安装在可展开的组件上，例如从运输工具上向外打开的吊杆，并以大致竖直的方向射出第一穿透性射线束。探测器机械地连接在运输工具上，在物体与穿透性射线发生交互作用后，探测来自源的穿透性射线，并产生探测信号。最后，检查系统具有控制器，用于至少基于探测信号生成物体中容纳物的图像。

本发明的另一个实施例中，运输工具可以是自驱动的，且可以是拖车。机械安装在运输工具上的探测器可以在检查操作前从运输工具展开。在被检查车辆从上方机动式通过时，探测器可由下方的表面机械地支撑，并且将至少一个斜面连接至探测器，便于被检查车辆从上方通过。探测器也可以被设置在一个可展开的组件上，例如安装在运输工具上的吊杆。

在本发明的另一个实施例中，源包括用于使穿透性射线成形的准直仪，例如形成为扇形束，还可包括光束扫描机构，例如旋转调制盘(chopperwheel)。检查系统还可具有至少一个散射探测器，用于探测被目标内容散射的穿透性射线并产生散射信号。可提供显示器，用于至少基于散射信号或透射信号而显示物体内物质图像。

附图说明

结合附图以及下文的详细描述，可更容易理解本发明的前述特征，其中：

图1示出了根据本发明实施例的沿检查系统的车辆的端视图；

图2示出了根据本发明实施例，具有处于装载位置的X光源的X光检查系统的侧视图；

图3示出了根据本发明实施例，具有设置在被检查车辆下方的X光源的X光检查系统的后视图。

具体实施方式

在具体实施方式以及附加权利要求中使用的“车辆”包括可以从一个地方驱动、推动、拉动到另一个地方的任意运输工具，不管是或不是在陆地表面上。这里用的术语“车辆”还包括与车辆一起移动的结构、组件和内容。

这里描述的本发明用来显示车辆可能包含的材料的特征，因此不容易进行目视检查。材料的特征可是非侵入检查的目标，且实用本发明所述的装置和方法对其进行检查，所述材料的特征包括但不限于：电子密度、原子序数、质量密度、线尺寸和形状。通过利用各种物理程序揭露所述特征，通过所述物理程序穿透辐射与物质相互作用。穿透辐射指电磁辐射，其中每个光子具有充足的能量从而以实质且有用的程度穿透目标材料，且包括x光和更高能形式的辐射。所述辐射与物质的相互作用可大体被分类为散射过程或吸收过程。两种过程都将x光光子从准直(即，定向)射束除去；散射过程通过将光子偏射至新方向(通常具有能量损失)，而吸收过程将光子简单地从射束移除而完成。

常规的传送成像(transmission imaging)测量总射束衰减以作为图像平面上的定位功能。在x光检查领域的技术人员通常使用的称作物质衰减系数的参数用来说明总射束衰减。物质衰减系数是具体材料在特定x光光子能量的特征，且独立于成像形状。因此，其是各相关物理过程的各系数(或“横截面”)的和，随着x光的能量以及相互影响的材料的原子序数(Z)的不同而不同。

在用于穿透和扫描车辆的光子能量的范围中，散射作用由非相干散射或康普顿散射(Compton scattering)决定，且吸收作用由处于低能量的光电效果决定以及由高能量的电子对偶产生决定。康普顿散射和光电吸收的横截面(cross section)都随着材料的原子序数以及随着x光的能量而改变，但是是以不同的方式。光电吸收随着光子能量的增加而非常迅速地减少，且随着材料的Z的增加而非常迅速地增加。康普顿散射的横截面随着能量的改变而非常缓慢地改变，且仅仅很弱地取决于原子序数。对于能量低于约4Mev的源，电子对偶产生的横截面可忽略，而该电子对偶产生的横截面可随着材料的Z的增加而增加。在低Z材料、有机材料的特性与高Z材料、大多数金属及其合金的特性之间的散射和吸收特征中的所述区别是常规的，且提供了区别所述两类材料的方法。

单独地传送x光图像提供了所检查的物体的衰减特性的地图，用于x光射束的全光谱。应该注意，图像可以图形格式直接显示以用于操作者的目视检查，但是并不必须这样显示。如用于该说明和所附权利要求中，术语“图像”指任何多维的表达，无论是有形的或可感知的形式或其他的，从而一些特性的值与多个位置中的每一个相关，所述多个位置与物理空间中物体的尺寸坐标对应，尽管不必是一对一地映射。因此，例如，以一种或多种颜色表示的诸如原子序数等的特征的空间分布的图形显示连续形成图像。此外，计算机存储器或全息介质中的一组数字也形成图像。类似地，“成像”指根据一幅或多幅图像对所表达的物理特征进行渲染。

反向散射成像，其中使用由材料以大体向后的方向进行的x光散射，提供几种单一的检查能力和操作特征。(1)单独来说，其是一侧的成像模式：即使仅可从一侧接近物体或者物体太厚而不能无线成像地穿透，也可获得图像。(2)由于随着物体的深度增加，散射信号很快地下降，反向散射成像有效地表示出靠近x光源一侧的物体特征的一“部分”；当表示相同扫描区域的透射图像由于图像混乱而完全混乱时，前述图像常常是有用的。(3)导致散射辐射的实质物理现象是康普顿效应。包括有机材料的低原子序数(低Z)材料，主要通过康普顿效应与x光相互作用。最高密度的有机材料中的麻醉药趋于在反向散射成像中产生最亮的图像，有机炸药也是如此，使得反向散射成像成为炸药或药品检测的有用的成像方式。(4)x光射束与探测器或准直装置的对准要求低于透射图像的对准要求，从而实现宽范围的检查方案中的快速调度。

对x光检测领域中的技术人员来说已知可通过测量两个不同光子能量的总衰减而分别确定高z和低z材料。这是双能量系统的基础。另一种对低z材料成像的方法是反向散射成像。该技术取决于对已进行康普顿散射的光子进行直接检测。形成的图像与同时所生成的透射图像分开且独立。由于光电吸收横截面对于有机材料来说较小，其几乎完全经由康普顿散射进行相互作用，产生较大的散射图像。另一方面，金属几乎仅通过光电吸收进行相互作用，因此其散射图像较小。反向散射图像直接揭示了有机材料，例如药物或炸药。

飞点(flying-spot)技术使得使用探测器获取图像可行，所述探测器被具体地设置以收集散射的x光。在常规的飞点系统中，x光的薄的“笔形射束”快速且反复地通过源居中的、垂直导向的射束路径“扇”，其被设置成在检查中截取目标。同时，该目标以持续、较慢的速度沿着与所述扇垂直的路径移动，例如在水平移动的传送带上，或者在车辆被推动或拖过射束的情况。在该情况下，使得笔形射束以逐点光栅的方式横过目标，且在取决于该目标的长度和其速度的从几秒至几分钟的期间目标通过扇平面时，对整个目标进行扫描。

尽管总扫描时间可以是持续几秒至几分钟，所扫描的物体的任何部分的实际暴露时间仅仅是笔形射束扫过该部分所需要的时间。物体的制定部分的暴露时间通常在8至64微秒的范围内，取决于设计和应用，并对所扫描的物体产生仅几十或几百微伦琴的进入曝光量(entrance exposure)。该对物体产生的低剂量还表示仅有非常少量的辐射散射至环境中，从而相应地至操作者和旁边的人的剂量也很少。在与被扫描物体的x光源侧的射束平面相邻处使用独立的大区域探测器，且其工作表面朝向被扫描的物体。所述探测器仅需要提供用于收集散射辐射的大的立体角；不需要精确的对准。在该位置，探测器响应从物体大致散射回源的x光。

常规地，通过有机材料的x光传递大于通过诸如金属等的高密度、高原子序数的材料。由于x光透射图像是经由通过整个物体的路径的相互作用，所以诸如货车等的较大和复杂物体会产生混乱的透射图像。在所述情况下，即使存在少量的金属和普通的预期的有机材料也会产生掩盖对违禁品的查找的杂乱图像。接着，图像识别成为不可能的任务。很多有用信息常常仅从反向散射图像中获得。

现参考图1对本发明的优选实施方式进行说明，其中示出了用于检查车辆102的配置中的可快速再定位的x光检查装置，其以数字100表示。从后面可看见可再定位的x光检查装置100和被检查车辆102。快速可重定位检查装置与运输工具完全结合，大致由数字110表示。运输工具110可以是卡车，能够自身驱动上或下路，或者运输工具110可以是拖车，其可由卡车或其他自驱动牵引车牵引。

可快速再定位的x光检查装置100的该实施例的特征包括向下穿透辐射的源104和探测器106，该探测器106探测源104所发射的且已横贯所检查的车辆的穿透辐射。具体地，与对卡车区域、油箱和座位区域的侧面观察、上方观察相比，自上向下的观察提供对车辆的大多数区域的更好的观察。

源104通常包括x光管或其他x光发射源，以及光谱成形元件，如一个或多个过滤器，以及射束成形元件，如一个或多个准直仪。根据本发明的实施方式，使用在160千电子伏和300千电子伏之间范围内的具有最大能量的x光。在该能量，x光穿透进入车辆，且可检测车辆中的有机物体。由于因此可实现低剂量的x光辐射，因此可使用本发明来扫描汽车。对于所扫描的车辆可能有人的应用中，优选端部能量低于300千电子伏。然而，本发明的范围并不限于所应用的穿透光子的能量范围。

例如，对在2002年10月1日发表的美国专利第6,459,761号“光谱成形检查射束”中对光谱和射束成形元件进行了说明，在此结合作为参考。

在本发明的一些实施例中，例如使用反向散射成像的实施例中，源104的辐射被成形为具有笔形射束的形状的射束108。然而，在本发明的其他实施例中，射束108可以是扇形射束，或者具有其他横截面形状。例如，在2002年10月1日公开的美国专利第6,459,764号“免下车车辆检查系统”中说明了射束108可通过如调制盘的方式而扫过，在此结合其作为参考。

源104被设置在可展开的部件上，在图1所示的实施例中，是可通过关于以线114表示的中央轴线旋转而从运输工具110向外伸展的吊杆112，所述中央轴线大致沿着运输工具的道路前进方向。常规地，吊杆112在其用于上路前进的装载位置与用于检查操作的展开位置之间旋转大约90度。

运输工具110还装载了高电压电源120，以向源104供电，以及向冷却模块122和包括控制器126的电子模块124供电。此外，运输工具110通常包括发电机130，例如汽油发电机，以及燃料箱132。

当前，随着通过透射探测器106的透射成像，可通过使用诸如反向散射探测器116等的散射探测器获得散射图像。在需获得散射信息的情况下，射束108是笔形射束，且在与通过检查系统100的车辆102的前进方向横向的平面中在扫描量程109之间扫过。

可提供一个或多个斜坡140以让车辆102平滑地经过包括透射探测器106的模块146。在以数字107所指示的虚线所示的竖直位置将模块146装载至运输工具110上，或者可手动加载至运输工具110上。为了检查操作，将模块146展开使得透射探测器106与地面平行，且保持连接至运输工具110。

在图2中示出了移动x光透射装置100的侧视图，其中通过使用“L”形吊杆112使得穿透辐射的源104位于加载位置，将吊杆112旋转从而与运输工具110在陆上移动至将运行检查点的展开位置的移动方向一致。一旦检查系统100在所希望的检查位置展开，则可展开一个或多个螺旋起重机或类似装置145(如图1所示)，以机械地稳固所述系统。在本发明的常规的实施例中，运输工具1108可以是卡车，通常是35英尺长×8英尺宽×10英尺6英寸高，其他尺寸也在本发明的范围之内。在运输工具110的陆上前进中，模块106可如图2所示可操作地装载在床101下方，而不是如图1所示位于竖直位置。

响应于发射通过或散射的穿透辐射，车辆102及其装载物、透射探测器106和反向散射探测器116分别产生透射和反向散射信号。处理器126处理来自透射和/或反向散射信号的数据，以产生可显示在显示装置150上的一幅或多幅图像，从而由被位于运输工具110附近或远处的操作者观看。

除了根据本发明的事实例已说明的所检查的车辆的成像内容，获得所检查的物体的其他特征也包括在本发明的范围内。例如，如现有技术领域已知的，可应用发射和反向反射技术以获得质量、质量密度、质量分布、平均原子序数或具有目标危险材料的可能性。

至此，在本发明中，尽管已经对向下朝向地面的x光射束进行了说明，然而应该理解向上射出射束也包括在本发明的范围内。根据本发明的其他实施方式，如所示，例如在图3中，可从运输工具110将低剖面的源160(例如使用美国专利号7,505,562中说明的碳纳米管阴极)展开至待扫描的车辆102下方的位置，使得车辆102可驶过该源。可将探测器162在待扫描车辆102的上方展开。

本发明的已说明的实施例仅作为示例的目的，对本领域的技术人员来说，多种修改和改变是明显的。所有修改和改变都在所附权利要求所限定的本发明的范围内。

Claims (16)

1.一种用于检查物体的检查系统，所述系统包括：

a.一种能在路上移动的运输工具，其特征在于沿着路上移动方向的轴线；

b.透射辐射的源，其设置在连接至所述运输工具的可展开部件上，从而以大致竖直的方向提供第一透射辐射射束；

c.探测器，其机械地连接至所述运输工具以探测来自所述源的在所述物体与所述透射辐射相互作用后的透射辐射，且产生与所探测到的辐射对应的探测信号；和

d.控制器，其用于根据至少所述探测信号而产生所述物体的容纳物的图像。

2.如权利要求1所述的检查系统，其中所述可展开部件是吊杆。

3.如权利要求2所述的检查系统，其中所述吊杆在检查过程中能与所述运输工具的中央轴线大致成90度而向外延伸。

4.如权利要求1所述的检查系统，其中所述运输工具是自驱动的。

5.如权利要求1所述的检查系统，其中所述运输工具包括拖车。

6.如权利要求1所述的检查系统，其中机械地连接至所述运输工具的所述探测器可在检查操作之前从所述运输工具展开。

7.如权利要求4所述的检查系统，其中在被检查车辆自驱动通过的过程中所述探测器由下部表面机械地支撑。

8.如权利要求4所述的检查系统，还包括连接至所述探测器的至少一个斜坡，从而便于被检查车辆从其通过。

9.如权利要求1所述的检查系统，其中所述第一透射辐射源包括用于对透射辐射射束进行成形的准直仪。

10.如权利要求1所述的检查系统，其中所述第一透射辐射源包括用于将所述透射辐射射束形成为扇形射束。

11.如权利要求1所述的检查系统，其中所述第一透射辐射源包括射束扫描机构。

12.如权利要求10所述的检查系统，其中所述射束扫描机构是旋转调制盘。

13.如权利要求1所述的检查系统，还包括至少一个散射探测器，用于探测所述物体的容纳物所散射的透射辐射以及用于产生散射信号。

14.如权利要求1所述的检查系统，还包括显示器，其用于根据所述透射信号显示位于所述物体中的材料的图像。

15.如权利要求1所述的检查系统，其中所述探测器被设置在从所述运输工具展开的用于检查操作的模块上。

16.如权利要求1所述的检查系统，其中所述源被设置在检查的所述物体下方。

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