CN110824573A - 使用行间自适应电磁x射线扫描的反向散射表征 - Google Patents

Abstract

本发明公开了使用行间自适应电磁x射线扫描的反向散射表征。用于在检查对象上回扫x射线束的方法和x射线源。电子束由阴极发射，而回扫控制器在阳极上规定的路径中将信号施加到束控制器，从而使从设置在可变长度的鼻部的一个顶点处的孔发射x射线束。孔可以是Rommel孔，其允许独立于光束发射的角度形成具有期望尺寸和通量的扫描x射线。扫描速率可能会在扫描过程中变化。例如，可以同时形成多个x射线束，其中，一个光束位于运输工具内，而另一个位于运输工具之外。

Description

使用行间自适应电磁x射线扫描的反向散射表征

本申请是分案申请，其母案申请的申请号为2016800656018，申请日为2016年9月7日，发明名称为“使用行间自适应电磁x射线扫描的反向散射表征”。

技术领域

本发明涉及用于使用穿透辐射来检查物品的系统和方法，并且更具体地，涉及在单次扫描过程中穿透辐射的特性改变的检查。

背景技术

通过成像反向散射辐射来检查车辆和集装箱，过去曾使用机械手段来产生扫描目标的x射线束。用于电磁扫描x射线束的各种方案也是已知的，例如，如在美国专利号6,249,567(Rothschild等人，2001)中教导的，该专利教导使用电磁扫描的x射线束来扫描车辆的底盘。

图1示出了现有技术的x射线反向散射系统100，其中，x射线源102和一组x射线反向散射检测器104封闭在相对于目标108移动的检查车辆106内(在本文中也称为“检查目标”、“被检查目标”、“目标车辆”或“被检查车辆(“汽车”或“卡车”)，视情况而定)。相对运动的典型方向由箭头116指示，其中，检查车辆106或目标车辆108或两者可相对于周围环境运动。图1中所示的反向散射系统的基本元件包括x射线束形成器20(如图2所示)、一个或多个反向散射x射线检测器104、信号处理器110和用户界面112。源102包括光束形成器20(在本文中也称为“机械扫描仪”)，该光束形成器20将x射线形成为以通常在垂直平面内的回扫模式114进行回扫的笔形光束201(图2所示)。现有技术的光束形成器在图2中示出并且在此处总体由数字20表示，并且在美国专利号9,014,339(下文中称为“Grodzins'339”)中详细描述，该专利通过引证结合于此。光束形成器20由x射线管203组成，其中，由负高压的灯丝207发射的固定电子束205被聚焦到反射阳极209上的斑点。被准直器211限制为扇形射束的x射线撞击在具有N个等间隔的孔215(图2中，N＝4)的旋转箍213上，其产生在箍213的每次旋转中回扫目标(图1中，车辆108)N次的x射线的笔形光束201。由目标车辆108中的康普顿相互作用反向散射的x射线由大面积反向散射检测器检测，在汽车(即，目标车辆108)移动通过扫描笔形光束201时，将检测器的信号处理成图像。

扫描笔形光束201的强度、回扫速度、回扫角、分辨率等规格由x射线管203和机械扫描仪20的参数决定。在反向散射系统部署在检查车106上并用于检查车辆108的情况下，如图1所示，通常的做法是，设计机械扫描仪(该术语在本文中与术语“光束形成器”和“斩波器”同义地使用)20，以给出针对以特定行驶速度和距离检查车特定距离移动的特定高度的车辆的最佳图像质量。将在不太理想的条件下，检查其他高度或不同距离或不同速度的车辆。

图3示出了光束扫描系统与被检查的特定车辆的不太理想的匹配的现有技术示例。在图3所示的现有技术场景中，固定式检查车(未示出)检查在与斩波器20相距5英尺的距离处以5kph移动的汽车(被检查车辆108)。图2的现有技术的斩波器箍213具有24英寸的轮直径，带有四个直径均为1.5mm的孔215，以每秒40转的速度旋转，产生连续的90ο回扫，每次耗时6.25毫秒。在与x射线源相距12英寸距离处的1.5mm孔在与被检查车辆108相距的最小距离5英尺处产生9mm宽的像素。在光束的每次回扫期间，被检查车辆已经移动8.7mm，所以连续的回扫邻接并重叠，使得汽车被完全扫描。

图4A是随着图2的箍旋转而彼此相继的连续光束回扫的光束覆盖图。为了使本段落的观点具有启发性的简单性，已假设像素宽度为9mm并且在回扫期间保持不变。实际上，回扫可能形成沙漏，例如，在90ο扫描的顶部和底部，像素宽度增加40％。在图4A至4C中的每幅图中的扫描带的均匀宽度是典型光束形成器上的回扫的典型代表，尽管这种均匀性对x射线检测应用施加了不希望的限制，如现在将讨论的。

使用上面为了示范而讨论的值，像素宽度总是大于车辆在检查期间移动的距离8.7mm(图4A中，四舍五入至9mm)。汽车被完全扫描。以更高的速度，例如，8kph，汽车在每次回扫期间移动将近13mm，从而图4B所示的像素图案具有间隙。汽车严重欠采样。图4C示出了针对车速2.5Kph的模式。(所示扫描的垂直偏移仅用于说明目的。)在后一种情况下，光束宽度至少是车辆在回扫中移动的距离的两倍，并且连续扫描完全重叠。2倍的过采样提高了测量强度的统计，但代价是检查时间加倍。当以5kph的速度移动的汽车接近或远离检查车时，也会导致欠采样或过采样。

要注意的是，图3的90ο扫描光束被设计为针对在5英尺的距离处的12英尺的卡车进行最佳覆盖。完全扫描距离5英尺的汽车，但浪费了超过50％的光束，扫描空气。

已经提出机械方法来改变连续检查之间的扫描参数，以便将完整的x射线束放大到目标L上，并且在Grodzins'339中进行了描述。但机械手段在检查过程本身中不能改变光束参数。目前还没有办法在检查过程中改变光束参数，在本文中描述和要求的这样做的技术构成了及时的发明。

在撞击在轫致辐射靶上时通过电子改变电子束的形状来改变x射线束的形状的手段早已为人所知，并且已经在诸如美国专利5,822,395(Schardt等人，1997)等参考文献中进行了描述，其中，电子束的横截面被成形为使偏心角度、可选目标角度和光束功率水平的表观焦斑失真最小化。已经教导了各种电磁扫描系统，其中，出射的x射线束的传播方向可以电磁地变化。一个示例是美国专利6,282,260(Grodzins)。

如下面所讨论的，在生成x射线束的过程中电子束的电磁导向包括本发明的一个方面。现有技术已经描述了多阳极x射线管的多个阳极之间的电子束的不连续切换，这是不能实现下面讨论的本发明的目的的一个方面。

在所有已知的对x射线成像领域的参考文献中都指出，在单次扫描的过程中获得目标的多个x射线图像将需要多个x射线源，如美国公开专利申请US 2011/0206179(Bendahan)中所建议的，将电子束分成一系列辐射产生目标，或者如美国公开申请2013/0136230(Arodzero)中所教导的，采用快速束抛射器，以高速率将电子束转移到多个单独的目标。

然而，在本发明之前，使用孤立的轫致辐射靶，在检查系统相对于被检查对象的单次通过的过程中，没有人能够设计出获得比与单个目标的x射线交互的单一图像更多的方式。

发明内容

根据本发明的实施例，提供了一种x射线源，其具有：阴极，用于发射电子束；控制器，用于改变电子束相对于阳极的方向；以及鼻部，对穿过其中的x射线的透射是不透明的，其特征在于设置在鼻部的一个顶点处的第一孔，并且其特征在于可变的鼻部长度。此外，x射线源具有回扫控制器，用于以以下方式将信号施加到束控制器，以便在阳极上的规定路径中扫描电子束，从而促使沿着作为时间函数而变化的方向从孔发射x射线束。

根据本发明的实施例，所述孔可以是Rommel孔，因为该术语如下定义，并且Rommel孔可以是可变Rommel孔。所述第一孔可以适于相对于阳极重定位。束控制器也可以具有转向线圈。此外，x射线源可以另外具有鼻部长度控制器。

在本发明的替代实施例中，x射线源可以具有用于发射x射线束的第二孔，第二孔适于使得可以基于电子束在阳极上的放置而从第一孔或第二孔发射x射线。滤波器可以设置在通道中，该通道设置在阳极和第二孔之间。

根据本发明的另一方面，提供了一种用于在检查对象上回扫x射线束的方法，所述方法包括：

改变电子束相对于电子束撞击在其上的阳极的方向；

经由设置在以鼻部长度为特征的鼻部的顶点处的孔来耦合在所述阳极处生成的x射线，从而生成以作为时间函数扫描的方向为特征的x射线束；并且

基于检查对象的尺寸，调整鼻部长度。

在本发明的其他实施例中，该方法可以具有对通过鼻部中的两个孔发射的x射线进行差分过滤的额外步骤以及扫描所述检查对象的第一部分并随后扫描所述检查对象的第二部分的额外步骤。在后一种情况下，检查对象的第二部分可以至少部分地与第一部分重叠。

扫描所述检查对象的第二部分，可以包括以与扫描第一部分的第一采样率不同的第二采样率进行扫描，并且第二扫描率至少部分地基于在扫描过程中导出的测量。

根据本发明的又一方面，提供了一种x射线源，其具有：阴极，用于发射电子束；以及控制器，用于改变电子束相对于第一阳极和第二阳极的方向。x射线源具有：第一鼻部，对穿过其中的x射线的透射是不透明的，其特征在于设置在第一鼻部的一个顶点处的第一孔；以及第二鼻部，对穿过其中的x射线的透射是不透明的，其特征在于设置在第二鼻部的一个顶点处的第二孔。提供回扫控制器，用于以下述方式将信号施加到束控制器，以便在第一和第二阳极上的规定路径中扫描电子束，从而促使沿着作为第一时间函数而变化的方向从第一孔发射第一x射线束，并且沿着作为第二时间函数而变化的方向从第二孔发射第二x射线束。

同样在这种情况下，第一孔可以是Rommel孔，并且更具体地，是可变Rommel孔。类似地，第二孔可以是可变Rommel孔，也可以不是。第一孔和第二孔可以具有不同的孔径开口。x射线源还可以具有用于控制第一鼻部的长度的鼻部长度控制器。

根据本发明的另一方面，提供了一种用于同时检查多个车辆的系统。该系统具有包括多个开口的入口，每个开口容纳多个车辆中的一辆车。该系统具有至少一个电磁扫描仪，其设置在所述多个开口中的两个开口之间的垂直元件中，用于生成指向所述多个开口中的第一开口的第一x射线束和指向所述多个开口中的第二开口的第二x射线束。然后，该系统具有：第一检测器，用于检测由所述多个车辆中的第一车辆从所述第一x射线束散射的x射线并且用于生成第一散射信号；以及第二检测器，用于检测由所述多个车辆中的第二车辆从所述第二x射线束散射的x射线并且用于生成第二散射信号。最后，该系统具有显示器，用于显示第一和第二散射信号的图像。

根据本发明的又一方面，提供了一种用于同时检查车辆和货物的移动系统。移动系统具有双边扫描系统，其设置在运输工具内，用于在运输工具外的扫描路径中回扫第一x射线束以及在运输工具内的平面中的第二扫描路径中回扫第二x射线束。该移动系统还具有：输送机，用于移动货物通过第二扫描路径的平面；第一检测器，用于检测由车辆从第一x射线束散射的x射线；以及第二检测器，用于检测与货物相互作用的x射线。

附图说明

通过参考参照附图进行的以下详细描述，将更容易理解本发明的上述特征，其中：

图1描绘了现有技术的x射线反向散射系统，其中，x射线源和一组检测器封闭在检查车辆内。

图2描绘了现有技术的扫描x射线束形成器。

图3示出了通过现有技术的x射线扫描系统将光束扫描系统与被检查的车辆进行不太理想的匹配。

图4A至4C示出在检查车辆和扫描目标之间的三个连续相对速度下使用现有技术的扫描x射线束形成器的连续光束回扫的光束覆盖图。

图5A和5B示出了根据本发明的实施例的x射线束的电磁扫描的原理。

图6A描绘了根据本发明的实施例的用电磁扫描x射线束扫描车辆。

图6B描绘了根据本发明的实施例的用具有交错的主扫描和次扫描的电磁扫描x射线束扫描车辆。

图7A是根据本发明的实施例的具有可变长度的鼻部的电磁扫描仪的剖视图。

图7B是根据本发明的实施例的双能量电磁扫描仪的剖视图。

图7C是根据本发明的另一实施例的具有不同长度的通道的电磁扫描仪的剖视图。

图7D是根据本发明的实施例的具有尺寸不同的孔的电磁扫描仪的剖视图。

图8A是根据本发明的实施例的使用鼻部产生从不同的x射线指向角拍摄的多个图像的示意图。

图8B是这种多成像鼻部的横截面的详细示意图。

图9是根据本发明的实施例的用于生成沿多个方向发射的x射线束的电磁扫描仪的剖视图。

图10示出了根据本发明的实施例的多车道x射线检查入口系统。

图11示出了根据本发明的另一实施例的双边x射线检查车。

图12A和12B分别示出了根据本发明的实施例的移动式组合货物和车辆扫描仪的水平面和垂直面的横截面。

图13A和13B示出了根据本发明的实施例的用于同时扫描各种相对高度的目标车辆对的扫描角的替代配置。

图14A至14C描绘了根据本发明的一类实施例的Rommel孔相对于出射的x射线的扫描阳极以及相应扫描角的相对放置的样本。

具体实施方式

定义：如本文以及任何所附权利要求中所使用的，除非上下文另有要求，否则以下术语应具有所指的含义。术语“车辆”应表示任何运送人员或设备的运输工具，无论是自走式还是其他运输工具。当车辆是x射线检查的对象时，在本文中也可以将其非限制性地称为“汽车”。

术语“光束角度”是指相对于角度光束跨度的中心线测量的来自扫描装置的光束的瞬时出射角。(因为光束被扫描，所以光束角度时刻变化。)

“扫描角”被定义为在从x射线扫描仪出射的x射线笔形光束之间相对于基准方向(例如，由源发射并且指向阳极的电子束的中心轴线)测量的极值角。

为了描述或要求保护本发明，术语“回扫角”被定义为与术语“扫描角”相同并且与其同义。

回扫光束的术语“指向角度”被定义为回扫的中心方向。

“指向方向”被定义为从x射线扫描仪出射的x射线笔形光束的传播方向，其中，在空间中而不是相对于任何基准物体或轴限定该方向。

术语“鼻部”应被限定为意指对于所讨论的辐射不透明但是用于允许辐射通过其出现的一个或多个界定的开口的外壳。

术语“鼻部长度”定义为生成x射线的阳极与鼻部中的孔之间的距离，其中，x射线从鼻部出射，用于扫描外部目标物体。也称为“准直长度”。

如本文和任何所附权利要求书中所使用的，术语“Rommel准直器”应指x射线孔，其允许形成具有期望大小和通量的扫描x射线束，而与光束角或其任何功能变体无关，如US2014/0010351(Rommel，现在作为美国专利号9,117,564发布)中讨论的。术语“Rommel孔”的含义应与“Rommel准直器”的含义同义。

“可变Rommel孔”是Rommel孔，其参数可在操作过程中由用户修改。

术语“真实变焦”指的是改变扫描系统的视场的能力，同时保持像素中测量的恒定图像大小。

术语“扫描高度”被定义为在该位置处相对于扫描仪测量的被检查物品的扫描光束的限制性垂直范围。

术语“实时”是指在该检查目标相对于x射线检查设备单次通过中检查单个检查目标的过程。

现在参照图5A和5B中描述的电磁扫描仪(EMS)50描述根据本发明的实施例。例如，当用于上面参照图1描述的x射线检查应用中时，EMS50可以取代图2的光束形成器20或任何其他光束形成器。来自诸如x射线管203(图2所示)等源的电子束501中的电子被光束控制器505聚焦并转向，从而回扫阳极508，阳极508可以可选地水冷。光束控制器505施加电场和/或磁场来限制和转向电子束501，并且具体而言，光束控制器505包括束转向线圈519。电子的源通常包括阴极207，电子束501中的电子从阴极207发射。电子束501撞击到阳极508上，产生x射线511，该x射线在图5B所示的透射几何结构中穿过阳极508并且离开真空空间513，进入在其顶点519处具有单出射孔517(在本文中称为孔517)的鼻部515。孔517优选是如上所定义的Rommel孔，并且为了方便起见，孔517在本文中可以称为“Rommel孔”，而没有损失一般性。当电子束501在阳极508上回扫时，出射的x射线束520以一角度回扫。通过施加信号扫描控制器518驱动光束控制器505，以在作为时间函数的规定路径上在阳极508上回扫电子束501。

图5B示出了具有穿过阳极507的x射线束的EMS的“透射”几何结构，阳极507也用作真空屏障。在阳极507之外，鼻部515可以填充有空气521或另一种物质。

为了启发性清楚起见，出于说明术语和应用的目的，进一步的描述可以涉及图5B的透射几何结构。然而，应注意的是，另一实施例采用如图5A中所示的“反射”几何结构，其中，反射阳极508相对于电子束501以一角度(通常为20ο)设置。在图5A中描绘的反射配置通常是优选的，特别是当空间是非常珍贵的情况下。在图5A的反射几何结构中，从反射阳极508的正面发射的x射线511从真空空间513穿出，进入通常以90ο的角度指向电子束501的孔尖鼻部515。经由孔517发射经扫描的x射线束520，与在透射情况下一样，孔517优选为Rommel孔。

当电子束501向下(向上)扫描反射阳极508时，离开孔的x射线束520向上(向下)扫描检查目标108(如图1所示)。由本发明实现的新能力由反射阳极508来举例说明，该反射阳极508被假设为长50cm×宽2cm，用于EM扫描的阳极面积相对较小，但是仍然是图2的现有技术的x射线管的阳极的有效面积的一千倍。电子束501可以寻址整个50cm×2cm的反射阳极508，产生在最大角范围内(在这种情况下，90ο×3.4ο)的x射线束。

为了示例的目的，提供了以下实际参数：0.5mm的焦斑和25cm的鼻部长度，终止于可变的Rommel孔，设置在1mm×1mm的开口处。来自孔的x射线光束在5英尺处产生5mm像素。要注意的是，只要阳极平行于成像的物平面，固定水平距离处的像素尺寸与发射x射线束的高度范围内的像素的垂直高度无关。图4所示的像素条纹的恒定宽度是EMS的正确表示；具有垂直高度的像素尺寸的均匀性有利地通过电磁扫描来实现，而利用其他的x射线束控制手段来获得这种均匀性将是麻烦的。

根据本发明的实施例，沿着阳极507回扫的电子束501中的电子不需要是连续的，而是可以以微秒级来控制，在从一个像素到下一个像素的转换期间，电子电流减小或甚至为零。为了简单起见，可以假设沿着阳极507的恒定电子回扫速度250m/s，返驰速度至少快一个数量级。在下面的讨论中，忽略返驰时间；实际上，其可以通过像素尺寸的小幅增加来解释。

可以强调的是，在本文中描述参数，而没有限制，并且仅出于说明的目的。实际上，EMS参数的细节(包括其可调范围)取决于系统设计。重要的是，在由电磁(EM)场控制的参数的相位空间内的变化可以以微秒进行。此外，应该注意的是，根据本发明描述的所有创新可以应用于图5B所示的透射模式或图5A所示的反射模式。

假设扫描速度250m/s(900kph)的电子束501在2ms内扫描50cm的阳极，其近似于非常快的机械斩波器轮的扫描速度。然而，EMS 50能够以超过10000kph的速度扫描电子束，使得电子束501可以在单个回扫时间的一小部分内位于阳极507的区域内的任何地方。而且，由于电子束501的强度也可以以微秒来控制，所以电子束的返驰时间可以在光束关闭的情况下执行。

图6A示出了根据本发明的实施例的由电磁扫描仪50进行检查的车辆108。电子束501在阳极507上扫描，由此生成x射线525，可以经由鼻部515中的孔517在扫描极限601和602之间的方向(并且具体地可以被限制为车辆108的角度范围)上引导该x射线。因此，在图6所示的扫描操作中，在横轴610和扫描下限601之间最优地限制扫描。

出射的x射线笔形光束525相对于中心基准轴线603的限制角度是扫描角605。扫描角605由阳极/鼻部几何结构确定。改变鼻部515的长度607以及孔径517的尺寸的变化(这两者都可以在几秒内完成，与在连续检查之间一样)有利地允许EMS 50在宽范围的车辆高度、速度和距离内具有最佳的变焦和像素尺寸。

鼻部515的长度607被定义为阳极507与Rommel孔517之间的距离。在目标车辆108越过扫描x射线束525之前的几秒内改变鼻部515的长度607，有利地允许整个光束通量集中在不同高度和距离的目标上。

现在参考图7A，描述提供改变可调节鼻部715的长度607的本发明的实施例。Rommel孔517相对于反射阳极508的位移通过致动器703沿方向701变化，该致动器在本发明的范围内可以是电机驱动的机械线性致动器或任何其他类型的致动器。真空屏障707密封真空空间513。处理器704用于驱动致动器703，并且处理器704和致动器703的组合可以在本文中称为鼻腔长度控制器。

通过以下示例，可以理解长度可变的鼻部715的操作。用产生117ο扫描角的长度为15厘米的鼻部最有效地扫描与EMS相距5英尺的15英尺高的拖拉机拖车。但是如果拖拉机拖车与EMS相距10英尺，则扫描高度(如上所定义的)将是32英尺，并且50％的光束将被浪费。图7A的EMS鼻部给操作员(或预编程的计算机)提供用于更有效地利用光束的不同选项，包括将鼻部长度增加到35cm并打开Rommel孔517或在较短长度的阳极上扫描。

将扫描限制到指定范围是本发明的EMS的真实缩放能力的图示。参考图6A，首先假设汽车108以5kph的速度行进距EMS 5英尺。为了说明，在25cm鼻部515的末端处的Rommel孔517被调整为0.6mm宽，以便在汽车108处产生3mm宽的像素620。

在每2毫秒期间，汽车108已经移动2.8mm。宽度为3mm的x射线回扫625重叠，使得完全扫描汽车108。然而，扫描高度(即，当扫描阳极507的全高时，扫描的垂直范围)是汽车高度的两倍，因此，在扫描空气中再次浪费50％的光束，如同上面参照图3描述的现有技术的机械扫描仪20的情况一样。可替换地，也可以从目标车辆108的前几次扫描的结果中在几毫秒内确定失配，可以使用速度传感器和距离传感器在扫描之前确定该失配。利用该认知，EMS 50将电子回扫限制在阳极507的上半部。现在，汽车的回扫仅需要一毫秒(而不是2ms)，在此期间，汽车仅移动了1.4mm，小于车辆上的x射线束525的3mm宽度的一半。x射线束525的连续回扫重叠超过两倍，使汽车上的通量增加两倍，并且使每个像素中的信噪比增加约40％。

可以在延伸到至少15英尺的车辆高度的宽范围内，容易地产生真实缩放和两次过度扫描的条件，车辆距离从至少4至15英尺并且相对速度至少高达12kph。

应该理解的是，特别地，由连续回扫产生的图像是独立的。因此，例如，可以使每个交替回扫独立，使得从奇数回扫创建的图像可以独立于偶数回扫创建的图像。每个系列的交错回扫可以具有其自己的角度扩展(即，变焦)、指向角度和像素分辨率。

如现在参考图7B至7D所讨论的，具有多于一个通道A和B的鼻部720允许这些参数在微秒内改变，即，在检查期间实时改变，以创建至少两个独立的图像。以下示例使用具有50cm长×2cm宽的反射阳极508的示例性EMS50。在每个示例中，假设目标车辆108的速度、高度和距离的认知由传感器预先确定，例如，雷达、声纳和光学相机，通常在目标车辆通过扫描x射线束520之前的几秒钟内。在那几秒钟内，可以调整机械控制的光束参数，例如，鼻部长度607(在图6A中)和Rommel孔517的尺寸，使得在目标车辆108上的像素宽度620至少是单次光束回扫期间车辆移动距离的两倍。

就鼻部720具有多个通道A和B而言，连续的回扫可以通过主回扫时间ΔT(P)和次回扫时间ΔT(S)来表征。在主回扫过程中由目标108散射的x射线的检测(使用检测器(例如，反向散射检测器104)和标准x射线检测技术)生成信号，处理该信号(使用标准反向散射信号处理技术)，以形成主图像。类似地，次回扫形成尽可能多的次图像ΔT(S_i)，可以适合主回扫的时间间隔ΔT(P)。主扫描和次扫描交错，在主扫描之间行间发生次扫描。

示例1、在特定区域上集中次要视图

检查员可能想要所有卡车的特定部分的增强图像。图6B示出了EMS扫描在与EMS50的鼻部515相距7英尺距离处以12kph行进的14英尺高的拖拉机拖车。在拖拉机的扫描期间，可以容易地调整光束的高度和强度，以适合尺寸和最大值辐射剂量。在拖车的扫描过程中，单次驾驶产生两个独立的视图：整个拖车的主图像和拖车内部的下半部分中的货物的改进的次图像。在这个示例中，在14英尺高度的2毫秒完全回扫期间，一半拖车移动了3.3mm。Rommel孔517(如图5A所示)设置为1mm直径，产生7mm宽的像素条纹。奇数回扫邻接，称为沿主扫描路径630的主回扫。主回扫单独产生完全扫描的拖车的图像。交替回扫现在分为主回扫和次回扫，后者发生在次扫描路径632上。

每次主回扫花费2毫秒并扫描卡车高度的整个14英尺。每次主回扫后的2毫秒用于次回扫。如图6B所示，次回扫集中在拖车车板上方4.5英尺处，这是货物最集中的地方。每4.5英尺扫描只需要0.64毫秒，所以在每次主回扫之后有三次的次回扫。主扫描和次扫描形成的图像可以单独查看，也可以精确配准重叠。现在，操作员可以在可能出现违禁品的地方查看信噪比显著改善的图像。

示例2、使用双通道鼻部来提高分辨率

图7B至7D中的每幅图的鼻部720在两个通道A和B的每一个中具有单独的Rommel准直器517，并且可以通过交替电子束501的扫描来获得两个独立的视图，使得奇数x射线束741通过通道A并且偶数x射线束742通过通道B，以产生不同的像素能量、分辨率或像素强度，可以视情况而定。这种鼻部可以称为“双通道鼻部”，或者可替换地称为“两通道鼻部”。多于一个通道的鼻部可以称为“多通道鼻部”。

示例3、消除来自外部塑料的假警报

在搜索爆炸物或毒品时，车辆的反向散射(BX)检查遇到了严重的困难，难以区分汽车钢体内的潜在违禁品和可能构成车辆的外部的一部分的轻元素材料(例如，塑料和碳纤维)。根据本发明的一个实施例的EMS50可以通过经由图7B的通道A发送ΔT(P)光束以及经由图7B的通道B发送替代光束ΔT(S)来有利地消除假警报，其具有滤波器750。例如，滤波器750可强烈吸收低于约70keV的x射线。因此，汽车108可以被扫描两次，其中，每次扫描完成并提供光谱分辨率。比较由通过通道A的x射线组成的图像中的像素的强度与由通过B的x射线组成的图像中的相应强度，唯一地识别轻元素材料是否在钢后面。

所涉及的现象学的物理解释如下：在车身钢的后面找到塑料或其他低Z物体，需要足够的x射线，使得首先穿透钢，然后，在塑料靶中康普顿反向散射，并且最后通过钢返回到检测器104(如图1所示)。

考虑到来自EMS 50的x射线谱的60keV分量，该频谱分量的强度在通过1.5mm的钢进入内部时减小了几乎四倍。该光束现在由塑料康普顿反向散射，这一过程将60keV降低到49keV。49keV的x射线在车辆表皮倒转时被另外吸收10倍。正好由于在车辆的1.5mm钢壁中的吸收而造成的净损失是40倍。对于60keV的x射线，损失是对于90keV入射x射线的强度损失的10倍。因此，低能量的x射线会从未屏蔽的塑料中产生强烈的信号，对于检测甚至是适度厚度的钢所屏蔽的塑料也是不切实际的。

如果塑料在钢的后面，消除来自光束的较低能量通量会使两个图像产生小幅差异，但是如果塑料未被屏蔽，则会产生很大的差异。在1.5mm的钢板后面和前面使用220keV的x射线束对2”厚的高密度聚乙烯靶材进行一些测试的值证明这一点。表1显示了将1.5mmCu滤波器插入光束中的结果。

表1

	HDPE在前面	HDPE在后面
			无滤波器	13.9	4.4
1.5mm Cu	5.08	2.4
			R(无滤波器)：滤波器	2.7	1.8

可以自动区分在比值2.7和1.8之间的50％差值，允许计算机明确地通知轻元素物体的位置(关于是在车辆的钢皮的前面还是后面)。在整个扫描角上延伸的图7B中的滤波器750的厚度优选地与出射的x射线相对于中心射线形成的角度的余弦成反比变化。

示例4、逐个回扫地满足标准

可以对EMS 50的参数进行预编程，以过采样满足特定标准的所有区域。这可能会导致单次检查中次扫描的多次变化。例如，扫描标准可以是过采样在主扫描中产生指示存在低Z目标的反向散射强度的所有区域，或者当主扫描的强度突然下降指示可能存在金属集装箱时过采样。标准可能是单次主回扫的强度模式或连续回扫的强度模式。前述标准仅以举例的方式呈现，并且不限制本发明的范围。

示例5、改变P和S扫描之间的像素分辨率

根据本发明的其他实施例，目标108上的像素尺寸620(图6A所示)可通过改变从阳极507到孔517的距离607或通过改变孔尺寸来变化。机械光束形成器可以在几秒钟而不是在检查期间进行变化所需要的几毫秒内完成。在检查期间，EMS 50可以这样做，通过例如使用如图7D所示的双通道鼻部，第一Rommel准直器718设置为一个宽度，第二Rommel准直器719设置为一不同的宽度。可替换地或另外地，如图7C所示，阳极708和相应的Rommel准直器718和719之间的距离可以在通道之间不同。

示例6、多个BX查看角度

在美国专利号6,081,580(Grodzins等人)中描述了根据从不同角度获得的反向散射视图测量深度的基本概念，该专利通过引证结合于此。假设主视图是垂直于相对运动的方向116(如图1所示)的中心束，可以通过沿着2cm宽的阳极的任一边缘扫描电子束来获得两个次视图。对于大多数应用来说，对于25cm鼻部的与垂线的正负1.7ο的角度差异是不够的，但是更宽的阳极是实用的。在本发明的范围内，以适当的缓慢速度进行的检查可以利用宽的阳极和适当的鼻部产生目标的角度图像序列，其将通知图像中物体的深度。如图8A和8B所示，多个孔也可以用在单个鼻部805中，以产生多个图像，从不同的x射线指向角度拍摄每个图像，以提供关于目标车辆108中的物体的深度的信息。此外，集成系统800可以有利地组合从反向散射检测器104中获得的反向散射数据与通过透射检测器802获得的透射(TX)数据，透射检测器可以是非分段的并且测量透射光束的强度。透射x射线的每个图像与适当的反向散射图像在时间上同步。

根据本发明的其他实施例，现在参照图9描述总体由数字900表示的双向扫描系统。在单次扫描的过程中，电子束501转向，以交替地撞击多个阳极508。在阳极508处发射的x射线901遍历真空屏障707并且通过真空区域907透射，在穿过鼻部910的相应端部处的Rommel孔517之后，形成相应的右向光束903和左向光束905。右向光束903和和左向光束905因此可以彼此独立地扫描。如上面参考图7A所讨论的，鼻部910和912的长度可以是可调节的。鼻部910和912的长度的可调节性为右向光束903和和左向光束905中的一个或两个提供“真实变焦”(如上所述)。

如参照图9所描述的，两个扫描光束903和905的形成有利地实现了许多应用。在现在参照图10描述的实施例中，总体由数字1000表示的入口结构可以用于对在多个路基1002和1004上穿过入口1000的多个车辆108进行并行检查。x射线束可以以多个扫描模式114通常从顶部和两侧入射到每个车辆106上。尽管具有左向和右向x射线束的检查入口的实现方式通常需要两个x射线源(每侧一个)，但是图9的右向光束903和左向光束905仅需要一个双边扫描系统900来生成。这种双边扫描系统900设置在路基1002和1004之间的检查柱1010内，使得仅需要N+1个扫描系统来覆盖N个车辆106的右侧和左侧。应当理解的是，入口结构1000可以如图所示是固定的，或者还包括入口结构1000在轨道上或其他位置移动以并行地扫描诸如货物集装箱等静止目标的机架操作。检查柱1010还包含第一散射检测器(未示出)，用于检测由第一检查车辆1301散射的x射线辐射，同时通过也包含在检查柱1010中的第二散射检测器(未示出)检测由第二检查车辆1302散射的x射线。检测器产生相应的反向散射信号，处理这些信号，以在显示器1250上产生显示给操作员的反向散射图像。

以与参照图9描述的固定入口双边扫描系统的操作类似的方式，双边扫描系统900也可以安装在检查车辆106上并扫描两个检查目标1081和1082(一个在检查车辆106的任一侧)。检查车辆106可以向两侧发射x射线的扫描模式1025和1026，并且因此扫描任一侧在方向1110行进的车辆。

现在参考图12A和12B，分别在水平面和垂直面中示出了移动组合式货物和车辆扫描仪1200的横截面。EMS 50与检查运输工具1203中的双边扫描系统900一起使用，检查运输工具1203可以是拖车，例如，由拖拉机驾驶室1205拉动。EMS 50与双边扫描系统900一起使用，生成两个扫描的x射线束1220和1222。x射线束1220指向检查运输工具1203的外部，用于扫描外部检查目标108，而x射线束1222指向设置在检查运输工具1203内的集装箱1210。这种配置有利地部署在小型机场，例如，允许使用单个检查运输工具1203来检查车辆和行李。因此，集装箱1210可以单独或组合地包括行李物品。集装箱1210通过机械输送机1211在垂直于x射线束1222的(垂直)平面的方向上传送。由检查目标108散射的反向散射x射线1230由反向散射检测器104检测并且被处理，以产生第一反向散射图像。类似地，由反向散射检测器1222以及可选地由透射检测器1214和1216检测由被检查的集装箱1210散射的反向散射x射线1232，所有这些检测器产生处理后的信号，以产生可以显示给操作员的一个或多个图像。两个扫描过程可以根据本发明教导的EMS协议和系统同时进行。

图13A和13B描绘了根据本发明的实施例的与可以交错的扫描对应的扫描角1300的各种组合，用于通过扫描的行间交错来同时扫描一对被检查的车辆1301和1302。扫描角1300可以适应被检查车辆的感测尺寸，并且在检查车辆106的各侧可以不同，与图13B所示的情况下一样，其中，被检查车辆1301和1303的高度不同。

图14A至14C示出了在本发明的范围内Rommel孔517可以相对于扫描阳极507不仅在垂直于阳极507(与图14A中一样)的方向，而且另外沿弧形路径(与图14B中一样)，或者在完全或者通过部件与扫描阳极507的方向(与图14C中一样)平行的路径中移动。如图所示，这将打开相应的扫描角和出射的x射线的中心方向的各种可能性。

本发明的所描述的实施例仅仅是示例性的，对于本领域的技术人员来说，许多变化和修改将是显而易见的。所有这种变化和修改旨在在所附权利要求中限定的本发明的范围内。

Claims (16)

1.一种x射线源，包括：

a.阴极，用于发射电子束；

b.束控制器，用于改变所述电子束相对于阳极的方向；

c.鼻部，对穿过所述鼻部的x射线的透射是不透明的，所述鼻部的特征在于设置在所述鼻部的一个顶点处的第一孔，并且所述鼻部的特征在于能够改变的鼻部长度；以及

d.回扫控制器，用于按照在所述阳极上的规定路径中扫描所述电子束的方式，将信号施加到所述束控制器，从而使x射线束沿着作为时间函数变化的方向从所述孔发射。

2.根据权利要求1所述的x射线源，其中，所述孔是Rommel孔。

3.根据权利要求2所述的x射线源，其中，所述Rommel孔是能够改变的Rommel孔。

4.根据权利要求1所述的x射线源，其中，所述第一孔适于相对于所述阳极在位置上改变。

5.根据权利要求1所述的x射线源，其中，所述束控制器包括转向线圈。

6.根据权利要求1所述的x射线源，还包括：鼻部长度控制器。

7.根据权利要求1所述的x射线源，还包括：用于发射x射线束的第二孔，所述第二孔适于使得能够基于所述电子束在阳极上的放置，从所述第一孔或所述第二孔发射x射线。

8.根据权利要求6所述的x射线源，还包括：设置在所述阳极和所述第二孔之间的通道中的滤波器。

9.一种用于在检查对象上回扫x射线束的方法，所述方法包括：

a.改变电子束相对于阳极的方向，其中，所述电子束撞击在所述阳极上；

b.经由设置在以鼻部长度为特征的鼻部的顶点处的孔来耦合在所述阳极处生成的x射线，从而生成以作为时间函数扫描的方向为特征的x射线束；并且

c.基于所述检查对象的尺寸，调整所述鼻部长度。

10.根据权利要求9所述的方法，还包括：对通过所述鼻部中的两个孔发射的x射线进行差分过滤。

11.根据权利要求9所述的方法，还包括：扫描所述检查对象的第一部分并随后扫描所述检查对象的第二部分。

12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述检查对象的第二部分至少部分地与所述第一部分重叠。

13.根据权利要求11所述的方法，其中，随后扫描所述检查对象的所述第二部分包括：以与扫描所述第一部分的第一采样率不同的第二采样率进行扫描。

14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述第二采样率至少部分地基于在扫描过程中导出的测量。

15.一种用于同时检查多个车辆的系统，所述系统包括：

a.包括多个开口的入口，每个开口容纳所述多个车辆中的一辆车；

b.至少一个电磁扫描仪，设置在所述多个开口中的两个开口之间的垂直元件中，所述电磁扫描仪用于生成指向所述多个开口中的第一开口的第一x射线束和指向所述多个开口中的第二开口的第二x射线束；

c.第一检测器，用于检测由所述多个车辆中的第一车辆从所述第一x射线束散射的x射线，并且所述第一检测器用于生成第一散射信号；

d.第二检测器，用于检测由所述多个车辆中的第二车辆从所述第二x射线束散射的x射线，并且所述第二检测器用于生成第二散射信号；以及

e.显示器，用于显示所述第一散射信号和第二散射信号的图像。

16.一种用于同时检查车辆和货物的移动系统，所述移动系统包括：

a.双边扫描系统，设置在运输工具内，所述双边扫描系统用于在所述运输工具外的扫描路径中回扫第一x射线束并且在所述运输工具内的平面中的第二扫描路径中回扫第二x射线束；

b.输送机，用于移动所述货物通过所述第二扫描路径的平面；

c.第一检测器，用于检测由所述车辆从所述第一x射线束散射的x射线；以及

d.第二检测器，用于检测与所述货物相互作用的x射线。

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