CN101614683B - 物质识别***中的实时标定设备和方法 - Google Patents
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Abstract
公开了一种用于高能X射线双能成像集装箱检查***的实时标定设备和方法,涉及辐射成像领域。该方法包括:发射具有第一能量的第一主射线束和第一辅射线束,和具有第二能量的第二主射线束和第二辅射线束;使第一主射线束和第二主射线束透射被检物体;使第一辅射线束和第二辅射线束透射至少一个实时标定材料块;采集透射被检物体的第一主射线束和第二主射线束的值,作为双能数据;采集透射实时标定材料块的第一辅射线束和第二辅射线束的值,作调整参数;基于该调整参数对该组分类参数进行调整;以及根据调整后的分类参数对双能数据进行材料识别处理。本发明简化了高能双能***的物质识别分***的标定流程,提升了***的材料分辨效果的稳定性。
Description
技术领域
本发明一般涉及辐射成像,具体涉及一种物质识别***中的实时标定设备和方法,能够简化物质识别***的标定流程并提升***的材料分辨效果的稳定性。
背景技术
以集装箱为单位进行运输,是一种现代化、先进的运输方式。集装箱化已经成为国际货物运输的大趋势。与此同时,利用集装箱走私,偷运***、武器、毒品、***物甚至大规模杀伤性武器(Weapons ofMass Destruction,WMDs)和放射性散布装置(Radiological DispersalDevices,RDDs),已经成为困扰各国政府、干扰国际货物运输正常秩序的国际公害。
2001年美国911事件之后,美国政府开始重视货运的潜在风险,最担心WMDs和RDDs通过集装箱运入美国。为了防范这种风险,2001年1月17日,美国海关发布了“集装箱安全倡议”(ContainerSecurity Initiative,SCI),要求所有具有直接通航美国港口业务的外国港口必须装有非侵入式X(γ)射线扫描成像设备,对运往美国的集装箱进行射线扫描检查。CSI公布1年后,就有18个世界大港口加入该倡议并开始运行。在国际运输安全要求日益提升的大环境下,世界海关组织全体一致通过决议,要求全体161个成员国沿着CSI模式发展相关集装箱安全检察计划——集装箱安全检查已经成为全世界共同关注的课题。
目前的集装箱X(γ)射线安全检查设备以透射成像为主,采用X射线直接透射货物,得到X射线路径覆盖的所有物品的透射图像。标准的透射成像技术解决了集装箱“可视化”问题,得到了广泛应用。在此基础上实现的双能透射技术是利用两种能谱不同的X射线穿透 被检物,其输出信号的差异经过处理,得到被检物的材料原子序数信息。因此,将在一定程度上有效地提升安全检查水平,满足了CSI提出的从检查走私物品(简称“查私”)向检查危禁品(简称“查危”)发展的集装箱检查需求。采用此技术实现的物质识别***目前已经成功的应用于实际的高能X射线双能成像集装箱检查***中,该***具有运行速度快、材料分辨准确率高等优点。
但是,目前的高能X射线双能成像集装箱检查***(以下简称为高能双能***)的物质识别分***还存在以下不足。
由于每套***的双能状态都不同,导致在投入使用之前都需要进行单独标定,以训练出一套适合该***的分类参数。标定工作是目前双能***调试最繁锁的工作之一。
高能双能***中的加速器分***由于各种原因,例如长途运输,配件更换,人为剂量调整等等,会出现双能状态的波动。如果波动程度较大,则必须要进行重新标定,才能重新投入使用。
由于目前加速器技术的限制,对于同一台加速器而言,不同时刻的加速器双能状态也存在波动,例如脉冲电流抖动,AFC引起的状态波动。这种波动会导致相同物质在不同时刻的材料分辨效果存在一定的差异,从而影响图像质量。
发明内容
本发明的目的是提出一种诸如高能双能***之类的物质识别***中的实时标定装置及相应的方法,简化了高能双能***的物质识别分***的标定流程,提升了***的材料分辨效果的稳定性。
本***主要针对诸如高能双能***的物质识别分***存在的不足进行改进。本***既可以使能量和剂量相差不大的不同套***使用同一套分类参数成为可能,又可以避免同一套***的加速器分***发生状态改变后的重新标定,还可以在一定程度上改善由于不同时刻加速器双能状态的波动对材料分辨效果造成的影响。
在本发明的一个方面,提出了一种物质识别***中的实时标定方法,该物质识别***基于一组分类参数对被检物体的物质进行识别,该方法包括步骤:发射具有第一能量的第一主射线束和第一辅射线束,和具有第二能量的第二主射线束和第二辅射线束;使第一主射线束和第二主射线束透射被检物体;使第一辅射线束和第二辅射线束透射至少一个实时标定材料块;采集透射被检物体的第一主射线束和第二主射线束的值,作为双能数据;采集透射实时标定材料块的第一辅射线束和第二辅射线束的值,作调整参数;基于该调整参数对该组分类参数进行调整;以及根据调整后的分类参数对双能数据进行材料识别处理。
根据本发明的实施例,每预定次数的扫描用调整参数对分类参数进行调整。
根据本发明的实施例,所述至少一个实时标定材料块包括代表有机物的第一块、代表混合物的第二块、代表无机物的第三块和代表重金属的第四块。
根据本发明的实施例,所述第一块由石墨构成、所述第二块由铝构成、所述第三块由铁构成、所述第四块由铅构成。
根据本发明的实施例,所述实时标定方法还包括步骤:用能谱调制装置对各个射线束进行能谱调制。
根据本发明的实施例,所述第一辅射线束是第一主射线束的一部分,所述第二辅射线束是第二主射线束的一部分。
根据本发明的实施例,所述第一辅助射线束与第一主射线束相互独立,所述第二辅助射线束与所述第二主射线束相互独立。
根据本发明的实施例,至少一个实时标定材料块设置在所述第一主射线束或第二主射线束的上部、底部或者侧面。
根据本发明的实施例,所述至少一个实时标定材料块分别具有单一的厚度。
根据本发明的实施例,所述至少一个实时标定材料块分别具有至少两种厚度。
根据本发明的实施例,所述分类参数构成了用于将至少两种物质区别开的离散化分类曲线。
在本发明的另一方面,提出了一种物质识别***中的实时标定设备,该物质识别***基于一组分类参数对被检物体的物质进行识别,该实时标定设备包括:射线产生装置,发射具有第一能量的第一主射线束和第一辅射线束,和具有第二能量的第二主射线束和第二辅射线束,其中第一主射线束和第二主射线束透射被检物体,而第一辅射线束和第二辅射线束透射至少一个实时标定材料块;采集装置,采集透射被检物体的第一主射线束和第二主射线束的值,作为双能数据,以及采集透射实时标定材料块的第一辅射线束和第二辅射线束的值,作调整参数;数据处理装置,基于该调整参数对该组分类参数进行调整,并且根据调整后的分类参数对双能数据进行材料识别处理。
根据本发明的实施例,所述采集装置包括:主探测器模块,与第一主射线束或第二主射线束的中心线大致垂直,探测透射被检物体后的第一主射线束或者第二主射线束;辅探测器模块,与第一辅射线束或第二辅射线束的中心线大致垂直,探测透射所述实时标定材料块后的第一辅射线束或者第二辅射线束。
上述设备能够内嵌于高能双能***的物质识别分***中。对于物质识别能力较高的高能双能***,用同一套事先标定好的适用于该类***的分类参数,再通过本***对分类参数进行实时调整。从而,不再要求每套双能***在投入使用前都必须独立进行标定工作,省却了自动标定装置的硬件成本,以及节省了***调试时间。对于物质识别能力稍差的高能双能***,虽然为了达到最佳的材料分辨效果,不建议省略***投入使用前的标定工作,但是当该***的加速器双能状态发生变化时,可以使用该***初始的分类参数,再辅助于实时标定***对分类参数进行实时调整。从而,避免重新进行标定工作,节省了维护时间。
附图说明
从下面结合附图的详细描述中,本发明的上述特征和优点将更明显,其中:
图1是高能双能***示意图;
图2是内嵌有实时标定装置的高能双能***的示意图,图中各个 部件的尺寸只是示意,不具备实际含义;
图3示出了质量衰减系数曲线;
图4是根据本发明实施例的能谱整形装置的示意图,图中,黑色箭头表示高能档射线,灰色箭头表示低能档射线,黑色区域表示整形材料块;
图5是根据本发明实施例的自动标定装置的示意图,图中,黑色箭头表示高能档射线,灰色箭头表示低能档射线;
图6是实时标定装置的示意图;
图7示出了根据本发明实施例的自动标定过程的流程图;
图8是分类参数实时调整流程示意图;
图9示出了alpha曲线图坐标定义;
图10A示出了自动标定过程中使用的标定材料训练数据的示意图;
图10B示出了从标定材料训练数据生成的alpha曲线的示意图;
图10C示出了标定材料训练数据的统计结果;
图11示出了调整前后的alpha曲线比较示意图;以及
图12是加速器状态发生变化后分类参数实时调整前后材料分辨效果图。
具体实施方式
下面,参考附图详细说明本发明的优选实施方式。在附图中,虽然示于不同的附图中,但相同的附图标记用于表示相同的或相似的组件。
根据本发明实施例的方法和设备基于高能双能数据。为了方便说明,以下称高能X射线双能***中能量高的射线为高能档X射线,能量低的射线为低能档X射线。根据本发明实施例的方法和设备适用于能量段范围在3MeV~10MeV之间的高能双能***。
图1是高能双能***示意图。如图1所示,高能双能***包括射线发生装置10、能谱整形装置40、自动标定装置50、机械传动装置(未示出)、数据采集分***30、扫描控制计算机及数据处理计算 机(未示出),其中,射线发生装置10、机械传动装置、数据采集分***30、扫描控制及数据处理计算机是高能X射线双能成像集装箱检查***的基本组成部分;能谱整形装置40和自动标定装置50是属于物质识别分***。本发明提出的实时标定装置也属于物质识别分***。
根据本发明的一个实施例,射线发生装置10包括双能X射线加速器以及相应的辅助设备。该射线发生装置10能够以很高的频率交替产生两种能量的X射线束,例如3MeV的第一射线束和8MeV的第二射线束。该射线束的中心线与数据采集分***的探测器模块的探测面大致垂直。
能谱整形装置40包括能谱整形材料以及相应的辅助设备。能谱整形装置应该放置在射线发生装置10与被检物体20之间,目的是在射线穿透被检物体20之前,对诸如加速器之类的射线发生装置10输出的射线的能谱进行整形,以期能谱分布更有利于材料分辨。
如图4所示,能谱整形材料的特点是对能量低的射线衰减很大、能量高的射线衰减则很小。此特性越好,则能谱整形的效果越佳。只要可以满足此特性,即可作为能谱整形材料。基于能谱整形材料的特性,能谱整形后,射线的等效能量得到提高。如果只把整形材料作用在高能档射线上,则高能档射线等效能量得到提高,而低能档射线的等效能量不变,从而拉大了双能之间的能量差,以提高***的材料分辨能力。
基于此特性,选择石墨材料作为整形材料。从纯理论角度考虑,整形材料越厚,材料分辨能力越好。但是,考虑统计涨落,整形材料越厚,对射线的衰减程度越大,探测器接收到的剂量越低,数据的信噪比越低。因此,整形材料的厚度有个最佳值。这个最佳值需要根据***的实际情况确定。根据高能档和低能档射线能量的分布情况,确定能谱整形是只针对某能档进行,图4的左侧示出了转盘形式的能谱整形装置的示意图。或者,对双能档均进行能谱整形,图4的右侧示出了对双能挡都可进行能谱整形的能谱整形装置。
能谱整形装置40的设计应该根据能谱整形的需求而定。可以只 对高能档射线进行整形,通过提高高能档射线的等效能量拉大双能之间的能量差,从而提高***的材料分辨力。也可以对高低能档同时进行能谱整形,这种情况比较特殊,一般是对于低能档射线在3MeV附近的情况。从图3所示的质量衰减系数曲线上可以看到,3MeV能量段附近,低Z材料的衰减系数接近,并且变换趋势都非常缓慢。因此,在这个能量段附近,能量变化对于低Z材料的分辨能力影响很小,而高Z材料的衰减系数在3MeV附近则是一个拐点。这个现象将会导致在这种能量选择下铅材料与其它材料不可区分。因此,对3MeV低能档能量也进行能谱整形,利用能谱整形材料吸收了低能档能量中的低能部分,可以提高了高Z材料的可区分性,并且对低Z材料没有负面影响。
如图5所示,自动标定装置50包括呈阶梯状的标定材料以及相应的辅助设备。自动标定装置适用于采集标定数据,通过计算机中的自动标定模块的处理,实时获取与***状态匹配的分类参数,作为自动识别模块的输入。
这里的标定材料包括各类别的典型材料,为了保证标定精度,每种类别至少准备一种典型材料,也可每种类别各准备若干种等效原子序数各不同的材料。如果材料不好准备,或者放置自动标定装置50的空间有限,中间类别的材料可以省略,自动标定算法利用相邻类别的数据插值代替。标定材料选择与***的材料分辨要求有关。高能X射线双能要求可以区分有机物、轻金属、无机物、重金属四种类别,因此,从四种类别选择了四种典型材料,依次为石墨(Z=6)、铝(Z=13)、铁(Z=26)、铅(Z=82)。选择这四种材料基于两种原因,一是材料比较常见,二是均属于单质,性质稳定。
每种材料从薄到厚设计若干级阶梯。最薄和最厚的厚度由***的材料分辨范围决定。而阶梯级数的数目则由标定的精度及放置自动标定装置的空间共同决定。
辅助装置主要提供机械传动,实现定位扫描,以获取每种材料每个阶梯的双能透射数据。在每个定位点要求连续扫描若干列双能透射数据,建议扫描256列以上,这样可以较大程度地消除信号统计涨落 的影响。
在高度方向上,探测器臂架上的不同探测器接收的X射线角分布是不同的。不同角分布,能谱分布是有差异的,导致材料分辨参数是不同的。因此,考虑到X射线角分布的影响,可以把所有探测高度划分成若干区域,每个区域独立统计,生成分类参数。这就要求自动标定装置50中标定材料应该覆盖所有感兴趣的探测区间。
如果标定材料的高度受客观因素(加工能力、设备空间等)限制,无法覆盖臂架上所有的探测器模块,一种简化的方式如下:一般情况下,最感兴趣的探测高度在集装箱内摆放货物的位置,一般***都会把X射线的主束调整到该位置附近。因此,射线主束方向是重点标定对象。标定材料可以设计为只覆盖该区域,得到的双能透射数据作为参数输入至自动标定算法中,生成X射线主束方向的能谱分布对应的分类参数,作为所有探测区域的分类参数。该简化方式在X射线角分布较小的情况下,是在误差允许范围内的。
自动标定装置50中标定材料可以设计成任何形状,只要可以满足上述要求。在图3中,阶梯的级数和厚度仅仅是用于说明的目的,并不表示实际的含义。
机械传动装置能够使射线发生装置10及数据采集分***30一起相对于被检物体产生水平方向的相对运动。可以是射线发生装置10和数据采集分***30不动,而被检物体运动。也可以是被检物体不动,而射线发生装置10和数据采集分***30一起运动。
数据采集分***30主要包括线阵探测器,用于探测射线发生装置10产生的双能量X射线束穿过被检物体20后的射线,产生双能透射数据,并将数据传输到扫描控制及数据处理计算机。该数据采集分***30还包括探测器上的投影数据读出电路和逻辑控制单元等。探测器可以是固体探测器,也可以是气体探测器,还可以是半导体探测器。
扫描控制及数据处理计算机负责本检查***运行过程的主控制,包括机械控制、电气控制和安全控制等,并且负责对数据采集分***获得的双能透射数据进行处理,并显示。
为了对分类参数进行实时校正,从而简化物质识别***的标定流程,以及改善材料分辨效果,引进了实时标定装置60,图2示出了具有实时标定装置60的物质识别***的***示意图。
如图6所示,实时标定装置包括实时标定材料61、62、63、64,实时标定探测器模块65以及相应的辅助设备(未示出)。
实时标定装置60的安装位置的原则是可被射线覆盖,并且不遮挡被检物体的射线束流。
根据本发明的一个实施例,实时标定装置的安装位置应该靠近加速器。根据高能双能***的型号的不同,可以放置于正常扫描所需的扇形射线束的顶部、底部或者侧面。
这样,需要诸如加速器之类的射线发生装置10在正常扫描所需的扇形射线束的顶部、底部或者侧面增加辅助射线束流。
另外,根据本发明的实施例,实时标定材料块一般包括有机物、混合物、无机物、重金属四种类别,其厚度根据实际***确定。图6示出了有机物块61、混合物块62、无机物块63和重金属块64。在高能双能***中,这四种类别一般选取石墨、铝、铁、铅作为典型材料。如果对某种材料的分类要求不高,或者空间太小,也可以只设计石墨、铝、铁、铅四种材料中的1~3种,缺失的信息用加权方式得到。实时标定材料块需要配合一个自动控制装置,可以控制其在水平方向的位移。目的是在***采集空气和本底时将其移开,防止其阻挡辅助射束。
实时标定探测器模块65用于采集实时标定材料块所有材料的衰减射线信息。该探测器模块65安装方向要求探测面与辅助射束中心线垂直。该探测器模块65采集到的数据(以下称为辅助图像)会与数据采集分***30的数据进行合并,再由数据采集分***30一并传输到数据处理计算机,用来对图像数据分类用到的分类参数进行实时调整。
根据本发明的实施例,辅助射线束流角度、实时标定材料块的高度、实时标定探测器模块的单元数目的设计应该配套考虑,设计原则是采集到的辅助图像上,每种材料的数据都有若干个像素,建议每种 材料的有效像素不少于6个像素,以在统计过程中降低统计涨落。
图7示出了根据本发明实施例的自动标定过程的流程图。通常在物质识别***安装完毕后,通过人为触发,运行自动标定装置50,获取***的原始标定数据和分类参数。
如图7所示,在步骤S10,射线发生装置10产生X射线束。在步骤S11,X射线束被能谱整形装置40整形,以获得有利于材料分辨的X射线束。在步骤S12,要进行自动标定处理时,人为触发并且运行自动标定流程,实时获取原始标定数据。
然后,在步骤S13,对原始标定数据进行数据校正处理,以消除探测器本底、探测器不一致性及射线剂量波动等的影响。在步骤S14,运行自动标定算法,生成分类参数并且保存在文件中。
如上所述,每当***状态发生改变的时候,自动标定流程由人为触发,启动自动标定装置50,采集经过能谱整形的原始标定数据,由数据采集分***送至数据处理计算机。采用alpha曲线法来设计材料分辨算法。因此,自动标定算法的目的就是计算与***状态匹配的alpha曲线图分类参数。通过调用自动标定算法,获得***状态匹配的alpha曲线图分类参数,并保存在文件中,作为材料分辨模块的参数输入。alpha曲线图坐标定义见图9。
如图9所示,定义alphaL和alphaH如下:
alphaL=(1-log(TL))*1000;其中TL为低能透明度;
alphaH=(1-log(TH))*1000;其中TH为高能透明度。
取alphaH为alpha曲线的横坐标alphax,取alphaL与alphaH之差作为alpha曲线的纵坐标alphay:
alphax=alphaH=(1-log(TH))*1000;
alphay=alphaL-alphaH=(-log(TL)+log(TH))*1000。
如上所述,在步骤S13,调用数据校正模块,对原始标定数据进行数据校正,消除探测器本底、探测器不一致性及射线剂量波动等的影响,得到标定材料训练数据。图10A为某一探测区间的训练数据在alpha曲线图上的示意。
下面详细说明从标定材料训练数据生成各类材料之间的类别分 界线的过程。
(i)在某一探测区间范围内,依次对各种材料各个阶梯的若干列校正后的双能数据进行均值统计,从而得到标定材料训练数据的一系列均值点。图10C为某一探测区间的训练数据均值点在alpha曲线图上的示意。
(ii)在alpha曲线图10B上,连接某种材料的若干个训练数据均值点,即可得到该材料的alpha离散曲线。但是,由于标定材料的阶梯数有限,因此,直接连接而成的alpha离散曲线的精度很低。为此,采用最小二乘曲线拟合法(用最小二乘法求给定数据点的拟合多项式)进行曲线拟合,把若干个训练数据均值点作为输入参数,进行曲线拟合,得到该曲线的拟合参数,即多项式各阶次的系数,其中,拟合多项式的次数根据实际情况选定。曲线拟合也可以采用其它拟合方法,如切比雪夫意义下的最佳拟合多项式。
(iii)对alpha曲线x轴进行离散化,离散精度根据需要而定。然后,利用曲线拟合参数,计算每个离散点对应的y轴数据。通过这步操作,得到了该材料的离散化alpha曲线。
(iv)重复步骤(ii)(iii),直至得到所有材料的离散化alpha曲线。
(v)从图10B可以看到,alpha曲线在原子序数方向是具备单调性的,这也正是双能材料分辨算法的依据。因此,得到各种材料的离散化alpha曲线,就可以依次计算相邻两条曲线的离散化分界线,如图10C示意。
●四种类别的划分依据为等效原子序数:Z=1~10划分为有机物类别;Z=10~18划分为轻金属类别;Z=18~57划分为无机物类别;Z>57划分为重金属类别。而四种典型材料分别选用的是石墨(Z=6)、铝(Z=13)、铁(Z=26)、铅(Z=82)。
根据石墨(Z=6)材料的离散化alpha曲线和铝(Z=13)材料的离散化alpha曲线加权平均得到原子序数Z=10的离散化alpha曲线,即得到了有机物和轻金属的类别分界线。其中,加权平均的权值可以简单地根据原子序数计算,即假设不 同原子序数范围内的可区分性是相同的。虽然,从严格意义上讲,不同原子序数范围内的可区分性是有差异的,但是,由于高能双能不同于低能双能,其材料分辨能力比较弱,只能区分属于不同类别的材料,而不能精确区分原子序数不同的材料,因此,这种差异是可以接受的。
●同样,根据铝(Z=13)材料的离散化alpha曲线和铁(Z=26)材料的离散化alpha曲线加权平均得到原子序数Z=18的离散化alpha曲线,即得到了轻金属和无机物的类别分界线;根据铁(Z=26)材料的离散化alpha曲线和铅(Z=82)材料的离散化alpha曲线加权平均得到原子序数Z=57的离散化alpha曲线,即得到了无机物和重金属的类别分界线。
(vi)重复步骤(i),(ii),(iii),(iv),(v),直至得到所有探测区间的离散化类别分界线。
把各个探测区间、各种典型材料的类别分界线数据按照约定的格式保存在文件中,作为材料分辨模块的分类参数。
如上所述,材料分辨是双能X射线***有别于单能X射线***的特征。由于高能X射线成像得到的材料分辨能力与低能双能X射线技术相比要差很多,因此,材料分辨模块不仅需要考虑如何正确分类,还要考虑如何提升材料分辨效果。
实时标定算法模块内嵌于物质识别***中,安装在数据处理计算机内,主要负责在物质识别***的材料分辨模块使用分类参数对高能双能***获得的双能透明度数据进行材料分辨之前,实时调整分类参数,使其适应于当时的加速器双能状态。
如图6所示,根据本发明的实施例,实时标定材料块的厚度在射线方向上分别具有单一的厚度,因此辅助探测器模块65将获得针对该厚度的分类参数。
在利用已知材料属性和厚度的标定材料进行分类参数训练时,应记录下该实时标定装置的各种材料块的alpha数据信息,作为实时标定的参考信息。下面称***分类参数训练时的双能状态为标准状态。
图8是分类参数实时调整流程示意图。下面详细说明实时调整分 类参数的过程。
在步骤S20,射线发生装置10产生交替的双能射线束,例如第一能量的第一主X射线束和第二能量的第二主X射线束。如上所述,射线发生装置10还与第一主X射线束和第二主X射线束同步产生第一能量的第一辅X射线束和第二能量的第二辅X射线束。作为另一实施例,第一辅X射线束和第二辅X射线束分别是从第一主X射线束和第二主X射线束分出的。在步骤S21,能谱整形装置40对第一主射线束和第一辅射线束和/或第二主射线束和第二辅射线束进行整形,将二者的能谱之间的距离扩大,以期望获得较好的材料识别效果。
在步骤S22,第一辅射线束和第二辅射线束照射实时标定材料块61、62、63、64,辅助探测器模块65采集穿透各个实时标定材料块的辅射线束,在步骤S25,获取用于分类曲线实时调整的辅助图像数据,并传送给数据处理计算机。
在步骤S23,第一主射线束和第二主射线束照射被检物体20,数据采集分***30采集穿透该物体20的第一主射线束和第二主射线束,在步骤S24获得被检物体的双能数据,并传送给数据处理计算机。
在步骤S26,在数据处理计算机中进行分类参数的实时调整过程。
如上所述,在使用分类参数对第n列正常图像进行自动识别之前,先对其进行调整。首先统计第(n-m)列到(n+m)列正常图像对应的辅助图像中各种材料的双能衰减系数(m值由***要求而定)。然后,计算其对应的alpha数据。
接下来,对这n列正常图像要用到的分类参数进行实时调整。
根据本发明的实时例,这里用到的分类参数一般指各种材料的alpha曲线参数,一般的alpha曲线见图10C所示。调整方式主要有两种,下面以有机物类别为例,说明调整过程。
第一种,利用实时标定装置,实时计算得到的石墨材料块的alpha数据为(alphax1,alphay1),而标准状态下,从分类曲线中得到低能alpha值为alphax1的石墨的alpha数据应该为(alphax1,alphay2),则获得调整后的系数为coff_alpha=alphay1/alphay2,使用该系数对整个石 墨的alpha曲线进行调整。
第二种,在使用自动标定装置进行标定时,同时使用实时标定装置采集数据,在生成分类曲线时,同时统计辅助图像中石墨材料块的平均双能衰减系数,然后计算对应的alpha数据(alphax2,alphay2)并事先保存;正常采集图像时,利用实时标定装置,实时计算得到的石墨材料块的alpha数据为(alphax1,alphay1),则调整系数为coff_alpha=(alphay1/alphax1)/(alphay2/alphax2),使用该系数对整个石墨的alpha曲线进行调整。另外,如果存在两种质量厚度的石墨材料块,计算出来的针对较小质量厚度1的调整参数为coff_alpha1,针对较厚厚度2的调整参数为coff_alpha2,则调整原则为:alpha曲线上对应小于质量厚度1的值用coff_alpha1进行调整;alpha曲线上对应大于质量厚度2的值用coff_alpha2进行调整;位于质量厚度1和2之间的值需要的调整系数则由coff_alpha1和coff_alpha2的线性插值得到。这样,可以分别对铝、铁和铅的alpha曲线进行调整,从而在步骤S27,获得调整后的分类参数。图11示出了调整后的分类曲线的示意图。
在步骤S28,使用调整后的新alpha曲线对第n列正常图像进行材料分辨。为了增加识别速度,也可以不对每列的分类参数都进行调整,而是几列调整一次,调整方法类似,视***要求而定。
另外,在步骤S29,在进行材料分辨的同时,对双能图像进行灰度融合,在步骤S30,利用材料分辨结果以及灰度融合结果作为彩色化模块的输入,进行彩色化,从而将最终材料分辨结果以彩色化传呈现给用户。
另外,根据本发明的另一实施例,实时标定材料块的厚度可以具有两种厚度,这样可以分别针对第一厚度的分类参数和针对第二厚度的分类参数进行调整,而不是像上述描述的那样,用单一的系数对不同厚度下的所有分类参数进行调整,从而进一步提高了材料识别的精确度。
另外,对于加速器舱内空间较大的***,本发明实施例的实时标定装置可以安装于正常扫描所需的扇形射线束下方,将加速器出束口 下方扩大,使辅助射束位于正常射束下方。
对于加速器舱内空间较小的***,则可以将本发明是实施例的实时标定装置安装于正常扫描所需的扇形射线束上方,将加速器出束口上方扩大,使辅助射束位于正常射束上方。或者在加速器出束口侧方增开一个辅助出束口,同时将本发明实施例的实时标定装置中的材料块安装于辅助出束口的射线覆盖范围内。
作为另一实施例,辅助射线束可以借用一部分很少用到的正常射束,一般在射线束顶部,而实时标定探测器则直接借用扫描探测器臂架顶部的探测器模块。在这种情况下,无需辅助探测器模块65。由数据采集分***30直接将采集的辅助图像数据和双能数据发送给数据处理计算机。
在正常射束采集空气数据时,辅助射束也需要采集空气数据。采集空气数据时,需要将实时标定材料块挪开,使其不遮挡辅助射线束流。
一般情况,实时标定探测器模块需要安装在加速器与被检测物体之间,因此与加速器靶点之间的距离比数据采集分***中的扫描探测器模块要小的多。如果使用相同的探测器模块,很容易达到饱和。所以,本发明实施例的辅助探测器模块的动态范围要大于数据采集分***中的探测器模块的动态范围。
如上所述,用分类参数对每列正常数据进行识别前都要进行调整。这样可以取得最好的识别效果,但是相应的运行速度会很慢。
根据本发明的另一实施例,可以每几列,例如4列,进行一次分类参数调整,则运行速度会加快。
图12示出了加速器双能状态发生变化后使用原分类参数,以及使用本***调整后的材料分辨效果。从图12的上部分可以看出,加速器双能状态发生变化后,使用原分类参数进行材料分辨,分辨结果是错误的。而辅助于实施标定***后,可适应加速器双能状态的波动,得到正确的材料分辨结果,如图12下部分所示。因此,根据本发明实施例的方法和设备能够提高材料分辨效果的稳定性。
上面的描述仅用于实现本发明的实施方式,本领域的技术人员应 该理解,在不脱离本发明的范围的任何修改或局部替换,均应该属于本发明的权利要求来限定的范围,因此,本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
Claims (22)
1.一种物质识别***中的实时标定方法,该物质识别***基于一组分类参数对被检物体的物质进行识别,该方法包括步骤:
发射具有第一能量的第一主射线束和第一辅射线束,和具有第二能量的第二主射线束和第二辅射线束;
使第一主射线束和第二主射线束透射被检物体;
使第一辅射线束和第二辅射线束透射至少一个实时标定材料块;
采集透射被检物体的第一主射线束和第二主射线束的值,作为双能数据;
采集透射实时标定材料块的第一辅射线束和第二辅射线束的值,作调整参数;
基于该调整参数对该组分类参数进行调整;以及
根据调整后的分类参数对双能数据进行材料识别处理。
2.根据权利要求1所述的实时标定方法,其中每预定次数的扫描用调整参数对分类参数进行调整。
3.根据权利要求1所述的实时标定方法,其中所述至少一个实时标定材料块包括代表有机物的第一块、代表混合物的第二块、代表无机物的第三块和代表重金属的第四块。
4.根据权利要求3所述的实时标定方法,其中所述第一块由石墨构成、所述第二块由铝构成、所述第三块由铁构成、所述第四块由铅构成。
5.根据权利要求1所述的实时标定方法,还包括步骤:
用能谱调制装置对各个射线束进行能谱调制。
6.根据权利要求1所述的实时标定方法,其中所述第一辅射线束是第一主射线束的一部分,所述第二辅射线束是第二主射线束的一部分。
7.根据权利要求1所述的实时标定方法,其中所述第一辅助射线束与第一主射线束相互独立,所述第二辅助射线束与所述第二主射线束相互独立。
8.根据权利要求6所述的实时标定方法,其中至少一个实时标定材料块设置在所述第一主射线束或第二主射线束的上部、底部或者侧面。
9.根据权利要求1所述的实时标定方法,所述至少一个实时标定材料块分别具有单一的厚度。
10.根据权利要求1所述的实时标定方法,其中所述至少一个实时标定材料块分别具有至少两种厚度。
11.根据权利要求1所述的实时标定方法,其中所述分类参数构成了用于将至少两种物质区别开的离散化分类曲线。
12.一种物质识别***中的实时标定设备,该物质识别***基于一组分类参数对被检物体的物质进行识别,该实时标定设备包括:
射线产生装置,发射具有第一能量的第一主射线束和第一辅射线束,和具有第二能量的第二主射线束和第二辅射线束,其中第一主射线束和第二主射线束透射被检物体,而第一辅射线束和第二辅射线束透射至少一个实时标定材料块;
采集装置,采集透射被检物体的第一主射线束和第二主射线束的值,作为双能数据,以及采集透射实时标定材料块的第一辅射线束和第二辅射线束的值,作调整参数;
数据处理装置,基于该调整参数对该组分类参数进行调整,并且根据调整后的分类参数对双能数据进行材料识别处理。
13.根据权利要求12所述的实时标定设备,其中所述采集装置包括:
主探测器模块,与第一主射线束或第二主射线束的中心线大致垂直,探测透射被检物体后的第一主射线束或者第二主射线束;
辅探测器模块,与第一辅射线束或第二辅射线束的中心线大致垂直,探测透射所述实时标定材料块后的第一辅射线束或者第二辅射线束。
14.根据权利要求12所述的实时标定设备,其中至少一个实时标定材料块设置在所述第一主射线束或第二主射线束的上部、底部或者侧面。
15.根据权利要求12所述的实时标定设备,其中所述数据处理装置适用于每预定次数的扫描用调整参数对分类参数进行调整。
16.根据权利要求12所述的实时标定设备,其中所述至少一个实时标定材料块包括代表有机物的第一块、代表混合物的第二块、代表无机物的第三块和代表重金属的第四块。
17.根据权利要求16所述的实时标定设备,其中所述第一块由石墨构成、所述第二块由铝构成、所述第三块由铁构成、所述第四块由铅构成。
18.根据权利要求12所述的实时标定设备,其中所述第一辅射线束是第一主射线束的一部分,所述第二辅射线束是第二主射线束的一部分。
19.根据权利要求12所述的实时标定设备,其中,所述第一辅助射线束与第一主射线束相互独立,所述第二辅助射线束与所述第二主射线束相互独立。
20.根据权利要求12所述的实时标定设备,其中,用能谱调制装置对各个射线束进行能谱调制。
21.根据权利要求12所述的实时标定设备,所述至少一个实时标定材料块分别具有单一的厚度。
22.根据权利要求12所述的实时标定设备,其中所述至少一个实时标定材料块分别具有至少两种厚度。
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