CN105092612A - 用于货物和运输容器的计算机断层扫描*** - Google Patents

Abstract

一种成像***包括发射X射线或伽马射线波束的X射线或伽马射线源、具有多个检测器的隧道以及可平移平台。检测器均接收一部分波束。可平移平台支承货物或运输容器并且移动通过隧道，使得货物或运输容器与检测器接收到的部分波束交叉。可平移平台可以旋转并且以多个角度移动通过隧道。该成像***还可以包括计算机和图形接口。计算机可以接收检测器收集的信息并且可以重建货物或运输容器的三维图像。图形接口可以显示三维图像或从三维图像得到的信息。根据其他实施例，用于创建三维图像的***可以从宽竖直波束角度接收数据并且生成并输出三维模型。

Description

用于货物和运输容器的计算机断层扫描***

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***，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***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***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***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***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***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***的检测或分析，所述自动化***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***和自动化检测或分析***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***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***的现有技术状态已进展到使用计算机断层扫描***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***。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***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***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***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***配置也不易于缩放成捆扎货物的特性，因为对于大型筛选***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***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***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***不能以充分成本有效的方式获得。

本发明的实施例绕开当前商用的CT筛选和检查技术的设计限制并且提供关于超出当前可用技术的尺寸的较大的物体和货盘的成本有效和操作有效的三维体积成像信息。其他实施例提供了来自CT和透射X射线成像的二维和三维数据集的改进的视觉化，以便利物体识别和所关注的内容物、组分或成分的分析。

发明内容

本发明的一个或更多个实施例包括用于对货物或运输容器的内容物、组分和/或成分成像的成像***以及相关的方法。另外的实施例包括用于基于来自货物或运输容器的图像数据创建三维模型的***以及相关的方法。

根据本实施例的成像***包括发射X射线或伽马射线波束的X射线或伽马射线源、具有多个检测器的隧道、以及可平移平台。检测器均接收一部分波束。可平移平台支承货物或运输容器并且移动通过隧道，使得货物或运输容器与多个检测器接收到的部分波束交叉。可平移平台也可以旋转并且以多个角度移动通过隧道。

该成像***还可以包括计算机和图形接口。当货物或运输容器与部分波束交叉时，计算机可以接收来自部分波束的由多个检测器收集的信息。计算机还可以基于该信息重建货物或运输容器的三维图像。图形接口可以显示三维图像。

另外的实施例包括用于基于来自货物或运输容器的图像数据，诸如多个检测器收集的信息中的图像数据，创建三维模型的***。该***包括处理器和存储器。存储器存储用于如下操作的指令：接收表示从宽竖直波束角度收集的信息的数据，对数据进行处理以生成三维体积模型以及输出三维体积模型。

这些和其他实施例可以包括额外的特征，诸如下文描述的特征。

附图说明

本专利或申请文件包含至少一幅彩色制成的视图。在请求并支付必要的费用之后，官方将提供具有彩色示图的该专利或专利申请公布的副本。

当结合附图考虑时，通过参照下面的详细描述将更好地理解本发明的这些和其他特征和优点。这些附图不应被解释为限制本发明，而是旨在仅是说明性的。

图1是示出本发明的一个实施例的整体X射线成像几何特征和货物运动功能的示图。

图2A是在竖直横截面中示出图1和图2B的中心扇形波束的X射线检测器板布局的示图。

图2B是示出图1的X射线成像***的准直的示图。

图3是示出包括货物运动***的图1的实施例的自顶而下的布局的示图。

图4是示出包括货物运动***的图3的实施例的透视图。

图5是图示图4的货物运动***的元件的框图。

图6是本发明的实施例的扫描处理流程图。

图7是示出并入区域成像检测器的本发明的另一实施例的整体X射线成像几何特征和货物运动功能的示图。

图8是示出并入与预准直器和检测器阵列的竖直部分对准地竖直升高X射线源的机构的本发明的替选实施例的整体X射线成像几何特征和货物运动功能的示图。

图9是示出根据本发明的一个实施例的用于获取、处理、重建、存储和显示X射线数据的计算机***和操作员控制接口的框图。

图10是根据本发明的一个实施例的操作员控制面板的图示。

图11是根据本发明的一个实施例的远程操作员控制面板的图示。

图12示出了在货盘以相对检测器阵列的固定角度从***入口到出口的单次平移过检(pass)之后，使用图1至4中图示的实施例获取的X射线透射图像。

图13示出了使用图1至4中所示的实施例获取的重建体积X射线数据的图像渲染。提供与图13相似的观看视角，并且从货盘以相对检测器阵列的四个离散角度的四次过检得到重建体积图像。

图14是示出根据本发明的实施例的重建以及预处理和后处理的方法的流程图。

图15是示出在将数据从单个扇形波束投影到虚拟检测器空间之后的图1的实施例的平行扇形波束几何特征的示图。

图16是图示根据图15的实施例的、将扇形波束检测器投影到虚拟检测器空间以及均匀重新采样的视图。

图17是根据图15的实施例的将立体像素(体积元素)阴影或占地面积投影到检测器元件以计算前向投影期间的贡献的2D示意图。

具体实施方式

本发明的实施例涉及用于对运输物体的内容物、组分和/或成分成像的X射线透射和计算机断层扫描***以及相关的方法，还涉及用于分析得到的图像信息并且对其视觉化的方法。更具体地，实施例涉及运输容器和物体的X射线和X射线计算机断层扫描检查，以确定诸如***物、武器和易燃物的威胁物料的存在与否，识别诸如非法药品的违禁品的存在与否和/或在非破坏性测试应用中检查物料。实施例还说明了从均得自X射线源、X射线扇形波束和X射线检测器阵列的多个图像创建空间良好解析的三维图像数据集以帮助识别以上提及的所关注的物体或物料的***和方法。

本领域技术人员应理解，空间解析三维X射线图像数据集支持自动化物体分割方法以及基于物体、区域或体积的洪斯费尔德(Hounsfield)数值、CT数值或密度特性的自动化物体威胁/非威胁或警报/非警报区分方法的有效实现。这些方法可以用在本发明的实施例中并且可以扩展到使用三维X射线图像数据集的双能量重建的场景、物体和物料的特征化，其可以提供体积原子序数和/或密度信息二者，如本领域中已知的那样。

图1中示出了用于捆扎货物筛选的计算机断层扫描***的一个实施例的成像几何特征。X射线源1提供X射线波束3(在该实施例中，X射线波束是圆锥形或圆锥波束并且覆盖宽竖直角度)，具有约60度水平和80度竖直的辐射角度，使得可以照射七个L形检测器阵列2a至2g。可以修改X射线波束的辐射角度、形状和尺寸以及检测器阵列的数目，只要X射线波束照射所有检测器阵列。该***可以包括介于约1个和30个之间的检测器阵列。在与图1中所示相似的实施例中，检测器阵列和相关联的数据获取***成本是重要的考虑，并且最为成本有效的是通过介于3个和9个之间的检测器阵列进行操作。然而，期望数目的检测器阵列可以基于硬件采购成本、应用成本考虑和***性能需要而变化。X射线源可以优选地是高电压、高功率双极性X射线生成器***，具有320kV和600kV之间的电压。X射线源也可以是较低电压、较低功率的单块设计，其典型地操作于180kV至300kV。如上文概述的并入适于辐射检测器阵列的宽X射线窗口的修改的或定制的X射线生成器可获得自商用供货商，并且它们的操作特性和配置可以根据需要变化。此外，可以使用交替的X射线源或伽马射线源，诸如电子感应加速器、线性加速器和放射性同位素源，以满足诸如物体穿透的操作需要。

在图1中所示的实施例中，每个检测器阵列2a至2g由1280个检测器元件组成，每个检测器元件使用三明治检测器配置提供高和低能量X射线信号，如本领域普通技术人员已知的那样。典型地，这些三明治检测器将针对高量子效率进行优化，用于在高能量通道中收集高能量光子，并且用于高和低能量通道之间的适当的能量分离，同时保持适当的低能量量子效率。通常通过改变X射线检测器闪烁器材料和/或厚度和/或在高和低能量检测器之间并入薄的过滤器材料，诸如由铜或钢制成的过滤器，来实现能量分离。作为示例，在图2A中检测器阵列2d被示出为穿过中心扇形波束3d的竖直横截面(图1中所示的中心扇形波束3d是X射线波束3的中心波束，X射线波束3被下文参照图2B讨论的预准直器13分成分离的扇形波束3a至3g)。检测器阵列2d包括20个独立的检测器板10，它们与源焦斑11正交对准并且布置在扫描器隧道20周围。隧道20的壁可以是建筑物的壁或者可以是建筑物内部或外部的分离结构的壁。各个检测器板10均由64个检测器元件组成，每个检测器元件包括例如，用于低和高能量通道中的每个的二极管和闪烁器晶体，加上将两个通道隔开的过滤器材料，或者本领域已知的类似元件，每个检测器阵列达到总计1280个检测器元件。尽管在该实施例中使用1280个检测器元件，但是一个线性检测器阵列中的检测器元件的数目、每个检测器板的检测器元件的数目和每个线性检测器阵列的检测器板的数目可以变化。例如，对于能够对捆扎货物成像的***，可以使用约640或2560个检测器元件，或者介于约640和2560之间的任何数目的检测器元件。更多的检测器提供更好的2D和3D空间解析度，但是增加***成本。因而，本领域普通技术人员可以基于这些和其他考虑改变检测器元件的数目，包括超过640至2560的范围。

在一些实施例中，检测器模块可以可调整地安装在图1的x、y和z方向上以便利检测器元件相对于在重建期间使用的假设源和检测器几何特征的初始对准。该情况下的检测器和源***的对准涉及体积重建和成像结果的效率和保真度。注意，在一些实施例中，来自测试物体、成像***中内建的受信参考物体、重建场景或场景元素的重建体积信息还可以指示检测器和源几何特征的物理调整。在一些实施例中，来自测试物体、成像***中内建的受信参考物体、重建场景或场景元素的重建体积信息还可以指示用于后继图像场景的重建的假设源和检测器几何特征，减轻或避免对检测器和源几何特征的物理调整的需要。

在另一实施例中，可以修改图1以仅包括七个线性检测器阵列2a至2g中的每个的壁安装部分，免除检测器阵列的顶安装部分的全部或者任意一部分以减少***成本。在与水平切片、多源位置和移动源CT实施例(下文针对图8描述)组合时，该配置是特别有利的，因为在这些配置中，可以从货盘内的所有体积获取用于重建的充分的投影数据集，而不使用顶安装检测器。这些实施例的缺点在于，操作员可能不能从单个图像显示视角获得如通过图1的单个X射线源位置和顶安装检测器配置实现的、关于整个货盘体积的多视图透射成像信息(其可以提供出众的图像空间解析度)。然而，水平切片和多源位置实施例从两个或更多个静止源位置提供多视图透射成像信息，并且可以将这些图像集提供给操作员以从两个或更多个视角观看货盘的受限体积。

图2B示出了由三个准直元件组成的用于形成X射线扇形波束3a至3g的准直***。(注意，扇形波束的数目取决于所使用的检测器阵列的数目并且因而可以如上文讨论的那样改变。)首先，典型地由安装在钢结构上和其内部的铅带的组件组成的源准直器12可以被制造为单元，并且可以被横向、竖直调整以及经由绕水平轴的旋转进行调整用于与检测器阵列波束对准。源准直器12典型地是相对宽的准直，足以形成扇形波束3a至3g并且使第二准直器元件，即预准直器13的所需宽度最小。预准直器13可以安装在检查隧道壁21上以形成主要波束限定准直并且用于将扇形波束宽度限制成比检测器略宽并且因而使针对货盘的X射线剂量最小并且使可能另外劣化成像性能的X射线散射最小。预准直器13可以横向、竖直调整以及绕水平轴旋转调整用于对准，并且可以由形成通过低X射线衰减材料隔开的槽的铅带制造并且安装在缸支承物上。第三准直元件，即后准直器14可以安装在检测器侧隧道壁22和隧道顶23上，其可以与预准直器13相似地被制造，并且也可以用于限制来自主波束3a至3g的散射到达检测器2a至2g。后准直器14也可以调整用于与X射线扇形波束3a至3g对准。

如图3中所示，中心扇形波束3d可以竖直取向，每个另外的扇形波束通过绕竖直穿过源焦斑11的轴水平旋转α度而按角度隔开。角度α可以介于约3度和15度之间的范围内，更优选地介于5度和10度之间。扇形波束分布的总角度是β(即，总角度范围)，其等于扇形波束之间的空间数目乘以α。角度β可以在180度以下或者在120度以下，或者可以优选地在介于约10度和60度之间的范围内，更优选地介于30度和50度之间。在β增加时，隧道长度也增加。因而，β可以受***的期望的占地面积限制，但是另外，较大的β允许容纳更多的检测器阵列，这加快数据获取并且允许更少的过检，同时满足图形性能需要。在图3的实施例中，七个扇形波束以6.55度的角度α相等地隔开，跨越所有扇形波束达到39.3度的总角度。将理解，根据例如应用的空间解析度、对比灵敏度、扫描时间和成本需要，通过了解较大数目的扇形波束可以通过较少的过检并且因此更快速地获取给定投影数据集，而在重建之后获得的三维图像质量将强烈地依赖于所获取的投影数据集的总数，可以构造更多或更少的扇形波束。还注意，扇形波束不需要相等地隔开并且在例如检测器安装空间受限的一些实施例中，检测器阵列可以渐进地隔开容纳较多数目的阵列。相似地，注意，扇形波束不需要竖直对准并且可以以相对于竖直的任何角度或者相对于竖直的各种角度相等地取向。

如图4中所示(以及图5中功能性呈现的)，货物货盘或容器33可以在仔细控制的运动中进行平移和旋转二者经由多次过检使货物33以相对于扇形波束3a至3g的各种固定角度穿过扇形波束3a至3g。这可以通过提供可独立操作的二元件平移和旋转台34来实现。通过将货盘或容器33从本领域普通技术人员已知的传统的链驱动滚子传送器***31装载到平移和旋转台34上可以实现平移。平移和旋转台34包括用于提供平移和旋转台34穿过隧道20的平移运动的平移托架40、用于控制平移和旋转台34的旋转的旋转台41、以及用于将货盘33从传统的链驱动传送器31转移到平移和旋转台34的电机滚子组件42。

如图5中所示，平移托架40提供安装平移和旋转台34的剩余部分的基座。平移托架40可以支承在精确V轴承轨道37上并且由使用精确齿条和小齿轮驱动***51的闭环伺服电机50驱动。伺服电机50可以具有相关联的齿轮箱并且由分离的伺服驱动器53驱动。伺服电机、齿轮箱和伺服驱动器共同构成平移驱动器52。

平移伺服电机***51、52可以包括本领域普通技术人员已知的精确编码器63，使得可以按优于成像***所需的空间解析度尺寸的精度和准度，在当前实施例中约为1mm，来控制平移台位置和运动轮廓。通常，控制平移台34的精度和准度取决于成像***所需的空间解析度，并且优选的是，平移台运动的精度和准度不限制或劣化成像***的整体解析度。当需要给定空间解析度的3DCT信息时，平移台的精度和准度优选地基本上小于所需的CT空间解析度，更优选地约1mm或更小。在应用所考虑的实施例的重建方法和***几何特征模型(源、检测器和运动***)的模拟重建中使用的一个或更多个投影数据集中，在理论测试物***置相对其额定位置摄动时，通过确保理论测试物体的模拟位置和成像重建误差是小的，可以利用模拟来确定所需的精度和准度。

平移伺服电机***51、52能够使货盘33和支承组件以超过20cm每秒的速度平移，这提供了约30秒内的单次平移过检以及七个投影图像的获取，并且四次平移过检在约150秒内提供了用于针对货盘的180度旋转的重建成像的28个视图数据。这些速度允许该实施例的整体速度相当于当前从单次过检的单或双视图货盘成像X射线***获得的速度，然而，特定速度对于***而言不是必不可少的。基于CT成像性能以及操作和成本需要可以提供不同的速度和不同次数的平移过检。例如，可以提供使用仅2或3次平移过检的***，其以40cm至50cm每秒的高平移速度操作，其中需要快速的高通过量的筛选处理。在这些实施例中，可能需要较高的线性检测器阵列数据获取速率以及较高的X射线源通量以保持相当于等同的较低平移速度***的成像性能。

旋转台41可以安装在平移托架40上。旋转台41可以由旋转分度驱动器54驱动，旋转分度驱动器54包括伺服电机和齿轮箱55、编码器64和位置驱动器56。伺服电机允许旋转台41的精确控制。旋转台41能够以充分的外伸负载容限支承货盘33和组件重量以将电机滚子组件42和货盘33的角位置设定和控制在特定的预定容限。在当前实施例中，角位置具有优于0.1度的精度和准度控制。然而，在其他实施例中，角度控制的度数可以基于***的规格而变化。例如，在仅使用3次平移过检的***中，角精度和准度可以是较低的，因为CT成像的解析度降低。旋转台41可以按约10度每秒在包括3500磅货盘的满负载下操作以使多次过检成像期间的整体扫描时间最小。此外，注意，尽管将角位置描述为确切的并且准确和精确已知的，但是没有必要甚或不一定最优的是实现和达成任何预定的和确切的角位置。根据所选择的重建方法，诸如来自编码器读出***的每次过检期间使用的角位置的知识足以用于重建。

电机滚子组件42安装在旋转台41上并且包括惰轮43和/或电机滚子44的组合，后者并入了内部机械制动机构以确保装载到组件上的货盘33在托架40的平移期间保持固定在该组件上。电机滚子44可以由电机滚子驱动器57驱动。这样的电机滚子和控制***可以是商用现货供应装备并且对于本领域普通技术人员是已知的。

如图4中所示，货物货盘的卸载可以使用传统的链驱动滚子出口传送器***32实现。在另一实施例中，可以免除链驱动滚子传送器装载和卸载***31和32，并且货盘通过叉车或其他方法直接装载到安装在旋转台上的简单的刚性平台上。对于典型地450kV或更高的高电压X射线源***，典型地需要入口电动X射线屏蔽门35和出口电动X射线屏蔽门36以根据关于电离辐射安全和辐射保护规定的所接受的实践将散射的X射线衰减到低水平。在较低的X射线源剂量率或者在使用诸如人员禁入区域的其他手段时，可以免除电动X射线屏蔽门而代以屏蔽帘、开放隧道配置或者包括整体开放或无屏蔽***的屏蔽和辐射保护的其他方法。

图5还图示了平移和旋转台34与图示的计算机断层扫描***的其他元件之间的功能关系。平移和旋转台34经由诸如以太网98的通信网络连接到计算机断层扫描***的各种其他***。除了图5中的***之外，如图9中所示，通信网络98与用于对从X射线波束3接收到的信息进行处理和成像的各种计算机互连。

网络98连接平移和旋转台34和若干其他驱动单元、传感器和限制开关以允许各种***的集中控制。例如，网络98连接到滑动门驱动单元58，其包括用于入口和出口电动X射线屏蔽门35、36中的每个的单独的电机和齿轮箱。网络98连接到传送器延伸驱动单元59，其包括用于链驱动滚子传送器装载和卸载***31、32中的每个的单独的电机和齿轮箱。在一些实施例中，网络98可以连接到源平移单元60，其包括如图8的实施例中所示的用于升高和降低X射线源的源平移驱动器、伺服电机和齿轮箱。网络98还连接到可编程逻辑控制器(PLC)61和其他控制输入/输出模块，其他控制输入/输出模块可以连接到各种传感器和限制开关62。传感器可以是光电传感器，其感测例如货盘33何时接近入口屏蔽门35，货盘33何时伸出平移和旋转台34的侧面、前部或后部，或者货盘33何时超出进入***隧道20的高度限制。可以包括如下限制开关，其控制入口或出口屏蔽门35、36的打开和关闭以及控制平移和旋转台与其归属位置的接近度，归属位置接近入口屏蔽门35和装载传送器***31。如图9中所示，PLC61也可以连接到远程操作员控制面板93。

图6示出了使用图1至5的实施例的方法的扫描处理流程图。对***初始化(S1)并且可以检查计算机断层扫描***内的各个***的故障。例如，在初始化期间，可以检查控制旋转台41的运动驱动器和X射线成像牵涉的部件的故障，任何这样的故障经由故障指示器被传递到操作员。如果没有检测到故障，则***准备好(S2)装载货盘(S3)。此时任何X射线屏蔽门可以打开以接收货盘进入隧道进行X射线照射。装载在平移和旋转台34上的货盘随后进入隧道，X射线屏蔽门关闭并且X射线源1接通。在前向方向上完成第一次过检(S4)，货盘处于零度的旋转台位置以开始扫描循环。在图1的实施例中，在第一次过检期间获取七个投影图像，每个检测器阵列2a至2g获取一个，并且在到达平移轨道37的出口端之后旋转台移动到+45.85度的位置(S5)。在该旋转位置在相反方向上完成第二次平移过检(S6)，并且获取另外的七个投影图像。接下来，在到达平移轨道37的入口端之后，旋转台移动到+91.70度的位置(S7)并且在前向方向上完成第三次过检(S8)。最终，旋转台移动到+137.55度的位置(S9)并且在反向方向上完成第四次过检(S10)以提供178.85度的28个投影图像。在第四次过检之后，循环结束(S11)并且X射线源断开。X射线屏蔽门可以打开以允许货盘离开隧道。货盘随后可以从旋转台卸载(S12)。在完成之前，如果需要，操作员可以在任何以上步骤期间停止***以解决可能出现的任何问题，或者如果已收集到足够的成像信息，则清除货盘。

例如，图1的实施例可以与扫描循环一起使用，该扫描循环可以由筛选操作员动态地延伸或终止以在操作环境中优化***通过量。将理解，在一些实例中，初始平移过检可能提供足以清除货盘或货物物品的成像信息，并且可能没有必要继续扫描处理。因此该实施例规定，在一次过检(S4)之后，筛选操作员可以观看在有限的观看角度范围内获取的投影图像，并且如果存在最小的图像集群，则这可能单独基于透射成像即足以毫无疑义地清除货盘。相似地，可以基于仅一次过检之后可用的有限数据向筛选者提供货盘的三维重建。有必要的是，在该情况下将限制图4中限定的y方向上的空间解析度。如果操作员判定需要第二次过检，则这可以完成(S6)并且另外的七个投影视图的集合连同使用来自14个投影图像的数据的货盘的三维重建一起被提供给操作员。操作员此时可以选择清除货盘，或者当该处理可以再次重复使操作员可以获得另外的七个投影视图时选择继续第三次过检(S8)，并且现在将可以获得使用21个投影图像的货盘的改进的三维重建。最终操作员可以选择完成第四次过检(S10)并且获取28个投影视图用于检查以及用于在重建中使用。

还注意，通过将货盘的旋转角度延伸超过180度，例如183.40、229.25、275.10和320.95度，其他实施例可以使获取的投影数据延伸超过28个视图，以改进重建图像质量。替选地，另外的实施例可以通过获取旋转的约180度上的中间观看角度，例如3.28、49.13、94.98和140.83度，来提供总计56个视图。另外的实施例可以根据期望的空间解析度、成本等，提供以少于四次过检操作的***。注意，所指示的特定观看角度可以如并入***的检测器阵列的数目及其相对几何特征、所需的视图和平移过检的总数或者适当的重建图像质量所需的角度范围(例如90、180或360度)确定的那样变化。相似地，在扫描处理中实现的观看角度不需要均匀地隔开或者连续地延伸跨越所使用的货盘旋转的整个角度范围，例如观看角度可以覆盖零至45度和67.5至112.5度，但是不覆盖中间的角度范围。此外，理想的是使观看角度的数目延伸超过56个视图达到112、224或更高并且通过高达360度的货盘的任何角度旋转范围来获取这些视图以增加重建图像质量。

在图7中，示出了计算机断层扫描***的另外的实施例，其中图1的L形线性检测器阵列的集合被覆盖期望的立体角并且位于隧道顶23'和/或后壁22'上的一个或更多个区域成像检测器72替代。这些区域成像检测器可以是例如与X射线图像增强器***耦接的荧光屏幕或者本领域已知的无定形硅石平板成像检测器。使用X射线波束3'，(在该实施例中X射线波束是圆锥形的，尽管其他形状是可能的)可以基本上没有覆盖间隙地实现区域检测器敏感区域的辐射。将理解，出于数据获取和CT重建的角度，从这些区域检测器获取2D投影数据集等同于使用图1中所示的***获取的数据，其中使线性检测器阵列的数目最大以布于第一阵列和最后阵列之间的大致整个立体角，但是在连续性的方面可以是出众的，并且在利用适当的准直子***的散射抵制方面是相同的。由此，这可以是使用这种类型的区域检测器的理想配置，其使用上文所述的平移-旋转数据获取方法从有效地每次过检的几百个视图中获取数据。

作为替选实施例，还将理解，对于图7中的固定在源1'和区域成像检测器72之间的货盘，在针对一次平移过检期间从单个L形线性检测器阵列获取的2D图像的信息内容的程度方面，假设整个货盘或其大部分被照射，从发散圆锥波束几何特征获取的图像基本上是等同的。尽管前者提供了平行波束投影数据集，但是应理解，使用区域检测器在固定货盘的足够的离散旋转角度范围上获取的多个2D发散圆锥波束图像提供了相对于从使用上文描述的多次过检、多个线性检测器阵列、平移-旋转方法获取的多个平行波束投影图像获取的数据集基本上等同的信息。还注意，在该实施例中，在处于固定平移位置时从各个货盘旋转角度获取的投影数据集可以相对于平移被固有地登记并且可以不需要下文描述的登记步骤。

在图8中所示的另一实施例中，提供动力升降器80以竖直升高和降低X射线源1"和源准直器组件(未示出但是附接到源)，同时维持与预准直器和安装在隧道顶23"和/或后壁22"上的检测器阵列2a"至2g"的扇形波束对准。动力升降器80可以提供竖直位移，该竖直位移可以经由编码器***读出，位移的精度和准度足以不致使重建图像的空间解析度劣化。可以通过如上文所述的模拟来确定精度和准度。可以使用准确到1至2mm内的竖直位移并且竖直方向上的运动的线性度也可以约为1至2mm。

X射线源1"的竖直平移提供了在包括水平切片、多源位置和移动源扫描模式的交替或互补模式下进行体积重建的机构，包括使用迭代重建方法。

在水平切片模式中，从X射线源1"基本上水平发射的X射线获取数据并且由图8的线性检测器阵列2a"至2g"中的每个中的相应的竖直位置处的检测器元件记录。该方法利用本领域已知的较高速度的较小计算强度的重建方法，包括迭代方法，以产生单个二维重建图像切片。替选地，可以在以水平面上为中心的有限的(小于整个货盘高度)竖直圆锥波束范围上进行体积重建。竖直圆锥波束角度可以在相对于水平的从约20度至约80度、约30度至约80度、约40度至约80度、约50度至约80度、约60度至约80度的范围内。

实际上，还可以通过使用最近拟合或相似的估计方法将各个射线映射到平面外2D水平数据集，使用2D重建方法来重建来自从水平面外的射线接收照射的检测器的信号。随后可以使用本领域已知的2D重建方法，包括迭代方法，来重建这样的伪水平2D数据集，以提供来自X射线源的典型地10至15度的相当大的竖直角度范围上的多个堆叠水平重建切片。较之宽竖直角度重建，这样的缩减数据集可以允许来自迭代重建处理的改进的图像质量，并且在计算需要是高的并且重建时间有限的情况下是有利的。在水平切片CT模式实施例中，可以在每个源高度位置以关于每次过检的变化的货盘旋转角度来完成1次、2次、3次、4次或任意次数的平移过检，以便实现所需的重建图像质量。

本发明的多源位置和移动源CT扫描模式二者提供了改进遍及货盘体积的重建立体像素(体积元素)的采样的方法，使得穿过给定立体像素的射线的子集更加高度地分布到所有方向，并且针对给定立体像素使穿过货盘的射线路径长度的和最小。将理解，来自如图1中所示安置的静止X射线源的穿过水平面中的任何立体像素的射线在四次过检之后均匀地分布到约180度，具有穿过货盘的最小总射线路径长度，因为所有射线与货盘体积的竖直轴正交地入射。对于在货盘中的较高的立体像素，所采样的射线方向变得日益更加受限，并且路径长度的总和相应地变长。图8提供的多源位置和移动源CT扫描模式提供了减少穿过给定立体像素的总射线路径长度的手段并且确保在尽可能广阔地分布的射线方向上对每个立体像素采样。因此这些方法以较高的***复杂度和成本为代价，提供了在整个货盘体积上的改进的3D重建图像质量，以及最有挑战性的货盘子体积上的改进的重建。

本发明的多源位置实施例针对每次平移过检将X射线源安置在固定高度，例如在四次平移过检中的每次过检期间，安置在扫描隧道的后壁上的线性检测器阵列的零高度、三分之一高度、三分之二高度和整个高度处。在其他实施例中，如重建图像质量需要和操作限制所支配的，在每个源位置进行任意次数的平移过检。在本发明的移动源CT扫描实施例中，在每次货盘平移过检期间，例如在四次平移过检中的每次过检期间，相对于扫描隧道的后壁上的线性检测器阵列在零高度和四分之一高度之间、四分之一高度和二分之一高度之间、二分之一高度和四分之三高度之间以及四分之三高度和整个高度之间，X射线源以已知速度或者按已知的运动轮廓竖直平移。将理解，两个或更多个静止源位置的任意组合或者任何两个或更多个源位置之间的货盘平移期间的源位置的平移可以是有利的，并且被视为本发明的实施例。还将理解，作为替选实施例，可以使用不止一个固定源以线性升高单个源并且在不止一个源位置获取数据集。

应理解，以上描述的水平切片、多源位置和移动源CT扫描实施例可以应用于货盘的整个体积的全部或一部分以按照需要获取3D体积成像信息。

图9是示出本发明的实施例的操作员控制接口、信号和数据获取、数据处理、重建和数据档案子***的框图。例如，操作员可以从操作员工作站90开始和控制图5中所示的扫描处理。如本领域中典型地采用的，并且为了符合安全和规章需要，工作站90可以包括专用控制面板91，其包括开始和停止功能，关于2D和3D图像数据的图像操纵功能以及诸如***电源、***准备好和X射线接通指示器的状态和报警灯。下文参照图10详细描述示例性操作员控制面板91。

图9中所示的图形接口92可以包括一个或更多个显示监视器，其示出***状态和报警以及根据本领域惯用的关于2D和3D图像数据的图像显示功能操纵的图像。如图9和11中所示，还可以提供额外的远程控制面板93，其向例如位于装载传送器区域的操作员给出某些功能的本地控制。这种远程控制面板93在下文中参照图11讨论。

图9另外示出了图1的信号检测、模拟信号放大、复用和模数(ADC)转换架构。在检测器板10处接收到作为模拟信号的X射线3时，信号可以穿过信号放大器和复用器94用于放大并且合并为单个数据流。随后可以使用安装在两个数据获取PC95、96中的PCI-Express接口模数转换器(ADC)板使该信号数字化以支持适用于20cm/s的成像***平移速度的约166Hz的跨越七个1280元件检测器阵列2a至2g的数据获取。注意，根据2D透射成像和3D重建图像空间解析度和其他成像需要，可以使用更快或更慢的数据获取速率。可以在两个数据获取PC95、96之间划分从七个检测器阵列2a至2g接收到的信号以协助处理速度，来自三个检测器阵列的信号去往一个PC并且来自剩余四个检测器阵列的信号去往另一个PC。然而，可以使用任何配置处理信号。

可以使用另外的显示PC97提供图像的视频显示并且接驳到操作员控制面板91的图像操纵和控制功能。显示PC97可以经由USB接口、以太网连接或其他适当构件连接到操作员控制面板91并且经由任何标准视频板和视频信号输出格式连接到组成图形接口92的显示监视器。数据通过以太网98从每个数据获取PC95、96传输到显示PC97，并且另外被传输到专用数据档案PC99用于长期存储。

参照图9，重建PC89也可以通过以太网98从数据获取PC95、96接收数据，并且对于四次平移过检，每个阵列1280个检测器元件，可以以166Hz的线扫描速率在约1至60秒内重建这些数据集。在需要高体积图像质量并且因此需要多次平移过检或多个视图的应用中，高达几分钟或几十分钟的更慢的重建时间是可接受的。优选地在使用具有几百个并行处理器的商用图形处理器板PC硬件的为了速度的并行化架构中实现体积重建。重建PC89可以经由视频板直接显示输出到显示监视器的重建3D数据集，并且重建PC89可以经由来自显示PC97的以太网通信接收来自操作员控制面板91的操作员显示和图像操纵命令。尽管在该实施例中使用以太网98连接各个计算机和部件，但是也可以使用适于跨越这些各个部件传送数据的其他构件。

为了重建从数据获取PC95、96接收到的数据集，重建PC90可以包括各种软件程序。

图10是根据本发明的一个实施例的操作员控制面板91的图示。操作员控制面板91提供了关于计算机断层扫描***的结果的操作和视觉化的各种功能和特征。例如，操作员控制面板91控制***电源100并且提供***紧急停止功能130以中断***操作以解决可能出现的任何问题。操作员控制面板91还可以控制平移和旋转台34的移动。在一个实施例中，如图10中所示，操作员控制面板91包括左按钮104，其控制平移和旋转台34的向左移动。左按钮104的最初按压将运行如上文参照图6描述的平移和旋转台34通过X射线波束3的第一次过检(S4)。如果操作员确定需要第二次过检，则操作员可以按压右按钮105以开始台34的旋转以及其向右移动，用于完成第二次过检(S6)。操作员可以继续按照需要多次使用左和右按钮104、105以实现视觉化所需的重建图像质量。如果已收集足够的成像信息，则操作员还可以通过使用停止按钮106在任何以上步骤停止***。

操作员控制面板91还允许操作员对从X射线信号3重建的图像进行视觉化，使得操作员可以定位潜在的威胁、武器、违禁品或其他关注的物品。可以包括控制缩放功能107和图像亮度108的各种按钮或其他构件。可以包括另外的缩放特征以允许操作员在X射线图像的特定象限进行放大。例如，在该实施例中，作为字母数字键盘110的一部分包括这种缩放特征，其中数字1至9表示操作员可以使用这些按钮缩放的屏幕的不同区域。操作员控制面板91还可以包括各种显示模式109以使得操作员能够更好地对图像视觉化。显示模式109可以包括彩色、有机、无机、黑白、反转黑白、伪彩色和/或直方图均衡(图片完美)模式。还可以包括边缘迹线和高透模式，并且它们可以结合其他显示模式使用。

操作员控制面板91还可以提供关于威胁识别的诊断信息和跟踪信息。可以包括诊断按钮111以允许操作员在图形用户接口92上观看诊断信息，其包括软件和硬件状态信息。各个操作员可以有登入/登出112***筛选操作的能力，使得还可以跟踪关于各个操作员的统计和操作信息。各个操作员可以使用字母数字键盘110的字母设定113来输入登入信息。

操作员控制面板91还可以包括旋转多位置或可连续旋转观看选择器101，在关于一个或更多个轴的2D透射成像模式中显示的视图或旋转3D图像数据之间移动时使用。控制面板100还可以包括诸如按钮102等的构件以通过按固定的或可调整的更新频率以不同的观看角度依次显示视图来使2D透射成像模式中的视图的显示“摇动”或旋转观看视角，以便在屏幕上提供图像摇动或旋转的运动效果。2D透射图像的这种显示和观看可以包括使用每个视图的适当的几何校正，手动移动依次通过从不止一次过检获取的视图或者自动地“摇动”或旋转依次通过从不止一次过检获取的视图，如针对单独视图的本领域中已知的那样，以提供视图之间的最优平滑视觉过渡。在一些实施例中，可以提供分离的接口或控制面板以允许3D图像的操纵和旋转。

在操作员控制面板91中还可以包括各种额外的功能。操作员可以具有打印114或保存115当前显示的图像的截屏的构件。操作员还能够取回先前存档的图像116并且回看近来观看的图像117。操作员能够将所有图像显示模式重置到它们的初始设定118。控制面板91可以包括指示器灯120，其指示***的各种状态。例如，指示器灯120可以提供关于***是否开机，字母设定113是否接通、控制面板91是否正在与显示PC97通信(参见例如标有高级操作员控制面板(AOPC)的按钮)以及X射线是否加电的信息。控制面板91还可以包括鼠标跟踪盘121。在一些实施例中，操作员控制面板91可以包括怀疑按钮功能122，其允许操作员提供对并入所获取的图像中的模拟威胁的响应(即，支持工业标准威胁图像投影能力)。

图11是根据本发明的一个实施例的远程操作员控制面板93的图示。远程控制面板93可以提供传送器***和门的手动超越控制130以及图6的扫描处理的本地启动131。例如，远程控制面板93可以允许平移和旋转台34以及输入和输出传送器31、32的控制，以向前132、向后133移动台34和货盘33，或者使平移和旋转台34返回其在X射线屏蔽入口门35处的初始位置134并且使货盘33返回输入或输出传送器31、32，如图4中所示的那样。远程控制面板93可以允许X射线屏蔽门135、136的打开和关闭控制。还可以连同状态指示一起提供***紧急停止137和重置功能，状态指示诸如指示***处于自动模式还是手动超越模式的指示器138以及可以指示是否发生故障的报警灯139。在一些实施例中，远程控制面板93可以允许操作员运行***的各方面的测试140，包括对报警灯功能测试X射线以及测试当X射线接通时指定给信号的可听报警信号。

图12示出了在货盘33以相对检测器阵列2a至2g的固定角度从***的入口到出口的单次平移过检(S4)之后使用图1至4中所示的实施例获取的X射线透射图像。图12中的七个图像131至137中的每个表示来自单个检测器阵列2a至2g的数据，其中图像131获取自检测器阵列2a处的信号，图像132获取自检测器阵列2b处的信号，图像133获取自检测器阵列2c处的信号，等等。因而，每个图像按某一角度彼此偏移。获取自检测器阵列2d处的信号的图像134以垂直于货盘33的平移方向的角度提供货盘33的竖直横截面。每个图像131至137可以具有如所示出的彩色格式，使得颜色编码符合X射线透射图像显示的工业标准惯例，其中给定像素的计算的有效原子序数被表示为特定颜色，有机材料被显示为橙色，无机材料被显示为绿色，而金属被显示为蓝色。

图13示出了使用图1至4中所示的实施例获取的重建体积X射线数据的图像渲染。针对该3D信息提供与图12相似的观看角度141至147，并且如上文讨论的，从货盘33以相对于检测器阵列2a至2g的四个离散角度的四次过检得到重建体积图像。

为了能够从典型地以恒定数据线获取周期获取的线扫描数据重建表示货盘或容器的三维体积图像，通过在平移期间使每个投影视图相对于平移和旋转台34到达固定参考位置的相对定时在时间或位置上左移或右移，可以登记每个投影视图。在当前实施例中，固定参考位置被限定为平移和旋转台34在与中心扇形波束3d对准时的旋转中心的位置。可以使用其他适当的参考位置。参照图9和12，通过从可编程逻辑控制器(PLC)***61向数据获取PC中的ADC板提供准确性优于一个线扫描数据获取线的周期或位置位移的定时或位置信号来完成该登记。如本领域已知的，PLC定时信号得自从平移***伺服驱动器53读出的定时或位置参考。投影图像中易见并且附加到平移和旋转台34的物理参考点，诸如受信定位销，可以用于视觉校准和验证登记。可以在一个平移台时间或位置，诸如在台34的旋转中心到达给定扇形波束3时，或者在平移台34的整个运动范围期间的包括与每个线扫描周期对应的一个定时或位置信号的多个位置处，提供定时或位置信号。还注意，如果向重建处理提供等同的定时或位置信息并且作为重建处理的一部分完成了空间登记，则在重建之前不需要登记投影数据集。

图1的实施例和以上描述的其他实施例的新型几何特征便利了货盘内容物的高效X射线采样。图1的新型几何特征可以被称为线扫描采样圆锥波束投影几何特征(LSCB)并且在源1的相对线性运动151期间，如图15中所示，通过货盘33的采样的X射线线积分被聚合到从虚拟区域检测器150获取的p个n*m投影数据集中。在给定时刻获取来自扇形波束3a(扇形波束3a用作该实施例中的示例，但是该扇形波束可以是扇形波束3a-3g中的任何扇形波束)的线扫描数据，并且源的相对线性位移提供了整个2D投影数据集p的获取。该采样几何特征中的虚拟区域检测器150的辐射圆锥孔隙约为40°，65°聚合所有视图；然而通过与货盘体积和/或源的指定相对运动组合的、X射线圆锥通量的线扫描扇形波束准直，实现了检测器传感器(即，检测器元件)的经济性。

不同于传统的CT方法，LSCB假定货盘体积的不完整的径向采样，接受在这些实施例中通过有序子集-可分离抛物面型替代(OSSPS)计算的数学不适定重建问题。在每次迭代中，该方法找到代替的目标函数，在该目标函数被最大化时保证原始目标的最优化；这样做是为了减小应对原始目标函数的复杂度。在图1和15的实施例中，物理上运动的货盘体积被同时采样作为p个平面，每个线扫描检测器阵列(视图)一个平面。每个平面p或虚拟区域检测器150是m行平行波束独立X射线通量估计***，在相对运动期间对来自X射线焦斑1的不均匀的但是归一化的发射采样。相似地，跨越每个检测器阵列2a至2g竖直地获取多个n个线积分样本。额定20cm/s的有规律的相对货盘体积运动和额定166Hz的检测器阵列线扫描数据速率使p个平面就位用于第m+1行样本，并且因而并行地获取对货盘体积采样的p个n*m投影数据集，其中p如图1的实施例中假定的是7。166Hz的线扫描数据获取速率可以为线扫描检测器阵列2a至2g的每个检测器元件提供2至3倍的过采样。

图14示出了表示根据本发明的实施例的重建方法的流程图。在重建(S21)之前的预处理步骤(S20)中，来自图1中描述的固有L形检测器几何特征空间的投影数据可以被投影到平面虚拟检测器阵列160以简化重建方法实现并且为了重建的速度和计算效率，如图16中所示的那样。测量的X射线通量在几何上被映射到计算平面160上的离散元素(m'，n'，p')，使得物理检测器阵列的不均匀的线性检测器分布150被转换成均匀的线性检测器分布160。完成这种重新分级(re-binning)以保留适当的采样并且提供计算结构。在另一实施例中，给定投影到虚拟空间的固有检测器的坐标，可以构建表示数据的插值函数，作为诸如三角或四角的二维的紧凑支持网格(compactsupportmesh)上限定的基函数的组合。一旦数据已***值到虚拟检测器元件160的均匀分布上，则可以进行重建。通过以这种方式映射到虚拟检测器平面160，线积分放大、线积分入射角、线-线-积分散布和其他几何因素的元素被优选地评估、跟踪并且并入到重建中。

对于重建(S21)，实施例可以采用统计迭代重建方法，其同时更新立体像素。同时更新方法由于它们的可缩放性和易于在图形处理单元(GPU)硬件中实现而是优选的；每个立体像素可以通过单个GPU线程更新。即便收敛所需的迭代次数可以高于依次更新方法，并行化实现可以仍极大地减少每次迭代的执行时间。由于重建方法的统计本质，假设关于数据和检测器噪声的模型。可以使用的最一般的假设是关于观测到的X射线光子的泊松(Poisson)统计。

给定观测数据集，统计重建方法可以估计使条件密度最大的衰减系数(最大后验或惩罚似然估计)。在均匀先验假设下，该估计问题可以缩减至最大似然(ML)，其中使似然函数，即给定参数估值的获取测量结果的概率最大。这些类型的最优化问题不易于求解，并且通常没有封闭形式的解。因此迭代方法是优选的，并且可以使用简化的有序凸子集(OSC)或更易理解的有序子集-可分离抛物面型替代(OSSPS)方法。下面的式1(OSC)和式2(OSSPS)描述了重建方法，并且重建方法可以分成两步：前向投影(S22)和后向投影(S23)(更新步骤)。在重建(S21)期间，OSSPS或OSC通过分级比较来细化候选货盘体积衰减分布。每个体积被前向投影(S22)以估计将生成其的投影子集。该子集与虚拟检测器数据集中的每个给定投影位置的实际测量数据进行比较。差项被后向投影到图像空间(S23)并且被适当地缩放以便更新当前估值。当确认收敛时可以使用停止标准来终止迭代。

可以逐个射线实现前向投影(S22)，其中原点是源1并且目标是特定检测器元件173，如图17中所示。给定射线在其从源1行进通过物体到达检测器板10中的给定检测器元件173时被衰减。在一些实施例中，诸如图17中所示的距离驱动投影器，立体像素172投影到给定检测器元件173上的占地面积或阴影171确定离散化线性模型中的贡献权重。这种离散化是沿着射线的衰减系数分布的线积分的近似，并且积分的输出表示总吸收。这可以用于计算特定检测器元件173检测到的预期光子数。在式1和2中，在差项(分子)和比例项(分母)二者中使用前向投影值。

后向投影步骤(S23)包括使用来自前向投影(S22)的测量数据和计算数据来更新图像估值。找到与立体像素172相交的射线以便查找对特定立体像素172有贡献的检测器元件。在图17的实施例的距离驱动投影器中，替代地使用检测器173在图像体积空间174上的占地面积170。使用检测器对立体像素172的贡献作为后向投影权重对测量结果和计算投影之间的差进行后向投影。在分母中进行同一后向投影步骤(S23)。随后通过归一化因子对差图像进行缩放并且将其添加到当前估值。

除了并行化实现之外，可以使用图1的实施例中的有序子集方法来加速重建处理(S21)。通过有序子集，投影被分区成子集；因此，仅使用当前子集中的射线而非使用完整的数据集来计算更新。存在可用于组装各分区的多种标准；例如，在这些实施例中，对于图1的实施例的七个数据平面p，每个子集包括关于单次过检的数据，即货盘旋转角度。可以使用其他子集标准用于图像质量优化。对于给定迭代，可以在数目等于子集数目的子迭代中依次实现图像更新。将使用当前子集更新用作随后的子集的起始估值的图像估值。下一次迭代将在已处理所有子集并且将所有子集包括在更新之后开始。来自最后子集的更新图像将被用作下一次迭代的初始估值。该方法可以继续其迭代直至达到收敛为止。一个这样的收敛标准可以是在两个连续的图像估值之间的均方误差落在阈值以下时停止。另一适当的停止标准可以是在跨越连续图像估值的最大立体像素改变足够小以致在视觉上无法感知时停止。

还可以通过包括规律化步骤(S24)来改进成像和重建处理。规律化(S24)在现有技术中用于加强图像估值的期望特性，包括减少噪声和从有限数据得到的人为产物。出于贝叶斯观点，规律化可以被视为关于可以通过最大后验估计并入的图像的先验知识。从惩罚似然目标得到OSSPS方法并且OSSPS方法允许使用二次以及非二次惩罚。二次惩罚用于通过以丧失物体对比度为代价获得较小的噪声来使图像平滑。然而，边缘保留非二次惩罚由于它们在减少噪声的同时保留边缘形式的高对比度的能力而是优选的。特别地，Huber先验(Huberprior)可以作为惩罚项而被施加，尽管可以代以其他的函数。

${\mathrm{\&mu;}}_{s+1}^n\left(k\right)={\mathrm{\&mu;}}_s^n\left(k\right)+{\mathrm{\&mu;}}_s^n\left(k\right)\frac{\underset{i\&Element;S\left(s\right)}{\mathrm{\&Sigma;}}{l}_{\mathrm{ik}}(b_i{e}^{-<l_i,{\mathrm{\&mu;}}_s^n>}-Y_i)}{\underset{i\&Element;S\left(s\right)}{\mathrm{\&Sigma;}}{l}_{\mathrm{ik}}<l_i,{\mathrm{\&mu;}}_s^n>b_i{e}^{-<l_i,{\mathrm{\&mu;}}_s^n>}}$

式1：关于OSC的更新式

离散化获取模型

预期光子数

Y_i测量光子数

l_ik贡献权重

迭代n、子迭代s和立体像素k处的衰减系数分布

${\mathrm{\&mu;}}_{s+1}^n\left(k\right)={\mathrm{\&mu;}}_s^n\left(k\right)+\frac{\left|S\right|{\mathrm{\&Sigma;}}_{i\&Element;S\left(s\right)}{l}_{\mathrm{ik}}(b_i{e}^{-<l_i,{\mathrm{\&mu;}}_s^n>}-Y_i)-\mathrm{\&beta;}{\mathrm{\&Sigma;}}_i{w}_{\mathrm{ki}}\stackrel{\&CenterDot;}{\mathrm{\&psi;}}({\mathrm{\&mu;}}_s^n\left(k\right)-{\mathrm{\&mu;}}_s^n\left(j\right))}{\left|S\right|{\mathrm{\&Sigma;}}_{i\&Element;S\left(s\right)}{l}_{\mathrm{ik}}{\mathrm{\&gamma;}}_i{c}_i(<l_i,{\mathrm{\&mu;}}_s^n>)-2\mathrm{\&beta;}{\mathrm{\&Sigma;}}_i{w}_{\mathrm{ki}}{\mathrm{\&omega;}}_{\mathrm{\&psi;}}({\mathrm{\&mu;}}_s^n\left(k\right)-{\mathrm{\&mu;}}_s^n\left(j\right))}$

式2：具有规律化项的OSSPS的更新式

分子规律化项

曲率函数

γ_i图像的投影

分母规律化项

w_ki相邻函数

${\mathrm{\&omega;}}_{\mathrm{\&psi;}}\left(t\right)=\stackrel{\&CenterDot;}{\mathrm{\&psi;}}\left(t\right)/t$ 惩罚的导数函数

除了以上实施例中描述的重建方法，从这里描述的实施例获取的数据集的体积重建也可以通过本领域技术从业人员已知的一定范围的其他的迭代或一次性/解析重建方法的开发来实现。然而，现有技术目前没有提供如所描述的适用于有效地和高效地筛选货盘的整个体积或者整个体积的相当大的部分的大圆锥波束角度重建的优点。然而，这些通常的重建方法二者的许多变型是可用的并且适用于开发并且与所描述的实施例一起使用。因此这些方法和变型通过引用合并于此。

迭代方法包括通常的迭代反投影(IBP)、代数重建技术(ART)、联合ART(SART)、联合迭代重建技术(SIRT)、有序子集SIRT(OS-SIRT)、乘法代数重建技术(MART)、最大似然期望-最大化(ML-EM)、有序子集期望-最大化(OS-EM)、有序凸子集算法(OSC)、迭代坐标下降(ICD)、有序子集ICD(OS-ICD)和基于模型的迭代重建(MBIR)。

如上文所述，一次性或解析重建方法可以适用于并且被开发用于这里描述的实施例。然而，已知滤波反投影(FBP)的方法在面对不完整的数据集，即如应用于Radon变换的奈奎斯特(Nyquist)标准详细描述的有限数目的视图和/或检测器时性能有限，导致不可接受的图像人为产物和/或不可接受的图像噪声。这致使另外计算高效的FBP方法在大部分实例中对于本发明的实施例是次最优的。相似地，当体积重建面对中等的至大的圆锥波束角度时，意味着从共面获取几何特征的角度发散，其中源和检测器元件位于平面内，滤波反投影体积成像性能在平面外恶化。作为经验规则，平面外数据仅可以通过低圆锥波束角度适当地重建，在本领域中其特征通常是相对水平面的约8至15度。相反，在以上实施例中实现的迭代重建方法可以在相对水平面的超过20、30、40、50、60、70或80度的圆锥波束角度上为所描述的实施例提供适当的体积成像性能，从而实现货盘的成本有效的、高效的和准确的检查和分析。此外，由于低成本PC平台和GPU近来的发展而变得低成本实现的迭代重建对于包括少量视图的数据集更鲁棒性地操作，并且提供具有减少的图像人为产物的改进的体积成像结果。

尽管参照图1至4的实施例描述了以上重建方法，但是将理解，本领域技术人员可以将该方法应用于以上描述的替选实施例。

尽管结合某些示例性实施例描述了本发明，但是将理解，本发明不限于所公开的实施例，而是旨在涵盖所附权利要求及其等同物的精神和范围内包括的各种修改和等同布置。例如，尽管以上一些实施例描述了计算机断层扫描***与捆扎货物一起使用，但是诸如飞行器成组装运设备(ULD)容器、手提行李和随身行李的其他容器也可以诸如通过对X射线源、隧道的尺寸和/或检测器阵列进行修改以适应ULD容器、手提行李或随身行李的相应尺寸，而与本发明的实施例一起使用。相似地，所描述的检测器高效的目标物体采样几何特征也可以用在除了安全和海关筛选和检查以外的应用中，例如用在机械或其他产品或物料的非破坏性测试和成像中，其中检查大型的物体、物体组件或大块物料。

Claims (20)

1.一种用于对货物或运输容器的内容物、组分和/或成分成像的成像***，所述成像***包括：

X射线或伽马射线源，被配置成分别发射X射线或伽马射线波束；

具有多个检测器的隧道，所述多个检测器中的每个检测器被配置成接收所述X射线或伽马射线波束的一部分；以及

可平移平台，被配置成支承货物或运输容器并且移动通过所述隧道，使得当所述X射线或伽马射线源正在发射所述X射线或伽马射线波束时，所述货物或所述运输容器与所述多个检测器接收到的部分所述X射线或伽马射线波束交叉；以及

其中所述可平移平台被配置成旋转并且以多个角度移动通过所述隧道。

2.根据权利要求1所述的成像***，其中所述X射线或伽马射线源是X射线源并且所述X射线或伽马射线波束是X射线波束。

3.根据权利要求1所述的成像***，其中所述多个检测器包括1个至约30个检测器阵列。

4.根据权利要求1所述的成像***，其中所述多个检测器包括3个至9个检测器阵列。

5.根据权利要求1所述的成像***，其中所述X射线或伽马射线源被配置成以宽竖直圆锥波束角度发射所述X射线或伽马射线波束。

6.根据权利要求5所述的成像***，其中所述宽竖直圆锥波束角度在相对于水平的从约20度至约80度的范围内。

7.根据权利要求1所述的成像***，其中所述多个检测器包括多个检测器阵列，所述多个检测器阵列中的每个检测器阵列按相对于所述源的在约3度至约15度之间的角度而隔开。

8.根据权利要求7所述的成像***，其中所述多个检测器阵列延伸的总角度范围在约10度和约180度之间。

9.一种用于对货物或运输容器的内容物、组分或成分成像的成像***，所述成像***包括：

X射线或伽马射线源，被配置成分别发射X射线或伽马射线波束；

具有多个检测器的隧道，所述多个检测器中的每个检测器被配置成接收所述X射线或伽马射线波束的一部分；

可平移平台，被配置成支承货物或运输容器并且移动通过所述隧道，使得当所述X射线或伽马射线源正在发射所述X射线或伽马射线波束时，所述货物或所述运输容器与所述多个检测器接收到的部分所述X射线或伽马射线波束交叉；

计算机，被配置成当所述货物或所述运输容器与部分所述X射线或伽马射线波束交叉时，接收来自部分所述X射线或伽马射线波束的由所述多个检测器收集的信息，其中所述计算机被配置成基于所述信息重建所述货物或所述运输容器的三维图像；以及

图形接口，被配置成显示所述三维图像或者从所述三维图像得到的信息。

10.根据权利要求9所述的成像***，还包括：

可平移平台，被配置成支承货物或运输容器并且移动通过所述隧道，使得当所述X射线或伽马射线源正在发射所述X射线或伽马射线波束时，所述货物或所述运输容器与所述多个检测器接收到的部分所述X射线或伽马射线波束交叉；以及

其中所述可平移平台被配置成旋转并且以多个角度移动通过所述隧道。

11.根据权利要求10所述的成像***，其中所述X射线或伽马射线源是X射线源并且所述X射线或伽马射线波束是X射线波束。

12.根据权利要求10所述的成像***，其中所述多个检测器包括1个至约30个检测器阵列。

13.根据权利要求10所述的成像***，其中所述多个检测器包括3个至9个检测器阵列。

14.根据权利要求10所述的成像***，其中所述X射线或伽马射线源被配置成以宽竖直圆锥波束角度发射所述X射线或伽马射线波束。

15.根据权利要求14所述的成像***，其中所述宽竖直圆锥波束角度在相对于水平的从约20度至约80度的范围内。

16.根据权利要求10所述的成像***，其中所述多个检测器包括多个检测器阵列，所述多个检测器阵列中的每个检测器阵列按相对于所述源的在约3度至约15度之间的角度而隔开。

17.根据权利要求16所述的成像***，其中所述多个检测器阵列延伸的总角度范围在约10度和约180度之间。

18.一种用于通过成像***对货物或运输容器的内容物、组分和/或成分成像的方法，所述成像***包括X射线或伽马射线源、具有多个检测器的隧道以及可平移和可旋转平台，所述方法包括：

将货物或运输容器装载到所述可平移和可旋转平台上；

从所述X射线或伽马射线源分别发射X射线或伽马射线波束；

在所述多个检测器中的每个检测器处接收所述X射线或伽马射线波束的一部分；

使所述可平移和可旋转平台移动通过所述隧道，使得所述货物或所述运输容器与所述多个检测器接收到的部分所述X射线或伽马射线波束交叉；

使所述可平移和可旋转平台旋转；以及

使所述可平移和可旋转平台移动通过所述隧道，使得所述货物或所述运输容器以不同角度与所述多个检测器接收到的部分所述X射线或伽马射线波束交叉。

19.一种用于通过成像***对货物或运输容器的内容物、组分和/或成分成像的方法，所述成像***包括X射线或伽马射线源、具有多个检测器的隧道、可平移平台、计算机和图形接口，所述方法包括：

将货物或运输容器装载到所述可平移平台上；

从所述X射线或伽马射线源分别发射X射线或伽马射线波束；

在所述多个检测器中的每个检测器处接收所述X射线或伽马射线波束的一部分；

使所述可平移平台移动通过所述隧道，使得所述货物或所述运输容器与所述多个检测器接收到的部分所述X射线或伽马射线波束交叉；

经由所述多个检测器从部分所述X射线或伽马射线波束收集数据，所述数据包含涉及所述货物或所述运输容器的信息；

在计算机上接收所述数据；

基于所述数据中的信息重建所述货物或所述运输容器的三维图像；以及

在所述图形接口上显示所述三维图像或者从所述三维图像得到的信息。

20.一种用于基于来自货物或运输容器的图像数据创建三维模型的***，包括：

处理器；以及

存储器，其中所述存储器在其上存储指令，所述指令在被所述处理器执行时使所述处理器：

接收表示从宽竖直波束角度收集的信息的数据；

对所述数据进行处理以生成三维体积模型；以及

输出所述三维体积模型。