CN1611065A - 具有两个不同目标轨迹的3d立体x射线*** - Google Patents

具有两个不同目标轨迹的3d立体x射线*** Download PDF

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Abstract

本发明提供一种器件，该器件用于扩充或升级传统单光束2D X射线***，以产生3D立体输出。该***使用单源X射线单元的横截面光束的发散性来生成透视信息。通过扫描物体两次，其中在两次扫描之间，平行于横截面光束平面移动该物体。可以在3D立体视图***上显示两次扫描结果，以生成该物体的3D立体图像，因而显示了了所有三个维度。本发明包括一种用于将2D X射线***转换成3D X射线***的方法，该方法不需要对所述2D X射线***中的X射线生成部分、光学部分或探测***部分作出任何改变。该方法包括将3D立体图像处理器连接到2D处理器上以及安装机械移动***，将所述移动***连接到所述3D立体图像处理器和物体传送器件上。

Description

具有两个不同目标轨迹的3D立体X射线***
交叉引用
本申请涉及到在2001年10月31日提交的、名称为“3D立体X射线***和方法”的临时专利申请60/334865，在此将该申请的内容引入参考。
发明领域
本发明涉及一种立体X射线***，尤其是一种用于行李检查的立体X射线***，还涉及到对现有二维X射线检查***的不需要额外X射线源的修改。
技术背景
传统X射线扫描***使用单束静态X射线束(形式为薄平面扩展光束)扫描在该光束下移过的物体。扫描结果是该物体的2D平面投影，该投影显示出X射线束透过该物体的透射强度。许多***提供了多个灵敏探测器以帮助辨别在不同功率X射线下物体的不同吸收特性。这些***产生的2D图像只能提供二维空间信息。而第三空间维度，即深度，是传统***不能提供的。对于诸如安全和检查之类的应用，缺少的第三维可以导致信息丢失或者信息的错误解释。
已经开发出使用两个X射线束来获取第三维的***。这些装置已经成功地通过了论证。这些双光束***要求一种新结构的X射线器件，而且将取代传统的单光束器件。因为其可以与现有的2D X射线***的功能一起作为并行***使用，所以本发明不需要对传统的单光束器件进行重新配置。
发明内容
本发明提供了一种器件，该器件可以用于扩充或升级传统的单光束2D X射线***以生成3D立体输出。该***利用单源X射线单元的横截面光束的发散性(the cross-sectional beam divergence)来生成透视信息。通过两次扫描物体就可以得到该透视信息，其中物体在两次扫描间平行于光束横截面平面移动。该两次扫描的结果可以在3D立体观察***中显示，以生成该物体的3D立体图像，从而显示所有三个维度。
本发明包括一种将2D X射线***转换为3D X射线***的方法，该转换方法并不需要对2D X射线的X射线生成部分、光学部分或者探测***部分做出改变。此方法包括将3D立体图像处理器连接到2D处理器，安装机械移动***和将该移动***连接到3D立体图像处理器和物体传送器件。
附图简述
以下将结合附图和发明详述对本发明的各种实施例进行描述，其中：
图1示出了传统X射线***的正视图(正视图)；
图2示出了传统X射线***的侧视图；
图3示出了现有的3D立体X射线方案；
图4示出了用于形成3D立体X射线的侧移(side shift)法；
图5示出了使用侧移法得到的立体基线(stereo base)；
图6示出了侧移法的两次扫描过程；
图7示出了带有对准标记的物体支撑支架；
图8示出了物体传送方向和立体基线方向；
图9是扩充后的扫描过程流程图；和
图10是扩充***的方框图。
发明详述
图1示出传统单光束X射线器件100的正视图。X射线源102生成X射线，该X射线通过准直器104整形成薄平面光束。该薄平面光束穿过物体传送器件或传送器106和将要被扫描的物体108，并且由线性探测器110来检测该薄平面光束。一般探测器对高功率和低功率粒子都会做出响应。传送器106在扫描光束中移动物体108。图2示出了图1中所示***的侧视图，其中标号202-210代表和图1中一样的元件。
图3示出了现有3D立体X射线方案300，其中通过准直器304将单个X射线源302准直成分散的两个平面光束。每个光束分别直射到不同的探测器310和312上。随着物体308穿过两个光束，就生成了转动轴(rotational axis)稍微不同该物体的两幅视图。一旦经过处理，这两幅图就形成了该物体X射线透射/吸收特性的3D立体图像。该***要求将传统的X射线器件修改为包括两个探测器，探测器A 310和探测器B 312。
本发明提供一个***来产生3D立体X射线图像以及提供一种方法来扩充或修改现有2D X射线***以提供3D立体X射线图像。通过使用传统X射线器件两次扫描该物体，并且在两次扫描间稍微侧移该物体，就可以获得两幅图像，然后将其组合成3D立体图像。图4示出了使用传统2D X射线***扫描物体的原理，侧移物体，随后再次扫描物体400。在使用X射线源的第一通过扫描(a first pass scan)400A中，如图所示，物体406处于第一位置，传送器和探测器如图1和2中所示。注意到物体406从其先前位置410稍微向右移动到412以在第二经过扫描400B中使用X射线源进行第二扫描，传送器404和探测器408都没有变化。这种侧移具有相对于物体移动X射线发射器的原点的效果。该侧移发生在X射线扫描光束的平面内。可以使用垂直于二维表面(planar surface)的矢量来描述X射线的方位面(orientation plane)。物体垂直于该法线矢量移动。若重叠使用相同物***置的第一和第二经过扫描，显而易见可以如图5所示生成3D立体图像。有效的立体基线基于相对于物体508的第二扫描位置物体508的第一扫描位置504。有效立体基线和两次扫描间的侧移量相同。所需侧移量和所期望的立体基线相同，该期望的立体基线可以使用本领域内技术人员熟知的立体照相算法(stereoscopic camera algorithm)来计算。
图6示出了侧移法600的顶视图。在第一扫描中，物体602沿轨迹A 606从探测器604下面通过。第一扫描后，物体移动***608沿轨迹B 610将物体向右移动，并且传送器反向，物体通过探测器沿轨迹C 612向后扫描。将第一和第二扫描结果组合来形成3D立体图像。第一扫描生成右透视图且第二扫描生成左透视图。从左视图和右视图对来生成立体图像的过程在3D立体成像技术中是熟知的。
图7示出支撑被扫描物体700的支架的一个实施例。该支架702包含一个或多个金属或其他高密度物质对准标记704，该标记将在最终扫描图像上出现。3D立体图像处理器将使用这些对准标记704来对准右视图和左视图对。本领域的技术人员熟知对准左视图和右视图的过程。
图8示出了在视图监视器800上物体传送方向的差别。传统的X射线***802将显示具有沿着监视器的水平轴804的传送器传送方向的被扫描物体。由于3D立体图像底部垂直于传送器的运动方向，所以本发明806显示具有沿监视器的垂直轴的传送器运动方向的被扫描物体。
图9示出扫描过程的流程图。扫描物体904以及得到的图像被3D立体图像处理器存储为图像A 906。操作者可选地回看2D图像908，然后决定是否需要第二扫描910。若不需要第二扫描，就扫描下一物体。如果3D立体输出需要所有扫描，就可以跳过该第二扫描判决点910。如果将再次扫描该物体以形成3D图像912，那么就用支架移动装置914将传送器上的物体侧移916，然后对物体进行第二扫描，将得到的图像存储为图像B 918。然后，在3D中对准图像A和图像B(如本领域内熟知)920，最终将图像显示在3D立体显示装置上922。
图10示出了所提出***的方框图1000。在虚线框1011以外的五个框：标准处理器1002，传送器控制1004，探测器1006，X射线***1008以及2D显示器1010，它们代表标准X射线处理***。标准处理器1002控制传送器***1004来在X射线光束下移动物体，该X射线光束由X射线***1008生成。探测器1006将X射线强度转换成数字格式，该数字格式被标准处理器1002转换成2D图像。该2D图像在2D显示器1010上显示。
图10中的虚线框1011示出扩充的3D立体特征。3D立体图像处理器1012指示标准X射线处理器扫描物体，使机械移动***1014侧移该物体，然后指示标准处理器1002再次扫描该物体。3D立体图像处理器1012从标准处理器接收到扫描图像或者，可选的，在2D显示器显示数据之前将其截取(如虚线信息线1016所示)。3D立体图像处理器1012对准所述右视图和左视图(在两次扫描中获取的)，然后在3D显示器***1018上显示。可选的3D存储***1020可用于保存扫描得来的3D X射线图像副本以供今后使用。
另一种实施例是一种将2D X射线***修改成3D立体***的方法，其中2D***包括一个X射线源，一个准直器，一个用于传送物体的传送器***，一个2D处理器，一个探测器和一个2D显示器。该方法包括添加一个3D立体添加***。该添加***包括：一个和2D处理器连接在一起的3D立体图像处理器；一个和3D立体图像处理器电气上连接的机械移动***，该机械移动***和物体运送装置机械连接；一个连接在3D立体图像处理器上的3D图像存储器件，以及一个与3D立体图像处理器连接的3D显示器，其中3D立体添加***不要求对2DX射线***的X射线生成、光学部分或探测***部分做出任何变化。
另外一种3D立体X射线***的实施例使用***的两次扫描间的物***置的角度变化。在第一经过扫描中，当通过检测***时物***于第一位置；并且在第二经过扫描之前，将物体绕着物体运动方向的轴旋转几度，比如2到5度。该物体在旋转后的位置及时经过第二经过扫描。使用与上述描述类似的立体算法就可以得到立体效果。
这里描述的3D立体X射线***主要应用于运输业中的行李和包裹的安全性。但是也有包括医药、质量控制、材料检查等其他应用。同样的原理可以使用在用于航运货物和卡车运输货物的大型X射线扫描仪上。3D立体X射线***的另一种特征是运动部件将在3D立体图像中造成干扰。由于左右视图是在不同时间点采集，在使用3D成像中很容易见到时钟装置或其他移动器件。
上述***和方法仅仅是示例。本领域内的技术人员将很容易理解本***的其他实施例以及修改方法。所有的这些实施例和修改都被认为应该在不脱离由所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内。

Claims (23)

1、一种用于扫描物体的立体X射线***包括：
一个X射线源；
一个准直器；
一个物体传送器件；
一个探测器；以及
一个物体移动***。
2、如权利要求1所述的***，其中所述物体移动***通过将物体沿第一轨迹在所述探测器下通过以执行第一扫描；
所述***通过沿第二轨迹向右移动所述物体来执行第二扫描，并且所述传送器反向，使物体沿第三轨迹向后通过所述探测器来进行扫描。
3、如权利要求2所述的***，其中将所述第一和第二扫描的结果组合来生成3D立体图像。
4、如权利要求3所述的***，其中所述第一扫描生成右透视图，以及所述第二扫描生成左透视图。
5、如权利要求1所述的***，其中所述物体移动***通过将物体沿第一轨迹在所述探测器下通过来执行第一扫描；
所述***通过将物体绕着所述第一轨迹的轴旋转2-5度来进行第二扫描并且所述传送器反向，将物体沿第二轨迹向后通过所述探测器来进行扫描。
6、如权利要求5所述的***，将所述第一和第二扫描的结果组合来生成3D立体图像。
7、如权利要求6所述的***，其中所述第一扫描生成右透视图，以及所述第二扫描生成左透视图。
8、如权利要求1所述的***，其中所述物体传送器件包括一个或多个金属或其他高密度材料的对准标记。
9、如权利要求8所述的***，其中所述对准标记出现在最终扫描图像上。
10、如权利要求9所述的***，其中3D立体图像处理器使用所述对准标记来对准所述右图像和左图像对。
11、一种用于将2D X射线***更改成为3D立体***的3D立体添加***，其中所述2D***包括一个X射线源、一个准直器，一个用于传送物体的传送器、一个2D处理器、一个探测器以及一个2D显示器，所述添加***包括：
一个连接到所述2D处理器上的3D立体图像处理器；
一个连接到所述3D立体图像处理器和所述物体传送器件的机械移动***；
一个连接到所述3D立体图像处理器的3D图像存储器件，以及一个连接到所述3D立体图像处理器的3D显示器，其中所述3D立体添加***不要求对2D X射线***的X射线生成、光学或探测***部分做出任何改变。
12、如权利要求13所述的***，其中所述物体移动***通过将物体沿第一轨迹在所述探测器下通过来执行第一扫描以及
所述***通过向右移动所述物体来执行第二扫描，并且所述传送器反向运动，将物体沿第三轨迹向后通过所述探测器来进行扫描。
13、如权利要求9所述的***，其中将所述第一和第二扫描结果组合来生成一个3D立体图像。
14、如权利要求13所述的***，其中所述第一扫描生成右透视图，以及第二扫描生成左透视图。
15、如权利要求11所述的***，其中所述物体移动***通过将物体沿第一轨迹在所述探测器下通过来执行第一扫描；以及
所述***通过将所述物体绕着所述第一轨迹的轴旋转2-5度来执行第二扫描并且所述传送器反向运动，沿所述第二轨迹向后通过所述探测器来进行扫描。
16、如权利要求15所述的***，其中将所述第一和第二扫描的结果组合来生成一个3D立体图像。
17、如权利要求16所述的***，其中所述第一扫描生成右透视图，以及所述第二扫描生成左透视图。
18、如权利要求11所述的***，其中所述物体传送器件包括一个或多个金属或其他高密度材料对准标记。
19、如权利要求18所述的***，其中所述对准标记出现在最终扫描图像上。
20、如权利要求19所述的***，其中3D立体图像处理器使用所述对准标记来对准所述右视图和左视图对。
21、一种用于将2D X射线***转换成3D X射线***的方法不要求对所述2D X射线***的X射线生成部分、光学部分或探测***部分进行改变，该方法包括：
将一个3D立体图像处理器连接到一个2D处理器上；以及
安装一个机械移动***，并且将该移动***连接到所述3D立体图像处理器和物体传送器件上。
22、如权利要求21中所述方法，其中3D图像存储器件连接到所述3D立体图像处理器。
23、如权利要求21中所述方法，其中所述机械移动***包括一个或多个对准标记。
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