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Technisches Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft das technische Gebiet der Strahlungserkennung,
insbesondere ein Verfahren zur Frachtsicherheitskontrolle mit mehreren
Betrachtungswinkeln.
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Stand der Technik
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Die
Sicherheitskontrolle ist von großer Bedeutung auf Gebieten
wie der Terrorbekämpfung
und dem Kampf gegen illegalen Handel mit Drogen und Schmuggeln.
Nach Terroranschlägen
in den Vereinigten Staaten am 11. September 2001 wird von Ländern in
der gesamten Welt der Sicherheitskontrolle bei der Zivilluftfahrt
immer mehr Bedeutung zugemessen. Zur gleichen Zeit werden die Anforderungen
an die Sicherheitskontrolle verschiedenartiger Frachten mit der
gründlichen
Entwicklung des Kampfes gegen den illegalen Handel mit Drogen und
das Schmuggeln immer höher.
Es werden eine Reihe von Sicherheitskontrollmaßnahmen zum Kontrollieren von
Gepäck
von Passagieren und Gegenständen
und Frachtbehältern
an öffentlichen
Orten wie beispielsweise Flughäfen,
Bahnhöfen,
Zollhäusern
und Hafenanlagen unternommen.
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Computertomographietechnik
(kurz ausgedrückt „CT") wird weitläufig und
auf dem Gebiet der medizinischen Diagnostik und der industriellen
zerstörungsfreien
Erkennung benutzt. Mit der gesellschaftlichen Entwicklung steigt
allmählich
der Bedarf daran in der öffentlichen
Sicherheit und gesellschaftlichen Sicherheit. Unter den weitverbreiteten
CT-Abtastsystemen bildet die Kreis bahnabtastung den Hauptteil. Diese
Abtastung erfordert einfacheren mechanischen Aufbau und ist daher
technisch leicht zu realisieren. Außerdem ist der entsprechende
Rekonstruktionsalgorithmus ausgereift und zuverlässig. Bei dem Kreisbahnabtastsystem
wird gewöhnlich
eine Fächerstrahl-CT
oder Kegelstrahl-CT eingesetzt. Die entsprechenden Detektoren sind
eine lineare Gruppe von Detektoren bzw. eine ebene Gruppe von Detektoren.
Das Paar einer Röntgenstrahlungsquelle und
eines Detektors ist symmetrisch zum Drehpunkt eines Objekt-Drehtischs
angeordnet.
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Bei
der CT-Abtastung von Objekten mit einer größeren Masse unter Verwendung
eines CT-Abtastsystems besteht das realisierbare Verfahren allgemein
in der Verwendung einer Abtastung von Drehung zuzüglich Umsetzung.
Das heißt,
der zu kontrollierende tregenstand dreht sich um die Mittelachse
und der Strahlungsquellendetektor bewegt sich gleichzeitig in paralleler
Richtung zur Drehachse und bildet dadurch eine spiralförmige Abtastspur
um den zu kontrollierenden Gegenstand. Bezüglich Gegenständen mit
einem größeren Querschnitt
bedarf es einer großen
Anzahl von Projektionen, wenn eine genau Rekonstruktion gewünscht ist. Das
Ergebnis ist, daß die
Geschwindigkeit der Sicherheitskontrolle sehr langsam und der Wirkungsgrad
sehr niedrig ist. Daneben betrifft eine große Anzahl von Daten möglicherweise
nicht den Benutzer. Ein solches CT-Abtastsystem ist daher aufgrund
seiner langsameren Geschwindigkeit für den Flughafen unpraktisch,
der Sicherheitskontrolle täglich
an einer großen
Anzahl von Frachten ausführen
muß.
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Wenn
zusätzlich
hinsichtlich der Perspektivenabbildung mehrere Artikel in paralleler
Richtung zu dem Strahl oder den Strahlen vorhanden sind, überlappen
die Artikel einander im Bild. Es ist allgemein sehr schwierig, die
Artikel voneinander zu unterscheiden, wodurch der Kontrolle von
Schmuggelware viele Schwierigkeiten entstehen.
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Kurze Beschreibung der Erfindung
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(I) Zu lösende technische Aufgabe
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, angesichts des
im Stand der Technik bestehenden obenerwähnten Mangels ein Verfahren
zur Frachtsicherheitskontrolle mit mehreren Betrachtungswinkeln bereitzustellen.
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(II) Technische Lösung
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Zum
Lösen der
obigen Aufgabe umfaßt
die in der vorliegenden Erfindung eingesetzte technische Lösung folgendes:
Ein
Verfahren zur Frachtsicherheitskontrolle mit mehreren Betrachtungswinkeln
zum Kontrollieren eines Gegenstands unter Verwendung eines Frachtsicherheitskontrollsystems,
wobei das Frachtsicherheitskontrollsystem eine Strahlungsquelle
zum Erzeugen eines Strahlenbündels
zum Durchleuchten des zu kontrollierenden Gegenstandes und eine
Datensammeleinheit zum Sammeln der Durchleuchtungsprojektionsdaten
nachdem das Strahlenbündel
den zu kontrollierenden Gegenstand durchleuchtet hat, umfaßt, wobei
das Verfahren einen Abtastschritt mit folgendem umfaßt: Drehen
der Strahlungsquelle und/oder des Gegenstandes um eine Drehachse
zum Erreichen einer relativen Drehung, dadurch Positionieren der
Strahlungsquelle in einer Mehrzahl von diskreten Stellungen mit
unterschiedlichen Betrachtungswinkeln hinsichtlich des kontrollierten
Gegenstandes, wobei sich die Strahlungsquelle in jedem Betrachtungswinkel
entlang einer geraden Linie in einer Richtung parallel zur Drehachse
bewegt und zur gleichen Zeit zum Erfassen der Durchleuchtungsprojektionsdaten in
jedem Betrachtungswinkel den kontrollierten Gegenstand abtastet.
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In
einer Ausführungsform
wird die relative Drehung durch Stationärhalten der Strahlungsquelle
und Spinnen des kontrollierten Gegenstandes erreicht. In einer anderen
Ausführungsform
wird die relative Drehung durch Stationärhalten des kontrollierten
Gegenstandes und Drehen der Strahlungsquelle um den kontrollierten Gegenstand
herum erreicht.
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Vorzugsweise
sind die Strahlungsquelle und die Datensammeleinheit an gegenüberliegenden
Seiten des kontrollierten Gegenstandes angeordnet und in dem Abtastschritt
bewegt sich die Datensammeleinheit synchron zu der Bewegung der
Strahlungsquelle.
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Vorzugsweise
ist die Mehrzahl diskreter Stellungen mit unterschiedlichen Betrachtungswinkeln
eine Mehrzahl von gleichmäßig auf
einem Umfang beabstandeten Stellungen.
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Vorzugsweise
umfaßt
die Mehrzahl diskreter Stellungen mit unterschiedlichen Betrachtungswinkeln 3 bis 70 Stellungen.
Besonders bevorzugt umfaßt
die Mehrzahl diskreter Stellungen mit unterschiedlichen Betrachtungswinkeln 4 bis 60 Stellungen
von Betrachtungswinkeln. Weiter bevorzugt umfaßt die Mehrzahl diskreter Stellungen
mit unterschiedlichen Betrachtungswinkeln 8 bis 50 Stellungen
von Betrachtungswinkeln. Noch weiter bevorzugt umfaßt die Mehrzahl
diskreter Stellungen mit unterschiedlichen Betrachtungswinkeln 10 bis 40 Stellungen
von Betrachtungswinkeln. Ganz besonders bevorzugt umfaßt die Mehrzahl
diskreter Stellungen mit unterschiedlichen Betrachtungswinkeln 15–25 Stellungen
von Betrachtungswinkeln.
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Vorzugsweise
bewegt sich die Strahlungsquelle an zwei benachbarten Stellungen
von Betrachtungswinkeln entlang gerader Linien jeweils in entgegengesetzten
Richtungen.
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Das
Verfahren der vorliegenden Erfindung umfaßt weiterhin einen Abbildungsschritt
zum Abbilden des zu kon trollierenden Gegenstandes auf Grundlage
der durch die Datensammeleinheit gesammelten Durchleuchtungsprojektionsdaten.
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Vorzugsweise
wird hinsichtlich jedes Betrachtungswinkels in dem Abbildungsschritt
ein zweidimensionales perspektivisches Bild des zu kontrollierenden
Gegenstandes bei dem Betrachtungswinkel unter Verwendung der Durchleuchtungsprojektionsdaten
abgebildet.
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Vorzugsweise
umfaßt
die Mehrzahl diskreter Stellungen mit unterschiedlichen Betrachtungswinkeln mindestens
drei Stellungen von Betrachtungswinkeln. Vorzugsweise wird in dem
Abbildungsschritt ein dreidimensionales Bild des zu kontrollierenden
Gegenstandes unter Verwendung der Durchleuchtungsprojektionsdaten
der mehreren Betrachtungswinkel in Kombination rekonstruiert.
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Vorzugsweise
wird die Rekonstruktion unter Verwendung eines Filter-Rückprojektionsalgorithmus,
Erwartungsmaximierungsalgorithmus oder statistischen Algorithmus
mit geordneten Teilmengen durchgeführt.
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(III) Nutzbringende Wirkungen der Erfindung
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- 1. Im Vergleich mit der CT-Abtastung oder spiralförmigen CT-Abtastung
im Stande der Technik ist die Abtastspur im Verfahren der vorliegenden
Erfindung etwas unterschiedlich. Im Verfahren der vorliegenden Erfindung
wird von der Strahlungsquelle eine Fracht mit mehreren parallelen
linearen Spuren in unterschiedlichen Betrachtungswinkeln bezüglich der
Fracht abgetastet, um Durchleuchtungsprojektionsdaten in mehreren
Betrachtungswinkeln zu erfassen. Eine solche Abtastung kann mit
schnellerer Geschwindigkeit durchgeführt werden. Im Vergleich zur
CT-Abtastung bzw. spiralförmigen
CT-Abtastung im
Stand der Technik sind die durch das Verfahren der vorliegenden
Erfindung erfaßten
Durchleuchtungsprojektionsdaten bezüglich des dreidimensionalen Bildes
nicht vollständig,
aber es ist möglich,
ein dreidimensionales Bild zu erfassen, das dem Genauigkeitserfordernis
soweit wie möglich
genügt,
unter der Bedingung, daß dem
Geschwindigkeitserfordernis durch zutreffende Auswahl der Anzahl
von Betrachtungswinkeln genügt
wird, wodurch ein Gleichgewicht zwischen der Abtastgeschwindigkeit
und der Abbildungsgenauigkeit erhalten wird.
- 2. Das Verfahren der vorliegenden Erfindung ist in der Lage,
schnelle Sicherheitskontrolle an einer Fracht (zum Beispiel Luftfrachtbehälter) zu
realisieren und dadurch den Wirkungsgrad von Sicherheitskontrolle
an der Fracht bedeutsam zu steigern und damit das Verlangen des
Flugplatzes nach schneller Sicherheitskontrolle an einer großen Anzahl
von Frachten zu erfüllen.
- 3. Da die vorliegende Erfindung das dreidimensionale Bild einer
Fracht rekonstruieren kann, ist damit das Problem wirkungsvoll gelöst, daß die Gegenstände bei
Rekonstruktion eines perspektivischen Bildes einander überlappen,
wodurch die Genauigkeitsrate von Kontrolle an Gegenständen wirkungsvoll
erhöht
und damit die Kontrolle von Schmuggelwaren sehr erleichtert wird.
- 4. Das Verfahren der vorliegenden Erfindung kann mit dem gegenwärtigen System
realisiert werden; es kann daher neben der Realisierung des Verfahrens
der vorliegenden Erfindung die herkömmliche perspektivische Abbildung
und CT-Abbildung mit dem System realisieren, so daß es möglich ist,
Sicherheitskontrolle an der Fracht auf flexiblere Weise auszuführen.
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Beschreibung der beiliegenden
Zeichnungen
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1 ist
eine schematische Zeichnung eines herkömmlichen Frachtsicherheitskontrollsystems;
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2 ist
eine schematische Zeichnung eines Frachtkon trollsystems mit mehreren
Betrachtungswinkeln, das das Verfahren der vorliegenden Erfindung
realisiert;
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3 ist
eine schematische Zeichnung einer herkömmlichen Fächerstrahlabtastung kreisförmiger Spur;
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4 ist
eine schematische Zeichnung einer Abtastweise mit mehreren Betrachtungswinkeln
des in der vorliegenden Erfindung bereitgestellten Frachtkontrollsystems
mit mehreren Betrachtungswinkeln; und
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5a und 5b sind
Simulationsergebnisse des Shepp-Logn-Kopfmodells.
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Ausführungsweise der Erfindung
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Zur
Verdeutlichung der in der vorliegenden Erfindung bereitgestellten
technischen Lösung
wird diese Erfindung hiernach im Einzelnen mit Ausführungsformen
durch Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben.
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Nach
der Darstellung in 1 ist 1 eine schematische
Zeichnung eines herkömmlichen
Frachtsicherheitskontrollsystems, das zur Realisierung des Verfahrens
der vorliegenden Erfindung benutzt werden kann. Eine Strahlungsquelle 101 erzeugt
ein Bündel
von Röntgenstrahlen
oder ein Bündel
anderer Strahlen zur Durchleuchtung einer Fracht 102. Das
besagte Strahlenbündel
durchleuchtet die auf einem Drehtisch 104 getragene Fracht 102 (in
einem Beispiel ist die besagte Fracht 102 ein Luftfrachtbehälter). Die
Durchleuchtungsprojektionsdaten nach Durchleuchten der Fracht mit
dem Strahlenbündel
werden durch eine Datensammeleinheit 103 (wie beispielsweise
eine Detektorgruppe) gesammelt und werden zu einem (nicht gezeigten) Host
und Datenverarbeitungsrechner übertragen.
Die Datensammeleinheit 103 befindet sich gegenüber der Strahlungsquelle 101.
Das heißt,
die Datensammeleinheit und die Strahlungsquelle sind symmetrisch
um die Mittelachse des Drehtischs angeordnet. Durch den Host und
Datenverarbeitungsrechner wird eine Mensch-Maschine-Dialogschnittstelle
bereitgestellt und ein Bild der empfangenen Projektionsdaten rekonstruiert
und das rekonstruierte Bild angezeigt. Durch den Drehtisch 104 wird
die Fracht 102 zum Drehen angetrieben.
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Das
Frachtkontrollsystem umfaßt
gewöhnlich
weiterhin eine Zulieferungsvorrichtung (siehe 2) zum
Zuliefern des Behälters
zum Drehtisch und Wegführen
des Behälters
vom Drehtisch nach beendeter Kontrolle. Weiterhin umfaßt das Frachtkontrollsystem
gewöhnlich
eine (nicht gezeigte) Abtasthebevorrichtung zum Tragen der Strahlungsquelle
und des Detektors und zum Veranlassen, daß diese synchron auf- und absteigen. Die
Abtasthebevorrichtung kann zwei Sätze von Hebeplattformen umfassen,
auf denen die Strahlungsquelle bzw. die Datensammeleinheit befestigt
sind. Zusätzlich
kann weiterhin ein Horizontalkollimator auf den Hebeplattformen
befestigt sein.
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Auch
kann das System weiterhin eine Abtaststeuervorrichtung zum Steuern
des Betriebs der Strahlungsquelle, der Datensammeleinheit und des
Drehtischs auf Grundlage der vom Host- und Datenverarbeitungsrechner
empfangenen Befehle umfassen.
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Zum
Realisieren einer schnellen und genauen Kontrolle umfaßt das Frachtkontrollsystem
gewöhnlich weiterhin
eine Vorrichtung zum Messen oder Eichen folgender Systemparameter:
der Entfernung D von der Strahlungsquelle zur Datensammeleinheit,
der Entfernung R von der Strahlungsquelle zur Drehachse des Drehtischs,
die Abbildungsstellung P (u, v) der Strahlungsquelle, die Pixelgröße d des
Abbildungsschirms und den Drehwinkel θ des Drehtischs. Die Vorrichtung
zum Messen oder Eichen dieser Systemparameter ist in der Technik
wohlbekannt und es werden daher keine weiteren Einzelheiten hier
aufge führt.
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Nach
der Darstellung in 2 ist die 2 eine
schematische Zeichnung eines das Verfahren der vorliegenden Erfindung
realisierenden Frachtkontrollsystems mit mehreren Betrachtungswinkeln.
Bei Betrieb des Systems wird die Fracht wird einem Drehtisch 204 durch
ein Überführungsrollband 201 zugeführt. Eine
Strahlungsquelle 202 und eine Detektorgruppe 203 befinden
sich jeweils beidseitig des Drehtischs 204. Der Drehtisch 204 kann
sich fortlaufend drehen oder in einem vorgeschriebenen Winkel positioniert
werden. Die Strahlungsquelle 202 und die Detektorgruppe 203 können sich
synchron auf- und abbewegen (nämlich
in senkrechter Richtung zur Papieroberfläche der 2). Wenn
der Drehtisch 204 stillsteht, ist es möglich, die Durchleuchtungsprojektionsdaten
des Luftfrachtbehälters
im gegenwärtigen
Betrachtungswinkel durch ein synchrones Hoch- und Herunterfahren der Strahlungsquelle 202 und
der Detektorgruppe 203 zu erfassen.
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Durch
das in 2 gezeigte System kann auch die herkömmliche
Kreisspurabtastung realisiert werden. Dabei werden die Strahlungsquelle 202 und
die Detektorgruppe 203 in einer festen Höhe gehalten
und der Drehtisch 204 treibt die Fracht zum fortlaufenden
Drehen an, um dadurch die CT-Projektionsdaten der Fracht in der
gegenwärtigen
Scheibenstellung zu erfassen. 3 ist eine
schematische Zeichnung einer herkömmlichen Kreisspur-Fächerstrahlabtastung. In der 3 sind
die Strahlungsquelle 1 und die Datensammeleinheit 3 jeweils
beidseitig der Fracht 2 angeordnet. Bezüglich der Fracht 2 bewegen
sich die Strahlungsquelle 1 und die Datensammeleinheit 3 auf
einer kreisförmigen
Spur.
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Hiernach
wird eine Ausführungsform
des Abtastvorgangs des Verfahrens der Erfindung beschrieben, umfassend
folgende Schritte:
- (1) Anfahren des Systems,
so daß die
Strahlungsquelle und die Datensammeleinheit eine relative Drehung bezüglich der
Fracht durchführen,
und Positionieren der Strahlungsquelle und der Datensammeleinheit
in einem ersten Betrachtungswinkel bezüglich der Fracht, wobei bei
Implementierung des Abtastvorgangs mit dem System nach Darstellungen
in 1 und 2, die Strahlungsquelle und
die Datensammeleinheit im Vorgang der relativen Drehung stationiert
gehalten werden, während
die Fracht durch den Drehtisch angetrieben spinnt; es läßt sich
jedoch sehr leicht verstehen, daß es im Vorgang der relativen
Drehung auch möglich
ist, die Fracht stationär
zu halten, während
sich die Strahlungsquelle und die Datensammeleinheit um die Fracht
drehen und in diesem Augenblick kann sich die Strahlungsquelle und
die Datensammeleinheit in der Nähe
des unteren Endes der Fracht befinden;
- (2) Bewirken, daß die
Strahlungsquelle ein Strahlenbündel
im ersten Betrachtungswinkel zum Durchleuchten der auf dem Drehtisch
geführten
Fracht erzeugt und Bewirken, daß sich
die Strahlungsquelle und die Datensammeleinheit synchron aufwärts auf
einer linearen Spur bewegen und die Fracht abtasten, wobei die lineare
Spur senkrecht zur Ebene der relativen Drehung im Schritt (1) liegt,
beispielsweise, wenn die relative Drehung in einer horizontalen
Ebene durchgeführt
wird, anders gesagt sich die lineare Spur in senkrechter Richtung
befindet, die Richtung der linearen Spur parallel zur Drehachse
der relativen Drehung liegt; und zur gleichen Zeit, bei Abtastung
durch die Strahlungsquelle die Datensammeleinheit Durchleuchtungsprojektionsdaten
des Strahlenbündels
empfängt,
das die Fracht durchleuchtet hat.
- (3) Anhalten der Bewegung der Strahlungsquelle und der Datensammeleinheit
nach ihrer Bewegung zur Spitze, wobei der Drehtisch die Fracht zum
Drehen in einem solchen Winkel antreibt, daß die Strahlungsquelle in einem zweiten
Betrachtungswinkel positioniert ist, der sich bezüglich der
Fracht vom ersten Betrachtungswinkel unterscheidet;
- (4) Bewirken, daß die
Strahlungsquelle ein Strahlenbündel
im zweiten Betrachtungswinkel zum Durchleuchten der auf dem Drehtisch
geführten
Fracht erzeugt und sich in senkrechter Richtung nach unten bewegt
und die Datensammeleinheit sich synchron zu der Strahlungsquelle
bewegt und die Durchleuchtungsprojektionsdaten des Strahlenbündels empfängt, das
die Fracht durchleuchtet hat;
- (5) Wiederholen eines Vorgangs ähnlich dem vorhergehenden,
bis der Drehtisch die Fracht zum Drehen einer Runde trägt, so daß die Datensammeleinheit
alle Projektionsdaten des Strahlenbündels empfängt, das die Fracht durchleuchtet
hat.
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4 zeigt
ein relatives Positionsverhältnis
zwischen der Strahlungsquelle und der Fracht in einer Ausführungsform.
In der 4 befindet sich die Strahlungsquelle in vier verschiedenen
Stellungen der Betrachtungswinkel S1, S2, S3 und S4 bezüglich der
Fracht 2. Jede Stellung des Betrachtungswinkels entspricht wie
oben angeführt
einer linearen Abtastung. Im Verfahren der vorliegenden Erfindung
können
mehrere Stellungen von Betrachtungswinkeln mehrere auf einem Umfang
gleichmäßig beabstandete
Stellungen wie in der 4 dargestellt sein. Die Anzahl
dieser Stellungen von Betrachtungswinkeln kann gemäß den Erfordernissen der
gewünschten
Abtastgeschwindigkeit und Abbildungsgenauigkeit ausgewählt werden.
Dies ist für
den gewöhnlichen
Fachmann leicht durchzuführen.
Beispielsweise können
die mehreren diskreten Stellungen von Betrachtungswinkeln 3 bis 70 Stellungen
von Betrachtungswinkeln umfassen. Zum weiteren Erhöhen der
Abtastgeschwindigkeit können
die mehreren diskreten Stellungen von Betrachtungswinkeln 4 bis 60 Stellungen von
Betrachtungswin kein umfassen. Zur noch weiteren Erhöhung der
Abtastgeschwindigkeit können
die mehreren diskreten Stellungen von Betrachtungswinkeln 8 bis 50 Stellungen
von Betrachtungswinkeln umfassen. Zur noch weiteren Erhöhung der
Abtastgeschwindigkeit können
die mehreren diskreten Stellungen von Betrachtungswinkeln 10 bis 40 Stellungen
von Betrachtungswinkeln umfassen. Vorzugsweise können die mehreren diskreten
Stellungen von Betrachtungswinkeln 15 bis 25 Stellungen
von Betrachtungswinkeln umfassen. Wenn die mehreren Stellungen von
Betrachtungswinkeln gleichmäßig auf
einem Umfang beabstandet sind, ist es sehr leicht, den Winkel jeder
relativen Drehung gemäß der vorbestimmten
Anzahl von Stellungen von Betrachtungswinkeln zu bestimmen. Wenn
beispielsweise die Anzahl der Stellungen von Betrachtungswinkeln 24 beträgt, wird
die Fracht vom Drehtisch jedesmal zum Drehen um 15 Grad angetrieben.
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Auf
Grundlage der im obenerwähnten
Abtastvorgang erfaßten
Durchleuchtungsprojektionsdaten kann der Host- und Datenverarbeitungsrechner
diese Projektionsdaten in ein Bild rekonstruieren und es anzeigen. In
der vorliegenden Erfindung ist es hinsichtlich jedes Betrachtungswinkels
während
der Abbildung möglich, die
Durchleuchtungsprojektionsdaten in diesem Betrachtungswinkel zum
Abbilden eines zweidimensionalen Bildes der Fracht in diesem Betrachtungswinkel
zu benutzen, oder die Durchleuchtungsprojektionsdaten der mehreren
Betrachtungswinkel in Kombination zum Rekonstruieren eines dreidimensionalen
Bildes der Fracht zu benutzen. Natürlich ist es möglich, das
zweidimensionale perspektivische Bild der Fracht wie auch das dreidimensionale
perspektivische Bild der Fracht bei jedem Betrachtungswinkel zu
erfassen. Wenn das dreidimensionale Bild rekonstruiert wird, benötigt es
vorzugsweise in mindestens drei Stellungen von Betrachtungswinkeln
erfaßte
Durchleuchtungsprojektionsdaten.
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Die
Rekonstruktion des dreidimensionalen Bildes kann durch einen Filter-Rückprojektionsalgorithmus (kurz
gesagt „FBP"), einen Erwartungsmaximierungsalgorithmus
(kurz gesagt „EM") oder EM mit geordneter Teilmenge
(kurz gesagt „OSEM") durchgeführt werden.
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Bei
Rekonstruktion der empfangenen Projektionsdaten von mehreren Betrachtungswinkeln
in ein Bild durch FBP umfaßt
der Rekonstruktionsvorgang folgende Schritte:
- (1)
Filtern der empfangenen Projektionsdaten von mehreren Betrachtungswinkeln,
der spezifische Vorgang verläuft
wie folgt:
angenommen, daß Fρ(ρ,θ) eine eindimensionale
Fouriertransformation der empfangenen Projektionsdaten der mehreren
Betrachtungswinkel in einer parallelen Richtung zur Empfangsebene
der Datensammeleinheit ist, Filterverarbeitung der empfangenen Projektionsdaten
der mehreren Betrachtungswinkel nach der Formel zum Erfassen des filterverarbeiteten
Ergebnisses der Projektionsdaten der mehreren Betrachtungswinkel, wobei ρ und θ die Radialkoordinate
bzw. die Winkelkoordinate sind; und
- (2) Rückprojizieren
der filterverarbeiteten Projektionsdaten der mehreren Betrachtungswinkel,
der spezifische Vorgang verläuft
wie folgt:
angenommen, daß f(x,y)
das rekonstruierte Bild ist, Rückprojektionsverarbeitung
des filterverarbeiteten Ergebnisses nach der Formelzum Erfassen des rekonstruierten
Bildes der Projektionsdaten der mehreren Betrachtungswinkel, wobei
x und y die Horizontalkoordinate bzw. die Längskoordinate sind.
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Bei
Rekonstruktion der Projektionsdaten der mehreren Betrachtungswinkel
in ein Bild durch EM umfaßt
der Rekonstruktionsvorgang folgende zwei Schritte, nämlich E-Schritt: Berechnen
des Erwartungswertes der bedingten Wahrscheinlichkeitsfunktion;
und M-Schritt: Berechnen des Maximums der Vorwegnahmefunktion.
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Der
EM-Vorgang wird hiernach ausführlich
anhand eines bestimmten Beispiels beschrieben:
- (1)
angenommen, daß X
das rekonstruierte Bild, αij ein Projektionsmatrixkoeffizient und die
Initialisierung m = 0, x ^m positiv ist;
- (2) Durchführung
der folgenden Schritte bis zur Konvergenz:
a) x1 = x ^m, m = m + 1;
b) Berechnen des Projektionswertes,
wobei c) Rückprojizieren des Projektionswertes, d) Erfassen von x ^m =
x'.
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Der
OSEM gleicht dem EM, aber seine Konvergenzrate ist höher als
die von EM und dessen Abbildungsgüte liegt nahe an der von EM.
Die vorliegende Erfindung kann auf der OSEM eingesetzt werden. Wenn die
empfangenen Projektionsdaten der mehreren Betrachtungswinkel durch
den OSEM in ein Bild rekonstruiert werden, umfaßt der Rekonstruktionsvorgang
folgende Schritte:
- (1) angenommen, daß X das
rekonstruierte Bild, αij ein Projektionsmatrixkoeffizient und die
Initialiserung m = 0, x ^m positiv ist;
- (2) Durchführen
der folgenden Schritte bis zur Konvergenz:
a) x1 = x ^m = m + 1;
b) Berechnen des Projektionswertes
hinsichtlich jeder Teilmenge i = 1, 2, ..., n, wobei und Durchführen der
Rückprojektion
des Projektionswertes, wobei und
c) Erfassen von x ^m = x'
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Nach
Abschluß der
Bildrekonstruktion des empfangenen Projektionswertes der mehreren
Betrachtungswinkel wird vom Host- und Datenverarbeitungsrechner
das rekonstruierte Bild angezeigt. Das ausführliche Ergebnis des rekonstruierten
Bildes ist aus 5 ersichtlich. 5a und 5b sind
Ergebnisse der Simulation des Shepp-Logn-Kopfmodells.
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Zusätzlich kann
das die vorliegende Erfindung realisierende System auch den Doppelbetrachtungswinkelabtastmodus
und CT-Scheibenabtastmodus realisieren.
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Im
Doppelbetrachtungswinkelabtastmodus erfaßt das System nur ein zweidimensionales
perspektivisches Bild in zwei orthogonalen Betrachtungswinkeln und
auf dem Rechnerbildschirm sind gleichzeitig zwei perspektivische
Ansichten zur Bestimmung durch den Bediener angezeigt. Dieser Modus
weist eine kurze Abtastzeit und eine hohe Durchlaufrate auf. Für die Bestimmungsweise
und Grundlage des Bedieners sind jedoch ähnlich dem gegenwärti gen Kontrollsystem
höhere
Erfahrungen und Verantwortung erforderlich.
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Im
CT-Scheibenabtastmodus werden vom System zuerst die CT-Projektionsdaten
der vorgeschriebenen Scheibenstellung eines Luftfrachtbehälters erfaßt, dann
ein entsprechendes CT-Bild dieser Stellung durch Datenrekonstruktion
erzeugt und ein Alarm bereitgestellt. Da dieses Scheibenbild die
Größe und Verteilungsweise
der Dichteinformationen der Fracht im entsprechenden Abschnitt widerspiegeln
kann, wird die Genauigkeit des Alarms sehr erhöht, aber die Abtastzeit ist
länger.
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Im
Abtastmodus mit mehreren Betrachtungswinkeln der vorliegenden Erfindung
werden vom System fortlaufend eine Mehrzahl zweidimensionaler perspektivischer
Bilder in unterschiedlichen Betrachtungswinkeln erfaßt, die
Daten der Triaxialität
des gesamten Objekts annähernd
durch Rekonstruktion mit unvollständigen Daten rekonstruiert
und sie dann zur Bestimmung durch den Bediener auf dem Rechnerbildschirm
angezeigt. Daneben kann an den diesbezüglichen Projektionsdaten über eine
Mensch-Maschine-Schnittstelle
ein Dialogbetrieb durchgeführt
werden und zur gleichen Zeit werden die verdächtigen Schlüsselgebiete
herausragend angezeigt. In diesem Modus kann das System vorbereitend
die Auslösung
eines Alarms hinsichtlich gefährlicher
Artikel wie beispielsweise Sprengstoffe realisieren. Außerdem ist
die Abtastzeit bescheiden. Dieser Modus dient daher als die bevorzugte
Abtastweise der vorliegenden Erfindung.
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Das
System kann automatisch zwischen diesen drei Abtastmodi umschalten
und bedarf keiner Umschaltzeit. Unterschiedliche Abtastmodi können daher
flexibel im Vorgang der eigentlichen Anwendung entsprechend dem
Erfordernis der Risikobewertung des Luftfrachtbehälters oder
der Sicherheitshöhe
des Flughafens benutzt werden. Unter der Bedingung des Suchens nach
Durchlaufrate wird der Doppelbetrachtungswinkelabtastmodus ausgewählt; und in
gewöhnlichen
Umständen
wird zuerst der Mehrfachbetrachtungswinkelabtastmodus benutzt und
dann wird gemäß den Umständen an
der spezifischen Stellung des verdächtigen Luftfrachtbehälters, der
während
der Bestimmung der Daten der Triaxialität nicht freigegeben werden
kann, CT-Scheibenabtastung durchgeführt.
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Zusammenfassung
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Verfahren
zur Frachtsicherheitskontrolle mit mehreren Betrachtungswinkeln
zum Kontrollieren eines Gegenstandes unter Verwendung eines Frachtsicherheitskontrollsystems,
wobei das Frachtsicherheitskontrollsystem eine Strahlungsquelle
zum Erzeugen eines Strahlenbündels
zum Durchleuchten des zu kontrollierenden Gegenstandes und eine
Datensammeleinheit zum Sammeln der Durchleuchtungsprojektionsdaten nachdem
das Strahlenbündel
den kontrollierten Gegenstand durchleuchtet hat, umfaßt, wobei
das Verfahren einen Abtastschritt mit folgendem umfaßt: Drehen
der Strahlungsquelle und/oder des Gegenstandes um eine Drehachse
zum Erreichen einer relativen Drehung, dadurch Positionieren der
Strahlungsquelle in einer Mehrzahl von diskreten Stellungen mit
unterschiedlichen Betrachtungswinkeln hinsichtlich des kontrollierten
Gegenstandes, wobei sich die Strahlungsquelle in jedem Betrachtungswinkel
entlang einer geraden Linie in einer Richtung parallel zur Drehachse
bewegt und zur gleichen Zeit zum Erfassen der Durchleuchtungsprojektionsdaten
in jedem Betrachtungswinkel den kontrollierten Gegenstand abtastet.
d) Erfassen von x ^m = x'.
und c) Erfassen von x ^m = x'