具有兩個不同目標軌跡的3d立體x射線系統的製作方法
2023-11-30 04:00:51 1
專利名稱：具有兩個不同目標軌跡的3d立體x射線系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種立體X射線系統，尤其是一種用於行李檢查的立體X射線系統，還涉及到對現有二維X射線檢查系統的不需要額外X射線源的修改。
背景技術：
傳統X射線掃描系統使用單束靜態X射線束(形式為薄平面擴展光束)掃描在該光束下移過的物體。掃描結果是該物體的2D平面投影，該投影顯示出X射線束透過該物體的透射強度。許多系統提供了多個靈敏探測器以幫助辨別在不同功率X射線下物體的不同吸收特性。這些系統產生的2D圖像只能提供二維空間信息。而第三空間維度，即深度，是傳統系統不能提供的。對於諸如安全和檢查之類的應用，缺少的第三維可以導致信息丟失或者信息的錯誤解釋。
已經開發出使用兩個X射線束來獲取第三維的系統。這些裝置已經成功地通過了論證。這些雙光束系統要求一種新結構的X射線器件，而且將取代傳統的單光束器件。因為其可以與現有的2D X射線系統的功能一起作為並行系統使用，所以本發明不需要對傳統的單光束器件進行重新配置。
發明內容
本發明提供了一種器件，該器件可以用於擴充或升級傳統的單光束2D X射線系統以生成3D立體輸出。該系統利用單源X射線單元的橫截面光束的發散性(the cross-sectional beam divergence)來生成透視信息。通過兩次掃描物體就可以得到該透視信息，其中物體在兩次掃描間平行於光束橫截面平面移動。該兩次掃描的結果可以在3D立體觀察系統中顯示，以生成該物體的3D立體圖像，從而顯示所有三個維度。
本發明包括一種將2D X射線系統轉換為3D X射線系統的方法，該轉換方法並不需要對2D X射線的X射線生成部分、光學部分或者探測系統部分做出改變。此方法包括將3D立體圖像處理器連接到2D處理器，安裝機械移動系統和將該移動系統連接到3D立體圖像處理器和物體傳送器件。
附圖簡述以下將結合附圖和發明詳述對本發明的各種實施例進行描述，其中
圖1示出了傳統X射線系統的正視圖(正視圖)；圖2示出了傳統X射線系統的側視圖；圖3示出了現有的3D立體X射線方案；圖4示出了用於形成3D立體X射線的側移(side shift)法；圖5示出了使用側移法得到的立體基線(stereo base)；圖6示出了側移法的兩次掃描過程；圖7示出了帶有對準標記的物體支撐支架；圖8示出了物體傳送方向和立體基線方向；圖9是擴充後的掃描過程流程圖；和圖10是擴充系統的方框圖。
發明詳述圖1示出傳統單光束X射線器件100的正視圖。X射線源102生成X射線，該X射線通過準直器104整形成薄平面光束。該薄平面光束穿過物體傳送器件或傳送器106和將要被掃描的物體108，並且由線性探測器110來檢測該薄平面光束。一般探測器對高功率和低功率粒子都會做出響應。傳送器106在掃描光束中移動物體108。圖2示出了圖1中所示系統的側視圖，其中標號202-210代表和圖1中一樣的元件。
圖3示出了現有3D立體X射線方案300，其中通過準直器304將單個X射線源302準直成分散的兩個平面光束。每個光束分別直射到不同的探測器310和312上。隨著物體308穿過兩個光束，就生成了轉動軸(rotational axis)稍微不同該物體的兩幅視圖。一旦經過處理，這兩幅圖就形成了該物體X射線透射/吸收特性的3D立體圖像。該系統要求將傳統的X射線器件修改為包括兩個探測器，探測器A 310和探測器B 312。
本發明提供一個系統來產生3D立體X射線圖像以及提供一種方法來擴充或修改現有2D X射線系統以提供3D立體X射線圖像。通過使用傳統X射線器件兩次掃描該物體，並且在兩次掃描間稍微側移該物體，就可以獲得兩幅圖像，然後將其組合成3D立體圖像。圖4示出了使用傳統2D X射線系統掃描物體的原理，側移物體，隨後再次掃描物體400。在使用X射線源的第一通過掃描(a first pass scan)400A中，如圖所示，物體406處於第一位置，傳送器和探測器如圖1和2中所示。注意到物體406從其先前位置410稍微向右移動到412以在第二經過掃描400B中使用X射線源進行第二掃描，傳送器404和探測器408都沒有變化。這種側移具有相對於物體移動X射線發射器的原點的效果。該側移發生在X射線掃描光束的平面內。可以使用垂直於二維表面(planar surface)的矢量來描述X射線的方位面(orientation plane)。物體垂直於該法線矢量移動。若重疊使用相同物體位置的第一和第二經過掃描，顯而易見可以如圖5所示生成3D立體圖像。有效的立體基線基於相對於物體508的第二掃描位置物體508的第一掃描位置504。有效立體基線和兩次掃描間的側移量相同。所需側移量和所期望的立體基線相同，該期望的立體基線可以使用本領域內技術人員熟知的立體照相算法(stereoscopic camera algorithm)來計算。
圖6示出了側移法600的頂視圖。在第一掃描中，物體602沿軌跡A 606從探測器604下面通過。第一掃描後，物體移動系統608沿軌跡B 610將物體向右移動，並且傳送器反向，物體通過探測器沿軌跡C 612向後掃描。將第一和第二掃描結果組合來形成3D立體圖像。第一掃描生成右透視圖且第二掃描生成左透視圖。從左視圖和右視圖對來生成立體圖像的過程在3D立體成像技術中是熟知的。
圖7示出支撐被掃描物體700的支架的一個實施例。該支架702包含一個或多個金屬或其他高密度物質對準標記704，該標記將在最終掃描圖像上出現。3D立體圖像處理器將使用這些對準標記704來對準右視圖和左視圖對。本領域的技術人員熟知對準左視圖和右視圖的過程。
圖8示出了在視圖監視器800上物體傳送方向的差別。傳統的X射線系統802將顯示具有沿著監視器的水平軸804的傳送器傳送方向的被掃描物體。由於3D立體圖像底部垂直於傳送器的運動方向，所以本發明806顯示具有沿監視器的垂直軸的傳送器運動方向的被掃描物體。
圖9示出掃描過程的流程圖。掃描物體904以及得到的圖像被3D立體圖像處理器存儲為圖像A 906。操作者可選地回看2D圖像908，然後決定是否需要第二掃描910。若不需要第二掃描，就掃描下一物體。如果3D立體輸出需要所有掃描，就可以跳過該第二掃描判決點910。如果將再次掃描該物體以形成3D圖像912，那麼就用支架移動裝置914將傳送器上的物體側移916，然後對物體進行第二掃描，將得到的圖像存儲為圖像B 918。然後，在3D中對準圖像A和圖像B(如本領域內熟知)920，最終將圖像顯示在3D立體顯示裝置上922。
圖10示出了所提出系統的方框圖1000。在虛線框1011以外的五個框標準處理器1002，傳送器控制1004，探測器1006，X射線系統1008以及2D顯示器1010，它們代表標準X射線處理系統。標準處理器1002控制傳送器系統1004來在X射線光束下移動物體，該X射線光束由X射線系統1008生成。探測器1006將X射線強度轉換成數字格式，該數字格式被標準處理器1002轉換成2D圖像。該2D圖像在2D顯示器1010上顯示。
圖10中的虛線框1011示出擴充的3D立體特徵。3D立體圖像處理器1012指示標準X射線處理器掃描物體，使機械移動系統1014側移該物體，然後指示標準處理器1002再次掃描該物體。3D立體圖像處理器1012從標準處理器接收到掃描圖像或者，可選的，在2D顯示器顯示數據之前將其截取(如虛線信息線1016所示)。3D立體圖像處理器1012對準所述右視圖和左視圖(在兩次掃描中獲取的)，然後在3D顯示器系統1018上顯示。可選的3D存儲系統1020可用於保存掃描得來的3D X射線圖像副本以供今後使用。
另一種實施例是一種將2D X射線系統修改成3D立體系統的方法，其中2D系統包括一個X射線源，一個準直器，一個用於傳送物體的傳送器系統，一個2D處理器，一個探測器和一個2D顯示器。該方法包括添加一個3D立體添加系統。該添加系統包括一個和2D處理器連接在一起的3D立體圖像處理器；一個和3D立體圖像處理器電氣上連接的機械移動系統，該機械移動系統和物體運送裝置機械連接；一個連接在3D立體圖像處理器上的3D圖像存儲器件，以及一個與3D立體圖像處理器連接的3D顯示器，其中3D立體添加系統不要求對2DX射線系統的X射線生成、光學部分或探測系統部分做出任何變化。
另外一種3D立體X射線系統的實施例使用系統的兩次掃描間的物體位置的角度變化。在第一經過掃描中，當通過檢測系統時物體位於第一位置；並且在第二經過掃描之前，將物體繞著物體運動方向的軸旋轉幾度，比如2到5度。該物體在旋轉後的位置及時經過第二經過掃描。使用與上述描述類似的立體算法就可以得到立體效果。
這裡描述的3D立體X射線系統主要應用於運輸業中的行李和包裹的安全性。但是也有包括醫藥、質量控制、材料檢查等其他應用。同樣的原理可以使用在用於航運貨物和卡車運輸貨物的大型X射線掃描儀上。3D立體X射線系統的另一種特徵是運動部件將在3D立體圖像中造成幹擾。由於左右視圖是在不同時間點採集，在使用3D成像中很容易見到時鐘裝置或其他移動器件。
上述系統和方法僅僅是示例。本領域內的技術人員將很容易理解本系統的其他實施例以及修改方法。所有的這些實施例和修改都被認為應該在不脫離由所附權利要求書所限定的本發明的精神和範圍內。
權利要求
1.一種用於掃描物體的立體X射線系統包括一個X射線源；一個準直器；一個物體傳送器件；一個探測器；以及一個物體移動系統。
2.如權利要求1所述的系統，其中所述物體移動系統通過將物體沿第一軌跡在所述探測器下通過以執行第一掃描；所述系統通過沿第二軌跡向右移動所述物體來執行第二掃描，並且所述傳送器反向，使物體沿第三軌跡向後通過所述探測器來進行掃描。
3.如權利要求2所述的系統，其中將所述第一和第二掃描的結果組合來生成3D立體圖像。
4.如權利要求3所述的系統，其中所述第一掃描生成右透視圖，以及所述第二掃描生成左透視圖。
5.如權利要求1所述的系統，其中所述物體移動系統通過將物體沿第一軌跡在所述探測器下通過來執行第一掃描；所述系統通過將物體繞著所述第一軌跡的軸旋轉2-5度來進行第二掃描並且所述傳送器反向，將物體沿第二軌跡向後通過所述探測器來進行掃描。
6.如權利要求5所述的系統，將所述第一和第二掃描的結果組合來生成3D立體圖像。
7.如權利要求6所述的系統，其中所述第一掃描生成右透視圖，以及所述第二掃描生成左透視圖。
8.如權利要求1所述的系統，其中所述物體傳送器件包括一個或多個金屬或其他高密度材料的對準標記。
9.如權利要求8所述的系統，其中所述對準標記出現在最終掃描圖像上。
10.如權利要求9所述的系統，其中3D立體圖像處理器使用所述對準標記來對準所述右圖像和左圖像對。
11.一種用於將2D X射線系統更改成為3D立體系統的3D立體添加系統，其中所述2D系統包括一個X射線源、一個準直器，一個用於傳送物體的傳送器、一個2D處理器、一個探測器以及一個2D顯示器，所述添加系統包括一個連接到所述2D處理器上的3D立體圖像處理器；一個連接到所述3D立體圖像處理器和所述物體傳送器件的機械移動系統；一個連接到所述3D立體圖像處理器的3D圖像存儲器件，以及一個連接到所述3D立體圖像處理器的3D顯示器，其中所述3D立體添加系統不要求對2D X射線系統的X射線生成、光學或探測系統部分做出任何改變。
12.如權利要求13所述的系統，其中所述物體移動系統通過將物體沿第一軌跡在所述探測器下通過來執行第一掃描以及所述系統通過向右移動所述物體來執行第二掃描，並且所述傳送器反向運動，將物體沿第三軌跡向後通過所述探測器來進行掃描。
13.如權利要求9所述的系統，其中將所述第一和第二掃描結果組合來生成一個3D立體圖像。
14.如權利要求13所述的系統，其中所述第一掃描生成右透視圖，以及第二掃描生成左透視圖。
15.如權利要求11所述的系統，其中所述物體移動系統通過將物體沿第一軌跡在所述探測器下通過來執行第一掃描；以及所述系統通過將所述物體繞著所述第一軌跡的軸旋轉2-5度來執行第二掃描並且所述傳送器反向運動，沿所述第二軌跡向後通過所述探測器來進行掃描。
16.如權利要求15所述的系統，其中將所述第一和第二掃描的結果組合來生成一個3D立體圖像。
17.如權利要求16所述的系統，其中所述第一掃描生成右透視圖，以及所述第二掃描生成左透視圖。
18.如權利要求11所述的系統，其中所述物體傳送器件包括一個或多個金屬或其他高密度材料對準標記。
19.如權利要求18所述的系統，其中所述對準標記出現在最終掃描圖像上。
20.如權利要求19所述的系統，其中3D立體圖像處理器使用所述對準標記來對準所述右視圖和左視圖對。
21.一種用於將2D X射線系統轉換成3D X射線系統的方法不要求對所述2D X射線系統的X射線生成部分、光學部分或探測系統部分進行改變，該方法包括將一個3D立體圖像處理器連接到一個2D處理器上；以及安裝一個機械移動系統，並且將該移動系統連接到所述3D立體圖像處理器和物體傳送器件上。
22.如權利要求21中所述方法，其中3D圖像存儲器件連接到所述3D立體圖像處理器。
23.如權利要求21中所述方法，其中所述機械移動系統包括一個或多個對準標記。
全文摘要
本發明提供一種器件，該器件用於擴充或升級傳統單光束2D X射線系統，以產生3D立體輸出。該系統使用單源X射線單元的橫截面光束的發散性來生成透視信息。通過掃描物體兩次，其中在兩次掃描之間，平行於橫截面光束平面移動該物體。可以在3D立體視圖系統上顯示兩次掃描結果，以生成該物體的3D立體圖像，因而顯示了了所有三個維度。本發明包括一種用於將2D X射線系統轉換成3D X射線系統的方法，該方法不需要對所述2D X射線系統中的X射線生成部分、光學部分或探測系統部分作出任何改變。該方法包括將3D立體圖像處理器連接到2D處理器上以及安裝機械移動系統，將所述移動系統連接到所述3D立體圖像處理器和物體傳送器件上。
文檔編號G01N23/04GK1611065SQ02826529
公開日2005年4月27日 申請日期2002年10月31日 優先權日2001年10月31日
發明者戴維·斯威夫特, 薩迪克·M·法裡斯 申請人:威瑞克斯公司