專利名稱：一種利用多種能量輻射掃描物質的方法及其裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及大型物體輻射透視的掃描方法及裝置，特別涉及利用多種能量的致電離輻射對海運、航空集裝箱等大中型客體檢查中的物質材料進行識別、形成圖像的方法及裝置。
背景技術：
現(xiàn)有通用的采用輻射成像的貨物檢查系統(tǒng)一般都是讓單能射線與被檢物相互作用后，探測與被檢物作用后的射線得到圖像。這種系統(tǒng)能夠反應出被檢物的形狀和質量厚度的變化，但卻不能對物質材料進行識別。
眾所周知，不同能量的X射線與物體相互作用時，其產生的物理反應與物質屬性有關，X射線與相同物質發(fā)生的相互作用隨X射線的能量變化。在不同的能量區(qū)域，光電效應、康普頓效應和電子對效應產生的幾率分別占主要地位。而這三種物理效應又與物質的原子序數(shù)相關。具體的作用關系式為μmtm=-ln(I′Io)]]>其中tm為質量厚度，其中μm為這一能量區(qū)間質量衰減系數(shù)，它與物質的材料及輻射能量有關，I′為某種能量的射線與待測物相互作用后的強度值，Io為該能量射線未與物質相互作用時的強度值。可見，利用一種能量不能同時區(qū)分物質材料和質量厚度的影響。但可以通過探測不同能量的X射線與物質發(fā)生作用后的射線，得到它與物質發(fā)生了相關物理反應的概率，從而判斷物質屬性。在小型行李物品檢查系統(tǒng)中通過兩種能量的X射線實現(xiàn)了對被檢物體材料的識別。但其使用的X射線能量根本不足以穿透質量厚度較大的貨物，這在大中型的客體檢查中不適用，如集裝箱，航空箱等。
較早以前，專利U.S.Pat.No.5,524,133提出了利用兩束能量不同的高能X射線分辨大型客體內物質屬性的技術思路。該系統(tǒng)中使用兩套固定的X射線源及與其相對應的兩組探測器陣列，兩個X射線發(fā)生器提供不同能量的兩束X射線，一個能量遠高于第二個能量，例如，1Mev和5Mev，利用兩個探測結果的比值查表判斷物質的平均原子序數(shù)。由于兩套X射線發(fā)射裝置和兩組探測器陣列帶來的結構復雜、成本昂貴等問題，這種方法自93年提出后一直沒有得到廣泛的應用。
為了解決上述兩套系統(tǒng)帶來的結構復雜、成本昂貴的問題，專利PCT No.WO 00/437600及專利U.S.Pat.No.6,069,936使用濾波器在一臺加速器上獲得不同能譜的兩束X射線，二者技術思路均是要利用單加速器得到不同的X射線能量，但是采用濾波器獲得的兩束X射線的能譜差異有限，準確的材料識別的范圍受到限制。俄羅斯Efremov研究所構架了實驗樣機，專利PCT No.WO 2004/030162 A2提出了基于行波LINAC獲得雙能X射線的方法，他們的工作表明了單加速器獲得不同能量的兩束X射線的可行性。
專利PCT No.WO 2005/084352 A2提出了利用高能雙能的方法來探測含有的高Z材料的物質。給出了一個統(tǒng)計函數(shù)，根據(jù)所選擇的標準方差調整閾值，用以平衡靈敏度和精確度，進而對原子序數(shù)高于預先設定值的高Z材料報警。
如上所述的方法均是使用兩種能量進行物質識別的方法，利用兩種能量的探測結果進行計算判斷是否為可疑物質，計算方法使用例如US5,524,133和WO 2005/084352中提到的利用兩次探測結果的比值進行查表的方法。但受所采用的兩種能量的限制，由于存在探測誤差，被檢物的混雜情況嚴重時，或是被檢物為薄材料時，這種方法的錯判率非常高，根據(jù)兩次測量值比值判斷的方法，同一個函數(shù)形式無法區(qū)分不同物質之間的測量值差別，同時存在不同材料比值相同的可能，這將造成檢測結果不準確。而且兩種能量由于其靈敏的物質區(qū)間有限，無法同時對低Z的物質材料和高Z的物質材料進行準確識別。
發(fā)明內容
(一)要解決的技術問題本發(fā)明公開了一種利用多種能量輻射掃描物質的方法及其裝置，利用多種能量的射線束與物質相互作用，利用相互作用的結果進行曲線擬合計算分析，實現(xiàn)了對較大范圍內不同物質的識別，進而實現(xiàn)對物品的非侵入性查驗。
(二)技術方案為了達到上述目的，本發(fā)明利用多種能量輻射掃描物質的方法的具體工作原理如下
首先，由加速器產生不少于3束不同能量的X射線，它們分別與同一物體作用，探測器探測穿透物體后射線，然后通過對探測結果的分析處理，實現(xiàn)對被檢物材料屬性的區(qū)分。本發(fā)明使用加速器，通過改變加速器的工作參數(shù)，可以產生多束不同能量比例占優(yōu)的X射線能譜。由于加速器產生的X射線能量其能譜范圍比較寬，其他能量的X射線所占的比例比較大，因此需要通過能譜調制的方法提高X射線譜中所需能量的X射線的比例。針對不同能量的X射線，利用不同的材料進行調制，得到優(yōu)化后的X射線。當然，利用不同的放射性元素作為不同能量的放射源不需要進行能譜調制，但可選擇的能量范圍不是連續(xù)的。
如前所述，對于產生射線束的部分，由于直接由加速器產生的X射線是一連續(xù)譜，這將影響物質材料的分辨的正確率。本發(fā)明將采用了能譜調制器對加速器產生的X射線進行能譜調制。不同的能量，采用不同的材料進行能譜調制，從而得到最適合物質材料分辨的能譜。本發(fā)明中指出X射線能譜分布能量范圍不同，所適合的能譜調制材料也不同。例如當某一束X射線能譜分布的主要能量范圍下限高于某一能量較高的閾值(如～3MeV)時，應該選擇低Z材料作為該束X射線的能譜調制材料，如B、聚乙烯及其他富氫有機材料等；同時，為了吸收射線中能量較低的散射成分，最好同時在較厚的低Z材料進行能譜調制后，再添加較薄的高Z材料進行能譜調制；當某一束X射線能譜分布的主要能量范圍下限高于某一能量較低的閾值(如～300keV)時，應該選擇高Z材料作為該束X射線的能譜調Pb、W、U等；也可以選擇中Z材料如Cu；在探測部分，對于多束能量不同的X射線，本發(fā)明中將采用探測器模塊，來精確的得到各種能量的射線與物質作用后的信號值，以便能準確的區(qū)分各種能量的射線與物質作用的區(qū)別。不同的探測晶體，對不同的能量的X射線敏感，表現(xiàn)出不同的響應特性。讓不同能量的射線在不同的探測晶體里產生信號并采集，同時對各種能量的探測信號采用綜合處理的方法，進一步的利用各種能量的信號。
在信號處理部分，由于不同的材料與射線作用的差別最明顯對應射線的能量范圍不同。因此本發(fā)明中指出，對于不同的材料，要想能準確的得到材料的物質屬性，應使用有利于區(qū)分物質材料分辨的特定能量范圍，預先給出該能量范圍的最低閾值和最高能量閾值。如本發(fā)明中指出了，最適合區(qū)分有機物和無機物的能量區(qū)間為0.3MeV～3MeV和最適合區(qū)分重金屬的能量區(qū)間為1MeV～4MeV，相應于不同的能量區(qū)間，所使用的處理函數(shù)也不相同。
利用不同能量的X射線實現(xiàn)對物質材料屬性的分辨，其關鍵之處是要能夠精確的探測到不同能量的X射線與物體相互作用時的區(qū)別。上述步驟中，同時對物質是否為薄材料進行分析。由于所選探測能量通常會高于某個值，決定了相應的μm不可能太小，因此可以根據(jù)函數(shù)值所處坐標系的區(qū)域判斷物質是否為薄材料。當被檢物的質量厚度比較薄的時候，輻射物理中固有的統(tǒng)計性變得不可忽視。同時對于加速器產生的連續(xù)能譜的X射線，其占優(yōu)的能量段的射線與物質作用的特性將不容易表現(xiàn)出來。這導致對探測精度的下降，對材料屬性的分與物質作用的特性將不容易表現(xiàn)出來。這導致對探測精度的下降，對材料屬性的分辨正確率降低。本發(fā)明中，針對被檢物質量厚度較薄的情況，選擇對物體作用最為敏感的能量區(qū)間，并利用針對高漲落情況設定的處理模型對探測值進行相應的處理，最終準確的得到被檢物的材料屬性。
因此，本發(fā)明利用多種能量輻射掃描物質的方法的一種技術方案為利用多種能量的輻射與待測物質相互作用；探測并記錄所述不同能量的輻射與待測物質相互作用后的探測值。
將其中幾種能量的探測值代入標定函數(shù)中，初步判斷物質的材料屬性或材料厚度信息，其中，所述的標定函數(shù)為不同能量對已知材料探測后的探測值的擬合函數(shù)。用于擬合標定函數(shù)的與已知材料相互作用的不同能量射線束，其數(shù)目不小于與待測物質相互作用的不同能量射線束的數(shù)目。
根據(jù)初步判斷結果，利用更適合該物質的能量區(qū)間和處理函數(shù)，進一步判斷物質屬性。
此處所述適合該物質的能量區(qū)間，是指對應某種物質，存在一特定能量區(qū)間，使得此能量區(qū)間內，輻射與該物質相互作用后的探測值與其他物質的探測值的差別更大。
此處所述的有助于提高材料分辨準確率的函數(shù)關系，是指對應某種物質，在不同能量區(qū)間內所使用的函數(shù)關系不同，使用的函數(shù)關系可放大不同物質間細小差別，而對于兩種物質探測值中沒有差別的部分，可盡量降低其權重，減小影響。
最后，對能量不同的X射線掃描物體后得到的多幅圖像進行融合處理，得到質量更佳的掃描圖像。根據(jù)射線的衰減情況，可判斷物質質量厚度的大致范圍，即當衰減很嚴重時，認為是高厚度材料，衰減很少時，認為是低厚度材料。射線對不同質量厚度的物體相互作用后，探測得到的圖像有著不同的圖像特性。高能射線對物體的穿透力強，對大質量厚度的物體穿透后得到的探測數(shù)據(jù)精確度較高，所以對大質量厚度的灰度圖像較清晰。但在分辨較薄質量厚度時將得到比較模糊的灰度圖像，容易丟失細節(jié)信息。而這缺點剛好是低能量的射線穿透物質后得到的灰度圖像能彌補的。所以本發(fā)明中把不同能量的X射線與物質相互作用后得到探測值與其相對應的預先確定好的閾值作比較，給高能量和低能量的數(shù)據(jù)分別賦予不同的權重因子，從而合成得到最終圖像的灰度信息，并轉換到彩色圖像中相對應的色彩級別。這樣，對被檢物的質量厚度相差比較大的物質同樣可以得到很清晰的灰度圖像和色階較豐富的彩色圖像。
本發(fā)明中輻射源可以為放射性同位素、加速器或X光機。探測信號可以是射線穿過物體后的信號，也可以是散射信號。
相應地，本發(fā)明公開了實施上述方法的裝置，該裝置包括一組可產生多種不同能量輻射的輻射源；一種適合同時探測多種不同能量射線的探測器陣列模塊；一個與探測器模塊相連的處理器，對不同能量與物質相互作用后的探測值進行處理，得到物質屬性或產生物體的灰度圖象；一個控制系統(tǒng)，與所述的輻射源連接，該控制系統(tǒng)用于改變輻射源的工作參數(shù)。當所述控制系統(tǒng)接收到觸發(fā)信號時，將立即給輻射源發(fā)送各種不同能量對應的信號，讓輻射源工作在所需的工作狀態(tài)下。
所述的輻射源可以是放射性同位素、X光機或加速器，控制系統(tǒng)接收到觸發(fā)信號時，將立即給輻射源發(fā)送各種不同能量對應的信號，讓輻射源工作在所需的工作狀態(tài)下。對于輻射源為同位素的情況，由一組不同元素同位素輻射不同能量的射線，由控制系統(tǒng)控制，按時序對準準直器；對于發(fā)射連續(xù)譜的加速器或X光機，單一的加速器或X光機可由控制系統(tǒng)控制，按時序發(fā)射不同能量占優(yōu)的射線，并在射線出口前端放置用于能譜調制的能譜調制器。
能譜調制器呈輪盤狀，由不同調制材料構成葉片，葉片按與相應能量射線束相對應的時序圍繞軸旋轉；所述能譜調制器通過發(fā)射觸發(fā)信號到輻射源的控制系統(tǒng)以及發(fā)射采集信號到探測器的控制器使輻射源出束與探測器采集信號同步進行。
所述的探測器陣列為多層多晶體探測器，由不同晶體復合而成，不同晶體之間有濾波片隔開。
(三)有益效果通過多種能量的X射線來識別物體，能夠實現(xiàn)針對不同的物質材料，采用不同最佳的區(qū)分能量區(qū)間。這樣可以很大程度地提高材料分辨的正確率。同時由于物質屬性和材料厚度綜合影響，容易造成探測結果曲線的交叉，采用多種探測值能量擬和曲線的方法，有助于提高材料分辨的準確率。并且根據(jù)已知材料的探測信號得到的分段擬合函數(shù)的函數(shù)作為比較閾值，讓整個判斷基于實際的測量值，通過二次判斷和針對厚度的特殊處理，減小了直接插值和查表帶來的誤差，提高材料的分辨準確率。
把不同能量的X射線與物質相互作用后得到探測值，給高能量和低能量的數(shù)據(jù)分別賦予不同的權重因子，對被檢物的質量厚度相差比較大的物質同樣可以得到很清晰的灰度圖像和色階較豐富的彩色圖像。
對加速器產生的X射線，根據(jù)不同材料分辨對象，不同的能量利用不同的材料進行能譜調制。從而得到最佳能譜調制效果，得到最佳的材料分辨能譜。這樣降低了因為射線能譜分散給最終分辨結果帶來的誤差。
多層的探測器能夠進一部提高針對不同能量的射線的探測效果，提高了探測效果和探測精度。
圖1是利用本發(fā)明實現(xiàn)集裝箱貨物檢測的一種系統(tǒng)的概況圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明，不同能量的射線實現(xiàn)不同能譜調制方法的裝置的俯視圖；圖3是能譜調制器給加速器控制系統(tǒng)發(fā)送的信號時序；圖4是系統(tǒng)中實現(xiàn)精確的多能射線探測采用的探測器示意圖；圖5是在整個能量區(qū)間內，輻射能量與物質屬性及物質質量厚度之間的一種給定的函數(shù)關系曲線；
圖6是在有利于區(qū)分高Z材料的能量區(qū)間內，輻射能量與物質屬性及物質質量厚度之間的一種與圖5不同的給定的函數(shù)關系曲線；圖7是利用多束不同能量射線的探測值實現(xiàn)材料分辨的總流程圖；圖8是利用不同質量厚度信息調整最終圖像的方法流程圖；具體實施方式
按照本發(fā)明所述，在集裝箱貨物掃描時，需要由加速器產生較高能量的X射線，使得射線有足夠的能量和劑量在穿透集裝箱貨物后仍然能被探測器探測到有效信號。而要實現(xiàn)對被檢物材料的分辨，關鍵之處是加速器產生多束不同能量的X射線，并且跟被檢物的同一位置發(fā)生相互作用，然后被探測器精確的探測。
圖1是一種通過加速器產生的多束不同能量的X射線來對集裝箱貨物進行材料屬性分辨的系統(tǒng)。圖中，1是一臺新型加速器，通過改變工作參數(shù)，可以產生不同能量的X射線。加速器工作參數(shù)的改變通過系統(tǒng)中的控制系統(tǒng)4來實現(xiàn)。加速器產生各種能量時相應的工作狀態(tài)，在搭建系統(tǒng)前已經被調試好。控制系統(tǒng)4對各種穩(wěn)定的工作狀態(tài)進行存儲。當控制系統(tǒng)4接收到觸發(fā)信號3后，將立即給加速器發(fā)送各種不同能量對應的信號，讓加速器工作在所需的工作狀態(tài)下。當加速器完成4要求的工作狀態(tài)下的特定能量的X射線的產生后，將返回給控制系統(tǒng)4一完成指令。加速器產生的X射線經過能譜調制裝置2，得到優(yōu)化后的X射線。多束不同能量的X射線分別與被檢物7中的同一位置發(fā)生相互作用。由控制器9控制探測器8探測穿透被檢物后的X射線。探測器的探測信號12通過網絡傳送到工作站13，經過數(shù)據(jù)處理，最終得到被檢物的灰度圖像和材料屬性。系統(tǒng)的X射線是由加速器加速電子束打靶產生，經過6A準直系統(tǒng)，得到扇形的X射線面束。圖中的6B，6C準直系統(tǒng)抑制了測量過程中的散射輻射。因為系統(tǒng)中對不同能量的射線利用不同的材料進行能譜調制，所以通過能譜調制器2，發(fā)出信號3和信號10來實現(xiàn)加速器出束和探測器采集的同步。
根據(jù)系統(tǒng)中加速器產生的X射線，系統(tǒng)中的能譜調制裝置針對不同能量采用不同的能譜調制材料。如圖2中所示，圓形的調制裝置，調制裝置的軸心是網格狀的鏤空中軸。不同的調制材料構成葉片，葉片圍繞軸旋轉，觸發(fā)信號給加速器的控制器。不同能量的X射線由不同的能譜調制材料構成的葉片進行能譜調制。根據(jù)射線跟物體的作用不僅跟射線的特性有關，同時跟物體的屬性相關。不同的調制方法與不同的能量的射線將得到完全不同的調制效果。例如，通過研究得到低Z材料對能譜中較高能量的射線吸收比較厲害，因此當X射線能譜分布能量范圍下限高于某一能量較高的閾值(如～3MeV)時，應該選擇低Z材料作為該束X射線的能譜調制材料，如硼、聚乙烯及其他富氫有機材料等；高Z材料對能量在幾百KeV的射線吸收厲害，所以當X射線能譜分布能量范圍下限高于某一能量較低的閾值(如～300keV)時，應該選擇高Z材料作為該束X射線的能譜調制材料，如Pb、W、U等。系統(tǒng)中具體的實施方法如圖2所示，對加速器產生的3～6MeV的X射線，采用的調制葉片由14，15組成。14可選用調制材料聚乙烯，15可選用調制材料Pb。其中14吸收較高能量的射線，15吸收能量較低的散射成分。針對能量為～9MeV的射線，采用的調制葉片16可選用由高分子材料組成。針對能量200KeV～1MeV的射線，調制葉片17可選用調制材料W。
能譜調制器的調制葉片圍繞中軸18勻速旋轉，當?shù)谝环N調制葉片旋轉到射線平面前的一固定位置時，觸發(fā)信號，時序如圖3。加速器連續(xù)產生不同能量的多束X射線，發(fā)射每束射線時間間隔為t1，在時間間隔t1的時間里，能譜調制器剛好轉到下一個調制葉片上。然后再經過時間t2，第一種調制葉片旋轉到同一固定位置時，再次觸發(fā)信號，產生下一個連續(xù)脈沖射線束的發(fā)射周期。這觸發(fā)信號同時也發(fā)送給探測器的控制系統(tǒng)，經過一定的延時，讓探測器開始采集信號。從而實現(xiàn)整個系統(tǒng)的時間同步。
系統(tǒng)中的探測器采用的是多層多晶體結構的探測器。如圖4所示，根據(jù)不同物質對不同能量信號的采集水平，41可選用CsI晶體構成，用41來采集能量稍低的射線，輸出信號有42端引出；其它能量較高的射線將穿過41，42到43。43是一濾波片，用43實現(xiàn)對能量較低的射線如康普頓散射等進行濾波。43的材料可選擇為Pb或W。44可選擇CWO晶體，絕大部分高能成分的射線在44中沉淀。44的信號通過45端引出。探測器得到的探測信號，通過ADC轉換為16位的二進制數(shù)被傳送到處理工作站13。
得到探測值后利用圖像處理模塊對數(shù)據(jù)進行處理。首先根據(jù)已知物質的探測結果，標定出所有能量區(qū)間內的一組函數(shù)關系曲線。如圖5所示，函數(shù)關系可任意選擇。例如橫坐標取A＝μn×t＝α×|ln(In/I0n)|，縱坐標取P＝|(βμm-γμn+ημk)t|或P＝|λ(μm×μn)t|，其中下角標m、n、k分別代表不同能量所對應的參數(shù)值或探測值。不同的函數(shù)關系在不同的能量區(qū)間分辨水平不同。根據(jù)函數(shù)關系的形式，將被檢物的幾種能量的探測值代入標定的函數(shù)關系中，得到的函數(shù)值與標定的已知物質的函數(shù)值進行比較，初步判斷物質可能屬于的物質范圍。
對于不同材料，其最佳能量分辨區(qū)間也不同。相應各個能量區(qū)間所選用的函數(shù)模型也不相同。如圖6所示，圖中給出了適合區(qū)分重金屬的能量區(qū)間相應的函數(shù)關系曲線，可以看出，利用該能量區(qū)間的特定函數(shù)曲線，重金屬可以很好的被區(qū)分開。因此，根據(jù)第一次判斷的物質所屬區(qū)域，進一步利用合適的能量組合形式和相應區(qū)段的函數(shù)關系，可以更準確地判斷物質屬性。
當物質為薄材料時，會影響對物質材料的識別的準確性，當所選函數(shù)關系的函數(shù)值落在坐標系的某一區(qū)域時，或衰減很小時，就可以認為物質為薄材料。針對輻射與薄材料相互作用的探測結果的統(tǒng)計漲落較高的情況，系統(tǒng)采用對應薄材料的函數(shù)關系，對探測值做進一步的處理，以保證識別的準確性。例如對于一般厚度材料可使用P=α×ln(ImIm0)-β×ln(InIn0)]]>，而對于薄材料，這樣的函數(shù)關系并不適合，此時選擇P=(α×ln(ImIm0)-β×ln(InIn0))×(ln(Im+In))×γ.]]>圖7給出了以6種能量為例，利用多種能量判斷物質屬性時的方法流程圖。首先通過6種能量的X射線與已知物質相互作用，給定其中任意三種(當然，此處也可使用2種或4種等少于6種，不小于兩種的射線數(shù)目)能量的某種函數(shù)關系進行函數(shù)擬和，用以標定待測物質。用6種能量探測未知物質，將能量分為兩組，將每組的三種能量的探測值代入上述標定函數(shù)中，以初步判斷物質屬性。兩組能量判斷結果可能分別是Cu和W，分別選擇更適合Cu和W的能量區(qū)間的探測值，利用適合該能量區(qū)段的函數(shù)關系，進一步判斷物質屬性。進一步的判斷可以得到Cu和W中有一種是不符合相應的函數(shù)關系的判斷結果。顯然，繼續(xù)增多能量，可以使得區(qū)段分得更為細致，通過對比能夠看出，通過多能量進行能量區(qū)段選擇方法可以很大程度的提高物質屬性判斷的準確性。
最后，對能量不同的X射線掃描物體后得到的多幅圖像進行融合處理，得到質量更佳的掃描圖像。相應的流程圖如圖8所示，本發(fā)明中把不同能量的X射線與物質相互作用后得到探測值與其相對應的預先確定好的閾值作比較，給高能量和低能量的數(shù)據(jù)分別賦予不同的權重因子，從而合成得到最終圖像的灰度信息；并轉換到彩色圖像中相對應的色彩級別。這樣對被檢物的質量厚度相差比較大的同樣可以得到很清晰的灰度圖像和色階較豐富的彩色圖像。
權利要求
1.一種利用多種能量輻射掃描物質的方法，包括利用多種能量的輻射與待測物質相互作用；探測并記錄所述不同能量的輻射與待測物質相互作用后的探測值；將其中幾種能量的探測值代入標定函數(shù)中，初步判斷物質的材料屬性或材料厚度信息；根據(jù)初步判斷結果，利用更適合該物質的能量區(qū)間和函數(shù)關系，進一步判斷物質屬性。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述的標定函數(shù)為不同能量對已知材料探測后的探測值的擬合函數(shù)。
3.如權利要求2所述的方法，其特征在于，所述的用于擬合標定函數(shù)的與已知材料相互作用的不同能量射線束，其數(shù)目不小于與待測物質相互作用的不同能量射線束的數(shù)目。
4.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述的多種能量至少為3種不同的能量。
5.如權利要求2所述的方法，其特征在于，所述的多種能量至少為3種不同的能量。
6.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述的與物質相互作用后的探測值為輻射透視物體后的透射強度值。
7.如權利要求2所述的方法，其特征在于，所述的與物質相互作用后的探測值為輻射透視物體后的透射強度值。
8.如權利要求1、2或3所述的方法，其特征在于，所述的更適合該物質的能量區(qū)間，是指對應某種物質，存在一特定能量區(qū)間，使得在此能量區(qū)間內，輻射與該物質相互作用后的探測值與其他物質的探測值的差別更大。
9.如權利要求1、2、3、4、5、6或7所述的方法，其特征在于，所述的更適合該物質的函數(shù)關系，是指對應某種物質，在不同能量區(qū)間內所使用的函數(shù)關系不同，使用的函數(shù)關系可放大不同物質間的細小差別，同時降低無差別部分的影響。
10.如權利要求1、2、3、4、5、6或7所述的方法，其特征在于，所述的更適合該物質的函數(shù)關系，是指對應厚度不同的物質，使用不同的函數(shù)處理模型分段處理。
11.如權利要求1、2、3、4、5、6或7所述的方法，其特征在于，所述的輻射的輻射源為放射性同位素。
12.如權利要求1、2、3、4、5、6或7所述的方法，其特征在于，所述的輻射的輻射源為加速器。
13.如權利要求1、2、3、4、5、6或7所述的方法，其特征在于，所述的輻射的輻射源為X光機。
14.一種利用多種能量輻射掃描物質的方法，包括利用多種能量的輻射與待測物質相互作用；探測并記錄所述不同能量的輻射與待測物質相互作用后的探測值，并形成圖像；將其中幾種能量的探測值代入標定函數(shù)中，判斷物質材料的厚度信息；根據(jù)材料厚度，選擇不同能量探測值的權重，對圖像進行融合處理，得到更準確的灰度圖像，并轉換到彩色圖像中相對應的色彩級別。
15.如權利要求14所述的方法，其特征在于，所述的多種能量至少為2種不同的能量。
16.如權利要求14所述的方法，其特征在于，所述對物質材料厚度的判斷，是根據(jù)射線的實際衰減情況進行判斷的。
17.如權利要求14所述的方法，其特征在于，所述選擇不同能量探測值的權重，是指對于越薄的材料，高能射線探測值所占權重越小，低能射線探測值所占權重越大；對于越厚的材料，低能射線探測值所占權重越小，高能射線探測值所占權重越大。
18.一種用于實施權利要求1或14所述的利用多種能量輻射掃描物質的方法的裝置，包括一組可產生多種不同能量輻射的輻射源；一種適合同時探測多種不同能量射線的探測器模塊陣列；一個與探測器模塊相連的處理器，對不同能量與物質相互作用后的探測值進行處理，得到物質屬性或產生物體的灰度圖象；一個控制系統(tǒng)，與所述的輻射源連接，該控制系統(tǒng)用于改變輻射源的工作參數(shù)。
19.如權利要求18所述的裝置，其特征在于，所述的多種不同能量至少為3種不同的能量。
20.如權利要求18所述的裝置，其特征在于，所述的多種不同能量至少為2種不同的能量。
21.如權利要求18、19或20所述的裝置，其特征在于，所述探測器陣列為多層多晶體探測器，由不同晶體復合而成。
22.如權利要求21所述的裝置，其特征在于，所述探測器陣列中，不同晶體之間有濾波片隔開。
23.如權利要求18、19或20所述的裝置，其特征在于，所述輻射源為放射性同位素。
24.如權利要求23所述的裝置，其特征在于，所述的輻射源是一種不同元素的放射性同位素的組合，利用不同的放射性同位素按時序輪流通過準直器的狹縫而發(fā)出不同能量的射線。
25.如權利要求18、19或20所述的裝置，其特征在于，所述輻射源是一種可發(fā)射出不同能量占優(yōu)的連續(xù)能譜射線的加速器。
26.如權利要求25所述的裝置，其特征在于，所述加速器包括一個置于射線出口前端的用于能譜調制的能譜調制器。
27.如權利要求18、19或20所述的裝置，其特征在于，所述輻射源為X光機。
28.如權利要求27所述的裝置，其特征在于，所述X光機包括一個置于射線出口前端的用于能譜調制的能譜調制器。
29.如權利要求26所述的裝置，其特征在于，所述能譜調制器呈輪盤狀，由不同調制材料構成葉片，葉片按與相應能量射線束相對應的時序圍繞軸旋轉。
30.如權利要求28所述的裝置，其特征在于，所述能譜調制器呈輪盤狀，由不同調制材料構成葉片，葉片按與相應能量射線束相對應的時序圍繞軸旋轉。
31.如權利要求26所述的裝置，其特征在于，所述能譜調制器通過發(fā)射觸發(fā)信號到輻射源的控制系統(tǒng)以及發(fā)射采集信號到探測器的控制器使輻射源出束與探測器采集信號同步進行。
32.如權利要求28所述的裝置，其特征在于，所述能譜調制器呈輪盤狀，由不同調制材料構成葉片，葉片按與相應能量射線束相對應的時序圍繞軸旋轉。
33.如權利要求18所述的裝置，其特征在于，所述控制系統(tǒng)接收到觸發(fā)信號時，將立即給輻射源發(fā)送各種不同能量對應的信號，讓輻射源工作在所需的工作狀態(tài)下。
34.如權利要求18、19或20所述的裝置，其特征在于，所述的各種能量的探測值為輻射穿透物體后的透射強度值。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種利用多種能量輻射掃描物質的方法和裝置。該方法包括1)探測多種能量的射線穿透被測物質后的探測值；2)初步判斷物質屬性及厚度信息；3)根據(jù)初步判斷結果選擇處理該物質的能量區(qū)間和處理函數(shù)；4)最終確定所含物質，并根據(jù)厚度信息調整圖像。相應的裝置包括1)產生多種能量的射線源；2)針對不同能量所使用的能譜調制裝置；3)對不同能量敏感的探測器陣列；4)相應的圖像處理機構。本發(fā)明可用在海關、港口、機場對大型集裝箱貨物進行不開箱查驗。
文檔編號G01N23/04GK1995993SQ200510136319
公開日2007年7月11日 申請日期2005年12月31日 優(yōu)先權日2005年12月31日
發(fā)明者康克軍, 胡海峰, 陳志強, 李元景, 王學武, 唐傳祥, 王利明, 劉以農, 劉耀紅, 張麗, 李薦民, 鐘華強, 程建平, 陳懷璧, 彭華, 謝亞麗, 李君利, 康寧, 李清華 申請人:清華大學, 清華同方威視技術股份有限公司
專業(yè)數(shù)控銑床產品供應商
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