材料的确定

技术领域

本公开涉及但不限于一种利用X射线检查货物的方法。本公开还涉及但不限于相应的检查系统或装置以及相应的计算机产品或计算机程序。

背景技术

货物检查可以使用高能材料区分(HEMD)来提取关于货物的原子组成的信息。HEMD基于对配对产生效应和康普顿散射的解释。配对产生效应和康普顿散射实际上都是材料依赖性的(由于材料的有效数Z和原子质量数)和能量依赖性的。因此，在两种不同能量(例如高能-HE和低能-LE)下的货物检查可以能够识别货物材料。

然而，对于货物中的低或大厚度的材料，或者当货物包括彼此重叠的对象时，材料识别可能是困难的。

发明内容

本发明的方面和实施例在所附权利要求中阐述。本发明的这些和其它方面和实施例也在此描述。

附图说明

现在将参考附图通过示例的方式描述本公开的实施例，其中：

图1示出了示出根据本公开的示例方法的流程图；

图2示意性地示出了被配置为至少部分地实现本公开的示例方法的示例系统；

图3示出了示出根据本公开的示例方法的流程图；

图4A示出了示出作为高能量下钢质量当量(equivalence)的函数的高能量下钢质量当量和低能量下钢质量当量之间的示例性差异(对于三种材料，即亚克力(Plexiglas)品牌的铁、铝和聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA))的图；

图4B显示了示出作为钢质量当量平均值(MEQ

图5A示出了高能(MEQ

图5B示出了钢质量当量图像Icorr的示例，使得(MEQHE-MEQLE)；

图6A示出了示出根据本公开的示例方法的流程图；

图6B示意性地示出了使用图4A的MEQ图的材料减法的原理，其中对象2的材料通过在二维上将15g/cm

图7A示意性地示出了钢质量当量图像的一个示例，使得(MEQ

图7B示出了钢质量当量图像的一个示例，即(MEQ

在附图中，类似的元件具有相同的附图标记。

具体实施方式

本公开的实施例提供了一种用于确定货物中的材料的方法。可以获得货物中的至少一些材料的质量当量。所获得的材料的质量当量可以相对于参考材料被表示，并且取决于辐射能量。通过针对至少两个辐射能级获得质量当量，可以获得货物中的至少一些材料。

在一些示例中，可以使用与在较高辐射能量级下的质量当量和在较低辐射能量级下的质量当量之间的差相关联的至少一个参数来表示所获得的质量当量。在一些示例中，参数可以被表示为在较高辐射能量级下的质量当量的函数和/或在较高辐射能量级下的质量当量和在较低辐射能量级下的质量当量的平均值的函数。参数的表示可以实现货物中的材料的简单近似。

替代地或另外地，在一些示例中，货物的材料中的至少一者可以用作质量当量的参考材料，并且可以使用在较高辐射能级下的质量当量与在较低辐射能级下的质量当量之间的差来表示观测数据。

即使对于货物中的低和/或大厚度的材料，并且即使当货物包括彼此重叠的对象时，本公开的实施例也能够进行材料识别。

图1示出了示出根据本公开的用于确定货物11中的材料的示例性方法100的流程图。方法100在图1中结合图2示出，其示出了用于利用包括X射线的辐射13检查货物11的检查系统10。系统10可以用于至少部分地执行本公开的方法100和其他方法。在图2所示的示例中，除其他常规电气元件，系统10包括辐射检测器阵列12，例如X射线检测器阵列，其包括被配置为至少部分地生成货物11的检查图像的检测器。货物11可以包括由第一材料制成的第一对象111和由第二材料制成的第二对象112。

图1的方法主要包括：

在S1，针对至少两个辐射能级(例如，作为非限制性示例，6MeV和4MeV)，获得与货物11的检查图像相关联的图像数据；

在S2，针对至少两个辐射能级，获得与第一材料和第二材料中的至少一者相对于参考材料的质量当量相关联的当量数据；

在S3，基于图像数据和当量数据获得观测数据；以及

在S4，基于获得的观测数据确定第一材料和第二材料中的至少一者。

应当理解，任何给定材料(例如作为非限制性示例的第一材料和/或第二材料)相对于参考材料的质量当量对应于由参考材料制成的对象的厚度，该厚度与检查图像中与关联于由给定材料制成的对象的厚度的辐射透射相同的辐射透射相关联。对于由不同于参考材料的材料制成的对象，相对于参考材料的质量当量取决于辐射能量。质量当量以g·cm

在一些示例中，参考材料可以是金属的。在这样的示例中，相对于参考材料的质量当量MEQ可以与金属MEQ相关联，诸如铁MEQ、钢MEQ、铅MEQ或铝MEQ。在一些示例中，参考材料可以是有机的。在这样的示例中，相对于参考材料的质量当量MEQ可以与有机MEQ相关联，诸如聚(甲基丙烯酸甲酯)MEQ。

辐射13可以由X射线源15产生，在一些示例中，该X射线源可以刚性地连接到阵列12。源15可以与阵列12一起移动。

在图2所示的示例中，检查系统10可以是可移动的，并且可以从一个位置运输到另一个位置(系统10可以包括机动车辆)。替代地或附加地，检查系统可以相对于地面静止并且不能被移位。

如以下关于图2进一步详细解释的，检查系统10被配置为检查货物11。在一些非限制性示例中，可以通过将检查辐射13从检查辐射源15穿过货物11传输到阵列12来执行检查。

在图2所示的示例中，系统10还可以包括控制器16，其被配置为经由可以是有线和/或可以是无线的通信网络与阵列12通信，以至少部分地根据从阵列12接收的数据生成一个或多个图像。控制器16至少包括处理器和存储器，以便例如在系统10上本地地至少部分地执行根据本公开的示例方法。

在图2所示的示例中，系统10还可以包括分析器17，其被配置为例如通过可以是有线和/或可以是无线的通信网络从控制器16接收一个或多个图像。分析器17至少包括处理器和存储器，以便例如远离系统10至少部分地执行根据本公开的示例方法。

在一些示例中，在S1，获得图像数据可以包括从检测器和/或从控制器16和/或从分析器17获得与货物11的检查图像相关联的数据。

在一些实例中，在S2，获得当量数据可包括从校准步骤接收当量数据和在校准步骤期间确定当量数据中的至少一者。

在一些示例中，并且如图3所示，在方法200处，确定当量数据可以包括：

在S30，在参考校准子步骤中，针对至少两个辐射能级，检测器阵列中逐个检测器地，确定穿过由参考材料制成的参考对象的多个厚度的辐射透射，检测器阵列中的检测器被配置为至少部分地生成货物的检查图像；以及

在S40，在至少一个样品校准子步骤中，针对至少两个辐射能级，检测器阵列中逐个检测器地，确定穿过由不同于参考材料的材料制成的至少一个样品对象的多个厚度的辐射透射，检测器阵列中的检测器被配置为至少部分地生成货物的检查图像；以及

在S50，基于在S30的参考校准子步骤和在S40的至少一个样品校准子步骤，逐个检测器地，确定以下中的至少一者：

在至少两个辐射能级中的较高辐射能级HE下，不同于参考材料的至少一种材料相对于参考材料的质量当量MEQ

在至少两个辐射能级中的较低辐射能级LE下，不同于参考材料的至少一种材料相对于参考材料的质量当量MEQ

在一些示例中，确定穿过对象的多个厚度的辐射透射包括用辐射13照射包括例如钢或任何其它感兴趣材料的不同厚度的台阶的阶梯，并且阵列12中逐个检测器地检测透射的辐射。该确定还可以包括将材料厚度表示为log(透射)的函数。中间值(例如，不对应于台阶的阶梯)可以例如通过插值法(interpolation)来计算。

在一些示例中，确定当量数据还可以包括：

在S60确定参数Δ，参数Δ表示相对于参考材料的质量当量MEQ

Δ＝MEQ

在一些示例中，确定当量数据还可以包括：

在S70确定曲线G，所述曲线G表示作为以下至少一者的函数的参数Δ：

在较高辐射能量级下的质量当量MEQ

质量当量MEQ

μ＝(MEQ

在图4A和4B中示出了在参考校准子步骤和/或样本校准子步骤期间获得的曲线G的示例。

如从图4A和4B中可以理解的，参数Δ相对于质量当量MEQ

在图4A和4B中，参考材料是钢(或铁)。0处的水平线表示钢是参考材料。对于原子序数Z低于钢的原子序数的材料(作为非限制性实例，例如聚(甲基丙烯酸甲酯)和铝)，Δ小于0。对于原子序数Z大于钢的原子序数的材料(例如图4B中所示的铅或铜)，Δ大于0。

替代地或附加地，在S3，基于图像数据和当量数据获得观测数据可以包括将获得的相对于参考材料的质量当量数据应用于图像数据。

在一些示例中，将所获得的相对于参考材料的质量当量数据应用于图像数据包括：

基于所获得的质量当量数据和图像数据，货物检查图像中逐个像素地，确定以下中的至少一者：

在至少两个辐射能级中的较高辐射能级HE下，货物检查图像的相对于参考材料的质量当量MEQ

在至少两个辐射能级中的较低辐射能级LE下，货物检查图像的相对于参考材料的质量当量MEQ

MEQ

在一些示例中，第一材料或第二材料中的一者可以是参考材料，使得质量当量关于第一材料或第二材料来表达。在此类示例中，在S4，基于获得的观测数据确定第一材料和第二材料中的至少一者可包括：

确定表示在较高辐射能级下检查图像的相对于参考材料的质量当量MEQ

图5B中示出了Icorr的示例。

应该理解，钢可以从图5A的图像到图5B的图像被去除。鉴于钢的钢MEQ在低能LE和高能HE处相同(参见例如图4A和4B)，则图5A中表示的大部分容器壁和容器顶在如图5B中所示的差Icorr＝MEQ

如下所述，本公开还使得能够识别货物的检查图像中在其中第一对象与第二对象重叠的一个或多个感兴趣区域中的材料。

在一些示例中，在S4，基于获得的观测数据确定第一材料和第二材料中的至少一者可包括如图6A中参考方法300所示：

在S3000，识别货物的检查图像中在其中第一对象与第二对象重叠的一个或多个感兴趣区域；以及

对于所识别的一个或多个感兴趣区域中的至少一者：

在S4000，从所获得的观测数据减去第一材料和第二材料中的至少一者的质量当量数据；以及

在S5000处，基于减去确定第一材料和第二材料中的至少一者的另一者。

如从图4A、4B和6B中理解的，参数Δ和/或相应参数p(下面更详细地描述)相对于质量当量MEQ

在一些示例中，在S4000，减去第一材料和第二材料中的至少一者的质量当量数据可以包括：

减去第一材料的质量当量数据，使得：

针对第二材料的MEQ

针对第二材料的MEQ

如图6A和6B所示，在一些示例中，在S5000，基于在S4000的减去来确定第一材料和第二材料中的至少一者中的另一个包括：

使用参数p，从表示参数Δ的曲线G(例如图6B中的G2)上的读数确定第二材料，使得：

p＝针对第二材料的MEQ

p表示以下中的至少一者的函数：

在较高辐射能级下针对第二材料的质量当量MEQ

针对第二材料的质量当量MEQ

μ＝(MEQ

由于参数Δ(例如图6B的曲线G1和G2)和/或参数p(例如图6B中的曲线G1+2)的代表性曲线几乎是线性的，所以如图6B所示，对象的重叠可以近似为MEQ的相加。图6B使用MEQ曲线示意性地示出了材料重叠的原理，其中第二对象对象2(例如30g/cm

因此，重叠的去除可以通过减法来获得。图6B还使用MEQ曲线示意性地示出了材料减法的原理，其中第二对象对象2的第二材料可通过在二维上在30g/cm

即使结果点(图6B中的对象2)没有精确地放置在与对应于品牌亚克力的PMMA的曲线G2上的30g/cm

如图2和6B所示，在一些示例中，可以基于先验知识(例如，系统10的操作者知道第一材料是钢)和/或从其中第一对象和/或第二对象不重叠的区域Z1提取的知识中的至少一者来确定要从感兴趣的区域Z2中的第一材料和第二材料的重叠中减去的质量当量数据。参考图2和6B中所示的示例，基于从其中第一对象111(对象1)不与第二对象112(对象2)重叠的图像的部分Z1提取的知识(例如观察)，可确定第一对象111(对象1)的第一材料是钢，并且第一对象111(对象1)的MEQ是15g/cm

应理解，在一般情况下，可在二维中(即，沿着对应于将从曲线G1+2中的重叠中减去的材料的曲线G1的线性部分的斜率的方向)进行当量数据(例如，图6B的实例的曲线G1中的第一材料的当量数据)的减去。在一般情况下，二维中的减去是由于重叠对象可能不一定由参考材料制成的事实。换句话说，在一般情况下，第一对象对象1可以不必如图6B的具体示例中那样是钢，图6B的曲线是用钢作为参考材料来表示的。因此，在一般情况下，对应于要减去的对象1的曲线G1的线性部分可能不具有图6B的特定示例中的等于0的斜率。

现在将描述用于获得图4A、4B和6B的曲线G的原理的更详细的解释。

在通常的情况下，

MEQ

或

MEQ

函数g可以被选择为双曲线的分支，具有近似线性的部分：

g(x)＝x.(ax+b)/(cx+d)。

参数c和d大于0，以避免在厚度范围内被零除。f(Z)的值有一个自由度，因为它是双曲线的乘法因子，起到与比率b/a相同的作用。

在图4A、4B和6B的实施例中选择钢作为参考，

f(钢)＝零。

在一些示例中，f、a和b的值可以使得：

f(铝)＝1。

f(Z)的值主要取决于能级，而几乎不取决于检测器。因此可以简化校准。对于系统10上的能谱的变化，校准子步骤期间的重新校准可以仅涉及钢的厚度(即，参考校准子步骤)，而不涉及钢、PMMA、铝和铅厚度的整个集合(即，样品校准子步骤)。

图7A说明MEQ

(MEQ

在图2所示的示例中，检查辐射源15可以包括X射线发生器。X射线的能量可以在100keV和15MeV之间，并且在距源一米处剂量率可以在每分钟2mGy和20Gy(Gray)之间。在图2所示的示例中，对于钢穿透能力例如在40mm至400mm之间，通常例如300mm(12英寸)，X射线源15的最大X射线能量可以例如在100keV和9.0MeV之间，通常例如2MeV、3.5MeV、4MeV或6MeV。在图2所示的实施例中，剂量可以是例如20mGy至120mGy。在其它示例中，对于钢穿透能力，例如在300mm至450mm之间，通常例如410mm(16.1英寸)，X射线源15的最大X射线能量可以例如在4MeV和10MeV之间，通常例如9MeV。在一些实例中，剂量可以是17Gy。

系统10还可以包括其它类型的检测器，例如可选的伽马和/或中子检测器，例如适于例如在X射线检查的同时检测货物11内放射性伽马和/或中子发射材料的存在。