依賴于角度的x射線衍射成像系統(tǒng)及其操作方法
【專利摘要】一種具有系統(tǒng)軸線的x射線衍射成像（XDI）系統(tǒng)，包括至少一個x射線源，其被配置為生成朝向包括至少一種物質(zhì)的對象引導(dǎo)的x射線。至少一個x射線源還被配置為利用從多個方向到達的x射線來照射在對象內(nèi)限定的至少一個體元，每一個方向由相對于系統(tǒng)軸線的入射角來限定。該系統(tǒng)還包括至少一個檢測器，其被配置為在x射線已經(jīng)穿過對象之后檢測經(jīng)散射的x射線。該系統(tǒng)還包括耦合到至少一個檢測器的至少一個處理器。該處理器被編程為生成對象體元的多個XDI輪廓。每一個XDI輪廓是相關(guān)聯(lián)的入射角的函數(shù)。
【專利說明】依賴于角度的X射線衍射成像系統(tǒng)及其操作方法
【背景技術(shù)】
[0001]本文描述的實施例一般涉及X射線衍射成像(XDI)系統(tǒng)，并且更具體地涉及依賴于 角度的XDI系統(tǒng)。
[0002]已知的安全檢測系統(tǒng)被用在出行檢查點處以針對隱蔽武器、毒品和/或爆炸物審 查隨身攜帶的行李和/或托運的行李。至少一些已知的安全檢測系統(tǒng)包括X射線成像系統(tǒng)。 在X射線成像系統(tǒng)中，X射線源將X射線朝向檢測器透射經(jīng)過對象或容器，諸如行李箱，并且 處理檢測器輸出以識別容器中的一個或多個對象和/或一種或多種材料。
[0003] 至少一些已知的安全檢測系統(tǒng)包括XDI系統(tǒng)，例如多檢測器逆扇形射束(MIFB)XDI 系統(tǒng)，其使用逆扇形射束幾何結(jié)構(gòu)(大型源和小型檢測器)和多焦點X射線源(MFXS)。相比于 由其它已知的X射線成像系統(tǒng)所提供的材料辨別力，至少一些已知的XDI系統(tǒng)通過測量材料 中的微晶體的晶格面之間的d間距而提供了改進的材料辨別力。另外，X射線衍射可以從可 用于識別容器中的其它材料(諸如液體)的分子干涉函數(shù)產(chǎn)生數(shù)據(jù)。
[0004] 已知的MIFB XDI系統(tǒng)的特征在于發(fā)射多重X射線射束的X射線多重源，使得從若干 不同方向照射每一個對象體元，并且使得這些系統(tǒng)測量非均勻的擴展對象的組成體元的空 間分辨的X射線衍射輪廓(profile)。然而在當(dāng)前，屬于相同對象體元的所有光子僅僅被加 和以產(chǎn)生平均XDI輪廓。該平均XDI輪廓具有四重維數(shù)，即限定體元位置的三個空間維度和 一個動量維度。因此，當(dāng)前沒有針對單獨地存儲關(guān)于所測量的光子的角度維度信息所做出 的規(guī)定。這樣的角度維度信息涉及主射束相對于系統(tǒng)軸線照射某一對象體元的方向。因此， 由于假定角度是各項同性的，所以在以針對相同體元從不同照射方向所獲取的XDI輪廓的 形式的可能差異的威脅/無威脅分類過程中并沒有進行使用。
[0005] 對于液體、非晶和微晶粉末樣本，不存在優(yōu)選取向方向并且XDI輪廓獨立于照射角 度。然而，包含相當(dāng)數(shù)量的單晶材料的體元具有統(tǒng)計上變化的優(yōu)選取向方向，并且XDI輪廓 根據(jù)主X射線射束與其該取向方向的相對角度且根據(jù)體元信號中所包括的微晶數(shù)目而改 變。XDI輪廓隨角度變化的物質(zhì)的一個示例是各向異性物質(zhì)(包括粗粒粉末)的分類。因為這 樣的各向異性物質(zhì)相比諸如精細粉末之類的各向同性物質(zhì)具有相對高程度的單晶材料。不 運用這種各向異性本性可能導(dǎo)致欠佳的檢測性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 在一方面中，提供一種X射線衍射成像(XDI)系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有軸線并且包括至少 一個X射線源，所述至少一個X射線源被配置為生成朝向包括至少一種物質(zhì)的對象引導(dǎo)的X 射線。所述至少一個X射線源還被配置為利用從多個方向到達的X射線來照射在所述對象內(nèi) 限定的至少一個體元，每一個方向由相對于系統(tǒng)軸線的入射角所限定。所述系統(tǒng)還包括至 少一個檢測器，其被配置為在X射線已經(jīng)穿過所述對象之后檢測經(jīng)散射的X射線。所述系統(tǒng) 還包括耦合到所述至少一個檢測器的至少一個處理器。所述處理器被編程為生成對象體元 的多個XDI輪廓。每一個XDI輪廓是相關(guān)聯(lián)的入射角的函數(shù)。
[0007] 在另一方面中，提供一個或多個非暫時性計算機可讀存儲介質(zhì)，具有體現(xiàn)在其上 的計算機可執(zhí)行指令的。當(dāng)由至少一個處理器執(zhí)行時，所述計算機可執(zhí)行指令使處理器生 成對象體元的多個XDI輪廓。利用朝向包括至少一種物質(zhì)的對象引導(dǎo)的X射線來照射所述對 象體元。所述X射線具有多個入射角，以使得每一個XDI輪廓是相關(guān)聯(lián)的入射角的函數(shù)并且 每一個入射角是相對于系統(tǒng)軸線而限定的。而且，當(dāng)由至少一個處理器執(zhí)行時，所述計算機 可執(zhí)行指令使所述處理器比較所述多個XDI輪廓并且作為所述多個XDI輪廓的比較的函數(shù) 而將所照射的對象辨別為潛在威脅和潛在非威脅之一。
[0008]在另一方面中，提供一種執(zhí)行對包括至少一種物質(zhì)的對象的安全篩選的方法。所 述方法包括生成對象體元的多個XDI輪廓。利用朝向所述對象引導(dǎo)的X射線來照射對象體 元。所述X射線具有多個入射角，以使得每一個XDI輪廓是相關(guān)聯(lián)的入射角的函數(shù)并且每一 個入射角是相對于系統(tǒng)軸線而限定的。所述方法還包括比較所述多個XDI輪廓并且作為所 述多個XDI輪廓的比較的函數(shù)而將所照射的對象辨別為潛在威脅和潛在非威脅之一。
【附圖說明】
[0009 ]圖1 -4示出本文描述的系統(tǒng)和方法的示例性實施例。
[0010] 圖1是示例性安全檢測系統(tǒng)在X-Z平面中的示意圖。
[0011] 圖2是圖1中所示的安全檢測系統(tǒng)在X-Y平面中的示意圖。
[0012] 圖3是利用來自多個方向的光子照射的示例性體元以及相關(guān)聯(lián)的XDI輪廓的示意 圖。
[0013] 圖4是操作圖1和2中所示的安全檢測系統(tǒng)的示例性方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0014] 本文中描述的依賴于角度的多檢測器逆扇形射束(MIFB)X射線衍射成像(XDI)系 統(tǒng)促進了角度數(shù)據(jù)的成本有效的增強整合，由此增強了安全掃描系統(tǒng)的總體性能。具體地， 與許多已知的安全掃描系統(tǒng)相對照，如本文中描述的MIFB XDI安全篩選系統(tǒng)促進了利用在 主射束與系統(tǒng)軸線之間的一定范圍的角度上所獲取的依賴于角度的MDI數(shù)據(jù)，而不是僅僅 使用單個角度。更具體地，如本文中描述的使用依賴于角度的XDI篩選的MIFB XDI安全篩選 系統(tǒng)增強了從不同照射方向所測量的XRD輪廓進行變化所針對的材料的檢測性能。因此，如 本文中描述的MIFB XDI安全篩選系統(tǒng)促進了向威脅和/或非威脅物質(zhì)中的分類，該分類明 確地將以針對相同體元從不同照射方向所獲取的XDI輪廓的形式的XDI數(shù)據(jù)的角度依賴性 考慮在內(nèi)。因此，物質(zhì)的檢測，諸如各向異性物質(zhì)(包括具有隨角度變化的XDI輪廓的粗粒粉 末）的分類，這是由于各向異性物質(zhì)相比于各項同性物質(zhì)（諸如精細粉末)具有相對高程度 的單晶材料。
[0015] 圖1是示例性安全檢測系統(tǒng)10在X-Z平面中的示意圖。圖2是安全檢測系統(tǒng)10在X-Y 平面中的示意圖。在示例性實施例中，安全檢測系統(tǒng)10是多檢測器逆扇形射束X射線衍射成 像(MIFB XDI)系統(tǒng)。可替換地，安全檢測系統(tǒng)10是使得能夠?qū)崿F(xiàn)如本文中描述的系統(tǒng)10的 操作的任意XDI系統(tǒng)。安全檢測系統(tǒng)10包括多焦點X射線源(MFXS)12、檢驗區(qū)域14、配置成支 撐對象的支撐體16、主準直器18和副準直器20。安全檢測系統(tǒng)10還包括兩種類型的檢測器： 透射檢測器22的陣列和多個離散的相干X射線散射檢測器24。透射檢測器22在z軸方向上從 相干X射線散射檢測器24偏移。
[0016]在示例性實施例中，MFXS 12能夠從多個焦點順序地發(fā)射x射線輻射，如下文所述， 所述多個焦點沿著MFXS 12在基本上平行于與z軸垂直的y軸的方向上分布。在示例性實施 例中，MFXS 12具有九（9)個焦點，如圖2中所示。在可替換實施例中，MFXS 12具有近似40至 100個焦點。而且可替換地，MFXS 12可以包括任何適當(dāng)數(shù)目的焦點，其使得能夠?qū)崿F(xiàn)如本文 中描述的安全檢測系統(tǒng)10的操作。
[0017]另外，在示例性實施例中，MFXS 12位于下支撐表面(諸如在地板處或地板附近)上 或者于其耦合，而透射檢測器22和相干X射線散射檢測器24位于上支撐結(jié)構(gòu)(諸如在天花板 處或附近)上或者與其耦合。在可替換實施例中，MFXS 12位于上支撐結(jié)構(gòu)(諸如在天花板處 或附近)上或者與其耦合，而透射檢測器22和相干X射線散射檢測器24位于下支撐表面(諸 如在地板處或附近)上或者與其耦合。另外，在示例性實施例中，MFXS 12、透射檢測器22和 相干X射線散射檢測器24是靜止的，支撐體16是能夠在基本上平行于z軸的方向上前后移動 的輸運帶，并且檢驗區(qū)域14是輸運帶移動經(jīng)過的行李通道。在可替換實施例中，MFXS 12、透 射檢測器22和相干X射線散射檢測器24能夠至少在平行于z軸的方向上協(xié)調(diào)移動，并且支撐 體16是靜止的。在某些可替換實施例中，MFXS 12、透射檢測器22、相干X射線散射檢測器和 支撐體16全部能夠移動。
[0018]在可替換實施例中，MFXS 12被配置為從MFXS 12的每一個焦點發(fā)射X射線扇形射 束32。每一個扇形射束32以相對于與z軸和y軸垂直的豎直X軸的角度33而基本上位于平面 中。每一個扇形射束32被引導(dǎo)在透射檢測器22處。在示例性實施例中，角度33近似為十度。 在可替換實施例中，角度33近似為十五度。在另外的可替換實施例中，角度33是使得安全檢 測系統(tǒng)10能夠如本文中描述的那樣起作用的任何適當(dāng)角度。
[0019]此外，MFXS 12被配置為從MFXS 12的每一個焦點經(jīng)過主準直器18發(fā)射X射線筆形 射束34的集合。每一個筆形射束34被引導(dǎo)在位于與MFXS 12相同的X-Y平面中的對應(yīng)匯聚點 35處。另外，每一個匯聚點35被定位在相同的X坐標(biāo)值處，但是處在不同的Y坐標(biāo)值處。因為 每一個筆形射束34在相同X-Y平面中被發(fā)射，所以僅一個筆形射束34(并且僅一個匯聚點 35)在圖1的X-Z截面視圖中是可見的。
[0020]來自每一個筆形射束34的X射線輻射的一部分典型地在與檢驗區(qū)域14中的容器 (未示出）接觸時在各種方向上被散射。副準直器20被配置為促進確保到達每一個相干X射 線散射檢測器24的經(jīng)散射輻射36的一部分具有相對于經(jīng)散射輻射36所源于的對應(yīng)筆形射 束34的恒定散射角度#。在某些實施例中，散射角度◎近似為0.04弧度。相干X射線散射檢測 器24可以被定位在筆形射束34與扇形射束32之間以確保僅檢測到來自前者而不是后者的 經(jīng)散射輻射。例如，副準直器20被配置為吸收不與經(jīng)散射輻射36的方向平行的經(jīng)散射輻射 (未示出）。另外，盡管在示例性實施例中，副準直器20和相干X射線散射檢測器24被定位在 筆形射束34相對于z軸的一側(cè)上，但是在可替換實施例中，副準直器20和相干X射線散射檢 測器24可以被定位在筆形射束34相對于z軸的另一側(cè)上或者兩側(cè)上。
[0021 ]在可替換實施例中，透射檢測器22是電荷積分檢測器，而相干X射線散射檢測器24 是脈沖計數(shù)能量分辨檢測器。透射檢測器22和每一個相干X射線散射檢測器24與數(shù)個通道 40進行電子通信，數(shù)個通道40例如是數(shù)目#個通道C i,…其中基于安全檢測系統(tǒng)10 的配置來選擇#。通道40將由透射檢測器22和每一個相干X射線散射檢測器24所收集的數(shù) 據(jù)以電子方式傳送給數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)42。在示例性實施例中，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)42將來自透射檢 測器22的輸出與來自相干x射線散射檢測器24的輸出進行組合以生成關(guān)于檢驗區(qū)域14內(nèi)所 定位的對象的內(nèi)容的信息。例如但不作為限制，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)42可以生成檢驗區(qū)域14中的 容器(未示出）的多視圖投影和/或區(qū)段圖像，其識別了由XDI分析所檢測到的具體材料在容 器中的位置。
[0022]在示例性實施例中，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)42包括與透射檢測器22和相干X射線散射檢測 器24電氣通信的處理器44。處理器44被配置為從相干X射線散射檢測器24接收表示所檢測 的X射線量的輸出信號，并且從由相干X射線散射檢測器24所檢測的經(jīng)散射輻射內(nèi)的X射線 量的能量譜i?生成動量傳遞值Z的分布。
[0023]如本文中使用的，術(shù)語"處理器"和"處理設(shè)備"不僅僅限于在本領(lǐng)域中稱為計算機 的那些集成電路，而且寬泛地指代微控制器、微計算機、可編程邏輯控制器(PLC)、專用集成 電路和其它可編程電路，并且這些術(shù)語在本文中可互換地使用。在本文描述的實施例中，存 儲器可以包括但不限于諸如隨機存取存儲器(RAM)之類的計算機可讀介質(zhì)，以及計算機可 讀非易失性介質(zhì)，例如固件，諸如閃速存儲器。可替換地，也可以使用軟盤、致密盤-只讀存 儲器(⑶-ROM)、磁光盤(MOD)和/或數(shù)字多用盤(DVD)。而且，在本文描述的實施例中，附加的 輸入通道可以是但不限于與操作員接口相關(guān)聯(lián)的計算機外圍設(shè)備，諸如鼠標(biāo)和鍵盤?？商?換地，也可以使用其它計算機外圍設(shè)備，其可以包括例如但不限于掃描儀。此外，在示例性 實施例中，附加的輸出通道可以包括但不限于操作員接口監(jiān)控器。
[0024] 如本文描述的處理器44和其它處理器(未不出）處理從多個電氣和電子設(shè)備(包括 但不限于透射檢測器22)所傳輸?shù)男畔?。存儲器設(shè)備(未示出）和儲存設(shè)備(未示出）存儲和 傳送要由處理器44執(zhí)行的指令和信息。這樣的存儲器設(shè)備和儲存設(shè)備還可以被用于在由處 理器44執(zhí)行指令期間存儲臨時變量、靜態(tài)（即非易失性和非改變的）信息和指令或其它中間 信息并將其提供給處理器44。所執(zhí)行的指令包括但不限于從透射檢測器22所傳輸?shù)男盘柕?分析結(jié)果。指令序列的執(zhí)行不限于硬件電路和軟件指令的任何具體組合。
[0025] 進一步參照圖2,在一個實施例中，多檢測器逆扇形射束(MIFB)50沿著X軸52被投 影到X-Y平面上。在一個實施例中，MFXS 12從多個焦點54順序地發(fā)射輻射。更具體地，MFXS 12包括陽極56以及沿著陽極56的長度與MFXS 12的y軸58共線地布置的多個焦點54。每一個 焦點54被順序地激活以發(fā)射X射線扇形射束。例如，焦點F1發(fā)射扇形射束MIFB 50，其在相干 X射線散射檢測器Di與相干X射線散射檢測器Di3之間延伸并且由X射線散射檢測器Di到(且 包括)相干X射線散射檢測器D 13檢測，并且扇形射束MIFB 50包括多個筆形主射束60。用巡標(biāo) (running index)i將焦點54表示為/7I, /7A…/7 i，…T7/3。主準直器18被配置為從每一 個焦點54處所發(fā)射的輻射選擇主射束，所述主射束被引導(dǎo)到以巡標(biāo)j標(biāo)記為0 7, 0 2，…， Οι…的一系列匯聚點62,而不管哪個焦點54被激活。在圖2中示出了十個主射束60,其 中從焦點/發(fā)射的每一個主射束60在坐標(biāo)Z = Z處被引導(dǎo)到沿著平行于y軸的線定位的對 應(yīng)匯聚點0 2，…，，…〇?，其中焦點尸2被激活。
[0026]作為以巡標(biāo)j標(biāo)記為離散相干X射線散射檢測器P i，^，…P …^的多個離 散相干X射線散射檢測器在沿著z軸的方向上被定位在距對應(yīng)匯聚點62的適當(dāng)或期望距離 處，以在離散相干X射線散射檢測器中以與主射束P U的角度〃來記錄相干散射。在一個 實施例中，該距離對于在散射中心與對應(yīng)相干X射線散射檢測器P j之間的大約750mm的距離 處的大約0.037弧度的散射角度而言為大約SOmmt3MFXS和離散相干X射線散射檢測器的組合 促進了檢驗定位在檢驗區(qū)域內(nèi)的對象的體積而沒有檢測或測量不到XDI信號的任何死區(qū)。 [0027]當(dāng)標(biāo)記為/^7的主射束60傳播經(jīng)過定位在檢驗區(qū)域14內(nèi)的對象(未示出）時，主射 束/^與對象相互作用以產(chǎn)生可以在例如相干X射線散射檢測器P w，UP/或 汐片中檢測到的相干散射。從焦點尸2發(fā)射主射束尸22,尸以，尸《，尸24,尸25，…尸2?并且 將其分別引導(dǎo)到對應(yīng)匯聚點01，02，05，04，05，..0?。當(dāng)每一個主射束P 11， P 14, P 15,…P 2?移動經(jīng)過檢驗區(qū)域14時，每一個主射束P22, P 12，P 13，P 14，P 15，… P 2?與定位在檢驗區(qū)域14內(nèi)的對象(未示出）碰撞和/或相互作用以產(chǎn)生相干散射(未示出）， 該相干散射在例如一個或多個相干X射線散射檢測器j9i，2，7^5，7^5，…處是 可檢測的。
[0028]在一個實施例中，MFXS 12被定位在卡迪爾坐標(biāo)系的y軸(X=O)上。每一個焦點54具 有在具有間距Ps的網(wǎng)格上的位置。另外，匯聚點62在坐標(biāo)X=L處位于與y軸平行，并且每一個 匯聚點62具有在具有間距的網(wǎng)格上的位置。在特定實施例中，對于XDI托運行李篩選系統(tǒng) 而言，L具有在大約2000毫米(mm)到大約2500mm之間的范圍中的值，P s為大約25mm，并且 為大約50mm到大約200mm。多個相干X射線散射檢測器24被定位在與匯聚點62相同的y坐標(biāo) 處。一對相干X射線散射檢測器24可以與對應(yīng)匯聚點62相關(guān)聯(lián)，其中該對相干X射線散射檢 測器24被定位在X-Y平面的兩側(cè)上。在另外的實施例中，十三（13)個匯聚點被用于允許若干 匯聚點位置布置結(jié)合不同數(shù)目的相干X射線散射檢測器24。如果所有匯聚點62具有檢測器 對，則安全檢測系統(tǒng)10可以包括二十六(26)個相干X射線散射檢測器24。在可替換實施例 中，更少的相干X射線散射檢測24可以被定位在匯聚點位置1、3、5、7、9、11和13處、定位在匯 聚點位置1、4、7、10和13處、或者定位在匯聚點位置1、5、9和13處以計及制造和/或成本約 束。包括在總計2000mm的Y方向上跨越一定寬度的13個匯聚點的MIFB配置要求在y軸方向上 從每一個焦點54的大約55°的扇形角。
[0029]最右邊的檢測器P 15檢測來自由主準直器18所透射的來自MFXS 12的每一個焦點 54(標(biāo)記為/7I, /7A…/7 i，…T7 9)的多個主射束60(標(biāo)記為Jp 113, P 213,…P ij，"· /^15)，其在本文中可替換地稱為主射束的逆扇形射束捆束70。逆扇形射束捆束70顯著地窄 于檢驗區(qū)域14的寬度。如圖2中所描繪的，出于清楚起見，沒有按照比例示出MFXS 12,并且 MFXS 12可能比所示出的更小。此外，盡管如以上所描述的僅示出了 13個匯聚點62,但在實 踐中，匯聚點62的數(shù)目可以大得多。另外，散射信號與并入到安全檢測系統(tǒng)10中的相干X射 線散射檢測器24的數(shù)目成比例。
[0030] 朝向?qū)?yīng)匯聚點引導(dǎo)的主射束的若干逆扇形射束捆束70由對應(yīng)的相干X射線 散射檢測器來檢測。在掃描檢驗區(qū)域14內(nèi)定位的對象期間（在此期間，MFXS 12的每一個 焦點54被順序地激活），對象區(qū)段被完全照射并且從對象的整個寬度測量散射信號。在該實 施例中，不要求機械運動來實現(xiàn)對象的完整2-D掃描。MFXS 12以僅沿著y軸的小X射線源維 度來實現(xiàn)這一點。在示例性實施例中，MFXS沿著y軸具有小于大約500mm的長度。小X射線源 維度從成本和可靠性的角度來看是有利的。
[0031] 在一個實施例中，對象區(qū)段中的每一個點由至少M個相干X射線散射檢測器所看 到?？梢允境龅氖?，當(dāng)相鄰的相干X射線散射檢測器之間的規(guī)則間隔P滿足以下等式時，達 到該冗余條件：
等式I 其中是多個焦點的橫向范圍，￡/是從MFXS 12的y軸58到檢驗區(qū)域14的頂表面72的 距離，并且K是從頂表面72到Z = Z處的相干X射線散射檢測器的距離。
[0032] 在適于隨身攜帶行李篩選的一個實施例中，Zfs是近似400mm，￡/是近似1400mm并且 K是近似700mm。因而，來自等式1的相干X射線散射檢測器間距或間隔P對于# = 2是200mm 并且對于# = 2是100mm。在Af = 2的情況下，通過由多個焦點發(fā)射到一個相干X射線散射檢 測器上的多個主射束中的至少一個來掃描對象區(qū)段的所有點。在# =難]情況下，通過由 多個焦點發(fā)射到一個相干X射線散射檢測器上的多個主射束中的至少兩個來掃描對象區(qū) 段的所有點。
[0033]檢測器陣列的總體橫向范圍，即從相干X射線散射檢測器到相干X射線散射檢測 器P ?的距離，近似是2200mm，并且對應(yīng)于具有IOOmm的檢測器間距或間隔的23個相干X射線 散射檢測器24。相鄰的相干X射線散射檢測器24之間的間隔是足夠大的，以使得由與主射束 被引導(dǎo)到的相干X射線散射檢測器^相鄰的相干X射線散射檢測器P W所測量的來自某 個主射束的串?dāng)_散射具有使得其相關(guān)散射貢獻可以被忽略的這樣大的散射角度。
[0034]圖3是利用來自多個方向的光子102照射的示例性體元100及相關(guān)聯(lián)的XDI輪廓 110、120和130的示意圖。體元100是包括至少一種物質(zhì)的對象的體積部分(均未示出）。光子 102通過(在圖2中示出的）主射束60照射體元10。具體地，光子104、光子106和光子108從不 同的預(yù)定方向照射體元100,每一個方向由相對于系統(tǒng)軸線52的入射角X來限定。因此，在 MIFB XDI安全檢測系統(tǒng)10中，在主射束60與系統(tǒng)軸線52之間的一定范圍的入射角X上獲取 數(shù)據(jù)，而不是僅僅使用單個角度。
[0035]將光子104、106和108散射到（在圖1和2中示出的）離散相干X射線散射檢測器24之 一上。（在圖1中示出的）處理器44生成依賴于角度的XDI輪廓110、120和130 JDI輪廓110、 120和130分別與光子104、106和108相關(guān)聯(lián)。每一個XDI輪廓110、120和130包括五個布拉格 尖峰(Bragg peak)，其示出了作為散射角度(橫坐標(biāo))的函數(shù)的光子強度(縱坐標(biāo)）JDI輪廓 110、120和130不相似并且盡管每一個尖峰1、2、3、4和5在強度(即高度)方面可以變化，但是 這些尖峰基本上處于相似的散射角度值處。
[0036] 在示例性實施例中，MIFB XDI安全檢測系統(tǒng)10是五維系統(tǒng)。通過在一定范圍的不 同照射方向X上獲取的相同對象體元100的依賴于角度的XDI輪廓110、120和130的單獨測量 和存儲，將五個維度限定為三個正交空間維度(X，y和z)、動量維度(q)和入射角X維度。屬 于相同照射方向X的XDI輪廓110、120和130作為入射角X的函數(shù)而被單獨地存儲(X，y，Z， q，X)以保存關(guān)于光子104、106和108相對于系統(tǒng)軸線52所源于的主射束60的方向的信息。
[0037] -般地，對于液體、非晶和微晶粉末樣本，不存在優(yōu)選取向方向并且相關(guān)聯(lián)的XDI 輪廓獨立于照射角度。然而，包含相當(dāng)量的單晶材料的體元具有統(tǒng)計上變化的優(yōu)選取向方 向，并且XDI輪廓根據(jù)主X射線射束與該取向方向的相對角度且根據(jù)體元信號中所包括的微 晶數(shù)目而改變。因此，XDI輪廓110、120和130的非相似性的一個可能起因可能是在體元100 中存在微晶的各向異性布置。XDI輪廓隨角度變化的物質(zhì)的一個示例是各向異性物質(zhì)(包括 粗粒粉末）的分類。相比于各項同性物質(zhì)（諸如精細粉末），它們具有相對高程度的單晶材 料。在示例性實施例中，粗粒材料占據(jù)體元IOO。通過MIFB XDI安全檢測系統(tǒng)IO進行的依賴 于角度的XDI篩選增強了從不同照射方向所測量的XRD輪廓進行變化所針對的材料的檢測 性能。因此，MIFB XDI安全檢測系統(tǒng)10促進了一種XDI方法，通過該XDI方法，XDI輪廓104、 106和108的角度依賴性在威脅和/或非威脅分類過程中被明確地考慮到。
[0038]在示例性實施例中，由MIFB XDI安全檢測系統(tǒng)10使用的分類過程結(jié)合了通過相互 比較依賴于角度的XDI輪廓104、106和108而導(dǎo)出的"相似性"特征。
[0039]明確計及角度信息的分類過程的一個示例包括考慮到可以通過相互比較三個XDI 輪廓104、106和108而提取的"相似性"特征?？赡艿?相似性"度量由交叉相關(guān)系數(shù)FaMq^ 提供，該交叉相關(guān)系數(shù)Fab(q)在標(biāo)準統(tǒng)計工作中被描述。函數(shù)a(q)和b(q)是要確定的其相 似性的那些函數(shù)；并且q是動量變量。總共存在三種可能性，即FiQ4-iQ6(q)、Fi()4-i()8(q)和 Fl06-108(q)。在該不例中，交叉相關(guān)系數(shù)的值是：FlQ4-106(q) = 0.85、Fl()4-108(q) = 0·89和 F106-1Q8(q) = 0.79。通過取三個值的平均，總體"相似性"為0.84。
[0040] 單位（1)的"相似性"值表明XDI輪廓104、106和108獨立于照射方向并且較低的"相 似性"值表明在不同角度處測量的輪廓彼此不同。當(dāng)"相似性"值為低時，分類過程表明布拉 格尖峰的相對高度不再是對材料本性的可靠指導(dǎo)。在該情況下，"相似性"值的知識可以促 進避免源于欺騙性尖峰高度確定中的錯誤分類。此外，根據(jù)該信息，已知為呈遞高"相似性" 特征的材料的分類可以從進一步評估完全排除，例如非晶材料，諸如液體、乳狀劑和小顆粒 微晶材料。"相似性"特征提供附加信息，其與其它特征相結(jié)合而對于改進針對一些材料的 分類過程的檢測性能而言是有價值的。針對已知物質(zhì)的XDI測量結(jié)果的庫必須被擴展成連 同其它特征一起包括"相似性"信息。
[0041] 圖4是操作(在圖1和2中示出的）安全檢測系統(tǒng)10的示例性方法200的流程圖，即執(zhí) 行包括至少一種物質(zhì)（未示出）的對象(未示出）的安全篩選的方法200。在方法200中，生成 202(在圖3中示出的）對象體元100的（全部在圖3中示出的）多個XDI輪廓110、120和130。利 用朝向?qū)ο笠龑?dǎo)的（全部在圖3中示出的）x射線104、106和108來照射對象體元100。X射線 104、106和108具有多個入射角X。每一個XDI輪廓110、120和130是相關(guān)聯(lián)的入射角X的函數(shù)， 并且每一個入射角X相對于(在圖3中示出的）系統(tǒng)軸線52來限定。作為入射角X的函數(shù)而相 互比較204 XDI輪廓110、120和130以確定XDI輪廓110、120和130之間的相似性的數(shù)值測量 結(jié)果。在具有高相似性值的至少一個各項同性物質(zhì)與具有低相似性值的至少一個各向異性 物質(zhì)之間做出辨別206以作為多個XDI輪廓110、120和130的比較的函數(shù)而確定所照射的對 象是否為潛在威脅和潛在非威脅之一。
[0042]在本文中描述的上述依賴于角度的多檢測器逆扇形射束(MIFB)X射線衍射成像 (XDI)系統(tǒng)促進了角度數(shù)據(jù)的成本有效的增強整合，由此增強了安全掃描系統(tǒng)的總體性能。 具體地，與許多已知的安全掃描系統(tǒng)相對照，如本文中描述的MIFB XDI安全篩選系統(tǒng)促進 了利用在主射束與系統(tǒng)軸線之間的一定范圍的角度上所獲取的依賴于角度的MDI數(shù)據(jù)，而 不是僅僅使用單個角度。更具體地，如本文中描述的使用依賴于角度的XDI篩選的MIFB XDI 安全篩選系統(tǒng)增強了從不同照射方向所測量的XRD輪廓進行變化所針對的材料的檢測性 能。因此，如本文中描述的MIFB XDI安全篩選系統(tǒng)促進了向威脅和/或非威脅物質(zhì)中的分 類，該分類明確地將以針對相同體元從不同照射方向所獲取的XDI輪廓的形式的XDI數(shù)據(jù)的 角度依賴性考慮在內(nèi)。因此，物質(zhì)的檢測，諸如各向異性物質(zhì)(包括具有隨角度變化的XDI輪 廓的粗粒粉末）的分類，這是由于各向異性物質(zhì)相比于各項同性物質(zhì)(諸如精細粉末)具有 相對高程度的單晶材料。
[0043] 本文中描述的系統(tǒng)和方法的技術(shù)效果包括以下中的至少一個：（a)利用在主射束 與系統(tǒng)軸線之間的一定范圍的角度上獲取的依賴于角度的XDI數(shù)據(jù)，而不是僅僅使用單個 角度;（b)增強了從不同照射方向所測量的XRD輪廓進行變化所針對的材料的檢測性能；（c) 促進了向威脅和/或非威脅物質(zhì)中的分類，該分類明確地將以針對相同體元從不同照射方 向所獲取的XDI輪廓的形式的XDI數(shù)據(jù)的角度依賴性考慮在內(nèi)；以及(d)促進了包括具有隨 角度變化的XDI輪廓的粗粒粉末的各向異性物質(zhì)的檢測。
[0044] 在上文詳細地描述了依賴于角度的多檢測器逆扇形射束(MIFB)x射線衍射成像 (XDI)系統(tǒng)的示例性實施例。方法和系統(tǒng)不限于本文中描述的具體實施例，相反，方法的步 驟和/或系統(tǒng)的組件可以與本文描述的其它步驟和/或組件獨立地以及分離地利用。例如， 方法也可以與其它檢測系統(tǒng)和方法組合地使用，并且不限于僅利用如本文中描述的檢測系 統(tǒng)和方法來進行實踐。相反，示例性實施例可以與許多其它XDI安全篩選系統(tǒng)應(yīng)用相結(jié)合地 實現(xiàn)和利用。
[0045] 盡管可能在一些附圖中示出本發(fā)明的各種實施例的具體特征而在其它附圖中沒 有示出，但是這僅出于便利起見。依照本發(fā)明的原理，附圖的任何特征可以與任何其它附圖 的任何特征組合地被引用和/或被要求保護。
[0046] 此書面描述使用示例來公開本發(fā)明，包括最佳模式，并且還使得本領(lǐng)域技術(shù)人員 能夠?qū)嵺`本發(fā)明，包括制造和使用任何設(shè)備或系統(tǒng)以及執(zhí)行任何所結(jié)合的方法。本發(fā)明的 可取得專利權(quán)的范圍由權(quán)利要求限定，并且可以包括本領(lǐng)域技術(shù)人員所想到的其它示例。 如果這樣的其它示例具有與權(quán)利要求的字面語言并無不同的結(jié)構(gòu)要素，或者如果這樣的其 它示例包括具有與權(quán)利要求書的字面語言的非實質(zhì)性差異的等同結(jié)構(gòu)要素，則這樣的其它 示例意圖處于權(quán)利要求書的范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 一種具有系統(tǒng)軸線的X射線衍射成像(XDI)系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括： 至少一個X射線源，其被配置為生成朝向包括至少一種物質(zhì)的對象引導(dǎo)的X射線，其中 所述至少一個X射線源進一步被配置為利用從多個方向到達的X射線來照射在所述對象內(nèi) 限定的至少一個體元，每一個方向由相對于系統(tǒng)軸線的入射角來限定； 至少一個檢測器，其被配置為在X射線已經(jīng)穿過所述對象之后檢測經(jīng)散射的X射線；以 及 至少一個處理器，其被耦合到所述至少一個檢測器，所述至少一個處理器被編程為生 成對象體元的多個XDI輪廓，其中每一個XDI輪廓是相關(guān)聯(lián)的入射角的函數(shù)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的XDI系統(tǒng)，其中所述XDI系統(tǒng)是五維系統(tǒng)，五個維度被限定為三 個正交空間維度、動量維度和入射角維度。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的XDI系統(tǒng)，還包括耦合到所述至少一個處理器的至少一個存儲 器設(shè)備，其中： 所述至少一個處理器被配置為作為入射角的函數(shù)而對所述多個XDI輪廓進行分類;并 且 所述至少一個存儲器設(shè)備被配置為作為入射角的函數(shù)而存儲所述多個XDI輪廓。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的XDI系統(tǒng)，其中所述至少一個處理器還被配置為使用作為入射 角的函數(shù)而存儲的多個XDI輪廓來促進將所照射的對象辨別為潛在威脅和潛在非威脅之 〇5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的XDI系統(tǒng)，其中所述至少一個處理器還被配置為作為入射角的 函數(shù)而比較至少一個體元的多個XDI輪廓以確定所述多個XDI輪廓之間的相似性的數(shù)值測 量結(jié)果。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的XDI系統(tǒng)，其中所述至少一個處理器還被配置為在具有高相似 性值的至少一種所照射物質(zhì)與具有低相似性值的至少一種所照射物質(zhì)之間進行辨別。7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的XDI系統(tǒng)，其中所述至少一個處理器還被配置為在各項異性物 質(zhì)和各向同性物質(zhì)之間進行辨別。8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的XDI系統(tǒng)，還包括被配置為容納所述對象的檢驗區(qū)域，其中： 所述至少一個X射線源包括多焦點X射線源(MFXS);并且 所述至少一個檢測器包括相對于所述檢驗區(qū)域定位的多個相干X射線散射檢測器，所 述多個相干X射線散射檢測器被配置為在多個主射束傳播經(jīng)過定位于所述檢驗區(qū)域內(nèi)的對 象時，檢測來自所述多個主射束的相干散射射線。9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的XDI系統(tǒng)，其中所述MFXS包括陽極以及沿著所述陽極的長度與 正交于所述系統(tǒng)軸線的所述MFXS的軸線共線地布置的多個焦點，所述多個焦點中的每一個 焦點被配置為被順序地激活以發(fā)射包括多個主射束的X射線扇形射束。10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的XDI系統(tǒng)，其中所述XDI系統(tǒng)是多逆扇形射束(MIFB)XDI系統(tǒng)。11. 具有體現(xiàn)在其上的計算機可執(zhí)行指令一個或多個非暫時性計算機可讀存儲介質(zhì)， 其中在由至少一個處理器執(zhí)行時，所述計算機可執(zhí)行指令使所述處理器： 生成對象體元的多個XDI輪廓，其中利用朝向包括至少一種物質(zhì)的對象引導(dǎo)的X射線來 照射所述對象體元，所述X射線具有多個入射角，每一個XDI輪廓是相關(guān)聯(lián)的入射角的函數(shù)， 每一個入射角相對于系統(tǒng)軸線來限定； 比較所述多個XDI輪廓；以及 作為所述多個XDI輪廓的比較的函數(shù)而將所照射的對象辨別為潛在威脅和潛在非威脅 之一。12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的具有體現(xiàn)在其上的計算機可執(zhí)行指令的一個或多個非暫時 性計算機可讀存儲介質(zhì)，其中在由至少一個處理器執(zhí)行時，所述計算機可執(zhí)行指令使所述 處理器在五維系統(tǒng)內(nèi)存儲XDI輪廓數(shù)據(jù)，五個維度被限定為三個正交空間維度、動量維度和 入射角維度。13. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的具有體現(xiàn)在其上的計算機可執(zhí)行指令的一個或多個非暫時 性計算機可讀存儲介質(zhì)，其中在由至少一個處理器執(zhí)行時，所述計算機可執(zhí)行指令使所述 處理器作為入射角的函數(shù)而比較至少一個體元的多個XDI輪廓以確定所述多個XDI輪廓之 間的相似性的數(shù)值測量結(jié)果。14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的具有體現(xiàn)在其上的計算機可執(zhí)行指令的一個或多個非暫時 性計算機可讀存儲介質(zhì)，其中在由至少一個處理器執(zhí)行時，所述計算機可執(zhí)行指令使所述 處理器在具有高相似性值的至少一種所照射物質(zhì)與具有低相似性值的至少一種所照射物 質(zhì)之間進行辨別。15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的具有體現(xiàn)在其上的計算機可執(zhí)行指令的一個或多個非暫時 性計算機可讀存儲介質(zhì)，其中在由至少一個處理器執(zhí)行時，所述計算機可執(zhí)行指令使所述 處理器在具有高相似性值的至少一種各項同性物質(zhì)和具有低相似性值的至少一種各向異 性物質(zhì)之間進行辨別。16. -種執(zhí)行包括至少一種物質(zhì)的對象的安全篩選的方法，所述方法包括： 生成對象體元的多個XDI輪廓，其中利用朝向所述對象引導(dǎo)的X射線來照射所述對象體 元，所述X射線具有多個入射角，每一個XDI輪廓是相關(guān)聯(lián)的入射角的函數(shù)，每一個入射角相 對于系統(tǒng)軸線來限定； 比較所述多個XDI輪廓；以及 作為所述多個XDI輪廓的比較的函數(shù)而將所照射的對象辨別為潛在威脅和潛在非威脅 之一。17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，還包括在五維系統(tǒng)內(nèi)存儲XDI輪廓數(shù)據(jù)，五個維度被 限定為三個正交空間維度、動量維度和入射角維度。18. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，還包括作為入射角的函數(shù)而比較至少一個體元的多 個XDI輪廓以確定所述多個XDI輪廓之間的相似性的數(shù)值測量結(jié)果。19. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，還包括在具有高相似性值的至少一種所照射物質(zhì)與 具有低相似性值的至少一種所照射物質(zhì)之間進行辨別。20. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，還包括在具有高相似性值的至少一種各項同性物質(zhì) 和具有低相似性值的至少一種各向異性物質(zhì)之間進行辨別。
【文檔編號】G01N23/20GK106062540SQ201480063548
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2014年9月12日
【發(fā)明人】G.哈丁, H.R.O.斯特雷克
【申請人】莫福探測儀器有限責(zé)任公司