СИСТЕМА ФОРМИРОВАНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЯ Российский патент 2009 года по МПК G01N23/04 

Предпосылки создания изобретения

1. Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к радиографической технике, а более конкретно, к системе формирования изображения с использованием сканирования по прямолинейной траектории для повышения скорости радиографической проверки состояния безопасности.

2. Описание предшествующего уровня техники

Проверка безопасности является все более важной в борьбе с терроризмом и борьбе с контрабандой наркотиков. После событий 11 сентября в США придается все большее значение проверке состояния безопасности в общественных местах, таких как аэропорты и железнодорожные станции. Кроме того, в связи с расширением борьбы с контрабандой наркотиков возрастают требования к досмотру контейнеров и багажа на таможне.

Современные системы проверки состояния безопасности являются в основном радиографическими системами, и в области радиографии обычно используют радиоскопические системы, например цифровые радиографические системы, тогда как формирующее стереоизображение оборудование, такое как компьютерная томографическая (КТ) система, широко не применяют. Это происходит потому, что посредством практической системы проверки состояния безопасности обычно осуществляют оперативный досмотр в реальном времени, и поэтому требуются быстрое сканирование и высокая скорость формирования изображения в системе досмотра. Например, для досмотра багажа в гражданской авиации необходима скорость таможенного досмотра, составляющая 0,5 м/с. Однако в настоящее время это требование может с трудом удовлетворяться даже при использовании спиральной компьютерной томографии с большим шагом. Кроме того, что касается некоторых больших объектов, таких как заказные контейнеры, то очень трудно вращать контейнеры или источник излучения и детекторы. Вдобавок стоимость приборов для компьютерной томографической системы является очень высокой. Эти, указанные выше, и другие факторы препятствуют широкому использованию компьютерных томографических систем в области проверки состояния безопасности. Однако по сравнению с компьютерными томографическими системами радиоскопическая система имеет недостаток, заключающийся в невозможности исключения эффекта перекрытия объектов по направлению излучения, и поэтому возможности досмотра ограничиваются, так что реальный стереоскопический контроль и обнаружение не могут быть выполнены удовлетворительно.

С развитием компьютерной томографической технологии появилась возможность реконструирования томографического изображения, имеющего хорошее качество в случае ситуации, когда спроецированные данные получают в ограниченном угле или данные являются усеченными. Поэтому становится удобно применять неполное сканирование и реконструировать приближенные изображения. Теоретически, в случае системы формирования изображения с прямолинейной траекторией, если длина траектории сканирования является бесконечной, может быть получена точная реконструкция. Если траектория имеет конечную длину, то это эквивалентно компьютерному томографическому сканированию с ограниченным углом. Поэтому путем использования компьютерных томографических реконструкций, осуществляемых при неполных данных, изображения в поперечных сечениях могут быть получены в системе формирования изображения с прямолинейной траекторией, и может быть осуществлена стереоскопическая радиография.

Уже была предложена система с прямолинейной траекторией, компьютерная система послойного исследования. Однако она имеет небольшой диапазон охвата источника, а для томографического синтеза используются алгоритмы реконструкции, которые приводят к плохому качеству трехмерного изображения. Следовательно, необходима система формирования изображения, обеспечивающая возможность быстрого формирования трехмерного изображения и получения томографических изображений.

Сущность изобретения

Настоящее изобретение выполнено с учетом указанных выше проблем. Задача настоящего изобретения заключается в создании системы формирования изображения с использованием прямолинейной траектории, посредством которой можно получать цифровое радиографическое изображение и томографическое изображение и разрешать проблему перекрывающихся объектов в перспективном изображении с тем, чтобы быстро осуществлять стереоскопическую радиографию при проверке состояния безопасности.

В соответствии с одним объектом настоящего изобретения предложена система формирования изображения, содержащая: средство формирования излучения, включающее в себя по меньшей мере один источник излучения, для формирования излучений; средство сбора данных, включающее в себя детекторную матрицу напротив источника излучения, для получения спроецированных данных путем приема фотонов излучений, проникающих сквозь досматриваемый объект; средство транспортировки для осуществления линейного перемещения досматриваемого объекта между источником излучения и детекторной матрицей относительно источника излучения и детекторной матрицы; и средство управления и обработки изображения для управления средством формирования излучения, средством сбора данных и средством транспортировки и для реконструирования изображения досматриваемого объекта по спроецированным данным.

Согласно варианту осуществления настоящего изобретения горизонтальный диапазон углов проекции, охватываемый средством формирования излучения и детекторной матрицей, составляет больше, чем 90°.

Согласно варианту осуществления настоящего изобретения детекторная матрица содержит планарный детектор, включающий в себя множество детекторных элементов.

Согласно варианту осуществления настоящего изобретения детекторная матрица содержит коллинеарный детектор, расположенный вертикально и включающий в себя множество детекторных элементов.

Согласно варианту осуществления настоящего изобретения детекторная матрица дополнительно содержит еще один коллинеарный детектор, расположенный горизонтально и включающий в себя множество детекторных элементов.

Согласно варианту осуществления настоящего изобретения горизонтально расположенный коллинеарный детектор имеет переменное положение в вертикальном направлении.

Согласно варианту осуществления настоящего изобретения средство управления и обработки изображения включает в себя: секцию преобразования спроецированных данных для преобразования спроецированных данных в спроецированные данные при сканировании квазипараллельным пучком; секцию фильтрации для получения отфильтрованных спроецированных данных путем свертки спроецированных данных при сканировании квазипараллельным пучком с предварительно определенным ядром свертки; и секцию обратного проецирования для реконструкции изображения путем обратного проецирования с весовым коэффициентом отфильтрованных спроецированных данных.

Согласно варианту осуществления настоящего изобретения множество детекторных элементов размещено в соответствии с одним и тем же интервалом размещения.

Согласно варианту осуществления настоящего изобретения в секции преобразования спроецированных данных осуществляются обращение и сдвиг спроецированных данных p(l, t, z) для получения спроецированных данных q(l, t, z) при сканировании квазипараллельным пучком, при этом спроецированные данные p(l, t, z) обозначают спроецированное значение с координатой t в срезе z детектора, когда досматриваемый объект относительно перемещается к координате l на линии; в секции фильтрации осуществляется одномерная свертка спроецированных данных q(l, t, z) при сканировании квазипараллельным пучком с предварительно определенным ядром свертки по направлению l для получения отфильтрованных спроецированных данных Q(l′, t, z); и в секции обратного проецирования осуществляется обратное проецирование с весовым коэффициентом отфильтрованных спроецированных данных Q(l′, t, z) по направлению проекции излучения для получения реконструированного изображения.

Согласно варианту осуществления настоящего изобретения множество детекторных элементов размещено по отношению к источнику излучения в соответствии с одним и тем же угловым интервалом.

Согласно варианту осуществления настоящего изобретения в секции преобразования спроецированных данных осуществляются обращение и сдвиг спроецированных данных p(l, γ, z) для получения спроецированных данных q(l, γ, z) при сканировании квазипараллельным пучком, при этом спроецированные данные p(l, γ, z) обозначают спроецированное значение при угловом положении γ в срезе z детекторной матрицы, когда досматриваемый объект относительно перемещается к координате l на линии; в секции фильтрации осуществляется одномерная свертка спроецированных данных q(l, γ, z) при сканировании квазипараллельным пучком с предварительно определенным ядром свертки по направлению l для получения отфильтрованных спроецированных данных Q(l′, γ, z); и в секции обратного проецирования осуществляется обратное проецирование с весовым коэффициентом отфильтрованных спроецированных данных Q(l′, γ, z) по направлению проекции излучения для получения реконструированного изображения.

Согласно варианту осуществления настоящего изобретения множество детекторных элементов представлено твердотельными детекторными элементами, газовыми детекторными элементами или полупроводниковыми детекторными элементами.

Согласно варианту осуществления настоящего изобретения источник представляет собой ускоритель рентгеновского излучения, рентгеновскую трубку или радиоизотоп.

В системе формирования изображения согласно настоящему изобретению реальная стереоскопическая радиография осуществляется путем использования сканирования по прямолинейной траектории и реконструкции томографического или стереоскопического изображения с помощью алгоритма обратного проецирования отфильтрованных данных при прямолинейной траектории. Данная система формирования изображения имеет преимущество, заключающееся в высокой скорости проверки без вращения и проблем, таких как проблема большого конического угла в компьютерных томографических системах с коническим пучком. Поэтому изобретательская система формирования изображения потенциально может быть использована в области быстрой проверки состояния безопасности и в области досмотра крупных объектов.

Краткое описание чертежей

На чертежах:

фиг.1 - вид в плане сканирования по прямолинейной траектории, осуществляемого в системе формирования изображения согласно настоящему изобретению;

фиг.2 - структурная схема системы формирования изображения согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения;

фиг.3 - функциональная схема блока управления и обработки изображения в системе формирования изображения, показанной на фиг.2;

фиг.4 - схематическое графическое представление, иллюстрирующее геометрические отношения между эквивалентным детектором и точкой объекта, подлежащей реконструкции в направлении Z;

фиг.5 - схематическое графическое представление, предназначенное для пояснения геометрических соотношений процедуры линейного обратного проецирования отфильтрованных данных при прямолинейной траектории согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения;

фиг.6 - структурная схема системы формирования изображения согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения;

фиг.7 - сравнительные характеристики численно смоделированных изображений (в плоскости X-Y), полученных при различных горизонтальных диапазонах углов проекции (при том охватывающих источник и детектор) согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения;

фиг.8 - сравнительные характеристики томографических изображений (в плоскости X-Z, в плоскости Y-Z) и перспективных изображений, реконструированных посредством системы формирования изображений согласно первому варианту осуществления;

фиг.9 - сравнительные характеристики численно смоделированных изображений (в плоскости X-Y), полученных при различных горизонтальных диапазонах углов проекции (при том охватывающих источник и детектор) согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения; и

фиг.10 - томографические изображения (в плоскости X-Y) и перспективные изображения, реконструированные посредством системы формирования изображения согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения.

Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления

Ниже со ссылкой на сопровождающие чертежи будут описаны варианты осуществления настоящего изобретения.

[Первый вариант осуществления]

На фиг.1 представлена в плане схема сканирования по прямолинейной траектории в системе формирования изображения согласно настоящему изобретению. На фиг.2 представлена структурная схема системы формирования изображения согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения.

Как показано на фиг.1, досматриваемый объект перемещается между источником А излучения и детектором по прямой линии. Во время процесса перемещения источник А излучения в соответствии с командами с управляющей системы испускает излучения, которые проникают сквозь досматриваемый объект. Детектор принимает проходящие сигналы, собирает спроецированные данные под управлением управляющей системы и сохраняет спроецированные данные в запоминающем устройстве.

Система формирования изображения, показанная на фиг.2, содержит блок 110 формирования излучения, устройство 130 транспортировки, блок 140 сбора данных, шину 150 сигналов управления и данных, блок 160 управления и обработки изображения и дисплей 170.

Показанный на фиг.2 блок 110 формирования излучения включает в себя, например, ускоритель рентгеновского излучения, рентгеновскую трубку или радиоизотоп и соответствующие вспомогательные устройства. Чтобы сделать горизонтальный диапазон углов проекции больше, чем 90°, например от 90 до 180°, в зависимости от размера досматриваемого объекта 120 и условий применения могут быть выбраны и использованы два и более источников излучения.

Устройством 130 транспортировки, таким как конвейерная лента, досматриваемый объект 120 может устойчиво поддерживаться и транспортироваться с тем, чтобы досматриваемый объект 120 во время досмотра перемещался по прямой линии. Или же во время досмотра устройство 130 транспортировки осуществляет перемещение источника излучения и детектора по прямой линии или осуществляет перемещение досматриваемого объекта, а также источника излучения в противоположных направлениях. Иначе говоря, перемещение досматриваемого объекта и перемещение источника излучения и детектора являются относительными и эквивалентными друг другу. Хотя при последующем описании досматриваемый объект перемещается в то время, как источник излучения и детектор остаются неподвижными, также возможно, чтобы источник излучения и детектор перемещались, тогда как досматриваемый объект оставался неподвижным.

Блок 140 сбора данных, который представляет собой, в основном, детекторную матрицу, используется для сбора проходящих спроецированных данных сканирования коническим лучом путем приема излучений, проникших сквозь досматриваемый объект. Блок 140 сбора данных также включает в себя схему считывания, предназначенную для считывания спроецированных данных с детекторной матрицы, блок логического управления и т.д. (непоказанные). Детекторная матрица может быть составлена из множества твердотельных детекторных элементов, множества газовых детекторных элементов или множества полупроводниковых детекторных элементов. Нет необходимости близко размещать соответствующие детекторные элементы, но они должны быть на одной и той же прямой линии по направлению оси X (то есть, по направлению перемещения досматриваемого объекта).

В общем случае полная длина одного ряда детекторной матрицы составляет (K), то есть сегмент ВС, показанный на фиг.1, который связан с расстоянием (Т) от центра детекторной решетки до источника излучения и полным диапазоном углов проекции. В случае, когда диапазон углов (θ) проекции задан, то при большем расстоянии Т необходима большая полная длина детекторной матрицы, и соблюдается следующее соотношение:

.

Кроме того, необходимо, чтобы детекторная матрица была расположена напротив источника излучения, имела в горизонтальном направлении диапазон углов проекции больше, чем 90°, и охватывала объект в вертикальном направлении. Поэтому может быть осуществлена компьютерная томографическая реконструкция (с хорошим качеством реконструированного изображения) в ситуации ограниченных углов. Такая детекторная матрица может быть планарным детектором или коллинеарным детектором.

Во время сбора данных необходимо, чтобы выборочный интервал (Δt) был равномерным по временной оси, а досматриваемый объект перемещался равномерно. В предположении, что скорость перемещения есть v, эквивалентный пространственный выборочный интервал системы формирования изображения согласно настоящему изобретению будет:

Δd=vΔt.

Кроме того, необходимо, чтобы все детекторные элементы осуществляли сбор синхронно, а данные, собираемые в единицу времени, состояли из одного среза спроектированных данных. После многочисленных сборов (обычно от нескольких сотен до тысяч раз) формируются объемные спроецированные данные. Стереоскопическое изображение, реконструированное в блоке управления и обработки изображения, основано на этих данных и, следовательно, является представлением перспективного изображения.

Когда необходимо перспективное изображение, только спроецированные данные, собираемые посредством центрального столбца детекторной матрицы, являются выходными, а принцип формирования изображения является таким же, как принцип формирования существующих радиоскопических изображений.

Шина 150 сигналов управления и данных используется для передачи сигналов управления и данных.

Блок 160 управления и обработки изображения через шину 150 сигналов управления и данных управляет блоком 110 формирования излучения, устройством 130 транспортировки и блоком 140 сбора данных.

Во время сканирования блок 160 управления и обработки изображения управляет устройством 130 транспортировки для осуществления перемещения досматриваемого объекта 120 по прямой линии, дает команду блоку 110 формирования излучения на формирование излучений, управляет блоком 140 сбора данных, чтобы он принимал проходящие сигналы, формировал спроецированные данные и выполнял вторичную обработку сформированных спроецированных данных.

Поэтому досматриваемый объект 120 равномерно перемещается по прямолинейной траектории, показанной на фиг.1. Для получения спроецированных данных посредством блока 140 сбора данных синхронно и с постоянным временным интервалом берутся выборки.

На фиг.3 представлена функциональная схема блока 160 управления и обработки изображения в системе формирования изображения, показанной на фиг.2. Как показано на фиг.3, блок 160 управления и обработки изображения включает в себя запоминающее устройство 161, которое представляет собой запоминающую среду, такую как жесткий диск и т.п., предназначенную для сохранения данных; устройство 162 ввода, которое представляет собой средство ввода, такое как клавиатура, для содействия пользователю в вводе входных параметров или команд; контроллер 163, предназначенный для того, чтобы после того, как пользователь ввел команду с помощью устройства 162 ввода, осуществлять подачу команд устройству 130 транспортировки на осуществление равномерного перемещения досматриваемого объекта 120 по прямой линии и блоку 110 формирования излучения, и блоку 140 сбора данных на начало работы для получения спроецированных данных; внутреннюю шину 164 для соединения всех блоков и передачи управляющих сигналов и данных; и блок 165 реконструкции изображения для осуществления реконструкции относительно спроецированных данных, полученных блоком 140 сбора данных.

Процесс реконструирования изображения будет описан подробно со ссылкой на фиг.4. На фиг.4 представлен схематический чертеж, иллюстрирующий геометрические отношения между эквивалентным детектором (реальный детектор воображается на центральной линии линейного перемещения объекта) и представляющей интерес точкой объекта, реконструируемой в направлении Z.

В предположении, что приближенная оценка функции f(r, φ, z) досматриваемого объекта обозначена как , является верным следующее уравнение:

где

В данном случае детекторные элементы в детекторной матрице размещены с постоянным интервалом размещения, и данные p(l, t, z) обозначают спроецированное значение с координатой t в срезе z детекторной матрицы, когда досматриваемый объект 120 перемещается к координате l на линии. Следует отметить, что t и z представляют собой эквивалентные значения каждого детекторного элемента детекторной матрицы на центральной линии линейного перемещения объекта.

Кроме того, в уравнениях (1)-(4) D обозначает расстояние от источника излучения в блоке 110 формирования излучения до центральной линии линейного перемещения. Обозначение ±t_m характеризует минимальное и максимальное положения детекторной матрицы по направлению оси X; h представляет собой ядро свертки, а его теоретическое значение равно , обычно используют ядро S-L-типа, при этом дискретная форма этого ядра имеет вид:

Поэтому в секции 1651 преобразования спроецированных данных блока 165 реконструирования изображения осуществляются обращение и сдвиг спроецированных данных p(l, t, z) для получения q(l, t, z), где q(l, t, z) обозначает спроецированные данные при сканировании квазипараллельным пучком. Значение термина «сканирование квазипараллельным пучком» заключается в том, что для соответствующих углов эквивалентные выборочные интервалы детекторных элементов являются различными, и сканируемые угловые выборки также могут не быть равномерными.

Далее для получения отфильтрованных спроецированных данных Q(l′, t, z) в секции 1652 фильтрации осуществляется одномерная свертка спроецированных данных q(l, t, z) при сканировании квазипараллельным пучком с ядром h свертки по направлению l.

Затем для получения реконструированного изображения в секции 1653 обратного проецирования осуществляется обратное проецирование с весовым коэффициентом отфильтрованных спроецированных данных Q(l′, t, z) по направлению проекции излучения.

Здесь необходимо отметить, что задача обращения и сдвига заключается в преобразовании спроецированных данных от сканирования по прямолинейной траектории в спроецированные данные при сканировании квазипараллельным пучком. Сканирование квазипараллельным пучком не является сканированием параллельным пучком в типовой компьютерной томографии, поскольку для каждого из соответствующих углов эквивалентные выборочные интервалы детекторных элементов являются различными, и угловые выборки также могут не быть равномерными.

Кроме того, задача фильтрации в случае ядра h свертки является такой же, как в типовом алгоритме реконструкции с обратным проецированием отфильтрованных данных, при этом реконструированное изображение может быть получено по отфильтрованным спроецированным данным Q(l′, t, z) после взвешенного обратного проецирования.

Поэтому в настоящем изобретении фильтрация осуществляется по направлению l сбора данных, а обратное проецирование осуществляется по направлению излучения. По сравнению с алгоритмом ребининга (перегруппировки участков мгновенного снимка динамического изображения) в параллельный пучок и стандартным алгоритмом обратного проецирования отфильтрованных данных при параллельном пучке в настоящем изобретении можно полностью использовать все достоверные данные, повысить пространственное разрешение изображения, и имеется меньшая чувствительность к усечению данных, чем в случае алгоритма ребининга в параллельный пучок.

Ниже со ссылками на фигуры 1, 4 и 5 будет получено приведенное выше уравнение (1). До получения его сначала будет описана процедура ребининга данных линейного сканирования в данные сканирования параллельным пучком.

В соответствии с режимом сканирования, показанным на фиг.1, каждый детектор соответствует одному углу проекции, и перемещение объекта f(x, y) эквивалентно сканированию параллельным пучком при этом угле. С учетом схематического графического представления проецирования из фиг.5 применительно к матрице детекторов, расположенных с постоянным интервалом разнесения, формула для ребининга данных линейного сканирования в данные сканирования параллельным пучком имеет вид:

Здесь отображает спроецированные данные с углом θ проекции и расстоянием s от центра вращения при сканировании параллельным пучком, p(l, t) обозначает спроецированные данные на детекторной матрице, когда досматриваемый объект совершает относительное перемещение к координате l на линии.

С помощью уравнения (6) может быть осуществлен ребининг спроецированных данных сканирования по прямолинейной траектории в спроецированные данные сканирования параллельным пучком. Однако, поскольку в практических системах бесконечная прямая линия невозможна, подвергнутые ребинингу данные не являются данными сканирования параллельным пучком из 180° углов проекции. Иначе говоря, данных недостаточно для точной реконструкции.

Что касается линейного сканирования, то, хотя выборки l и t могут быть равномерными, выборки угла θ проекции и местоположения s детектора при соответствующем сканировании параллельным пучком не являются равномерными. Поэтому для процедуры ребининга необходимы интерполяции по угловому направлению и направлению детектора, которые приводят к ухудшению пространственного разрешения при реконструировании.

Далее будет описан процесс реконструирования согласно настоящему изобретению, состоящий из непосредственной фильтрации и обратного проецирования данных линейного сканирования.

Формула для реконструирования путем обратного проецирования отфильтрованных данных при сканировании параллельным пучком имеет вид:

С учетом бесконечной прямолинейной траектории и разнесенных на равные расстояния детекторов при использовании уравнения (7) (θ, s) заменяется на (l, t), так что:

Здесь .

Можно доказать следующее:

Здесь , , .

При сканировании с прямолинейной траекторией заменяется на p(l, t). Кроме того, в соответствии с геометрическим построением из фиг.5 может быть получен следующий результат:

Здесь , и оно отражает местоположение пространственных выборок спроецированных данных, пересекающее точку (r, φ) и элемент t детектора при линейном сканировании.

При подстановке уравнения (10) в уравнение (9), использовании уравнения и замене l=l-t, l′=l′-t получается формула (8) реконструкции. В случае уравнения (8) при подстановке q(l, t)=p(-l+t, t) в уравнение (8) получаем

Здесь Q(l′, t)=∫q(l, t)h(l′-l)dl.

На самом деле, если диапазон прямолинейной траектории составляет [-L, L], а охват детектора составляет [-t_m, t_m], то изображение, реконструированное в соответствии с уравнением (8), не является точно f(x, y), а только приближением этой функции. Кроме того, при рассмотрении трехмерной ситуации приближенная оценка досматриваемого объекта f(x, y, z) может быть выражена уравнением (1).

Формула (1) для фильтрации, обратного проецирования и реконструирования прямолинейной траектории получена выше для изобретательского способа реконструирования изображения применительно к случаю компоновки с разнесенными на одинаковые расстояния детекторными элементами. На самом деле детекторные элементы в детекторной матрице также могут быть размещены через равные углы. Если детекторные элементы размещены через равные углы, то по аналогии с приведенным выше выводом формула для фильтрации, обратного проецирования и реконструирования может быть изменена и будет:

где:

В данном случае детекторные элементы в детекторной матрице размещены через равные углы, а данные p(l, γ, z) обозначают спроецированное значение при угловом положении γ на срезе z детекторной матрицы, когда досматриваемый объект 120 перемещается к координате l на линии. Следует отметить, что γ и z представляют собой эквивалентные значения детекторной матрицы на центральной линии линейного перемещения объекта. Обозначение ±γ_m отражает минимальный и максимальный углы детекторной матрицы по направлению оси X.

Поэтому в случае детекторных элементов, разнесенных на одинаковые углы, процедура прямолинейной фильтрации, обратного проецирования и реконструирования является такой же, как указанная выше, в которой операция обращения и сдвига выполняется в соответствии с уравнением (14), при этом значение оператора свертки является тем же самым, как и в случае разнесения на одинаковые расстояния.

Иначе говоря, в секции 1651 преобразования спроецированных данных спроецированные данные p(l, γ, z) обращаются и сдвигаются для получения q(l, γ, z), при этом спроецированные данные p(l, γ, z) обозначают спроецированное значение при угловом положении γ в срезе z детекторной матрицы, когда объект, подлежащий контролю, относительно перемещается к координате l на линии.

Для получения отфильтрованных спроецированных данных Q(l′, γ, z) в секции 1652 фильтрации осуществляется одномерная свертка спроецированных данных q(l, γ, z) при сканировании квазипараллельным пучком с ядром h свертки по направлению l.

Для получения реконструированного изображения в секции 1653 обратного проецирования осуществляется обратное проецирование с весовым коэффициентом отфильтрованных спроецированных данных Q(l′, γ, z) по направлению проекции излучения.

Для точного реконструирования изображений в радиографической системе должно обеспечиваться точное измерение или масштабирование следующих системных параметров: расстояния Т от источника излучения до детекторной матрицы; расстояния D от источника излучения до центральной линии линейного перемещения; скорости v линейного перемещения устройства транспортировки; выборочного временного интервала Δt детекторной матрицы; физических размеров детектора, в том числе физических размеров одного детекторного элемента и физических размеров детекторной матрицы и т.п.

Основная особенность системы формирования изображения согласно первому варианту осуществления заключается в сканировании по прямолинейной траектории, а не сканировании по круговой или спиральной траектории. Поскольку нет необходимости во вращении, и используется естественная процедура линейной транспортировки объектов, подлежащих контролю во время проверки состояния безопасности, механическая конструкция является очень простой.

Кроме того, вследствие линейного перемещения исключается проблема ускорения, существующая при круговом или спиральном сканировании, и поэтому скорость таможенного досмотра может быть высокой. По сравнению с традиционной радиоскопией настоящая система позволяет получать томографические изображения и/или стереоскопические изображения объекта и решать проблему, когда объекты перекрываются на перспективных изображениях.

Вместе с тем система формирования изображения согласно первому варианту осуществления позволяет получать информацию, регистрируемую компьютерной томографической системой и стереоскопической системой формирования изображения.

Кроме того, для характеристик системы формирования изображения согласно первому варианту осуществления отсутствует проблема большого конического угла, существующая в компьютерных томографических системах с коническим лучом и круговой орбитой (чем больше вертикальное расстояние от средней плоскости (центральный срез), тем больше утрачиваются данные). Это происходит потому, что компоновка спроецированных данных, получаемых посредством каждого среза детекторов, является одной и той же в течение сканирования по прямолинейной траектории за исключением, когда она является наклонной.

На фиг.7 представлены сравнительные характеристики численно смоделированных изображений (в плоскости X-Y), полученных при различных диапазонах углов горизонтальной проекции в системе формирования изображения согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения, при этом на (А) представлено оригинальное изображение модели, на (В) представлено смоделированное изображение, реконструированное посредством системы формирования изображения согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения, в случае диапазона углов горизонтальной проекции, составляющего 90°, на (С) представлено смоделированное изображение, реконструированное посредством системы формирования изображения согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения, в случае диапазона углов проекции, составляющего 120°. На (D) представлено смоделированное изображение, реконструированное посредством системы формирования изображения согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения, в случае диапазона углов проекции, составляющего 150°. Как видно, качество реконструированного изображения повышается с расширением диапазона углов проекции.

На фиг.8 представлены сравнительные характеристики томографических изображений и перспективных изображений, реконструированных посредством системы формирования изображения согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения, при этом на (А) представлено изображение центрального среза в плоскости X-Z, на (В) представлено смоделированное изображение центрального среза в плоскости X-Z, реконструированное посредством системы формирования изображения согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения, на (С) представлено изображение центрального среза в плоскости Y-Z, на (D) представлено смоделированное изображение центрального среза в плоскости Y-Z, реконструированное посредством системы формирования изображения согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения, и на (Е) представлено смоделированное перспективное изображение, полученное посредством системы формирования изображения согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения.

[Второй вариант осуществления]

На фиг.6 представлена структурная схема системы формирования изображения согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения.

Система формирования изображения согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения отличается тем, что в случае, когда детекторная матрица представляет собой единственный столбец (единственный срез, то есть коллинеарную матрицу), дополнительно предусмотрена еще одна коллинеарная детекторная матрица, способная перемещаться вверх и вниз по направлению Z, так что может быть получено множество томографических изображений, и, следовательно, стереоскопическое изображение может быть получено при меньшем количестве детекторных элементов. Поэтому, по сравнению с первым вариантом осуществления, число детекторных элементов в детекторной матрице существенно уменьшается.

Как показано на фиг.6, детекторная матрица в блоке сбора данных согласно второму варианту осуществления включает в себя набор из двух односрезовых детекторных матриц 141 и 142, предназначенных для сбора проходящих спроецированных данных из конического пучка, одна является горизонтальной, другая является вертикальной, а включенные в них детекторные элементы обычно размещены через одинаковые расстояния или могут быть размещены через равные углы. Как и в первом варианте осуществления, блок сбора данных также включает в себя схему считывания, предназначенную для считывания спроецированных данных с детекторов, блок логического управления и т.п.

Кроме того, контроллер 163, включенный в блок 160 управления и обработки изображения, в системе формирования изображения согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения может, помимо функций, описанных в первом варианте осуществления, управлять горизонтальным однослойным детектором 142 для перемещения вверх и вниз по направлению Z по командам, вводимым пользователем.

Поэтому в дополнение к преимуществам системы формирования изображения согласно первому варианту осуществления в системе формирования изображения согласно второму варианту осуществления можно также уменьшить количество детекторных элементов, упростить структуру системы формирования изображения и снизить стоимость системы формирования изображения.

На фиг.9 представлены сравнительные характеристики численно смоделированных изображений (в плоскости X-Y), полученных при различных диапазонах углов проекции, для системы формирования изображения согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения, при этом на (А) представлено оригинальное изображение модели, на (В) представлено смоделированное изображение, реконструированное посредством системы формирования изображения согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения, в случае диапазона углов горизонтальной проекции, составляющего 90°, на (С) представлено смоделированное изображение, реконструированное посредством системы формирования изображения согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения, в случае диапазона углов горизонтальной проекции, составляющего 120°, и на (D) представлено смоделированное изображение, реконструированное посредством системы формирования изображения согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения, в случае диапазона углов горизонтальной проекции, составляющего 150°. Как видно, в системе формирования изображения согласно второму варианту осуществления качество изображения почти такое же, как в первом варианте осуществления.

На фиг.10 показаны томографические изображения (в плоскости X-Y) и перспективные изображения, реконструированные посредством системы формирования изображения согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения, при этом на (А) представлено изображение центрального среза в плоскости X-Y и на (В) представлено смоделированное изображение центрального среза в плоскости X-Y, реконструированное посредством системы формирования изображения согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения. Как видно, в системе формирования изображения согласно второму варианту осуществления качество изображения почти такое же, как в первом варианте осуществления.

Ранее настоящее изобретение было описано применительно к его предпочтительным вариантам осуществления. Специалистам в данной области техники должно быть понятно, что многочисленные модификации, замены и дополнения возможны без отступления от сущности и объема настоящего изобретения. Поэтому объем изобретения не должен толковаться ограничительно в связи с приведенными выше конкретными вариантами осуществления, а должен быть ограничен прилагаемой формулой изобретения.

Использование: для формирования изображения с использованием проникающего излучения. Сущность: заключается в том, что система формирования трехмерного стереоскопического изображения содержит: средство формирования излучения, включающее в себя по меньшей мере один источник излучения, для формирования излучений; средство сбора данных, включающее в себя детекторную матрицу напротив источника излучения для получения спроецированных данных путем приема излучений, проникающих сквозь досматриваемый объект; средство транспортировки для осуществления линейного перемещения досматриваемого объекта между источником излучения и детекторной матрицей относительно источника излучения и детекторной матрицы; и средство управления и обработки изображения для управления средством формирования излучения, средством сбора данных и средством транспортировки и для реконструирования изображения досматриваемого объекта по спроецированным данным. Технический результат: повышение производительности детального контроля крупногабаритных объектов. 12 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Система формирования трехмерного стереоскопического изображения, содержащая:

средство формирования излучения, включающее в себя по меньшей мере один источник излучения, для формирования излучений;

средство сбора данных, включающее в себя детекторную матрицу напротив источника излучения для получения спроецированных данных путем приема излучений, проникающих сквозь досматриваемый объект;

средство транспортировки для осуществления линейного перемещения досматриваемого объекта между источником излучения и детекторной матрицей относительно источника излучения и детекторной матрицы; и

средство управления и обработки изображения для управления средством формирования излучения, средством сбора данных и средством транспортировки и для реконструирования изображения досматриваемого объекта по спроецированным данным.

секцию преобразования спроецированных данных для преобразования спроецированных данных в спроецированные данные при сканировании квазипараллельным пучком;

секцию фильтрации для получения отфильтрованных спроецированных данных путем свертки спроецированных данных при сканировании квазипараллельным пучком с предварительно определенным ядром свертки

и

секцию обратного проецирования для реконструирования изображения путем обратного проецирования с весовым коэффициентом отфильтрованных спроецированных данных.

в секции преобразования спроецированных данных осуществляются обращение и сдвиг спроецированных данных p(l, t, z) для получения спроецированных данных q(l, t, z) при сканировании квазипараллельным пучком, при этом спроецированные данные p(l, t, z) обозначают спроецированное значение с координатой t в срезе z детектора, когда досматриваемый объект относительно перемещается к координате l на линии;

в секции фильтрации осуществляется одномерная свертка спроецированных данных q(l, t, z) при сканировании квазипараллельным пучком с предварительно определенным ядром свертки по направлению l для получения отфильтрованных спроецированных данных Q(l′, t, z) и

в секции обратного проецирования осуществляется обратное проецирование с весовым коэффициентом отфильтрованных спроецированных данных Q(l′, t, z) по направлению проекции излучения для получения реконструированного изображения.

в секции преобразования спроецированных данных осуществляются обращение и сдвиг спроецированных данных p(l, γ, z) для получения спроецированных данных q(l, γ, z) при сканировании квазипараллельным пучком, при этом спроецированные данные p(l, γ, z) обозначают спроецированное значение при угловом положении γ в срезе z детекторной матрицы, когда досматриваемый объект относительно перемещается к координате l на линии;

в секции фильтрации осуществляется одномерная свертка спроецированных данных q(l, γ, z) при сканировании квазипараллельным пучком с предварительно определенным ядром свертки по направлению l для получения отфильтрованных спроецированных данных Q(l′, γ, z) и

в секции обратного проецирования осуществляется обратное проецирование с весовым коэффициентом отфильтрованных спроецированных данных Q(l′, γ, z) по направлению проекции излучения для получения реконструированного изображения.